用于多晶硅層的失效點定位的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于多晶硅層的失效點定位的方法，包括：提供樣品；將所述樣品進行去層處理至多晶硅層上的層間介質(zhì)層；對所述樣品的表面進行清潔處理；利用電勢對比定位法對所述樣品進行多晶硅層的失效點定位。本發(fā)明由于保留了一定厚度的多晶硅層上的層間介質(zhì)層，所以避免了對多晶硅層的損傷；由于采用了超聲波震蕩方法在離子水中對樣品表面進行清潔，所以避免了清潔過程中對樣品表面的損傷；由于采用了較大的一次電子束的加速電壓進行電勢對比觀測，所以能夠快速的定位多晶硅層的失效點。本發(fā)明的方法適用于大尺寸多晶硅陣列的失效點定位，可快速地在掃描結(jié)果中準(zhǔn)確地找到失效點的位置，節(jié)省了芯片失效分析的時間，提高了分析效率。
【專利說明】用于多晶硅層的失效點定位的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體測試領(lǐng)域，特別涉及一種失效分析領(lǐng)域中的用于多晶硅層的失效點定位的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在芯片失效分析中，失效點是失效的芯片中導(dǎo)致該芯片發(fā)生失效的物理缺陷，如果一個芯片測試失效(排除測試本身的問題導(dǎo)致的失效)，那么意味著在該失效芯片的某個地方存在物理上的缺陷，該物理缺陷(即失效點)的尺寸相對于整個芯片來說是非常小的，所以失效分析的第一步就是要想辦法確定該物理缺陷(失效點)的位置，然后再做進一步的分析。失效點的定位在芯片失效分析中非常關(guān)鍵，在很大程度上決定著失效分析的成功與否。
[0003]電勢對比定位法是失效點定位中應(yīng)用最為廣泛的一種精確的定位方法，該方法利用掃描電鏡進行定位，其原理是:在掃描電鏡中一次電子束的掃描下，樣品表面的各種結(jié)構(gòu)由于對地電阻不同而將導(dǎo)致樣品表面各處電勢大小產(chǎn)生差異，進而會在顯示屏幕所顯示的掃描電鏡的掃描結(jié)果中在樣品表面各處顯示出不同的顏色，通過對顏色的比對便可實現(xiàn)失效點的定位。
[0004]現(xiàn)有的上述電勢對比定位法中所采用的一次電子束的加速電壓為I?2KV(千伏)，分析樣品需要進行事先處理到待觀測的當(dāng)前層，并需要確保樣品表面具有很高的潔凈度。該方法適用于金屬結(jié)構(gòu)以及尺寸較小的多晶硅結(jié)構(gòu)。
[0005]但是，在檢測多晶硅結(jié)構(gòu)時，當(dāng)多晶硅的尺寸較大(大于8umX 8um)時，多晶硅可容納的電荷增加，這使得在現(xiàn)有的電勢對比定位法中，正常的多晶硅區(qū)域與異常的多晶硅區(qū)域(例如與基底短接的多晶硅)的顏色差別變得很小，甚至于難以區(qū)分，這樣便導(dǎo)致了無法對失效點的定位。尤其是當(dāng)失效點位于大尺寸多晶硅陣列中時，現(xiàn)有的電勢對比定位法更是效率低下、耗時長并且成功率低下。
[0006]現(xiàn)有的電勢對比定位法應(yīng)用于較大尺寸多晶硅(大于8X8um)的失效分析時主要問題在于以下幾個方面:
[0007]1、在進行樣品去層處理至多晶硅層步驟中，當(dāng)處理至多晶硅層時容易損傷多晶硅，進而造成分析結(jié)果錯誤，并且處理至多晶硅層的過程耗時長；
[0008]2、完成樣品去層處理至多晶硅層步驟后，在進行樣品表面清潔的過程中，使用BOE腐蝕液(HF和NH4F混合的緩沖蝕刻液)，該過程難以確保樣品表面的高潔凈度，會造成分析結(jié)果的錯誤，清潔過程使用酸會造成酸與氧化物的反應(yīng)，進而氧化物的過度腐蝕導(dǎo)致了多晶硅層合襯底的分離，導(dǎo)致樣品制備失敗率的增加，另外該過程耗時較長；
[0009]3、在隨后經(jīng)過掃描電鏡的一次電子束的掃描后，進行失效點定位時，樣品表面各處電勢(顏色)對比不明顯，顏色差別小，造成定位的成功率低，對于多晶硅陣列來說更是耗時長、效率低。
[0010]因此，現(xiàn)有的上述方法還有待改進之處。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]有鑒于此，本發(fā)明提供一種用于電勢對比定位法的樣品處理方法，使得利用所述電勢對比定位法能夠在尺寸較大(大于8X8um)的多晶硅結(jié)構(gòu)，尤其是大尺寸多經(jīng)過陣列中快速有效地進行失效點定位，為后續(xù)的分析提供正確的依據(jù)。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0013]—種用于多晶娃層的失效點定位的方法,包括:
[0014]提供樣品；
[0015]將所述樣品進行去層處理至多晶硅層上的層間介質(zhì)層；
[0016]對所述樣品的表面進行清潔處理；
[0017]利用電勢對比定位法對所述樣品進行多晶硅層的失效點定位。
[0018]進一步,所述樣品包括:
[0019]襯底；
[0020]形成于所述襯底上的多晶硅層；
