一种检测金属缺陷的方法
【专利摘要】本发明提供一种检测金属缺陷的方法，包括步骤：1)提供待检测的金属线，所述金属线埋设在介质层中由介质层隔离；2)去除其中一条金属线一端上的介质层，露出该端头，并用探针接触；3)用电子束打在同一条金属线的另一端，并将电子束移向探针端，或者用电子束打在另一条金属线的一端上，并将电子束沿着金属线移动，电子束移动过程中，从探针端读取吸收电流值，若发现电流值出现变化，则说明存在金属缺陷。本发明利用电子束作为电流源，通过电子束移动引起电流的变化来探测并定位缺陷的位置。本发明不需要将整条金属线全部暴露，不会引进新的金属缺陷，并且操作简单，适用于工业化生产。
【专利说明】
一种检测金属缺陷的方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体失效分析领域，特别是涉及一种检测金属缺陷的方法。
【背景技术】
[0002]目前，在半导体集成电路工艺制造晶圆的过程中，晶圆内金属连线的孔洞或杂质颗粒缺陷是主要失效模式，对晶圆成品率有很大影响。孔洞会引起金属线开路，杂质颗粒则可能会引起金属线间短路，如图1所示为开路情况，图2为两条金属线短路情况。随着金属间间隔越来越窄、金属线的特征尺寸(CD)越来越小，半导体先进工艺(28nm/32nm)中产生的金属缺陷也成为芯片产率低的重要原因。
[0003]当缺陷的尺寸在纳米量级时，可以借助扫描电子显微镜(Scanning ElectronMicroscope, SEM)对可能存在缺陷的金属线进行放大观察，但是这种方法存在以下缺点:首先，耗时长，尤其是对于特别长的金属线，往往需要花费数小时的时间定位缺陷；其次要求观察人员全程注意力集中，容易遗漏缺陷；而且整个观察过程对扫描电镜的载物台的移动精度要求非常高。另外，现有技术中还采用探针来检测缺陷，过程为:首先进行研磨介质层直至暴露出需要整条待检测的金属线，之后将探针接触金属线的其中一端并施加电压，将金属线的另一端接地。移动探针，若探测到接地端的电流从无电流突然出现电流，则说明电流突变的区域存在缺陷。但是由于探针直接在金属线上移动，容易毁坏原有的缺陷，并人为制造额外的缺陷，导致无法精确探测并定位缺陷的位置。
[0004]因此，提供一种新型的检测金属缺陷的方法是本领域技术人员需要解决的课题。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种检测金属缺陷的方法，用于解决现有技术中检测缺陷时容易人为引进额外缺陷、且耗时长等的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种检测金属缺陷的方法，所述方法至少包括以下步骤:
[0007]I)提供待检测的金属线，所述金属线埋设在介质层中由介质层隔离；
[0008]2)去除其中一条金属线一端上的介质层，露出该端头，并用探针接触；
[0009]3)用电子束打在同一条金属线的另一端，并将电子束移向探针端，或者用电子束打在另一条金属线的一端上，并将电子束沿着金属线移动，电子束移动过程中，从探针端读取吸收电流值，若发现电流值出现变化，则说明存在金属缺陷。
[0010]作为本发明检测金属缺陷的方法的一种优化的方案，所述步骤3)中对于电子束和探针位于同一条金属线上的情况，若发现电子束移动过程中，探针端读取的吸收电流值从无到有，则说明该条金属线上存在引起开路的缺陷，缺陷位置在电流从无到有之间。
[0011]作为本发明检测金属缺陷的方法的一种优化的方案，所述步骤3)中对于电子束和探针分别位于两条金属线上且为相反端的情况，若发现电子束移动过程中，探针端读取的吸收电流值呈现先变大后变小的趋势，则说明这两条金属线之间存在引起短路的缺陷，缺陷位置为电流最大值附近。
[0012]作为本发明检测金属缺陷的方法的一种优化的方案，所述步骤3)中对于电子束和探针分别位于两条金属线上且为相同端的情况，若发现电子束移动过程中，探针端读取的吸收电流值呈现先变小后变大的趋势，则说明这两条金属线之间存在引起短路的缺陷，缺陷位置为电流最小值附近。
[0013]作为本发明检测金属缺陷的方法的一种优化的方案，所述步骤I)中待检测的金属线相互平行地埋设在介质层中由介质层隔开。
[0014]作为本发明检测金属缺陷的方法的一种优化的方案，所述金属线的特征尺寸范围为 60 ?120nm。
[0015]作为本发明检测金属缺陷的方法的一种优化的方案，所述步骤2)中采用离子束研磨的方式去除其中一条金属线一端上的介质层。
[0016]作为本发明检测金属缺陷的方法的一种优化的方案，所述离子束源采用Ga、As或者In。
[0017]作为本发明检测金属缺陷的方法的一种优化的方案，所述探针的尖端直径范围为45 ?55nm0
[0018]作为本发明检测金属缺陷的方法的一种优化的方案，所述步骤3)中采用扫描电子显微镜设备中的电子枪发射电子束。
