检测通孔缺陷的方法
阅读：335发布：2020-05-31
专利汇可以提供检测通孔缺陷的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种检测通孔 缺陷 的方法，该方法包括：对具有通孔的晶片进行 热处理 ；对所述通孔进行湿法 刻蚀 ；采用 电子 束缺陷 扫描仪 ，对晶片上的通孔进行检测以得到通孔的灰度，当通孔的灰度小于设定灰度时，所述通孔为正常通孔，当通孔的灰度大于设定灰度时，所述通孔为蚀刻不足通孔。采用本发明的方法对通孔进行检测，即使对于尺寸更小的通孔尺寸，也能清楚地确定出具有缺陷的蚀刻不足通孔。，下面是检测通孔缺陷的方法专利的具体信息内容。
1.一种检测通孔缺陷的方法，该方法包括：
对具有通孔的晶片进行热处理；所述热处理包括将晶片在氧气或者氟气环境中进行热处理；
对所述通孔进行湿法刻蚀；
采用电子束缺陷扫描仪，对晶片上的通孔进行检测以得到通孔的灰度，当通孔的灰度小于设定灰度时，所述通孔为正常通孔，当通孔的灰度大于设定灰度时，所述通孔为蚀刻不足通孔。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理的温度为100～300摄氏度，时间为10～50分钟。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述热处理的温度优选为150～200摄氏度，时间为20～40分钟。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，采用氢氟酸对所述通孔进行湿法刻蚀，刻蚀时间为60～90秒。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氢氟酸与水的比例为1：400～1：200。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子束缺陷扫描仪的像素型号为20～
50纳米；电子束能量为1500～2000电子伏；电流为14～30纳安。
检测通孔缺陷的方法
技术领域
背景技术
[0002] 目前，电子束检测技术是通过电子束缺陷扫描仪(E-Beam defect scan tool)，以精确聚焦的电子束来探测缺陷的检测手段。其检测过程为：一、通过高压产生电子束，照射晶片，激发出二次电子、背散射电子和俄歇电子等(主要为二次电子)；二、二次电子被探测器感应并传送至图像处理器；三、处理后形成放大图像。电子束检测技术作为捕捉晶片缺陷的检测手段之一，其分辨率极高，经常被用于检测通孔蚀刻不足等材料缺陷。
[0003] 随着半导体制造技术推进到更加先进的深亚微米技术，半导体金属布线的层数越来越多，相应的通孔刻蚀工艺也越多，并且伴随着通孔的尺寸随着器件设计尺寸逐步缩小。以DRAM制造为例，存储量由4M发展到512M时，设计规则由1μm缩小到0.16μm，其中通孔的尺寸也从0.8μm下降到了0.25μm。通孔尺寸越小，刻蚀的难度也越来越大，如果刻蚀不到位，就可能出现金属布线间的开路，直接导致器件失效。所谓通孔刻蚀，就是在两层互连金属线之间的层间膜内刻蚀出一系列通孔的过程，通孔里面填入用于两层金属线间的互连金属，通过这些金属线把成千上万的晶体管连成具有一定功能的器件回路。层间膜通常都是各种各样的绝缘膜，因此，通孔刻蚀属于绝缘膜刻蚀。
