技术领域
[0001] 本
发明涉及用于
半导体晶片及其它制造衬底的检验及/或检视的方法及设备。
背景技术
[0002] 半导体制造涉及各种过程。常用过程包含在所制造的衬底上形成微观特征的那些过程。微观特征可包括(例如)
电介质或金属材料。
[0003] 微观金属特征可包含插塞及线且可通过电介质蚀刻、金属沉积及
金属化学机械
抛光(CMP)工艺形成。在此类金属特征中检测空隙通常为集成
电路芯片制造中所关注的问题。然而，在微观金属特征中(尤其在宽度小于一微米的金属插塞及其它特征中)检测空隙或其它埋藏缺陷为极具挑战性的任务，这是归因于这些缺陷的隐藏特性。
发明内容
[0004] 一个
实施例涉及一种在目标微观金属特征中检测埋藏缺陷的方法。成像设备经配置以用着陆
能量撞击带电粒子使得带电粒子平均上到达目标微观金属特征内的深度。此外，所述成像设备经配置以滤出二次
电子且检测背向散射电子。接着，操作所述成像设备以收集归因于带电粒子的撞击而从目标微观金属特征发射的背向散射电子。比较目标微观金属特征的背向散射电子(BSE)图像与参考微观金属特征的BSE图像，以检测埋藏缺陷并对埋藏缺陷进行分类。
[0005] 另一实施例涉及一种经配置以在目标微观金属特征中检测埋藏缺陷的设备。所述设备包含至少一个带电
粒子束柱、检测器及
数据处理系统。带电粒子束柱经配置以产生带电粒子的入射束。入射束的着陆能量为在使得带电粒子平均上到达所关注的深度的
水平，其中所述所关注的深度为在表面下方但小于埋藏缺陷的最大深度。检测器经配置以滤出二次电子且检测背向散射电子。
数据处理系统经配置以比较目标微观金属特征的背向散射电子(BSE)图像与参考微观金属特征的BSE图像，以检测埋藏缺陷并对埋藏缺陷进行分类。
[0006] 在替代实施例中，可应用上文所描述的方法及设备以在电介质特征而非金属特征中检测埋藏缺陷。还揭示其它实施例、方面及特征。
附图说明
[0007] 图1为根据本发明的实施例用于在微观金属特征中检测埋藏缺陷的方法的
流程图。
[0008] 图2为描绘根据本发明的实施例可经配置用于在微观金属特征中检测埋藏缺陷的实例电子束成像设备的横截面视图的
框图。
[0009] 图3为展示钨插塞及其中可通过本文中所揭示的方法及设备检测的埋藏缺陷的实例的说明性横截面视图。
具体实施方式
[0010] 用于在微观金属特征中检测空隙的一个常规技术涉及使用测试结构及电探测。通常在形成金属层(其互连到所述测试结构)之后执行电探测。不幸的是，电探测技术无法在金属层形成之前检测金属特征中的空隙。此外，电探测技术仅可在测试结构中且通常不在测试结构外部的装置中检测空隙。这实质上限制此技术的使用。
[0011] 传统电子束成像(EBI)具有在薄电介质膜中检测空隙的某种能
力。然而，传统EBI目前仍无法在微观金属插塞及线中可靠地检测空隙。对于宽度小于1微米的金属特征，此检测可能尤其困难。
[0012] 如本文中所揭示，
申请人已确定一种可用以有效地检测埋藏于微观金属特征中的空隙及/或体积变动的方法及设备。所述方法及设备可应用于宽度小于1微米的金属特征。
[0013] 本文中所揭示的方法涉及使用高着陆能量(其高于3.1keV)及检测配置(其滤出二次电子以便以隔离方式检测背向散射电子)两者。本文中所揭示的设备包含电子束柱，所述电子束柱具有经设定以提供高着陆能量(其高于3.1keV)的施加
电压且具有经配置以检测背向散射电子同时滤出二次电子的检测器。对于所述方法及所述设备两者，所使用的高着陆能量可为(例如)6keV或更高。
[0014] 有利地，目前所揭示的方法及设备可用以在金属插塞(举例来说，例如静态随机存取