[0019]如上所述，本发明的检测金属缺陷的方法，包括步骤:1)提供待检测的金属线，所述金属线埋设在介质层中由介质层隔离；2)去除其中一条金属线一端上的介质层，露出该端头，并用探针接触；3)用电子束打在同一条金属线的另一端，并将电子束移向探针端，或者用电子束打在另一条金属线的一端上，并将电子束沿着金属线移动，电子束移动过程中，从探针端读取吸收电流值，若发现电流值出现变化，则说明存在金属缺陷。本发明利用电子束作为电流源，通过电子束移动引起电流的变化来探测并定位缺陷的位置。本发明不需要将整条金属线全部暴露，不会引进新的金属缺陷，并且操作简单，适用于工业化生产。
【附图说明】
[0020]图1为常见的金属缺陷引起的金属线开路的结构示意图。
[0021]图2为的常见的金属缺陷引起的金属线短路的结构示意图。
[0022]图3为本发明检测金属缺陷的方法的流程示意图。
[0023]图4为本发明提供的金属线。
[0024]图5为去除金属线一端上介质层的结构示意图。
[0025]图6为本发明的电子束和探针在同一条金属线上的示意图。
[0026]图7为本发明的电子束和探针分别在两条金属线上的示意图。
[0027]元件标号说明
[0028]101介质层
[0029]102, 102a, 102b 金属线
[0030]201电子枪
[0031]202探针
【具体实施方式】
[0032]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0033]请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0034]本发明提供一种检测金属缺陷的方法，如图3所示流程图，所述方法至少包括以下步骤:
[0035]SI，提供待检测的金属线，所述金属线埋设在介质层中由介质层隔离；
[0036]S2，去除其中一条金属线一端上的介质层，露出该端头，并用探针接触；
[0037]S3，用电子束打在同一条金属线的另一端，并将电子束移向探针端，或者用电子束打在另一条金属线的一端上，并将电子束沿着金属线移动，电子束移动过程中，从探针端读取吸收电流值，若发现电流值出现变化，则说明存在金属缺陷。
[0038]下面结合具体附图对本发明检测金属缺陷的方法作详细的介绍。
[0039]首先执行步骤SI，如图4所示，提供待检测的金属线102，所述金属线102埋设在介质层101中由介质层101隔离。
[0040]所述金属线102间相互平行，每条金属线102均由介质层101包覆。所述金属线101可以是铜、铝等导电材料，在此不限。进一步地，所述金属线101的特征尺寸范围为60?120nm。所述介质层102可以是任何用来使金属线绝缘的材料，例如二氧化硅等。
[0041]然后执行步骤S2，去除其中一条金属线一端上的介质层，露出该端头，并用探针接触。
[0042]具体地，如图5所示，可以采用离子束切割的方式去除金属线102 —端上的介质层101，使金属线102的该端表面暴露。去除的介质层101的形状可以是长方体或者圆柱体，但并不限于此。本实施例中，去除的介质层101的形状为长方体，去除的介质层101尺寸大小以能使探针202顺利接触金属线为准。
[0043]进行离子束研磨所采用的离子源可以是Ga、As或者In。本实施例中，采用Ga离子作为离子源。
[0044]更进一步地，所述探针202被安装在扫描电子显微镜的腔室中，其尖端直径控制在45?55nm范围内。本实施例中，所述探针的尖端直径优选为50nm左右。
[0045]最后执行步骤S3，用电子束打在同一条金属线的另一端，并将电子束移向探针端，或者用电子束打在另一条金属线的一端上，并将电子束沿着金属线移动，电子束移动过程中，从探针端读取吸收电流值，若发现电流值出现变化，则说明存在金属缺陷。
[0046]所述电子束用来提供金属线导电的电流，由于电子束的穿透性，即使金属线被介质层覆盖，电子束依然可以穿透介质层进入金属线，产生电流，可以防止测试过程中因物理接触导致金属线的发生损伤而引进新的缺陷。如图6和图7所示，所述电子束由扫描电子显微镜的电子枪201来发射，电子束所产生电流的大小以及电子束束斑尺寸的大小可以通过扫描电子显微镜进行参数调整。
[0047]在一实施例中，电子束和探针202位于同一条金属线上，即探针202接触金属线102的暴露位置，电子束则打在该条金属线的另一端。如图6所示，将电子束逐渐向探针202端，每移动一次，读取一次探针202端的吸收电流，如果发现从第I至第η位置处所读取的吸收电流均为0，而η+1位置有电流值出现，则说明该条金属线102开路，且开路位置为第η次和第η+1次的之间。出现上述现象的原因是，当电子束处于第I至第η位置处时，该金属线处于开路状态；当电子束移至η+1位置时，金属线处于通路状态。