[0004] 图1中为正常通孔和蚀刻不足通孔的比较示意图。正常通孔101为刻蚀金属间介质层(IMD)102在刻蚀终止层(stop layer)103上停止；然后打开刻蚀终止层103显露出下层的金属层104，从而形成正常通孔101。由于刻蚀设备等因素的限制，有的通孔会出现蚀刻不足的情况，即刻蚀终止层103没有被打开，因而也没有显露出下层的金属层104，也就是说，在该情况下，通孔内即使填入用于互连的金属，也无法连接上下两金属层，即出现金属布线间的开路。正常通孔101和蚀刻不足的通孔100相比，探测器接收到的二次电子数目是不同的，蚀刻不足的通孔底部为绝缘的刻蚀终止层，激发出的二次电子无法传导走，所以会反射给探测器，探测器接收到的电子数目越多，则放大的图像越亮；正常的通孔底部被打开，显露出下层的金属层，因此激发出的二次电子可以被传导走，与蚀刻不足的通孔相比，反射给探测器的二次电子要少一些，那么探测器接收到的电子数目就相对少一些，最终得到的图像就相对暗一些。
[0005] 基于上述描述，当蚀刻不足通孔与正常通孔的图像亮暗差异达到一定程度时，假设为δ，则电子束缺陷扫描仪可以探测到该差异，从而确定出哪些是蚀刻不足的通孔。但是，随着通孔尺寸的不断减小，对于较小的通孔开口，无论正常还是蚀刻不足通孔内，激发的二次电子并反射出来的数量差异很小，因此导致正常通孔和蚀刻不足通孔反映到图像上的亮暗程度基本不存在明显差异，所以很难从中确定哪些是蚀刻不足的通孔。
发明内容
[0006] 有鉴于此，本发明解决的技术问题是：如何采用电子束缺陷扫描仪探测到蚀刻不足的通孔缺陷。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：
[0008] 本发明公开了一种检测通孔缺陷的方法，该方法包括：
[0010] 对所述通孔进行湿法刻蚀；
[0011] 采用电子束缺陷扫描仪，对晶片上的通孔进行检测以得到通孔的灰度，当通孔的灰度小于设定灰度时，所述通孔为正常通孔，当通孔的灰度大于设定灰度时，所述通孔为蚀刻不足通孔。
[0013] 所述热处理包括将晶片在氟气环境中进行热处理。
[0014] 所述热处理的温度为100～300摄氏度，时间为10～50分钟。
[0015] 所述热处理的温度优选为150～200摄氏度，时间为20～40分钟。
[0016] 采用氢氟酸对所述通孔进行湿法刻蚀，刻蚀时间为60～90秒。
[0017] 所述氢氟酸与水的比例为1∶400～1∶200。
[0019] 由上述的技术方案可见，本发明对具有通孔的晶片进行热处理，然后对所述通孔进行湿法刻蚀，去除掉正常通孔底部的部分金属，使得正常通孔相比于蚀刻不足的通孔，两者之间的深度差异更大一些，由于正常通孔内激发的二次电子比未刻蚀之前更难反射出来，所以最终得到的图像亮度比未刻蚀之前更暗一些，当蚀刻不足通孔与正常通孔的图像亮暗差异达到一定程度δ时，则电子束缺陷扫描仪可以探测到该差异，以预先设定的灰度值为标准，将小于设定灰度值的通孔确定为正常通孔，将大于设定灰度值的通孔确定为蚀刻不足的通孔。采用本发明的检测通孔缺陷的方法，即使对于更小尺寸的通孔，也可以准确地检测出来。附图说明
[0020] 图1为正常通孔和蚀刻不足通孔的比较示意图；
[0021] 图2为本发明实施例对通孔进行处理的方法的流程示意图；
[0022] 图3为经过本发明的处理方法之后，正常通孔和蚀刻不足通孔的比较示意图；
[0023] 图4为蚀刻不足通孔与正常通孔的图像亮暗差异示意图；
[0024] 图5为电子束缺陷扫描仪显示的蚀刻不足通孔和正常通孔的图像示意图。
具体实施方式
[0025] 为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
[0026] 为使正常通孔相比于蚀刻不足的通孔，两者之间的深度差异更大一些，从而使两者的图像亮暗差异更明显一些，需要在形成通孔之后，继续去除正常通孔底部的部分金属，使得正常通孔具有更大深度，相应地，具有更暗的图像。增大了正常通孔和蚀刻不足通孔之间的图像亮暗差异，也就可以确定哪些是具有缺陷的蚀刻不足通孔。
[0027] 本发明实施例对通孔进行处理的方法的流程示意图如图2所示，包括以下步骤：
