一種提高微粒檢測能力的方法
【專利摘要】本發明公開了一種提高微粒檢測能力的方法，通過在被檢測硅片上沉積一層氮化物薄膜，將附著在硅片表面上的小于最小缺陷檢測尺寸的微粒尺寸放大至少達到最小缺陷檢測尺寸，并利用氮化物的致密特征，使疏松微粒具有致密、光滑的被檢測表面，改善了疏松微粒的表面檢測形貌，增強了在疏松微粒處對入射光的反射能力和散射光的集中度，從而在暗場光學缺陷檢測時可成功捕捉到疏松微粒以及小于最小缺陷檢測尺寸的微粒的缺陷信號，因此提高了暗場光學缺陷檢測時對小尺寸微粒及疏松微粒的檢測能力。
【專利說明】一種提高微粒檢測能力的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制造中的光學缺陷檢測【技術領域】，更具體地，涉及一種在進行暗場光學缺陷檢測時可提高針對小尺寸微粒及疏松微粒的檢測能力的方法。

【背景技術】
[0002]隨著半導體芯片制造技術向更小尺寸的新工藝技術節點邁進，制造過程中產生的更小尺寸的微粒(Particle),將會大大影響芯片的良率(Yield)和可靠性(Reliability)。光學缺陷檢測技術是普遍應用于半導體集成電路芯片制造中的檢測方法，分為亮場和暗場光學缺陷檢測技術兩種。其中，暗場光學缺陷檢測技術(Darkfield Inspect1n)是將入射光在缺陷表面形成的散射光強轉換成缺陷信號的一種檢測手段，主要用于針對芯片表面微粒的檢測。
[0003]盡管暗場光學缺陷檢測技術具有其它檢測技術例如電子束顯微鏡等不具備的高性能和高效率，但是，暗場光學缺陷檢測技術也存在對最小缺陷檢測尺寸的檢測限制。比如，一種KLA Tencor公司(科嘉股份有限公司)生產的型號為Surfscan SP2的機臺，只能檢測尺寸不小于60納米的微粒。而且，在暗場光學缺陷檢測技術中，半導體硅片(芯片)表層薄膜的粗糙度和微粒的表面形貌，也會影響暗場的檢測能力。例如，暗場光學缺陷檢測技術反映出對散射光較弱的疏松微粒的檢測能力較差，這是由于疏松微粒能吸收一定的入射光；同時，入射光在疏松微粒形成的散射光呈分散狀、沒有均勻的方向性，這也降低了暗場光學缺陷檢測技術的檢測能力。如何能夠提高暗場光學缺陷檢測技術對小尺寸微粒及疏松微粒的檢測能力，成為業界亟待解決的課題。


【發明內容】

[0004]本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種提高微粒檢測能力的方法，用于對微粒進行暗場光學缺陷檢測，通過在被檢測硅片上沉積一層氮化物薄膜，可將附著在娃片表面上的小于暗場光學缺陷檢測最小缺陷檢測尺寸的微粒尺寸放大，并可使疏松微粒具有致密氮化物的表面檢測形貌，從而在暗場光學缺陷檢測時可成功捕捉到疏松微粒以及小于最小缺陷檢測尺寸的微粒的缺陷信號，因此，提高了暗場光學缺陷檢測時對小尺寸微粒及疏松微粒的檢測能力。
[0005]為實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0006]一種提高微粒檢測能力的方法，用于對微粒進行暗場光學缺陷檢測，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]步驟一:提供一半導體硅片，所述硅片表面附著有微粒，所述微粒包括疏松微粒和/或小于暗場光學缺陷檢測的最小缺陷檢測尺寸的微粒；
[0008]步驟二:在所述硅片上沉積一層氮化物薄膜，所述氮化物薄膜將附著在所述硅片表面的所述微粒覆蓋并包裹，以放大所述微粒在暗場光學缺陷檢測時的檢測尺寸至少達到所述最小缺陷檢測尺寸，并使微粒表面具有所述氮化物的表面檢測形貌；
[0009]步驟三:對所述硅片進行針對表面微粒的暗場光學缺陷檢測。
[0010]優選的，步驟一中，所述微粒中包括尺寸小于60納米的微粒。
[0011]優選的，步驟二中，所述氮化物為金屬氮化物、氮化硅、氮氧化硅其中之一。