[0048]在另一实施例中，电子束和探针202分别位于两条由介质层101隔开的金属线102a、102b上，探针202接触金属线102a的暴露位置，电子束则打在另一条金属线102b的另一端。如图7所不，将电子束沿着金属线102b移动，每移动一次，读取一次探针202端的吸收电流，如果发现从第I至第η+1的位置处所读取的吸收电流呈逐渐变大的趋势，而第η+2位置的电流又减小，则说明这两条金属线102a、102b之间有短路，且短路位置为η+1位置的附近。出现上述现象的原因是，由于存在缺陷，金属线102a和金属线102b之间电连通，电子束从第I位置移动至第η+1位置过程中，通过两条金属线102a、102b电流的路径越来越短，电阻越来越小，通过的电流则逐渐变大；当电子束经过缺陷向金属线102b另一端移动时，通过两条金属线102a、102b电流的路径越来越长，电阻越来越大，通过的电流则逐渐变小。
[0049]在又一实施例中，电子束和探针分别位于两条由介质层隔开的金属线上，探针接触金属线的暴露位置，电子束则打在另一条直线的同一端(未予以图示)。如图7所示，将电子束沿着金属线移动，每移动一次，读取一次探针端的吸收电流，若发现电子束移动过程中，探针端读取的吸收电流值呈现先变小后变大的趋势，则说明这两条金属线之间存在引起短路的缺陷，缺陷位置为电流最小值附近。出现上述现象的原因也是由于移动过程中电流路径的长短变化引起的。
[0050]综上所述，本发明提供一种检测金属缺陷的方法，所述方法至少包括步骤:1)提供待检测的金属线，所述金属线埋设在介质层中由介质层隔离；2)去除其中一条金属线一端上的介质层，露出该端头，并用探针接触；3)用电子束打在同一条金属线的另一端，并将电子束移向探针端，或者用电子束打在另一条金属线的一端上，并将电子束沿着金属线移动，电子束移动过程中，从探针端读取吸收电流值，若发现电流值出现变化，则说明存在金属缺陷。本发明利用电子束作为电流源，通过电子束移动引起电流的变化来探测并定位缺陷的位置。本发明不需要将整条金属线全部暴露，不会引进新的金属缺陷，并且操作简单，适用于工业化生产。
[0051]所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0052]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种检测金属缺陷的方法，其特征在于，所述方法至少包括: 1)提供待检测的金属线，所述金属线埋设在介质层中由介质层隔离； 2)去除其中一条金属线一端上的介质层，露出该端头，并用探针接触； 3)用电子束打在同一条金属线的另一端，并将电子束移向探针端，或者用电子束打在另一条金属线的一端上，并将电子束沿着金属线移动，电子束移动过程中，从探针端读取吸收电流值，若发现电流值出现变化，则说明在电流变化处存在金属缺陷。2.根据权利要求1所述的检测金属缺陷的方法，其特征在于:所述步骤3)中对于电子束和探针位于同一条金属线上的情况，若发现电子束移动过程中，探针端读取的吸收电流值从无到有，则说明该条金属线上存在引起开路的缺陷，缺陷位置在电流从无到有之间。3.根据权利要求1所述的检测金属缺陷的方法，其特征在于:所述步骤3)中对于电子束和探针分别位于两条金属线上且为相反端的情况，若发现电子束移动过程中，探针端读取的吸收电流值呈现先变大后变小的趋势，则说明这两条金属线之间存在引起短路的缺陷，缺陷位置为电流最大值附近。4.根据权利要求1所述的检测金属缺陷的方法，其特征在于:所述步骤3)中对于电子束和探针分别位于两条金属线上且为相同端的情况，若发现电子束移动过程中，探针端读取的吸收电流值呈现先变小后变大的趋势，则说明这两条金属线之间存在引起短路的缺陷，缺陷位置为电流最小值附近。5.根据权利要求1所述的检测金属缺陷的方法，其特征在于:所述步骤I)中待检测的金属线相互平行地埋设在介质层中由介质层隔开。6.根据权利要求1所述的检测金属缺陷的方法，其特征在于:所述金属线的特征尺寸范围为60?120nm。7.根据权利要求1所述的检测金属缺陷的方法，其特征在于:所述步骤2)中采用离子束研磨的方式去除其中一条金属线一端上的介质层。8.根据权利要求7所述的检测金属缺陷的方法，其特征在于:所述离子束源采用Ga、As或者In。9.根据权利要求1所述的检测金属缺陷的方法，其特征在于:所述探针的尖端直径范围为45?55nm。10.根据权利要求1所述的检测金属缺陷的方法，其特征在于:所述步骤3)中采用扫描电子显微镜设备中的电子枪发射电子束。
【文档编号】G01N23/00GK105845590SQ201510016711
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月13日
【发明人】殷原梓
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司