[0028] 步骤21、对具有通孔的晶片进行热处理。具体地，将正常通孔底部的金属变为金属化合物；
[0029] 其中，热处理的温度为100～300摄氏度，时间为10～50分钟；优选地，最佳温度为150～200摄氏度，时间为20～40分钟；
[0030] 一般地，金属线为铜，所以需要在较高的温度下，将金属铜变为铜的化合物而将其去除，所以这里有多种实现方式：
[0031] 举例来说，一种为在氧气环境中对晶片进行热处理，金属铜变成氧化铜；一种为在氟气环境中对晶片进行热处理，金属铜变成氟化铜；当然实现方式不限于上述两种，只要能够形成铜的化合物，最终被腐蚀去除即可。
[0032] 步骤22、对所述通孔进行湿法刻蚀。具体为湿法去除形成的所述金属化合物。
[0033] 对于铜的化合物，一般采用氢氟酸与铜的化合物发生反应而进行去除。其中，氢氟酸与水的比例为1∶400～1∶200；湿法去除时间为60～90秒。
[0034] 需要说明的是，在上述处理过程中，蚀刻不足的通孔100并没有显露出下层的金属层104，如图1所示，所以在热处理过程中蚀刻不足的通孔100不会发生变化，上述处理只针对正常通孔进行。而且，经过处理之后，与正常通孔对应的下层的金属层104被部分去除，由于后续会在通孔内继续填充金属，将该部分去除的下层金属层104修补上，所以上述处理步骤不会影响到晶片上所要形成的半导体器件的性能。同时，采用氢氟酸湿法去除金属化合物时，也不会影响到蚀刻不足通孔，即氢氟酸不会腐蚀到蚀刻不足通孔底部的刻蚀终止层，使蚀刻不足通孔的深度发生变化。其中，刻蚀终止层一般为氮化层。
[0035] 经过上述处理，正常通孔底部的金属被部分去除，其深度比正常情况更深，如图3所示，图3为经过本发明的处理方法之后，正常通孔和蚀刻不足通孔的比较示意图。结合图4，说明蚀刻不足通孔与正常通孔的图像亮暗差异。图4中横坐标表示通孔间距，纵坐标表示图像的亮暗程度，即灰度，灰度越小，则图像越暗。在未经本发明的处理之前，蚀刻不足通孔(右边)与正常通孔(左边)的图像亮暗差异为δ0，该差异不足以被电子束缺陷扫描仪探测到，在本发明的处理之后，正常通孔(左边)具有更深的深度，反射出的二次电子数目相对更少，因此反映到图像上则更暗，与蚀刻不足的通孔(右边)的图像亮度，形成更大的差异，当该差异达到δ时，则可以被电子束缺陷扫描仪清楚地探测到。为区分正常通孔和蚀刻不足的通孔，预先设定一灰度值，当通孔的灰度小于设定灰度值时，确认所述通孔为正常通孔；当通孔的灰度大于设定灰度值时，确认所述通孔为正常通孔。因此，那些大于设定灰度值的，具有较大亮度的图像所对应的通孔，则为蚀刻不足的通孔。
[0036] 其中，所述设定灰度值是根据半导体器件的不同而不同的，即，对应不同的半导体器件所述灰度值有所不同，另外，对于同类的半导体器件，由于工艺的不同，设定灰度值也可能会不同。本领域内普通技术人员可以通过有限次的实验获得所述设定灰度值，如多次测量某半导体器件的正常通孔的灰度值和非正常通孔(蚀刻不足的通孔)的灰度值，分别取正常通孔的灰度值的均值和非正常通孔的灰度值的均值，两个均值之差为所述设定灰度值。
[0037] 优选地，选择电子束缺陷扫描仪的像素型号为20～50纳米；电子束能量为1500～2000电子伏；电流为14～30纳安(nA)。设定该参数下的电子束缺陷扫描仪可以更加清楚有效地探测到蚀刻不足的通孔。
[0038] 综上所述，采用本发明的方法处理之后，即使对于尺寸更小的通孔，也可以清楚地通过电子束缺陷扫描仪看到蚀刻不足的通孔，如图5所示。图5为电子束缺陷扫描仪显示的蚀刻不足通孔和正常通孔的图像示意图。其中，圆圈中所指示的较亮图像为蚀刻不足通孔，周围相对较暗的图像为正常通孔。
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