[發明專利]使用在線納米探測的貫穿工藝流程的芯片內和芯片間的電分析和過程控制

有效

• 申請號: 201580044320.X
• 申請日: 2015-06-25
• 公開（公告）號: CN107004554B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: V·烏克蘭采夫;I·尼夫;R·本蔡恩
• 申請（專利權）人: FEI埃法有限公司
• 主分類號: H01J37/20
• 分類號: H01J37/20;H01L21/66;G01R1/06;G01R31/307;G01R31/28
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;王英

一種用于在半導體晶圓上執行在線納米探測的系統。晶圓支架或垂直晶圓定位器附接到晶圓臺。SEM柱、光學顯微器和多個納米探針定位器都附接到頂板。納米探針定位器具有被配置為物理接觸晶圓上所選擇的點的一個納米探針。當探針物理接觸晶圓時，力(或觸摸)傳感器測量由探針施加到晶圓的接觸力(或力矩)。多個漂移傳感器被提供用于在測量期間實時計算探針相對于晶圓的對準漂移。

相關申請的交叉引用

本申請要求享有于2014年6月25日提交的、序列號為62/016,650的美國臨時申請的優先權，該申請的公開內容以全文引用的方式并入本文中。

技術領域

本發明屬于半導體制造領域，并且更具體而言，經由晶圓級工藝監測的納米探測來實現電氣測量以完成在線監測、缺陷復檢以及工藝控制。

背景技術

工藝工程師試圖獲得與他們構建的器件和電路有關的盡可能多的信息。器件信息可以分為兩組：物理特性和電氣特性。電氣特性給出了所制造器件的最終性能，如果這些符合設計，則實際上不需要其他的來進行工藝監測和控制。當然，如果工藝從未隨著時間而中斷或偏移，則電氣特性就足夠了。然而，當工藝中斷或偏移并且工廠產量下降時，工藝工程師需要執行故障分析(FA)以研究故障并找出哪個工藝失敗。在這一點上，物理特性(例如，臨界尺寸(CD)、膜厚度和均勻性、化學成分、界面等)的獲知突然變得重要。工藝工程師需要研究工藝在哪個具體步驟失敗。常常使用對器件的物理建模，以便理解電氣屬性對器件的物理參數和工藝公差的依賴性。這個經典的方案很多年來工作得很好。然而，最近這個方案開始失效，并且由于增加的制造復雜性，預計該方案的失效率將增加。

在當前和未來的芯片中，內部器件與原子尺寸變得相當。這意味著表面和接口對器件性能會產生顯著的影響。大型材料模型并未很好地描述器件電氣性能對尺寸、材料成分(例如，摻雜、Si氮氧化物、Hf氧化物等)和物理特性的依賴性。此外，尺寸計量和物理表征的精度也降低。因此，產量和工藝工程師在他們可用的物理和尺寸信息越來越少的情況下，面臨著找到故障根本原因的新挑戰。

為了解決這個問題，工程師必須使用越來越多的器件本身的電氣特性。不幸的是，電氣數據僅在形成至少一個互連級時才可用。在大多數情況下，電路的關鍵元件僅可以在構建了若干層互連件之后才可以被測試。這花費時間和資源，并且常常導致許多昂貴的晶圓廢棄。

當前，沒有前端在線工藝監測是電氣的。實際上所有的電氣測量都至少是在第一金屬完全被制造之后(即，在后端制造期間)進行的。這在工藝中太晚了，因為到那個階段已經完成了制造芯片的功能器件(例如，晶體管、存儲器單元等，通常被稱為前端)所需的所有過程。如果在前端制造步驟期間出現了問題并且在該時間段內未檢測出問題，則會廢棄許多晶圓。問題發現的越早，預期的損失就越少。當前的前端監測工具常常找出不會影響電氣性能的缺陷并且在其它情況錯過不會影響性能的缺陷。完全“殺死”器件的缺陷被稱為“殺手缺陷”。作為規則，它們僅在IC被完全制造和電測試之后被發現。在可以在物理故障分析(PFA)中識別出“殺手”之前，有缺陷的IC經歷故障隔離和納米探測。如果在工藝流程中早期進行電測量，那么這些“殺手”中的許多和性能缺陷將被提早發現。因此，電納米探測的對稱傳導和在流程中的早期進行能夠早期地捕獲(新的)“殺手”缺陷并防止晶圓廢棄。

在實踐中，專門使用經設計的測試結構來執行電測試，其中幾乎所有的電測試結構都位于切割線上因為IC基板是非常昂貴的，尤其是在生產芯片方面。然而，在本領域中對于技術人員已知的是器件的電特性取決于特定布局(微負載效應)并且還跨管芯/芯片變化(宏負載效應)。處于切割線上而并不是真實芯片的測試結構不會正確地反應芯片內真實器件的電性能。因此，受到微負載效應和宏負載效應對電特性的影響的電氣性質的內部芯片分布僅是未知的。