隨著半導(dǎo)體制程向先進(jìn)節(jié)點(diǎn)演進(jìn)，3D 晶體管架構(gòu)與多層互連堆疊技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，使得器件缺陷的隱蔽性與檢測(cè)難度顯著提升。傳統(tǒng)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)已難以滿足電學(xué)相關(guān)缺陷的識(shí)別需求，而電子束檢測(cè)的效率瓶頸又制約了量產(chǎn)應(yīng)用。DirectScan 檢測(cè)通過(guò)核心技術(shù)創(chuàng)新破解了這一行業(yè)痛點(diǎn)，為下一代半導(dǎo)體制造提供了高效、精準(zhǔn)的檢測(cè)解決方案。

本文將從技術(shù)原理、核心優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用場(chǎng)景及落地實(shí)踐等方面，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性解析。

一、先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)挑戰(zhàn)與技術(shù)缺口

當(dāng)前半導(dǎo)體制造技術(shù)正經(jīng)歷關(guān)鍵變革：鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管逐步被全環(huán)繞柵極（GAA）納米帶晶體管替代，中段制程（MOL）因多重圖形化技術(shù)的應(yīng)用，堆疊復(fù)雜度持續(xù)增加。這一變革導(dǎo)致致命缺陷多隱匿于 3D 結(jié)構(gòu)內(nèi)部，傳統(tǒng)光學(xué)檢測(cè)手段難以有效識(shí)別。

同時(shí)，先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的缺陷呈現(xiàn)顯著的產(chǎn)品特異性，集中分布于特定工藝 - 版圖組合的 “熱點(diǎn)區(qū)域”，此類缺陷由芯片設(shè)計(jì)固有的版圖特征引發(fā)，成為影響良率的核心因素。

行業(yè)面臨的核心矛盾在于：電子束電壓襯度檢測(cè)是識(shí)別電學(xué)缺陷的關(guān)鍵技術(shù)，但傳統(tǒng)電子束檢測(cè)采用光柵掃描模式，效率遠(yuǎn)低于光學(xué)檢測(cè)，無(wú)法匹配大批量生產(chǎn)的需求。DirectScan 技術(shù)的出現(xiàn)，為破解這一矛盾提供了可行路徑。

二、DirectScan 核心技術(shù)架構(gòu)：PointScan 的創(chuàng)新邏輯

DirectScan 檢測(cè)方案由eProbe 電子束檢測(cè)工具、FIRE GDS 版圖分析平臺(tái)及Exensio 大數(shù)據(jù)智能分析平臺(tái)三大核心組件構(gòu)成，其技術(shù)突破的核心在于PointScan 掃描技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)電子束檢測(cè)邏輯的重構(gòu)，主要體現(xiàn)在以下三方面：

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設(shè)計(jì)感知驅(qū)動(dòng)的靶向檢測(cè)

傳統(tǒng)電子束檢測(cè)采用無(wú)差別光柵掃描，需覆蓋包括介質(zhì)區(qū)域在內(nèi)的全部區(qū)域，且無(wú)法識(shí)別被測(cè)目標(biāo)的圖形特征；PointScan 技術(shù)具備非接觸式電學(xué)測(cè)試特性，可精準(zhǔn)跳轉(zhuǎn)至目標(biāo)器件的關(guān)鍵位置（如焊盤、接觸點(diǎn)），僅對(duì)有效檢測(cè)區(qū)域?qū)嵤╇妷阂r度檢測(cè)，完全規(guī)避介質(zhì)區(qū)域的無(wú)效掃描，實(shí)現(xiàn) “按需檢測(cè)”。

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檢測(cè)效率的量級(jí)提升

通過(guò) FIRE 平臺(tái)的精細(xì)化版圖分析，可精準(zhǔn)篩選出需檢測(cè)的 “關(guān)鍵區(qū)域”，大幅縮減檢測(cè)范圍：

后段制程金屬 3 層通孔檢測(cè)：僅需掃描總可檢測(cè)面積的 2.5%

中段制程?hào)艠O - 漏極短路檢測(cè)：僅需掃描總接觸點(diǎn)的 1%

柵極殘筋檢測(cè)：可規(guī)避 50%-75% 的介質(zhì)區(qū)域，檢測(cè)面積縮減至傳統(tǒng)方案的 10% 以下

基于上述優(yōu)化，PointScan 技術(shù)的檢測(cè)吞吐量可達(dá)傳統(tǒng)單束電子束檢測(cè)設(shè)備的 20-100 倍，每小時(shí)可完成數(shù)十億個(gè)被測(cè)器件的掃描。

