专利名称：一种非图案化表面缺陷的离线检测方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体测试方法，特别涉及一种非图案化表面缺陷的离线检测方法。
背景技术：
现有的半导体制造主要是在晶片(wafer)的器件面上制作各种半导体器件，半导体制造工艺流程中的主要工序包括在具有衬底的晶片器件面上沉积薄膜或介质层、光刻后刻蚀薄膜或介质层，使其图案化形成半导体器件结构、化学机械研磨使晶片表面平坦化等。晶片按照半导体制造工艺流程在不同设备中完成不同工序。为了提高实际生产中半导体器件的良率，往往需要通过离线检测了解各道工序所用设备的状况以及工艺控制情况， 化学气相沉积(CVD)或扩散(diffusion)等方法生长薄膜或介质层的工序,离线检测该工序中生长的薄膜或介质层是否存在大量缺陷的方法就是按照工序要求在衬底100表面生长薄膜或介质层101后，不进行后续的光刻和刻蚀步骤，直接检测薄膜或介质层的表面缺陷102，如图I所示，其中将未经过光刻和刻蚀的薄膜或介质层，称为非图案化薄膜或介质层101。现有技术中，将具有空白衬底或者非图案化薄膜或介质层的晶片作为半导体样品，对半导体样品中空白衬底或者非图案化薄膜或介质层的表面缺陷的离线检测，称为非图案化表面缺陷的离线检测。非图案化表面缺陷的离线检测目的是通过观察表面缺陷102的位置和形状，分析造成表面缺陷102的原因，从而调整半导体制造工艺或对设备进行维修以避免产生表面缺陷102。表面缺陷102 —般分为两大类微�：涂锥矗牵⒎撬谐叽绲奈⒘；蚩锥炊蓟崾游砻嫒毕�102，一般只有当微粒或孔洞的尺寸不小于可容忍最小缺陷尺寸时，才视为表面缺陷102，而对尺寸不大于可容忍最小缺陷尺寸的微粒或孔洞可以忽略。在半导体制造中，可容忍最小缺陷尺寸一般定为二分之一特征尺寸(⑶)，也就是说非图案化表面缺陷102离线检测要求必须检测出尺寸不小于二分之一 CD的微粒或孔洞的位置和形状。现有技术中，非图案化表面缺陷102离线检测的方法主要是光学检测法，该方法首先将空白衬底或具有非图案化薄膜或介质层101的晶片作为样品放置在检测仪器的载物台上，检测时由检测仪器的光源发出一定波长(λ)的入射光，并将入射光聚焦成光束以特定角度照射在非图案化薄膜或介质层101的表面，入射光可以是可见光、紫外光等，入射光的光束在没有表面缺陷102的非图案化薄膜或介质层101表面发生折射和反射及散射现象，而在表面缺陷102的微粒或孔洞处产生更强烈的散射现象，接着由光束探测器收集散射现象中发出的散射光，最后通过分析散射光光谱检测表面缺陷102的位置、形状和大小。但是，随着半导体制造业的发展，半导体器件CD不断缩�。苑峭及富砻嫒毕�102离线检测的要求也越来越高，成为对半导体测试技术的挑战。根据瑞利散射原理,当入射光波长与产生散射的微粒尺寸在同一数量级情况下，散射光强度与入射光波长(λ)的四次方成反比，与微粒面积的六次方成正比。在特定的检测波长下，当待检测表面缺陷102的微粒或孔洞的尺寸缩小时，散射光强度也随之减弱，由于光束探测器对散射光强度的灵敏度限制而无法收集和分析散射光光谱，信噪比减弱，也就不能有效的检测区分出表面缺陷102。现有的解决方式有采用入射光波长较小的光源，对入射光进行极化，增加入射光的发射功率等，这些方法都是从改变检测仪器的物理条件角度着手，所需成本高，不易实现。
发明内容
有鉴于此，本发明解决的技术问题是随着待检测表面缺陷的微粒或孔洞的尺寸缩小,需要改变光束探测器的物理条件,成本过高。为解决上述问题，本发明的技术方案具体是这样实现的一种离线检测非图案化表面缺陷的方法，提供具有衬底或者在所述衬底上具有非图案化薄膜或介质层的晶片，该方法包括所述衬底表面或者所述非图案化薄膜或介质层表面形成薄膜层，作为半导体样品，所述薄膜层对所述非图案化表面缺陷离线检测中入射光的折射率高于真空；用光学检测法检测所述半导体样品中所述衬底或者非图案化薄膜或介质层的表面缺陷。所述薄膜层对所述入射光的折射率大于等于I. 5。所述薄膜层对所述入射光的吸收系数小于等于O. 01。所述薄膜层的厚度范围是50埃到5000埃。