[0021]形成于所述多晶硅層上的層間介質(zhì)層ILD。
[0022]進一步，對所述樣品進行去層處理采用機械研磨方法進行。
[0023]進一步，經(jīng)過對所述樣品進行去層處理后，保留于所述多晶硅層上的層間介質(zhì)層的厚度為0.1?0.3um。
[0024]進一步，對所述樣品的表面進行清潔處理的方法為:
[0025]采用超聲波震蕩方法在去離子水中對所述樣品表面進行清潔；
[0026]利用去離子水沖洗所述樣品表面；
[0027]利用氣槍將樣品表面吹干。
[0028]進一步，利用電勢對比定位法對所述樣品進行多晶硅層的失效點定位包括:
[0029]利用掃描電鏡對所述樣品進行掃描，所述掃描電鏡中一次電子束的加速電壓為5 ?8KV ;
[0030]對掃描電鏡的掃描結(jié)果中所顯示的各處的多晶硅層的顏色進行對比，將顏色顯示較深的位置定位為多晶硅層的失效點。
[0031]進一步，所述樣品為多晶硅柵極半導(dǎo)體芯片。
[0032]進一步,所述樣品中包含有尺寸大于8umX8um的多晶娃陣列。
[0033]進一步,所述失效點位于所述尺寸大于8umX8um的多晶娃陣列中。
[0034]從上述方案可以看出，本發(fā)明的用于多晶硅層的失效點定位的方法，由于對樣品進行去層處理后保留了一定厚度(0.1?0.3um)的多晶硅層上的層間介質(zhì)層，進而形成了對多晶硅層的保護，與現(xiàn)有技術(shù)相比，避免了對多晶硅層的損傷；并且，對所述樣品表面的清潔處理采用超聲波震蕩方法在離子水中進行清潔，與現(xiàn)有技術(shù)相比，因為未使用酸腐蝕，因此避免了清潔過程中對樣品表面的損傷；同時，因為在對所述樣品進行多晶硅層的失效點定位時，采用了較大的一次電子束的加速電壓進行電勢對比觀測，可使得樣品中多晶硅層的異常結(jié)構(gòu)與正常結(jié)構(gòu)之間的顏色差異明顯，進而易于定位多晶硅層的失效點。本發(fā)明的方法尤其適用于大尺寸多晶硅陣列(大于8umXSum)的失效點定位，可快速地在掃描結(jié)果中通過顏色的差異比對以準(zhǔn)確地找到失效點的位置，節(jié)省了芯片失效分析的時間，提高了分析效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明的用于多晶硅層的失效點定位的方法的實施例流程圖；
[0036]圖2為本發(fā)明的方法實施例中所提供的樣品結(jié)構(gòu)實施例示意圖；
[0037]圖3為本發(fā)明的方法實施例中的樣品結(jié)構(gòu)實施例經(jīng)過去層處理后的示意圖。

【具體實施方式】
[0038]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。
[0039]如圖1所示，本發(fā)明用于多晶硅層的失效點定位的方法實施例過程包括以下各個步驟。
[0040]步驟a、提供樣品。
[0041]本發(fā)明中所提供的樣品實施例結(jié)構(gòu)如圖2所示，其包括襯底1、形成于所述襯底I上的多晶娃層2以及形成于所述多晶娃層2上的層間介質(zhì)層(ILD, Inter LayerDielectric) 3。圖2所示實施例樣品例如多晶硅柵極半導(dǎo)體芯片，其中的多晶硅層2例如多晶娃柵極半導(dǎo)體芯片中的CM0S(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,互補金屬氧化物半導(dǎo)體)器件的多晶硅柵極。多晶硅柵極半導(dǎo)體芯片中，在半導(dǎo)體器件之上還可具有多層的金屬互連線結(jié)構(gòu)5，在半導(dǎo)體器件與金屬互連線結(jié)構(gòu)5之間通過接觸孔(contact) 4相連接，而多層的金屬互連線結(jié)構(gòu)5之間相互通過通孔(via) 6連接，這些半導(dǎo)體器件通過接觸孔4、金屬互連線結(jié)構(gòu)5以及通孔6的連接形成了半導(dǎo)體芯片電路。在多層的金屬互連線結(jié)構(gòu)5之間也填充有層間介質(zhì)層材料作為金屬互連線之間的隔離。本發(fā)明實施例提供的樣品中包含有尺寸大于8umX8um的多晶娃陣列，同時本發(fā)明實施例的方法對于位于所述尺寸大于8umX8um的多晶娃陣列中的失效點的定位效果尤佳,本文中所述失效點特指位于所述尺寸大于8umX8um的多晶娃陣列中的失效點。
[0042]步驟b、將所述樣品進行去層處理至多晶硅層上的層間介質(zhì)層。
[0043]本步驟b可以采用化學(xué)機械研磨(CMP)的方法對所述樣品進行去層處理。如圖3所示，經(jīng)過去層處理后，保留于所述多晶硅層2上的層間介質(zhì)層3的厚度為0.1?0.3um。本步驟b對樣品進行去層處理后，所保留的一定厚度(0.1?0.3um)的多晶硅層2上的層間介質(zhì)層3形成了對多晶硅層2的保護，進而可以避免對多晶硅層2的損傷。
[0044]步驟C、對所述樣品的表面進行清潔處理，具體包括:
[0045]步驟Cl、采用超聲波震蕩方法在去離子水中對所述樣品表面進行清潔；
[0046]步驟c2、利用去離子水沖洗所述樣品表面；
[0047]步驟c3、利用氣槍將樣品表面吹干。