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設(shè)計(jì)感知學(xué)習(xí)與屬性分析能力

DirectScan 與 FIRE 平臺(tái)的深度整合，可實(shí)現(xiàn)跨多層版圖的屬性提取，包括觸點(diǎn)類型（漏極 / 柵極）、晶體管閾值電壓、極性、與擴(kuò)散區(qū)隔離槽的距離等關(guān)鍵參數(shù)。

eProbe 輸出的 KLARF 格式數(shù)據(jù)含專屬屬性識(shí)別碼，可與版圖特征精準(zhǔn)匹配，工程師可直接計(jì)算特定屬性或?qū)傩越M合對(duì)應(yīng)的缺陷率，快速定位高風(fēng)險(xiǎn)晶體管類型與版圖設(shè)計(jì)方案，為工藝優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

三、高難度場(chǎng)景的應(yīng)用突破

PointScan 技術(shù)的低電荷沉積特性，使其在傳統(tǒng)電子束檢測(cè)難以覆蓋的場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)突破：

背側(cè)供電網(wǎng)絡(luò)（BSPDN）晶圓檢測(cè)

鍵合晶圓形成的絕緣層會(huì)阻礙電荷傳導(dǎo)，導(dǎo)致傳統(tǒng)電子束檢測(cè)出現(xiàn)電荷累積、電子束偏折與失焦問(wèn)題；PointScan 技術(shù)大幅降低單位面積電荷沉積量，有效緩解上述問(wèn)題，已完成實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證。

3D DRAM 檢測(cè)

3D DRAM 的結(jié)構(gòu)特性同樣易引發(fā)電荷累積，此前檢測(cè)難度較高，DirectScan 技術(shù)的應(yīng)用使該類器件的精準(zhǔn)檢測(cè)成為可能。

DRAM 陣列短路檢測(cè)

獨(dú)有的可控 “充電 - 檢測(cè)” 功能，可在指定位置施加電荷后跳轉(zhuǎn)至目標(biāo)區(qū)域采集電壓襯度信號(hào)，使特定島狀節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)高亮狀態(tài)，清晰識(shí)別與浮空相鄰觸點(diǎn)的短路問(wèn)題，該功能為傳統(tǒng)光柵掃描技術(shù)所不具備。

四、行業(yè)落地實(shí)踐與全流程應(yīng)用

自 2022 年初起，eProbe 檢測(cè)系統(tǒng)已在多家先進(jìn)邏輯芯片制造工廠落地，目前兩套設(shè)備投入大批量生產(chǎn)，第三套設(shè)備處于產(chǎn)能爬坡階段，應(yīng)用場(chǎng)景覆蓋半導(dǎo)體制造全流程：

先進(jìn)邏輯芯片制造

中段制程：GAA 柵極 - 漏極短路、柵極接觸孔開路、柵極外延層 / 硅化物層開路檢測(cè)

后段制程：M0 層、1X 層、2X 層系統(tǒng)性接觸孔開路與金屬布線短路檢測(cè)

背側(cè)供電網(wǎng)絡(luò)：電源通孔、源極 / 漏極通孔接觸孔開路與短路檢測(cè)

隨機(jī)邏輯電路漏電情況評(píng)估

先進(jìn) DRAM 制造（2024-2025 年）

外圍電路：柵極 - 柵極殘筋短路、柵極 - 漏極短路、字線 - 字線短路與開路檢測(cè)及缺陷定位

存儲(chǔ)陣列：基于可控 “充電 - 檢測(cè)” 技術(shù)的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)短路檢測(cè)

技術(shù)總結(jié)

在半導(dǎo)體制程向更精密 3D 架構(gòu)演進(jìn)的背景下，檢測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新成為保障良率的關(guān)鍵。DirectScan 方案通過(guò) PointScan 靶向掃描技術(shù)、設(shè)計(jì)感知分析能力與產(chǎn)品特異性缺陷學(xué)習(xí)功能的融合，在保留電子束檢測(cè)高靈敏度的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)吞吐量的量級(jí)提升，同時(shí)破解了高難度場(chǎng)景的檢測(cè)難題。

該技術(shù)不僅解決了先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)下缺陷“難識(shí)別、難檢測(cè)” 的問(wèn)題，更推動(dòng)半導(dǎo)體檢測(cè)從 “缺陷識(shí)別” 向 “工藝優(yōu)化賦能” 升級(jí)，為下一代半導(dǎo)體制造提供了核心技術(shù)支撐和全新路徑。