所述薄膜层的本征缺陷个数小于等于100个。所述薄膜层是硅化物或者有机物。所述硅化物用化学气相沉积、高温化学气相沉积或者等离子体增强化学气相沉积制作；所述有机物涂覆在所述非图案化薄膜或介质层表面。一种离线检测非图案化表面缺陷的方法，该方法还包括在所述化学气相沉积、高温化学气相沉积或者等离子体增强化学气相沉积硅化物之后湿法清洗所述硅化物的表面；或者在所述涂覆有机物之后烘焙所述有机物。所述硅化物是二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，所述有机物是光刻胶或者底部抗反射层。由上述的技术方案可见，本发明提出一种离线检测非图案化表面缺陷的方法，在晶片器件面待检测的非图案化薄膜或介质层表面形成高折射率的薄膜层，利用该薄膜层的高折射率改变入射光波长，增加入射光在微粒或孔洞处发生散射时产生的散射光强度，从而在不改变检测仪器光源发出的入射光波长以及其他物理条件的前提下，提高对小尺寸微粒或孔洞等表面缺陷的分辨灵敏度，同时节约了检测成本。
图I为现有技术中离线检测非图案化表面缺陷的半导体样品剖面结构示意图；图2 3为本发明离线检测非图案化表面缺陷的半导体样品剖面结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明提供了一种非图案化表面缺陷的离线检测方法，该方法在表面缺陷检测之前，在晶片器件面待检测的非图案化薄膜或介质层表面形成高折射率的薄膜层，利用该薄膜层的高折射率改变入射光波长，增加入射光在微粒或孔洞处发生散射时产生的散射光强度，从而在不改变检测仪器光源发出的入射光波长以及其他物理条件的前提下，提高对小尺寸微粒或孔洞等表面缺陷的分辨灵敏度，同时节约了检测成本。具体实施例一 下面结合图2 3的离线检测非图案化表面缺陷的半导体样品剖面示意图详细说明本发明提出的离线检测非图案化表面缺陷的半导体样品制备方法的具体步骤。步骤101、在晶片器件面的非图案化薄膜或介质层201表面沉积高折射率低吸收系数硅化物302，得到如图3所示的结构；本步骤中，首先提供如图2所示的具有非图案化薄膜或介质层201的晶片100，在非图案化薄膜或介质层201的表面缺陷202为微粒或孔洞；在非图案化薄膜或介质层201表面沉积硅化物302的方法可以是化学气相沉积(MOCVD)、高温气相沉积或离子体增强化学气相沉积(PECVD)等现有技术中常用的沉积方法，硅化物302可以是二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等；沉积硅化物302的厚度范围达到50到1000埃，例如50埃、3000埃或5000埃；硅化物302对入射光的折射率(nl)的范围是大于等于I. 5，例如1. 5、I. 7或2 ;硅化物.302对入射光的吸收系数(k)的范围是小于等于O. 01，例如0. 01、0. 009或O. 008。步骤102、湿法清洗硅化物302 ；本步骤中，湿法清洗硅化物302表面的目的是减少硅化物302表面的微�：腿毕荩苊饨杌�302表面的微粒和缺陷误认为非图案化薄膜或介质层201的表面缺陷202。需要注意的是，这里并没有采用CMP抛光硅化物302表面的方法，因为CMP会为硅化物302表面带来更多的附加缺陷。湿法清洗硅化物302表面后，对每片晶片的硅化物302要求其本征缺陷的个数小于等于100个，例如，100个、50个或10个；另一方面，CMP能够减薄硅化物302厚度，防止硅化物302过厚造成入射光和散射光吸收，影响后续步骤103非图案化薄膜或介质层201表面缺陷202检测灵敏度。至此，本发明提出的离线检测非图案化表面缺陷的的半导体样品制备过程结束。步骤103、光学检测法检测非图案化薄膜或介质层201表面缺陷202 ；本步骤中，首先将上述制备的半导体样品，也就是依次具有非图案化薄膜或介质层201和高折射率低吸收系数硅化物302的晶片100放置在检测仪器的载物台上，检测时由检测仪器的光源发出一定波长(λ)的入射光，并将入射光聚焦成光束以特定角度照射在高折射率低吸收系数的硅化物302层，入射光可以是可见光、紫外光等。