[0012]優選的,步驟二中，采用物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposit1n)、金屬有機化合物化學氣相沉積法(Metal-organic Chemical Vapor Deposit1n)或等離子增強化學氣相沉積法(Plasma Enhanced Vapor Deposit1n)沉積所述氮化物薄膜。
[0013]優選的，步驟二中，所述氮化物的沉積厚度為5?50nm。
[0014]優選的，在步驟二和步驟三之間，增加對所述氮化物薄膜進行退火處理。
[0015]優選的，對所述氮化物薄膜進行所述退火處理的溫度為300?500°C。
[0016]優選的，在步驟二和步驟三之間，增加對所述氮化物薄膜進行紫外線固化處理(UVcure)ο
[0017]優選的，在步驟二和步驟三之間，增加對所述氮化物薄膜進行等離子體轟擊處理，反應氣體為氮氣或惰性氣體。
[0018]優選的，進行所述等離子體處理時的等離子體射頻功率為100?1000瓦，處理腔體的氣壓為100毫托?10托。
[0019]從上述技術方案可以看出，本發明通過在被檢測硅片上沉積一層氮化物薄膜，可將附著在硅片表面上的小于暗場光學缺陷檢測最小缺陷檢測尺寸的微粒尺寸放大至少達到最小缺陷檢測尺寸，并利用氮化物的致密特征，使疏松微粒具有致密、光滑的被檢測表面，改善了疏松微粒的表面檢測形貌，增強了在疏松微粒處對入射光的反射能力和散射光的集中度，并通過對氮化物薄膜進行退火、紫外線固化或等離子體轟擊處理，進一步改善氮化物薄膜的表面平整度和反光性能，從而在暗場光學缺陷檢測時可成功捕捉到疏松微粒以及小于最小缺陷檢測尺寸的微粒的缺陷信號，因此，提高了暗場光學缺陷檢測時對小尺寸微粒及疏松微粒的檢測能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發明一種提高微粒檢測能力的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖，對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。當然本發明并不局限于下述具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護范圍內。
[0022]請參閱圖1，圖1是本發明一種提高微粒檢測能力的方法的流程圖。如圖所示，本發明的提高微粒檢測能力的方法可用于對在經過半導體工藝制程后的硅片表面附著的微粒進行暗場光學缺陷檢測，包括以下步驟:
[0023]如框I所示，步驟一:提供一半導體硅片，所述硅片表面附著有微粒，所述微粒包括疏松微粒和/或小于暗場光學缺陷檢測的最小缺陷檢測尺寸的微粒。
[0024]如框2所示，步驟二:在所述硅片上沉積一層氮化物薄膜，所述氮化物薄膜將附著在所述硅片表面的所述微粒覆蓋并包裹，以放大所述微粒在暗場光學缺陷檢測時的檢測尺寸至少達到所述最小缺陷檢測尺寸，并使微粒表面具有所述氮化物的表面檢測形貌。
[0025]如框3所示，步驟三:對所述硅片進行針對表面微粒的暗場光學缺陷檢測。
[0026]在半導體集成電路制造中，一般的，經過一個或數個半導體工藝制程后，硅片表面會附著有微粒(Particle)，微粒的存在將會大大影響芯片的良率和可靠性。這時，就需要對硅片進行缺陷檢測。其中，針對微粒缺陷，適用暗場光學缺陷檢測方法。在使用例如KLATencor公司(科嘉股份有限公司)型號為Surfscan SP2的機臺對娃片進行暗場光學缺陷檢測時，由于受該機臺的檢測能力限制，只能檢測尺寸不小于60納米的微粒。而硅片表面通常會附著有小于60納米的微粒，以及對缺陷檢測時的入射光反射能力較差且散射光難以聚集的疏松微粒，使檢測機臺難以捕捉到此類缺陷信號。本發明即是基于上述種類的微粒，開發的具有針對性的提高微粒檢測能力的方法。但不限于此，本發明的方法也同樣適用于所有在硅片表面附著的微粒尺寸及形態。
