[发明专利]一种非图案化表面缺陷的离线检测方法

说明书

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，从而在大批量制造半导体器件之前，及时发现设备存在的问题或改进生产工艺。例如对用化学气相沉积(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1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102一般分为两大类：微粒和孔洞，但是，并非所有尺寸的微粒或孔洞都会视为表面缺陷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(CD)，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不断缩小，对非图案化表面缺陷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1.5。

所述薄膜层对所述入射光的吸收系数小于等于0.01。

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。