入射光的光束先透过硅化物302层，到达硅化物302层和非图案化薄膜或介质层201之间的界面，在没有表面缺陷的非图案化薄膜或介质层201表面发生折射和反射现象，而在表面缺陷202如微粒或孔洞处产生散射现象，接着由光束探测器收集散射现象中发出的散射光，最后通过分析散射光光谱检测表面缺陷202的位置和形状。本发明提出的样品制备方法，由光学折射率公式ηλ = nl λ 1，可见介质中传播的光束的波长与其所在介质的折射率成反比，可知，当检测仪器的光源发出的入射光的光束，从空气(或真空)为介质到硅化物302为介质的传播过程中，由于硅化物302的折射率nl高于空气(或真空)的折射率η = 1，因此，硅化物.302中入射光波长λ I相比空气(或真空)中入射光波长λ减�。嗟庇谠诠杌�302层中减小将要照射到非图案化薄膜或介质层201表面的入射光波长。根据瑞利散射原理，散射光强度与入射光波长的四次方成反比，当入射光波长变为λ I时，相比没有硅化物302的情况，入射光波长增大，散射光强度也随之增加，有利于光束探测器对散射光的收集和散射光光谱分析，即使对微�：涂锥闯叽缃闲〉谋砻嫒毕�202，从而在不改变检测仪器光源发出的入射光波长以及其他物理条件的前提下，提高对小尺寸微粒或孔洞等表面缺陷202的分辨灵敏度，同时节约了检测成本。本步骤中具体非图案化薄膜或介质层201的表面缺陷202检测步骤为现有技术，不再赘述。具体实施例二步骤201、在晶片器件面的非图案化薄膜或介质层表面涂覆高折射率低吸收系数的有机物；本步骤中，可以用旋涂方式在非图案化薄膜或介质层表面涂覆高折射率低吸收系数的有机物，有机物可以是光刻胶(PR)或者底部抗反射涂层(BARC)，均易于通过化学清洗·去除；有机物对入射光的折射率(nl)的范围是大于等于I. 5，例如1. 5、1. 7或2 ;有机物对入射光的吸收系数(k)的范围是小于等于O. 01，例如0. 01,0. 009或O. 008 ;涂覆的有机物的厚度范围是50埃到5000埃，例如50埃、200埃或5000埃，防止有机物过厚造成入射光和散射光吸收，影响后续非图案化薄膜或介质层表面缺陷的检测灵敏度。步骤202、烘焙有机物；本步骤中，烘焙有机物的目的是一方面使有机物更好地贴附在非图案化薄膜或介质层表面，另一方面减少由于引入有机物带来的附加缺陷，避免将附加缺陷误认为非图案化薄膜或介质层表面缺陷，对每片晶片的有机物要求其本征缺陷的个数小于等于100个，例如，100个、50个或10个。本步骤中，由现有技术根据有机物的厚度调整烘焙时间和温度，不再赘述。至此，本发明提出的离线检测非图案化表面缺陷的半导体样品制备过程结束。步骤203、光学检测法检测非图案化薄膜或介质层表面缺陷；本步骤中，首先将上述制备的半导体样品，也就是依次具有非图案化薄膜或介质层和高折射率低吸收系数有机物的晶片放置在检测仪器的载物台上，检测时由检测仪器的光源发出一定波长(λ)的入射光，并将入射光聚焦成光束以特定角度照射在高折射率低吸收系数的有机物，入射光可以是可见光、紫外光等。入射光的光束先透过有机物，到达有机物和非图案化薄膜或介质层之间的界面，在没有表面缺陷的非图案化薄膜或介质层表面发生折射和反射现象，而在表面缺陷的微粒或孔洞处产生散射现象，接着由光束探测器收集散射现象中发出的散射光，最后通过分析散射光光谱检测表面缺陷的位置和形状。本发明提出的样品制备方法，由光学折射率公式ηλ =η1λ 1，可见介质中传播的光束的波长与其所在介质的折射率成反比，可知，当检测仪器的光源发出的入射光的光束，从空气(或真空)为介质到有机物为介质的传播过程中，由于有机物的折射率nl高于空气(或真空)的折射率η = I,因此,有机物中入射光波长λ I相比空气(或真空)中入射光波长λ减�。嗟庇谠谟谢镏屑跣〗丈涞椒峭及富∧せ蚪橹什惚砻娴娜肷涔獠ǔ�。根据瑞利散射原理，散射光强度与入射光波长的四次方成反比，当入射光波长变为λ I时，相比没有有机物的情况，入射光波长增大，散射光强度也随之增加，有利于光束探测器对散射光的收集和散射光光谱分析，即使对微�：涂锥闯叽缃闲〉谋砻嫒毕荩佣诓桓谋浼觳庖瞧鞴庠捶⒊龅娜肷涔獠ǔひ约捌渌锢硖跫那疤嵯拢岣叨孕〕叽缥⒘；蚩锥吹缺砻嫒毕莸姆直媪槊舳龋苯谠剂思觳獬杀�。