[0048]本步驟c中利用去離子水采用超聲波震蕩方法對樣品表面進行清潔，可避免清潔過程中對樣品表面的損傷。
[0049]步驟d、利用電勢對比定位法對所述樣品進行多晶硅層的失效點定位，具體包括:
[0050]步驟dl、利用掃描電鏡對所述樣品進行掃描，所述掃描電鏡中一次電子束的加速電壓為5?8KV ;
[0051]步驟d2、對掃描電鏡的掃描結(jié)果中所顯示的各處的多晶硅層的顏色進行對比，將顏色顯示較深的位置定位為多晶硅層的失效點。
[0052]本步驟d中，掃描電鏡中的一次電子束的加速電壓采用5?8KV，大于現(xiàn)有技術(shù)中所采用的加速電壓，這樣可保證電子束能夠穿透保留于多晶硅層2上的層間介質(zhì)層3。因為在生產(chǎn)制造過程中，由于樣品中各個部分所處環(huán)境的不同，會造成失效點處的多晶硅層結(jié)構(gòu)與正常的多晶硅層結(jié)構(gòu)的差異，這種差異在利用掃描電鏡進行電勢對比定位時，會反映在掃描電鏡的掃描結(jié)果中，具體來說就是失效點處的多晶硅層結(jié)構(gòu)與正常的多晶硅層結(jié)構(gòu)的掃描結(jié)果的顏色不同。在掃描結(jié)果的灰度圖中，一般反應(yīng)為正常的多晶硅層結(jié)構(gòu)處的顏色較淺，而失效點處的多晶硅層結(jié)構(gòu)顏色較深，這樣便可以通過顏色深淺的對比而快速的定位失效點。
[0053]本發(fā)明實施例中，在制備測試樣品時保留了一定厚度的多晶硅層2上的層間介質(zhì)層3，并且利用去離子水的超聲波清洗方法清潔測試樣品表面，同時加大了掃描電鏡中的一次電子束的加速電壓。這樣便可以在多晶硅結(jié)構(gòu)尺寸較大(大于8umX8um的多晶硅陣列)而能容納大量電荷的情況下，在經(jīng)過掃描電鏡的掃描后在失效點處的多晶硅層結(jié)構(gòu)與正常的多晶硅層結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生較大的顏色差別，進而可快速進行失效點的定位。一方面，避免了測試樣品在掃描前的處理過程中，樣品表面難以確保較高清潔度以及難以確保測試樣品表面被過度腐蝕的問題；同時，另一方面，也解決了傳統(tǒng)方法無法快速準(zhǔn)確的對尺寸較大的多晶硅結(jié)構(gòu)進行失效點定位的問題。
[0054]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于多晶娃層的失效點定位的方法，其特征在于，包括: 提供樣品； 將所述樣品進行去層處理至多晶硅層上的層間介質(zhì)層； 對所述樣品的表面進行清潔處理； 利用電勢對比定位法對所述樣品進行多晶硅層的失效點定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述樣品包括: 襯底； 形成于所述襯底上的多晶硅層； 形成于所述多晶硅層上的層間介質(zhì)層ILD。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:對所述樣品進行去層處理采用機械研磨方法進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:經(jīng)過對所述樣品進行去層處理后，保留于所述多晶娃層上的層間介質(zhì)層的厚度為0.1?0.3um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對所述樣品的表面進行清潔處理的方法為: 采用超聲波震蕩方法在去離子水中對所述樣品表面進行清潔； 利用去離子水沖洗所述樣品表面； 利用氣槍將樣品表面吹干。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用電勢對比定位法對所述樣品進行多晶娃層的失效點定位包括: 利用掃描電鏡對所述樣品進行掃描，所述掃描電鏡中一次電子束的加速電壓為5?8KV ； 對掃描電鏡的掃描結(jié)果中所顯示的各處的多晶硅層的顏色進行對比，將顏色顯示較深的位置定位為多晶硅層的失效點。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的樣品處理方法，其特征在于:所述樣品為多晶硅柵極半導(dǎo)體芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的樣品處理方法，其特征在于:所述樣品中包含有尺寸大于8umX8um的多晶娃陣列。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的樣品處理方法，其特征在于:所述失效點位于所述尺寸大于8umX 8um的多晶娃陣列中。
【文檔編號】G03F1/44GK104332420SQ201310309536
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月22日
【發(fā)明者】何明, 郭煒, 王瀟, 李愛民, 劉競文 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司