存储器(SRAM)阵列中的钨插塞)中检测空隙。先前，仅通过电探测测试在集成电路(IC)芯片
制造过程结束时检测此类空隙。目前所揭示的方法及设备使IC制造商能够在制造过程流程中的更早阶段有利地检测此类降低良率的缺陷。例如，可在钨(或
铜)特征的
化学机械抛光步骤之后应用目前所揭示的用以检测埋藏缺陷的技术。
[0015] 图1为根据本发明的实施例用于在微观金属特征中检测埋藏缺陷的方法100的流程图。金属特征可包含在集成电路制造过程期间形成于半导体衬底上的金属插塞及金属线。埋藏缺陷可包含空隙及非所要的体积变动。
[0016] 如所展示，如通过框102及104指示，方法100以配置带电粒子成像设备开始。在一个实施例中，所述带电粒子成像设备可为电子束成像设备，例如图2中所描绘的EBI设备200。
[0017] 根据框102，所述设备可经配置以使用高着陆能量将带电粒子撞击到目标衬底上。例如，使用图2的EBI设备200，系统
控制器及数据处理系统240可控制施加于电子枪202的操作电压252以控制施加到载物台223的
偏压电压254。着陆能量大体上与操作电压252与偏压电压254之间的差成比例。
[0018] 高着陆能量应足够高使得带电粒子平均将到达表面下方所关注的深度。所关注的深度为期望针对缺陷进行检验的表面下方的深度。例如，在主要由钨组成的目标特征上使用图2的设备200，可控制操作电压252及偏压电压254使得着陆能量高于3.1keV，使得入射电子平均上将穿透到钨特征的表面下方所关注的深度。例如，用以检验钨特征的着陆能量可为6keV或更高。
[0019] 根据框104，所述设备可经配置以在散射电子束205中滤出二次电子且检测背向散射电子。例如，使用图2的EBI设备200，可将高负电势施加到散射电子束205的路径中的一或多个能量
过滤器(例如，见225及226)，使得仅背向散射电子将具有足够能量以到达检测器228。或者，可使用其它能量过滤技术。例如，可结合
位置敏感检测器使用能量相依性分散装置(例如，维因过滤器218)以过滤电子，以便滤出二次电子并同时检测背向反射电子。
[0020] 根据框106，在根据框102及104配置所述设备之后，可操作所述设备以从目标微观金属特征收集背向散射图像数据。例如，使用图2的EBI设备200，可在目标衬底222的区域上方扫描入射电子束203，其中经扫描的区域包含目标特征。接着，可通过检测器228检测背向散射电子，使得可产生及存储目标特征的BSE图像数据。
[0021] 根据框108，可在目标特征的BSE图像与对应参考特征的BSE图像之间做出比较，以便在目标特征中(如果有)检测埋藏缺陷并对埋藏缺陷进行分类。参考特征为称为正常(良品)特征的特征。目标特征及参考特征的对应之处在于，它们经设计以具有相同尺寸及材料性质。应使用成像设备的相同配置(例如，相同束强度、相同着陆能量等)获得目标特征及参考特征的BSE图像。可(例如)通过图2的系统控制器及数据处理系统240执行用于缺陷检测及分类的图像比较。
[0022] 根据本发明的实施例，图像比较可涉及比较目标特征中的
像素的灰度级与参考特征中的对应像素的灰度级。在图像比较期间还可确定较低灰度级像素的位置的分布。
[0023] 在一个实施例中，如果目标钨插塞的像素的灰度级实质上较低使得灰度级差高于
阈值差，那么目标金属插塞可被视为具有缺陷，这是因为其具有埋藏于表面下方的较少钨材料。可基于(例如)用以获得图像的着陆能量且还基于较低灰度级像素的分布而确定缺陷的分类。下文关于图3论述可使用此方法100检测及分类的特定埋藏缺陷的实例。