本发明具体实施例一和具体实施例二中提出了一种非图案化表面缺陷的离线检测方法，该方法在具有非图案化晶片表面或具有非图案化薄膜或介质层的晶片表面制作具有高折射率和低吸收系数k的薄膜层作为介质制成半导体样品，用光学检测法检测半导体样品中非图案化薄膜或介质层的表面缺陷，利用在高折射率的介质层中入射光波长减小的特性，增大晶片表面缺陷的散射光强度，该半导体样品制备方法在无需改变检测仪器的光源发出的入射光波长以及其他物理条件的前提下，提高了离线检测非图案化表面缺陷的灵敏度，同时节约检测成本。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
权利要求
1.一种非图案化表面缺陷的离线检测方法，提供具有衬底或者在所述衬底上具有非图案化薄膜或介质层的晶片，该方法包括 所述衬底表面或者所述非图案化薄膜或介质层表面形成薄膜层，作为半导体样品，所述薄膜层对所述非图案化表面缺陷离线检测中入射光的折射率高于真空； 用光学检测法检测所述半导体样品中所述衬底或者非图案化薄膜或介质层的表面缺陷。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述薄膜层对所述入射光的折射率大于等于1.5。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述薄膜层对所述入射光的吸收系数小于等于O. 01。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述薄膜层的厚度范围是50埃到5000埃。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述薄膜层的本征缺陷个数小于等于100个。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述薄膜层是硅化物或者有机物。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述硅化物用化学气相沉积、高温化学气相沉积或者等离子体增强化学气相沉积；所述有机物涂覆在所述衬底或者非图案化薄膜或介质层表面。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括在所述化学气相沉积、高温化学气相沉积或者等离子体增强化学气相沉积硅化物之后湿法清洗所述硅化物的表面；或者在所述涂覆有机物之后烘焙所述有机物。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述硅化物是二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，所述有机物是光刻胶或者底部抗反射层。
全文摘要
本发明提供了一种离线检测非图案化表面缺陷的方法，该方法在用于离线检测的具有非图案化晶片表面或具有非图案化薄膜或介质层的晶片表面制作具有高折射率和低吸收系数k的薄膜层作为介质制成半导体样品，用光学检测法检测所述半导体样品中所述非图案化晶片表面或非图案化薄膜或介质层的表面缺陷，利用高折射率介质中入射光波长减小的特性，增大表面缺陷的散射光强度，该离线检测非图案化表面缺陷的方法在无需改变检测仪器的光源发出的入射光波长以及其他物理条件的前提下，提高了离线检测非图案化表面缺陷的灵敏度，同时节约检测成本。
文档编号G01N21/95GK102890094SQ20111020259
公开日2013年1月23日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者胡华勇, 林益世 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
专业数控铣床产品供应商
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