本公开涉及半导体装置的检测方法，具体来说，涉及检测半导体装置中的接触孔断路缺陷的方法以及检测结构。
背景技术：
在半导体制造工艺中，各个组件制作完成后，需要按照设计要求将组件互相连接以形成完整的电路系统，因此，金属布线是半导体制造工艺中的一个关键环节。通常，为了防止金属层之间短路，在各层金属层之间淀积了介电层(即，隔离层)来起到隔离作用。具体地，在绝缘介质薄膜上淀积金属薄膜，通过穿过隔离层在两层金属层之间形成导电通路的接触孔进行金属互联，从而在晶圆上制作半导体器件。
通常，由于光刻工艺存在精度限制以及环境影响等多方面原因，在形成接触孔时，接触孔刻蚀深度不足，或者局部接触孔可能发生偏移，导致接触孔断路。因此，在正式批量生产前，通常要先对断路的接触孔进行检测，以保证生产出的半导体器件能够正常工作。
随着集成电路技术的不断发展，为了提高电路集成度和速度，大规模集成电路的金属层多采用多层金属布线。多层金属化产生了用金属填充接触孔的需要，以便在金属层之间形成电通路。栓塞即为在通孔中填入的使金属层间电气导通的结构。其中，钨金属具有较强的台阶覆盖和间隙填充能力以及良好的抗电迁移特性，常被选做接触孔填充材料，形成钨塞。
当前对接触孔断路缺陷检测的方法主要有电子束色差区分法。具体地，利用电压衬度像技术，用电子束对刻蚀有接触孔的晶圆表面进行扫描。由于接触孔中注有导电金属(例如，钨)，当用电子束扫描时，具有缺陷的接触孔与不具有缺陷的接触孔表现出的亮度存在差异。通过检测接触孔以及接触孔之外的区域的电子束亮度差，判断接触孔是否断路。但是，传统的电子束扫描方法必须先在晶圆表面进行钨化学气相沉积(wchemicalvapordeposition,wcvd)以及钨化学机械平坦化(wchemicalmechanicalplanarization,wcmp)，之后才能通过电子束扫描来检测接触孔缺陷。平坦化是将晶圆表面沉积的高低不平的金属层平坦的工艺，经过平坦化的金属层，表面平坦，有利于金属线制作。
然而，以这种方式，接触孔缺陷无法在当层检验，检测接触孔缺陷所需的时间较长，导致不能及时地调整机台，芯片良品率不高。
因此，存在对于快速检验接触孔断路缺陷的需求。
技术实现要素：
本公开的一个目的是提供一种新颖的扫描接触孔断路缺陷的方法。
根据本公开的第一方面，提供了一种扫描接触孔断路缺陷的方法，包括：对衬底上的隔离层中刻蚀的接触孔进行超声波扫描；以及根据超声波扫描的结果，判定是否存在具有断路缺陷的接触孔。
根据本公开的第一方面，通过比较对不同接触孔进行超声波扫描得到的波形，判定是否存在具有断路缺陷的接触孔。
根据本公开的第一方面，通过比较对接触孔进行超声波扫描得到的波形与参考波形，判定是否存在具有断路缺陷的接触孔，其中，所述参考波形是预定义的参考波形或者通过对接触孔进行超声波扫描得到的所有波形进行平均得到的平均波形。
根据本公开的第一方面，当判定存在具有断路缺陷的接触孔时，对机台进行维护。
根据本公开的第一方面，当判定不存在具有断路缺陷的接触孔时，对隔离层进行钨化学气相沉积(wcvd)、钨化学机械平坦化(wcmp)和接触孔刻蚀操作，并进行下一次超声波扫描。
根据本公开的第一方面，当判定存在具有断路缺陷的接触孔时，确定具有断路缺陷的接触孔的位置。
根据本公开的第一方面，通过确定具有断路缺陷的接触孔的绝对坐标来确定具有断路缺陷的接触孔的位置，其中，所述绝对坐标指的是具有断路缺陷的接触孔相对于晶圆圆心的绝对位置。
根据本公开的第一方面，当接触孔规则排布时，通过确定具有断路缺陷的接触孔的相对坐标来确定具有断路缺陷的接触孔的位置，其中，所述相对坐标包括所述具有断路缺陷的接触孔在其所在管芯中的多个规则排布的接触孔中的位置，以及所述具有断路缺陷的接触孔所在的管芯的中心相对于晶圆圆心的相对位置。
根据本公开的第一方面，所述超声波扫描是在气体成分固定的环境中进行的。
根据本公开的第一方面，基于具有断路缺陷的接触孔的位置，对具有断路缺陷的接触孔进行物性分析。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得更为清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1是图解说明传统的利用电子束扫描接触孔断路缺陷的方法的流程图。
图2是图解说明根据本公开示例性实施例的利用超声波扫描接触孔断路缺陷的方法的流程图。
