[发明专利]用于电子器件的纳米探测的装置以及方法

说明书

一种用于使用扫描电子显微镜(SEM)和纳米探针的组合来探测待测半导体器件(DUT)的方法，包括：获得DUT中感兴趣区域(ROI)的SEM图像；获得ROI的CAD设计图像；将CAD设计图像与SEM图像进行配准以识别接触目标；获得对应于接触目标的网表，并使用网表来确定应当选择哪个接触目标作为测试目标；以及对纳米探针导航以使纳米探针落在每个测试目标上并在纳米探针与相应的测试目标之间形成电气接触。

相关申请

本申请要求享有于2014年6月25日提交的、序列号为62/016,650的美国临时申请的优先权，该申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明属于半导体器件测试领域，并且更具体而言，经由微芯片形式的电子器件或晶圆级电子器件的纳米探测来实现电气测量。

背景技术

设计和工艺工程师需要获得与他们设计和构建的器件和电路有关的尽可能多的信息。器件信息可以分为两组：物理特性和电气特性。电气特性给出了所制造器件的最终性能，如果这些符合设计，则实际上不需要其他的来进行设计修改或工艺监测和控制。当然，如果工艺从未随着时间而中断或偏移，则电气特性就足够了。然而，当工艺中断或偏移并且工厂产量下降时，工艺工程师需要执行故障分析(FA)以调查故障并找出哪个工艺失败。在这一点上，物理特性(例如，临界尺寸(CD)、膜厚度和均匀性、化学成分、界面等)的获知突然变得重要。工艺工程师需要调查工艺在哪个具体步骤失败。常常使用对器件的物理建模，以便理解电气属性对器件的物理参数和工艺公差的依赖性。这个经典的方案很多年来工作得很好。然而，最近这个方案开始失效，并且由于增加的制造复杂性，预计该方案的失效率将增加。

在当前和未来的芯片中，内部器件与原子尺寸变得相当。这意味着表面和接口对器件性能会产生显著的影响。大型材料模型并未很好地描述器件电气性能对尺寸、材料成分(例如，掺杂、Si氮氧化物、Hf氧化物等)和物理特性的依赖性。此外，尺寸计量和物理表征的所需精度也降低。因此，产量和工艺工程师在他们可用的准确物理和尺寸信息越来越少的情况下，面临着找到故障根本原因的新挑战。

为了解决这个问题，工程师必须使用越来越多的器件本身的电气特性。不幸的是，电气数据仅在形成至少一个互连级时才可用。在大多数情况下，电路的关键元件仅可以在构建了若干层互连件之后才可以被测试。这花费时间和资源，并且常常导致许多昂贵的晶圆废弃。

被称为SEM纳米探针的专用电子束仪器由扫描电子显微镜(SEM)和设置在SEM真空腔内部的一组纳米探针组成。来自SEM的二次电子图像用于相对于要进行电气测试的集成电路的器件结构来定位纳米探针。探针用于电气表征器件结构。纳米探测能够通过电流/电压(I/V)曲线测量来直接测量基本晶体管参数，例如阈值电压(Vt)、截止状态漏电流(Ioff)、饱和电流(Isat)和结行为。在其它应用中，这些电气测量可用于执行对有缺陷的器件结构的根本原因故障分析。

为了对电路进行电气测试，探针必须物理地接触IC内的器件的元件。然而，接触和扫描探针(例如，原子力探针(AFP))需要接触和成像力超过制造厂“接受的”所谓的“非接触”力(几纳米牛顿或nN)。针对在工艺流程的早期甚至通过流程逐步地电气表征器件和关键电路的方式，在过去已经提出了各种提议。可能的解决方案的示例可以在美国专利US5,899,703和US6,399,400中找到。