IC互連中的缺陷檢測方法及缺陷對電路可靠性的影響.pdf

1、隨著科技發(fā)展的日新月異，半導體產業(yè)半個世紀來按照摩爾定律飛速向前發(fā)展，現在整個集成電路技術向著高密度微型化、高可靠性長壽命以及高成品率的目標發(fā)展。大規(guī)模集成電路(VLSI)的制造技術的特征尺寸達到了32nm。硅晶片尺寸從最初的不到1英寸發(fā)展到現在的18英寸。特征尺寸的不斷減小，在集成電路制造過程中存在微小的缺陷往往會導致產品失效或降低產品工作的可靠性，因此缺陷成為IC制造中影響成品率的一個主要障礙。在集成電路制造過程中，如果能夠盡早發(fā)現

2、缺陷，確定缺陷位置，識別和分析缺陷，將有助于改進工藝，提高成品率。同時提前標記出產品缺陷或剔除失效產品，可以節(jié)約IC芯片的生產成本，因此對IC缺陷的研究十分必要。缺陷的研究是集成電路成品率研究中的關鍵技術，也是IC可制造性研究的核心問題之一。本文從IC電路中獲取大量的真實缺陷，系統(tǒng)、深入地研究IC缺陷的檢測、缺陷的特征提取和分類、缺陷對電路信號完整性的影響以及缺陷對IC中位壽命的影響。主要貢獻和創(chuàng)新成果如下：
　　 ⑴研究了缺陷

3、圖像的不同彩色空間表示，提出將獲取的RGB(Red，Green，Blue)彩色空間的圖像用HIS(Hue，Saturation，Intensity)彩色空間表示，然后將HIS空間的彩色圖像轉換為灰度圖像。這樣不僅可以更好地突顯缺陷，也大大提高了缺陷的處理速度。
　　 ⑵提出了兩種不同的缺陷檢測方法：基于譜減法的IC缺陷檢測和基于二維小波變換的IC缺陷檢測。基于譜減法的IC缺陷檢測方法能夠從三幅缺陷圖像中提取沒有缺陷的標準圖像，且

4、檢測缺陷的算法復雜度與傅立葉變換相同。得到標準圖像后通過譜減法能大大提高檢測缺陷的速度和準確度。采用圖像灰度匹配技術，克服了光照對IC缺陷檢測的影響。通過對真實的IC缺陷檢測，證明該方法能快速、準確地檢測IC中的缺陷，而且該方法對光照有很高的魯棒性。基于二維小波變換的IC缺陷檢測方法，利用小波空間更能突顯細小差別的優(yōu)勢，把缺陷圖像用二維小波分解技術分解成不同的頻率分量，可以更快、更準地檢測IC缺陷。該方法的優(yōu)點就是可以檢測更細小的缺陷，

5、對光照有很高的魯棒性。
　　 ⑶在缺陷檢測的基礎上，從缺陷的大小、形狀、位置、自身灰度特征、缺陷周圍灰度特征、特征之間的關系等角度詳細地描述了35個缺陷特征。并給出了35個缺陷特征的具體數學表達式。本文提出的這些缺陷特征為以后進一步研究缺陷提供了基礎。
　　 ⑷提出了基于BP(Back Propagation)神經網絡的缺陷分類和基于缺陷灰度與邊界灰度變化次數的缺陷分類方法。將缺陷分為短路缺陷、斷路缺陷、互連線上的孔洞缺

6、陷和背景中的多余物缺陷四類?；贐P神經網絡的缺陷分類，選取本文提出的35個缺陷特征中的12個缺陷特征，用于BP神經網絡對缺陷的分類，實驗證明該方法對缺陷分類準確度高。由于傳統(tǒng)分類方法需要有缺陷樣本對網絡進行訓練，可是在產品初期缺陷樣本很難獲取，因此本文提出了基于缺陷灰度與邊界灰度變化次數的缺陷分類方法，該方法不需要缺陷樣本，不需要復雜的分類技術，只用簡單的判斷就能對缺陷分類，實驗證明該方法對缺陷分類準確有效。
　　 ⑸隨著集成

7、電路技術的發(fā)展，互連線的層數越來越多，IC時鐘頻率越來越高，信號完整性問題越來越重要。研究了多余物缺陷對信號完整性的影響，提出了把缺陷單獨看作一段互連線的信號仿真模型，研究了信號的遠端和近端串擾。缺陷的存在，使互連線發(fā)生阻抗突變，會對信號產生反射，研究了缺陷對不同上升時間信號的反射，該方法提供了一種檢測缺陷的途徑，為篩選高可靠性器件提供了一些參考。
　　 ⑹研究了丟失物缺陷對互連線電遷移中位壽命的影響，并能夠定量地計算，同時本文

8、給出了提高互連線中位壽命的方法。根據該物理模型可以準確計算出互連線具體的溫度和壽命數據，可以用于集成電路的設計和工藝制造?；瘜W機械拋光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)處理過程中，會引入研磨損傷和碟形缺陷，直接影響器件的中位壽命。研究了CMP工藝引入的缺陷對IC壽命的影響，研究結果表明，研磨損傷造成的互連線損傷對中位壽命影響不大，碟形缺陷會嚴重影響互連線的中位壽命。研究結果可以用于CMP中工藝參數的調