在線找出隱藏的電氣缺陷：優(yōu)化銅邏輯和芯片加工的電子束檢查
簡介
不斷縮小的工藝空間、復雜的集成解決方案和新材料的引入,都為生產(chǎn) 90 nm 及以下的銅設(shè)備提出了獨特的挑戰(zhàn)。出現(xiàn)了各種與效能有關(guān)的缺陷,從隱藏的銅通道空洞、硅化橋到高縱橫比接觸孔的殘留,使用傳統(tǒng)的光學檢查工具無法對其進行檢測。實際上,唯一可找到這些隱藏電氣缺陷的技術(shù)就是電子束檢查 (EBI ,E-Beam Inspection),它使用電壓差異 (VC) 查找接地短路（圖 1）。 在 VC 模式中,EBI對產(chǎn)品晶圓進行在線電氣測試。
領(lǐng)先的Fab在開發(fā)和試產(chǎn)期間,已廣泛使用 EBI 作為工程分析工具。世界范圍內(nèi) 35 個銅制成 Fab 中,就有 30 個至少擁有一個 EBI 工具在按這種方式使用。多個領(lǐng)先的晶圓制造商,包括 Toshiba、STMicroelectronics和 TSMC,均有 EBI 工程分析應(yīng)用的記載。
生產(chǎn)中使用EBI進行電路在線監(jiān)控的例子來自以下公司：Motorola（摩托羅拉）、Texas Instruments（得克薩斯儀器公司）、Samsung（三星公司） 和 Altis。只有 EBI 才能檢測到的缺陷在生產(chǎn)中不斷出現(xiàn),尤其在90 nm 及以下設(shè)計規(guī)格,這種趨勢越來越明顯。另外,批量生產(chǎn)應(yīng)用預計會隨著新一代高速 EBI 工具的引入而加速。為了方便在生產(chǎn)中應(yīng)用 EBI,KLA-Tencor 引入了 eS3X 平臺。 目前所用的 eS31 是為完成以下功能而開發(fā)的：提供居于行業(yè)領(lǐng)先水平的生產(chǎn)能力、高敏感的電子光學系統(tǒng)、次品分類、先進的管理控制以及便于使用。Fab 使用 eS31 進行開發(fā)、試產(chǎn)和批量生產(chǎn)作業(yè)。
確定 EBI 實施最佳方案
為了評估最好的實施方案,我們對銅 Fab 客戶庫中目前使用 EBI 的情況進行了調(diào)查。后段制程 (BEOL) 中,好的應(yīng)用最起碼包含 pitch Via 1模塊。Via 1 中最嚴重的缺陷類型包括空洞、蝕刻不足、蝕刻過量、殘留和缺乏通道。對此模塊的檢查通常在以下步驟進行：Via 1 蝕刻（用于光刻主導的缺陷）以及后面的銅 CMP 步驟（Via 1 CMP 或M2CMP,分別對應(yīng)單層鑲嵌和雙重鑲嵌工藝）。 盡管設(shè)計規(guī)格較松,但是,由于薄膜厚度變化和集成問題,上層金屬銅 CMP 和通道蝕刻 (Via Etch)/凹蝕刻 (Trench Etch) 檢查也很重要。
前段制程(FEOL) 最常見的EBI點是接點 (contact),無論是蝕刻還是W CMP。由淺結(jié)工藝發(fā)展所推動,對鈷化物 (CoSi2) 或鎳化物 (NiSi) 模塊進行電子束檢查,也變得極其重要。
; 在生成基準缺陷 Paretos 分布圖時,用戶通常選用靈敏度高（小像素）檢測程序。在開發(fā)階段缺陷密度高時,通過小面積檢查（晶圓的 10% 以下）,即可得到準確的基準 Paretos 分布圖。隨著系統(tǒng)問題的解決和缺陷密度的降低,需要檢查更多區(qū)域,方可獲得在統(tǒng)計方面有意義的基準 Paretos 分布圖。 ;
盡管取樣要求隨缺陷密度而變化,多數(shù) Fab 仍然會對整個晶圓進行取樣,以獲得晶圓級的缺陷特征。此類“完整的晶圓特征”的獲得方法有：隔行檢查管芯,使用運行時分段跳躍,或使用 Weiner 等所介紹的快速區(qū)域 (eD0) 測試結(jié)構(gòu)。圖 2 為典型的 eS31 批量生產(chǎn)檢查取樣計劃。
表1概述了生產(chǎn)線監(jiān)控使用電子束對9個銅 Fab 進行檢查的情況。生產(chǎn)線監(jiān)控晶圓取樣策略取決于要檢測的效能偏移的程度。采用關(guān)鍵區(qū)域模型的很多客戶,很快就發(fā)現(xiàn)尺寸大的芯片,需要檢查較大晶圓面積才能發(fā)現(xiàn)小的偏移。建模和Fab經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明,對于多數(shù)批量生產(chǎn)監(jiān)控作業(yè),eS31 可在1小時內(nèi)檢查足夠的區(qū)域。