图3是图解说明根据本公开示例性实施例的对不同接触孔进行超声波扫描的结构的示意图。
图4是图解说明根据本公开示例性实施例的对不同接触孔进行超声波扫描得到的波形的示意图。
图5是图解说明根据本公开示例性实施例，比较对接触孔进行超声波扫描得到的波形与对所有波形进行平均得到的平均波形，来判定是否存在具有断路缺陷的接触孔的示意图。
图6是图解说明根据本公开示例性实施例的具有断路缺陷的接触孔的绝对位置的示意图。
图7是图解说明根据本公开示例性实施例的具有断路缺陷的接触孔的相对位置的示意图。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
本申请的发明人发现，当前主要通过电子束扫描来检测晶圆上的接触孔缺陷。但是，利用这种方式，接触孔缺陷无法在当层进行检验，而且每次只能扫描很小一部分的图案，因此检测出接触孔缺陷所需的时间较长，从而检测出接触孔缺陷后对机台进行调整所需的反应时间较长，以致不能够及时地对机台进行维护，而且存在漏检的风险。
本申请的发明人经过研究，发现传统的利用电子束机台扫描接触孔缺陷所花费的时间较长的原因重点在于，在利用电子束扫描接触孔缺陷时，需要先向接触孔注入导电金属(例如，钨)来使其构成导电通路。具体原理是，当电子束未扫描至接触孔时，电子束发出的电荷没有可以释放的导电通路，扫描亮度完全为暗。相比之下，当电子束扫描至接触孔时，电子束发出的电荷通过导电金属形成的导电通路被释放，扫描亮度为亮。因此，根据一个实施例，电子束扫描必须在wcvd和wcmp过程完成之后才能进行。由于wcvd和wcmp需要耗费一定量的时间，因此利用电子束扫描接触孔缺陷所花费的时间较长。
无损检测是在不损坏器件或原材料的工作状态的前提下，对检验不见的表面和内部质量进行检查的一种检测手段。超声波检测也叫超声检测，是无损检测中的一种。超声波是频率高于20000hz的声波，具有频率高、波长短、衍射不严重、具有良好的定向性、穿透能力强、在固体中传输损失小、探测深度大等诸多优点，在医学、工业、军事、农业上有诸多应用。在微电子器件制造业中也可用来对大规模集成电路进行检查。
超声波扫描有多种扫描方式，其中常用的是a型扫描，横坐标代表时间，纵坐标代表反射波的强度或幅值。超声波扫描的具体原理是，当微电子器件中存在缺陷时，缺陷处和非缺陷处的声阻抗不同，当发射的超声波扫描到缺陷处和非缺陷处时，会发生反射，反射回的能量被探头接收到，就会呈现出反射波的波形。反射波的形状和高度会随扫描到的位置的形状、高度等的不同而不同，因此，缺陷处和非缺陷处会呈现出不同的波形。
鉴于上述研究，本申请的发明人想到一种改进的扫描接触孔断路缺陷的方法，即，将超声波运用到接触孔断路缺陷的扫描中，提出了一种利用超声波来扫描接触孔断路缺陷的方法。由于超声波扫描不需要导电通路，因此可以在进行wcvd和wcmp操作之前就对接触孔进行扫描。以这种方式，能够对半导体当层进行检验，检验时间中省去了进行wcvd和wcmp的时间，从而减少了接触孔开路的异常发现时间，可以较快地对机台进行维护，降低了产品的异常率。
下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。在图中，为了便于说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。尽管这些图并不能完全准确地反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整地反映了区域和组成结构之间的相互位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本发明的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
为了更全面、清楚地理解本发明，下面将结合附图来阐述根据本公开的新颖的技术。