[0024] 图2为描绘根据本发明的实施例的实例电子束成像设备200(其可经配置用于在微观金属特征中检测埋藏缺陷)的横截面视图的图。注意，图2描绘此设备的实例实施方案的选择组件及特征。设备200还可包含未展示的多种其它组件及特征。
[0025] 如图2中所展示，设备200可包含具有电子枪202的电子束柱201。入射电子束203通过电子枪202产生且通过柱201中的一或多个电子透镜聚焦到目标衬底222的表面上的束点上。可通过可移动载物台223固持目标衬底222。
[0026] 通常通过施加到电子枪222的操作电压252及施加到固持目标衬底222的载物台223的偏压电压254而确定入射电子的着陆能量。偏压电压254通常还施加到物镜219。可在系统控制器及数据处理系统240的控制下通过高电压电力供应器产生这些施加电压。根据本发明的实施例，操作电压252及偏压电压254可经控制使得着陆能量高于3.1keV。例如，当目标特征由钨组成时，着陆能量可为6keV或更高。
[0027] 设备200还包含检测系统，所述检测系统可经布置以在来自发射自目标衬底222的电子的可控制能量范围中选择性地检测电子205。一般来说，从目标衬底222发射的电子可包含二次电子及背向散射电子两者。然而，根据本发明的实施例，所述检测系统可经布置以便选择性地检测背向散射电子同时滤出二次电子。
[0028] 在图2中所展示的实例实施方案中，可在散射电子束205的路径中布置一或多个能量过滤器。例如，在图2中所说明的实施例中，在目标衬底222与物镜219之间布置第一能量过滤器225，且在检测器228前面布置第二能量过滤器226。可将足够高的负电势施加到能量过滤器，使得仅背向散射电子将具有足够能量以通过且最终到达检测器228。这是因为背向散射电子通常具有远高于二次电子的能量值。在替代实施例中，代替使用一或多个能量过滤器(或除了使用一或多个能量过滤器之外)，还可结合位置敏感检测器使用能量相依性分散装置来过滤电子，以便滤出二次电子且同时检测背向散射电子。
[0029] 一旦通过检测器228检测到电子，便可通过图像数据产生电路234(其可包含(例如)模/数转换电路及
帧缓冲器)接收及处理经检测的
信号。可将通过图像数据产生电路234产生的图像数据提供到系统控制器及数据处理系统240。
[0030] 图2中描绘展示系统控制器及数据处理系统240的精选组件的简化框图。如所展示，系统控制器及数据处理系统240可包含处理器240、存储器242、数据存储系统243、输入/输出
接口244及与前述组件通信地互连的通信系统249。处理器240可经配置以执行可存储于存储器242中的计算机可读指令。数据存储系统243可经配置而以非暂时性方式将指令及数据存储在计算机可读媒体上。输入/输出接口244可经配置以与外部组件或系统传递数据。
[0031] 如所展示，根据本发明的实施例，存储器242可经配置以保持可由处理器241执行的指令码246。根据本发明的实施例，指令码246可经配置以便实施上文关于图1所描述的方法100。
[0032] 如进一步所展示，数据存储器243可经配置以存储来自图像数据产生电路234的BSE图像数据(BSE数据)248。BSE数据248可包含目标BSE图像数据及参考BSE图像数据。如上文关于图1所描述，可利用目标BSE图像数据及参考BSE图像数据来产生差异图像以便检测埋藏缺陷。
[0033] 图3为展示钨(W)插塞及其中可通过本文中所揭示的方法及设备检测的埋藏缺陷的实例的说明性横截面图。图中展示
