对DRAM结构中影响良率的缺陷进行监控
摘要 使用新型高分辨率暗视场检测概念可以成功地对高深-宽比结构中的残余物和浅沟槽隔离氧化物孔洞进行监控。通过与精确工艺步骤的紧密结合,可实现对潜在误差的快速响应并缩短学习周期。
与上一代设计规则相比,亚100nm设计规则DRAM的开发和制造面临着前所未有的挑战。按照新型设计概念,由于器件结构不断缩小,其外形特征的深-宽比增大,这样就给工艺控制增加了难度。因此要求寻找一种能够对带状缺陷和孔洞缺陷进行可靠检测的高深-宽比(HAR)检测方法。另外,由于缺陷尺寸接近小型特征尺寸,许多从前认为不那么严重的缺陷如今变得极具损害力。因而缺陷检测和良率控制技术的改良成为加速开发并实现批量生产的基础。
检测方法
Qimonda AG公司(原Infineon Technologies公司)在Dresden（德累斯顿,德国）的300mm设备目前执行的是90nm生产设计规则。工艺的变化,尤其是前道工艺(FEOL)的变化引起几种良率问题,因此要求采取更加有效的监控方法,避免良率的大幅下降。1本文将对DRAM叠层前道工艺中出现的两种问题进行讨论(图1)。这些问题一般出现在新型深沟槽模块和隔离沟槽(IT)模块中。涉及的关键工艺包括埋置连接带刻蚀和浅沟槽隔离(STI)CMP。
第一个问题是埋置连接带刻蚀工艺后由近乎填充的沟槽中HAR结构中的残余物引起的。这些残余物或附着于沟槽壁的某个部位,或在沟槽结构底部形成桥接结构(图2)。残余物对大面积、多个沟槽产生影响,并在进行后序IT刻蚀工艺时做为上一层的缺陷很容易被检测到。因此,使用新型检测工艺对埋置连接带刻蚀工艺进行检测的目的是为了检测某一工艺缺陷,从而加速反馈周期。
STI孔洞是需要进行监控的第二种良率问题。微小的氧化物孔洞出现在STI模块的有源区(AA岛)之间(见图3)。随着设计规则的不断缩小,这些缺陷显得越来越关键。在后序工艺步骤中,这些孔洞被填充,引起短路并使器件的可靠性下降。
我们应根据两种缺陷类型的尺寸和特性,采用高选择性监控和检测方法解决这两种良率问题。缺陷的尺寸远远小于100nm尺寸节点,且外形与/或材料几乎没有任何差别,这些通常可以辅助增加暗视场检测系统的散射强度。最佳检测解决方案应具备高分辨率和理想的高产能特征,从而实现在线检测。建议使用新型KLA-Tencor暗视场图形晶圆检测系统 — Puma 9000。系统的核心功能是新型Streak成像技术,它把照明通路中的激光散射技术与散射信号的高分辨率成像技术结合起来。采用高分辨率暗视场成像技术可使关键的灵敏度与高产能相结合。这一检测概念使Infineon公司实现了有效的HAR残余物和STI孔洞监控战略,并使之系统地应用于工艺的改进。
埋置连接带工艺后产生的残余物
对HAR结构残余物的检测应注意两个重要问题。残余物以群集的方式出现,并使多个沟槽受到影响,形成细长的外形。第一个问题是检测到的残余物群的平均尺寸不确定。另外,隔离沟槽中残余物缺陷的捕获速率也不确定。
图4证明受残余物影响的沟槽群越大,缺陷的捕获速率也越高,并且即使在很小的频率下,也能捕获隔离沟槽缺陷。通过信号-噪声分析,可以对隔离沟槽中单个桥形缺陷进行更详细的研究。