[0027]針對上述例舉的Surfscan SP2機臺，作為本發明的一實施例,上述的所述微粒中，除了包括尺寸小于60納米、以致Surfscan SP2機臺不能檢測的小尺寸微粒外，也包括尺寸不小于60納米的大尺寸微粒。本發明的氮化物薄膜沉積后，對大尺寸微粒的檢測精度不受影響，除了可提高對疏松微粒的檢測能力外，也可進一步增強對大尺寸微粒的捕捉精度。
[0028]上述形成沉積膜的氮化物，可以采用金屬氮化物、氮化硅、氮氧化硅的其中一種來沉積，但不限于此。在硅片上沉積氮化物的目的，是利用了氮化物膜的致密及光滑特征，在氮化物膜將硅片表面的微粒覆蓋并包裹后，就在微粒表面形成了以氮化物膜為檢測表面的檢測形貌。也就是說，是利用對微粒附著部位包裹的凸出的氮化物膜的直接檢測，來達到間接檢測氮化物膜下方的微粒的存在。由于微粒的表面特征會影響暗場的檢測能力，因此，在對微粒包裹了氮化物膜后，既改變了疏松微粒的表面形貌，又使得疏松微粒不能吸收入射光，就消除了暗場光學缺陷檢測時對散射光較弱的疏松微粒檢測能力較差的問題。同時，微粒被氮化物膜包裹后，其橫向及縱向尺寸都得到了放大，當放大后的微粒附著部位的凸出的氮化物膜的尺寸達到Surfscan SP2機臺的最小缺陷檢測尺寸60納米時,就可以順利捕捉到缺陷信號，實現提高檢測能力的效果。
[0029]在上述的氮化物膜沉積時，可采用物理氣相沉積法(Physical VaporDeposit1n)、金屬有機化合物化學氣相沉積法(Metal-organic Chemical VaporDeposit1n)或等離子增強化學氣相沉積法(Plasma Enhanced Vapor Deposit1n)沉積所述氮化物薄膜，但不限于此。
[0030]在上述的氮化物膜沉積時，作為本發明的一優選實施例，所述氮化物的沉積厚度為5?50nm，但不限于此，可根據實際需要，對此范圍進行變動，只要達到本發明的技術效果即可。作為一個實例，針對尺寸為50nm的顆粒，可沉積厚度為5nm的氮化物薄膜，可將微粒尺寸放大到60nm,即可滿足上述Surfscan SP2機臺的檢測能力；針對尺寸為20nm的顆粒，可沉積厚度為20nm的氮化物薄膜，即可將微粒尺寸放大到60nm，同樣可滿足上述SurfScanSP2機臺的檢測能力。需要說明的是，在滿足不同檢測機臺對最小缺陷檢測尺寸的檢測能力的條件下，過厚的氮化物薄膜沉積并無實際意義，應根據工藝制程的特點及經驗數據，合理編排氮化物薄膜的沉積工藝。
[0031]作為本發明的一優選實施例，在上述氮化物薄膜沉積后，再增加對所述氮化物薄膜進行退火處理，然后再進行針對微粒的缺陷檢測。退火可在垂直爐管中進行，退火溫度的優選區間為300?500°C。利用在此溫度區間對硅片的熱處理，可以調節氮化物薄膜的表面平整度和反光性能，從而進一步提高在暗場光學缺陷檢測時對小尺寸微粒及疏松微粒的檢測能力和檢測精度，避免因硅片上的氮化物薄膜的不平整或粗糙度較高，導致對微粒缺陷信號的誤捕捉。
[0032]也可以在上述的氮化物薄膜沉積后，增加對所述氮化物薄膜進行紫外線固化處理(UV cure)，然后再進行針對微粒的缺陷檢測。在采用例如等離子增強化學氣相沉積法沉積氮化物薄膜時，由于這種方法形成的氮化硅薄膜中含有大量的H(氫原子)，其結構較疏松，使得沉積的氮化物薄膜不致密。所以，通過對此薄膜進行紫外線固化，利用紫外光破壞薄膜中的氫鍵，使氫原子形成氫氣析出，而留下的懸掛鍵S1-與N-能形成S1-N鍵。這樣,氮化娃薄膜的空間網絡結構發生變化，可形成表面致密的氮化硅薄膜。并且，用紫外線固化處理，可降低氮化物薄膜的表面粗糙程度，從而提高了氮化物薄膜的平整度。
[0033]也可以在上述的氮化物薄膜沉積后，增加對所述氮化物薄膜進行等離子體轟擊處理，然后再進行針對微粒的缺陷檢測。利用等離子體對氮化物薄膜均勻的輕微轟擊作用，對氮化物薄膜進行致密化(densify)處理，以提高氮化物薄膜的表面平整度，便于暗場光學缺陷檢測機臺捕捉到缺陷信號。進行等離子體處理時的反應氣體可采用氮氣，或惰性氣體例如氦氣或氬氣。并且優選的，進行等離子體處理時的等離子體射頻功率可為100?1000瓦，處理腔體的氣壓可為100毫托?10托，以對氮化物薄膜產生輕微的轟擊作用。