硅(Si)层中的若干钨插塞的横截面，包含正常(良品)钨插塞310及具有埋藏缺陷的三个钨插塞(320、330及340)。
[0034] 最左钨插塞310为在表面处具有宽度w的正常(良品)插塞。在当前半导体制造过程中，此类钨插塞的宽度通常小于1微米。运用常规技术难以检测此类钨插塞及类似金属特征内的埋藏缺陷。然而，目前所揭示的方法及设备可用以有效地检测钨插塞及线、铜插塞及线以及类似金属特征中的此类表面下方缺陷。
[0035] 下一钨插塞320为具有可使用目前所揭示的方法及设备检测的埋藏缺陷的特征的第一实例。在此情况中，插塞320具有埋藏于表面下方的缝隙322。
[0036] 下一钨插塞330为具有可使用目前所揭示的方法及设备检测的埋藏缺陷的特征的第二实例。在此情况中，插塞330具有埋藏于表面下方的中空底部332。
[0037] 最右钨插塞340为具有可使用目前所揭示的方法及设备检测的埋藏缺陷的特征的第三实例。在此情况中，插塞340具有埋藏于表面下方的尖缩底部342。
[0038] 检测中空底部332及尖缩底部342可需要以高于检测缝隙322所需的着陆能量的着陆能量获得目标BSE图像数据及参考BSE图像数据。这是因为中空底部332及尖缩底部342与缝隙322相比埋藏于表面下方更远之处。
[0039] 因此，如果着陆能量为在使得入射带电粒子平均上将到达插塞的中间深度的水平，且在目标插塞的中心区域中发现较低灰度级像素，那么埋藏缺陷检测方法100中的比较框108可确定将缺陷分类为缝隙322。另一方面，如果着陆能量为在使得入射带电粒子平均上将到达插塞的底部附近的深度的水平，且在目标插塞的中心区域中发现较低灰度级像素，那么埋藏缺陷检测方法100中的比较框108可确定将缺陷分类为中空底部332。
[0040] 可通过确定目标BSE图像中的较低灰度级像素的位置的分布而区分尖缩底部342与中空底部332。因此，如果着陆能量为在使得入射带电粒子平均上将到达插塞的底部附近的深度的水平，且目标BSE图像中的较低灰度级像素
定位于目标插塞的中心区域中，那么比较框108可确定将缺陷分类为中空底部332。另一方面，如果着陆能量为在使得入射带电粒子平均上将到达插塞的底部附近的深度的水平，且目标BSE图像中的较低灰度级像素定位于目标特征的环状区域中，那么比较框108可确定将缺陷分类为尖缩底部342。
[0041] 插塞中可使用目前所揭示的方法及设备检测的其它缺陷包含半填充插塞及可由
接触孔轮廓变动引发的金属插塞体积变动。目前所揭示的方法及设备还可检测金属线中的埋藏缺陷。
[0042] 尽管上文描述主要探讨在金属特征中检测埋藏缺陷，然本文中所揭示的方法及设备还可用以在电介质特征中检测埋藏缺陷。例如，可检测电介质层中的空隙，例如浅沟渠隔离(STI)层或层间电介质。
[0043] 在上文描述中，给出许多具体细节以提供对本发明的实施例的透彻理解。然而，本发明的所说明实施例的上文描述并不旨在是详尽性的或将本发明限制于所揭示的精确形式。所属领域的技术人员将认识到，可在无一或多个具体细节的情况下或运用其它方法、组件等实践本发明。在其它情况中，未详细展示或描述众所周知的结构或操作以避免使本发明的方面不清楚。尽管本文出于阐释性目的而描述本发明的特定实施例及实例，然所属领域的技术人员将认识到在本发明的范围内，各种等效
修改是可能的。
[0044] 根据上文详细描述，可对本发明做出这些修改。所附
权利要求书中使用的术语不应被理解为将本发明限制于本
说明书及权利要求书中所揭示的特定实施例。实情是，将通过根据所建立的权利要求书解释的规则而理解的所附权利要求书确定本发明的范围。