图1是图解说明传统的利用电子束扫描接触孔断路缺陷的方法的流程图。如图1中所示，在步骤110中，在半导体衬底上形成隔离金属层的多层隔离层，以保证信号不受邻近金属线的影响，并且在隔离层上刻蚀多个接触孔，以用于导通不同金属层之间的电路。接下来，在步骤120中，通过wcvd操作在隔离层上沉积导电材料钨，以在接触孔中填充钨，形成钨塞结构，使得排布在不同金属层的电路互相连接。接下来，在步骤130中，对所沉积的钨进行wcmp，使其表面平坦化，从而有利于制作金属线。接下来，在步骤140中，对晶圆表面进行电子束扫描，获取晶圆表面各接触孔位置的扫描亮度，并比较各接触孔位置对应的色差。随后，由于具有缺陷的接触孔和没有缺陷的接触孔对应的亮度不同，根据接触孔所对应的亮度之间的区别，判定是否存在具有断路缺陷的接触孔，如步骤150中所示。当检测出存在具有断路缺陷的接触孔时，则如步骤160中所示，可以对机台进行维护，从而降低之后刻蚀出具有断路缺陷的接触孔的可能性，进而提高芯片的良品率。否则，当未检测出具有断路缺陷的接触孔时，则在晶圆上继续沉积隔离层并进行接触孔刻蚀。
可以看出，传统的利用电子束扫描来检测接触孔缺陷的方法必须在进行了wcvd和wcmp操作的基础上才能进行，以致检测时间较长，不能够及时发现缺陷并对机台进行维护，会在一定程度上对芯片良品率造成不利影响。基于此，本发明提出了一种改进的扫描接触孔断路缺陷的方法。
为了完整全面地理解本发明，下面将以图2例示出的流程图、图3例示出的结构的示意图、图4和图5例示出的波形图、图6和图7例示出的位置的示意图为例来详细描述根据本公开的示例性实施例的扫描接触孔断路缺陷的一个具体示例。请注意，该示例仅用于例示说明的目的，并不意图构成对本发明的限制。
如图2中所示，图解说明了根据本公开示例性实施例的利用超声波扫描接触孔断路缺陷的方法。首先，在步骤210中，在半导体衬底上形成多层隔离层，在隔离层上刻蚀多个接触孔，以用于导通不同金属层之间的电路。接下来，在步骤220中，对晶圆表面进行超声波扫描，以对各个接触孔进行超声波扫描，从而得到各个接触孔对应的波形。接下来，在步骤230中，即可根据对超声波扫描各个接触孔得到的对应波形进行比较的结果，判定是否存在具有断路缺陷的接触孔。
接下来，如果判定存在具有断路缺陷的接触孔，则如步骤260中所示，即对机台进行维护。如果判定不存在具有断路缺陷的接触孔，则可以继续进行正常的工艺流程。具体地，在步骤240中，通过wcvd在隔离层上沉积钨，以在接触孔中形成钨塞结构。随后，在步骤250中，对晶圆表面进行wcmp操作，使所沉积的钨表面平坦，并且之后在晶圆上继续涂布隔离层并进行接触孔刻蚀。
为了实现根据本公开的示例性实施例的扫描接触孔断路缺陷的方法，图3描述了根据本公开示例性实施例的对接触孔进行超声波扫描的结构。具体地，如图3中所示，层301为半导体衬底，其材质通常为硅。衬底301上布置有隔离层302和303。其中，隔离层302例如为氮化硅，隔离层303例如为氧化硅。如图所示，隔离层302和303中刻蚀有接触孔①-③。其中，接触孔①和③的刻蚀深度达到了预定深度，可以导通隔离层302和303上下的金属层(为便于观察，在图中省略了金属层)，而接触孔②的刻蚀深度未达到预定深度，不能够导通隔离层302和303上下的金属层，导致接触孔断路缺陷。接触孔②即为具有断路缺陷的接触孔。超声发射器304布置在隔离层上方，向晶圆表面发射超声波，以对其上的接触孔进行超声波扫描。
如图4中所示，示出了对接触孔①-③进行超声波扫描得到的波形。在图4中，横轴t代表扫描时间，纵轴a代表反射波的幅度。根据图4可以看出，具有相同深度的接触孔①和③所对应的波形的峰值相同，都为h1，而对应于未达到预定深度的接触孔②的波形的峰值较小,为h2。可以看出，未达到预定深度的接触孔②(即，具有断路缺陷的接触孔)所对应的反射波的幅度较小。通过比较多个超声波扫描波形之间的差异，可以识别出其中异常的波形，从而识别出具有断路缺陷的接触孔。
容易理解，上述接触孔①-③仅为示例，并不意图构成对本发明的限制。本发明中扫描的接触孔并不仅限于上述三个接触孔，实际上包括被扫描的区域的所有接触孔。
替代地，也可以预先定义一个对应于正常的接触孔的标准参考波形，然后通过比较对接触孔进行超声波扫描得到的波形与预定义的标准参考波形，判定所扫描的接触孔是否具有断路缺陷。
在半导体工艺中，正常情况下只有少数接触孔具有断路缺陷，大多数接触孔为正常的接触孔。因此，替代地，还可以通过计算超声波扫描得到的所有波形的平均波形，随后以该平均波形作为参考波形，比较每个波形与该参考波形，从而检测出具有断路缺陷的接触孔。