[0034]在上述【具體實施方式】及各實施例中，所述硅片可采用經過半導體工藝制程的產品硅片或樣片。如采用產品硅片時，最好是下工序正好是氮化物沉積的硅片，以降低硅片損耗；如采用樣片，則可通過返工重復使用，以節約成本。
[0035]通過上述方法，根據對硅片的檢測結果及在相同工藝制程中缺陷的重復發生特征，掌握微粒缺陷的尺寸、數量及分布位置，必要時結合對被檢測硅片進行切片、微粒元素分析等分析手段，查找缺陷產生的原因，從而可對制程工藝的改善提供精確的依據。
[0036]綜上所述，本發明通過在被檢測產品硅片或樣片上沉積一層氮化物薄膜，可將附著在硅片表面上的小于暗場光學缺陷檢測最小缺陷檢測尺寸的微粒尺寸放大至少達到最小缺陷檢測尺寸，并利用氮化物的致密特征，使疏松微粒具有致密、光滑的被檢測表面，改善了疏松微粒的表面檢測形貌，增強了在疏松微粒處對入射光的反射能力和散射光的集中度，并通過對氮化物薄膜進行退火、紫外線固化或等離子體轟擊處理，進一步改善氮化物薄膜的表面平整度和反光性能，從而在暗場光學缺陷檢測時可成功捕捉到疏松微粒以及小于最小缺陷檢測尺寸的微粒的缺陷信號，因此提高了暗場光學缺陷檢測時對小尺寸微粒及疏松微粒的檢測能力。
[0037]以上所述的僅為本發明的優選實施例，所述實施例并非用以限制本發明的專利保護范圍，因此凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種提高微粒檢測能力的方法，用于對微粒進行暗場光學缺陷檢測，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:提供一半導體硅片，所述硅片表面附著有微粒，所述微粒包括疏松微粒和/或小于暗場光學缺陷檢測的最小缺陷檢測尺寸的微粒； 步驟二:在所述硅片上沉積一層氮化物薄膜，所述氮化物薄膜將附著在所述硅片表面的所述微粒覆蓋并包裹，以放大所述微粒在暗場光學缺陷檢測時的檢測尺寸至少達到所述最小缺陷檢測尺寸，并使微粒表面具有所述氮化物的表面檢測形貌； 步驟三:對所述硅片進行針對表面微粒的暗場光學缺陷檢測。
2.根據權利要求1所述的提高微粒檢測能力的方法，其特征在于，步驟一中，所述微粒中包括尺寸小于60納米的微粒。
3.根據權利要求1所述的提高微粒檢測能力的方法，其特征在于，步驟二中，所述氮化物為金屬氮化物、氮化硅、氮氧化硅其中之一。
4.根據權利要求1或3所述的提高微粒檢測能力的方法，其特征在于，步驟二中，采用物理氣相沉積法、金屬有機化合物化學氣相沉積法或等離子增強化學氣相沉積法沉積所述氮化物薄膜。
5.根據權利要求1或3所述的提高微粒檢測能力的方法，其特征在于，步驟二中，所述氮化物的沉積厚度為5?50nm。
6.根據權利要求1所述的提高微粒檢測能力的方法，其特征在于，在步驟二和步驟三之間，增加對所述氮化物薄膜進行退火處理。
7.根據權利要求6所述的提高微粒檢測能力的方法，其特征在于，對所述氮化物薄膜進行所述退火處理的溫度為300?500°C。
8.根據權利要求1所述的提高微粒檢測能力的方法，其特征在于，在步驟二和步驟三之間，增加對所述氮化物薄膜進行紫外線固化處理。
9.根據權利要求1所述的提高微粒檢測能力的方法，其特征在于，在步驟二和步驟三之間，增加對所述氮化物薄膜進行等離子體轟擊處理，反應氣體為氮氣或惰性氣體。
10.根據權利要求9所述的提高微粒檢測能力的方法，其特征在于，進行所述等離子體處理時的等離子體射頻功率為100?1000瓦，處理腔體的氣壓為100毫托?10托。
【文檔編號】G01N21/94GK104181168SQ201410428694
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月27日 優先權日:2014年8月27日
【發明者】鐘斌, 雷通, 易海蘭 申請人:上海華力微電子有限公司