具体地，如图5中所示，左边部分示出了对1～n个接触孔进行超声波扫描得到的波形，右边部分示出了对1～n个接触孔进行超声波扫描得到的所有波形的平均波形。假定接触孔②为具有断路缺陷的接触孔，其对应的超声波扫描得到的反射波的峰值为h2，其他接触孔均为正常的接触孔，其对应的超声波扫描得到的反射波的峰值均为h1，平均波形的峰值为hm。定义第k个波形的峰值hk与平均波形的峰值hm之间的差为hk，则h1与hm之间的差为h1，hm与h2之间的差为h2。很明显，h2大于h1。通过比较各个波形与平均波形之间的差，差值明显偏大的即为具有断路缺陷的接触孔。
考虑到人眼观测可能存在误差，以及当缺陷不明显时波形之间的差异可能不够大以致人眼不能够明显区分的情况，利用数学计算来使误差量化，找出其中偏差相对较大的波形。设定波形差与参考波形的比值为σ，并且设定标准误差为σ0。
[数学公式1]
σ＝|hk-hm|/hm
σ为所检测的接触孔对应的超声波扫描波形的峰值与平均波形的峰值的差的绝对值与平均波形的峰值的比值，其中k为1～n的整数。当接触孔所对应的波形与参考波形之间的误差小于标准误差(即σ<σ0)时，判定该接触孔为正常的接触孔。或者，当接触孔所对应的波形与参考波形之间的误差大于标准误差(即σ>σ0)时，判定该接触孔具有断路缺陷。同样，参考波形可以为预定义的标准参考波形，也可以为对多个接触孔扫描所得到的波形的平均波形。优选地，σ0为3％。
进一步地，当判定存在具有断路缺陷的接触孔时，还可以确定具有断路缺陷的接触孔的位置。参考图6，图解说明了具有断路缺陷的接触孔的绝对位置。根据图6所示，晶圆601上分布有多个半导体管芯。其中，晶圆的圆心为原点o(0,0)。假设x轴为晶圆的水平轴，y轴为晶圆的竖直轴，被检测的管芯为d2，其管芯中心为o’，a为管芯d2中具有缺陷的接触孔。在机台检测到具有断路缺陷的接触孔a时，可以确定其相对于晶圆601的圆心o的绝对位置，即绝对坐标(x0,y0)，该绝对坐标即可代表具有断路缺陷的接触孔a的绝对位置。
进一步地，在半导体管芯中，由于电路结构的差异，接触孔在管芯中可以是不规则排布的，也可以是规则排布的。当接触孔为规则排布时，除了通过如上所述的确定具有断路缺陷的接触孔a的绝对位置来确定具有断路缺陷的接触孔的位置之外，还可以通过确定接触孔a的相对位置来确定其位置。
图7图解说明了根据本公开示例性实施例的具有断路缺陷的接触孔的相对位置。如图7中所示，区域702为管芯d2放大后的示意图，其上的接触孔呈阵列形式均匀排布。假定接触孔a为其中具有断路缺陷的接触孔，其位于接触孔阵列中的第2行，第4列。
接触孔a的相对坐标由两部分组成，包括接触孔a所在的管芯d2的中心o’相对于晶圆圆心o的相对坐标(x1,y1)，以及具有断路缺陷的接触孔a在接触孔阵列中的位置(r2，c4)。可以首先确定所扫描的管芯d2的中心o’相对于晶圆圆心o的位置，找到所扫描的管芯d2，随后确定具有缺陷的接触孔a在管芯d2上的接触孔阵列中的相对位置。以这种方式，通过二者的组合，可以找到具有缺陷的接触孔a。
根据上述方法，可以更加快速地检测出是否存在具有断路缺陷的接触孔，从而根据接触孔缺陷的状况及时对机台进行调整，提高良品率。进一步地，可以确定具有断路缺陷的接触孔的位置，以便对其进行物性分析，(例如，可以通过物性分析，对缺陷处进行切片处理，测量出接触孔里残留缺陷的成分和厚度等)，从而研究接触孔出现断路缺陷的原因，进而采取相应的调整策略。更进一步地，由于超声波扫描更加快速，其可以扫描比电子束扫描中所扫描的图案更大的图案，抽取更多的接触孔样本进行检测，降低漏检的可能性，提高芯片的良品率。
另外，值得注意的是，由于超声波扫描会受到环境中气体成分的影响，上文中所提到的超声波扫描都是在气体成分固定(例如，氮气,氩气等较稳定的气体)的环境中进行的，以排除气体成分对超声波扫描的影响。
上面仅通过示例描述了根据本发明的实施例的利用超声波扫描接触孔断路缺陷的方法。本领域技术人员均明白，上述步骤并不限制本发明的方案，而是可以根据实际应用进行任意的修改或删除。此外，上述示例并不意图构成对本发明的限制。例如，本发明并不仅限于其中填充钨的接触孔的扫描，接触孔中也可填充其他导电金属，这对超声波扫描并没有影响。另外，本发明也不限于单层隔离层、金属层和接触孔，可以包括两层或更多层隔离层、金属层和接触孔。再者，接触孔的位置也不限于上述表示方式，比如，也可选定晶圆上的任意管芯的中心作为原点，随后确定具有缺陷的接触孔相对于它的位置。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。