專利名稱：失效分析結(jié)構(gòu)、其形成方法及其失效分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種失效分析結(jié)構(gòu)、其形成方法及其失效分析方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)推進到深亞微米技術(shù)，半導(dǎo)體金屬布線的層數(shù)越來越多，連接不同層金屬布線的導(dǎo)電插塞數(shù)量也隨之增加，因而導(dǎo)電插塞的尺寸減小，導(dǎo)致形成導(dǎo)電插塞的通孔的刻蝕的難度增大，而通孔的刻蝕不到位而出現(xiàn)缺陷，就可能出現(xiàn)金屬布線間互連結(jié)構(gòu)的斷路，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的失效。為此，導(dǎo)電插塞的失效分析成為現(xiàn)在的研究熱點，現(xiàn)有的失效分析方法主要采用電子束色差區(qū)分法，即電壓襯度像技術(shù)(Voltage Contrast, VC)測試導(dǎo)電插塞是否有效地連接有兩層金屬層，通過電子束在導(dǎo)電插塞連接的其中一層金屬層表面進行掃描，若導(dǎo)電插塞存在有斷路缺陷，則體現(xiàn)為被掃描的金屬層表面存在導(dǎo)電性質(zhì)差，如金屬層電位差，所述電位差將被轉(zhuǎn)換成電子束亮度差，檢測上述電子束亮度差及其亮度分界點即可判斷導(dǎo)電插塞是否存在有斷路缺陷及斷路缺陷的位置。專利號為US5970167的美國專利，詳細闡述了如何應(yīng)用上述電壓襯度像技術(shù)進行導(dǎo)電插塞的失效分析。具體的檢測過程為提供待測試分析的半導(dǎo)體產(chǎn)品及其失效分析結(jié)構(gòu)，包括基底；依次位于所述基底表面的第一金屬層和第二金屬層，所述第一金屬層和第二金屬層通過導(dǎo)電插塞進行連接。其中，所述第一金屬層和第二金屬層分別由多個金屬塊構(gòu)成，且通過導(dǎo)電插塞將所述第一金屬層金屬塊和第二金屬層金屬塊依次相連，構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)。所述失效分析結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電插塞與半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞是通過同一半導(dǎo)體工藝同時形成，所述導(dǎo)電插塞的數(shù)量和布局與所述半導(dǎo)體產(chǎn)品的導(dǎo)電插塞的數(shù)量和布局相同。具體地失效分析過程包括首先將所述失效分析結(jié)構(gòu)進行剝層至暴露出第二金屬層；將所述第二金屬層的一端接地或接至其他固定電壓，使整個串聯(lián)結(jié)構(gòu)的第一金屬層和第二金屬層都保持在等電位。接著，通過掃描電鏡產(chǎn)生電子束，所述電子束入射至所述第二金屬層，所述第二金屬層在所述電子束的激發(fā)下產(chǎn)生二次電子。然后，利用信號收集系統(tǒng)收集所述第二金屬層經(jīng)電子激發(fā)后產(chǎn)生的二次電子，根據(jù)收集到的二次電子，利用圖像顯示和記錄系統(tǒng)顯示和記錄所述最上層金屬的二次電子圖像。最后，對所述二次電子圖像進行分析，若所述收集到的二次電子存在著亮度差，則說明所述失效分析結(jié)構(gòu)中導(dǎo)電插塞存在有斷路缺陷，導(dǎo)致整個串聯(lián)的失效分析結(jié)構(gòu)斷開， 造成電位差，形成具有亮度差的二次電子圖像。對應(yīng)地，所述半導(dǎo)體產(chǎn)品中對應(yīng)位置的導(dǎo)電插塞具有相同的斷路缺陷。但是通過上述技術(shù)方案的失效分析結(jié)構(gòu)對半導(dǎo)體產(chǎn)品的導(dǎo)電插塞進行失效分析時，常常出現(xiàn)分析結(jié)果不準確的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種失效分析結(jié)構(gòu)、其形成方法及其失效分析方法，提高失效分析的準確度。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種失效分析結(jié)構(gòu)的形成方法，所述失效分析結(jié)構(gòu)用于對半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞進行失效分析，所述導(dǎo)電插塞用于電連接半導(dǎo)體產(chǎn)品中相鄰的兩層金屬層的金屬塊，包括提供基底，并在所述基底上形成第一金屬層，所述第一金屬層由分立的金屬塊構(gòu)成；在所述第一金屬層的金屬塊上依次形成第一絕緣層及第二金屬層，所述第一絕緣層內(nèi)具有貫穿其厚度的第一導(dǎo)電插塞，所述第二金屬層由分立的金屬塊構(gòu)成，所述第二金屬層金屬塊通過第一導(dǎo)電插塞與第一金屬層金屬塊依次相連構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)；在所述第二金屬層上形成第二絕緣層及位于所述第二絕緣層內(nèi)的第二導(dǎo)電插塞， 所述第二導(dǎo)電插塞與第二金屬層金屬塊相連；在所述第二絕緣層上形成測試金屬層，所述測試金屬層由分立的金屬塊構(gòu)成，所述測試金屬層金屬塊通過第二導(dǎo)電插塞與第二金屬層金屬塊一一對應(yīng)相連。可選的，所述第一金屬層與半導(dǎo)體產(chǎn)品中一層金屬層通過同一工藝步驟同時形成?？蛇x的，所述第二金屬層和第一金屬層的數(shù)量關(guān)系為以下之一所述第一金屬層金屬塊的數(shù)量比第二金屬層金屬塊數(shù)量少一個；所述第二金屬層金屬塊的數(shù)量比第一金屬層金屬塊數(shù)量少一個；所述第二金屬層金屬塊的數(shù)量等于第一金屬層金屬塊數(shù)量?？蛇x的，所述第二導(dǎo)電插塞的尺寸不小于所述第一導(dǎo)電插塞的尺寸?？蛇x的，所述測試金屬層金屬塊的面積不大于所述第二金屬層金屬塊面積。
可選的，還包括在所述測試金屬層上形成有介質(zhì)層。本發(fā)明還提供一種失效分析結(jié)構(gòu)，用于對半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞進行失效分析，所述導(dǎo)電插塞用于電連接半導(dǎo)體產(chǎn)品中相鄰的兩層金屬層的金屬塊，包括基底；依次位于所述基底表面的第一金屬層和第二金屬層，所述第一金屬層及第二金屬層分別由多個分立的金屬塊構(gòu)成，通過第一導(dǎo)電插塞依次連接第一金屬層金屬塊和第二金屬層金屬塊形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所述失效分析結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電插塞與半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞的數(shù)量及布局相同；所述第二金屬層上形成有測試金屬層，所述測試金屬層由多個金屬塊構(gòu)成，所述測試金屬層的金屬塊通過第二導(dǎo)電插塞與所述第二金屬層的金屬塊對應(yīng)一一連接。可選的，所述第一金屬層和第二金屬層間形成有第一絕緣層，第一導(dǎo)電插塞位于所述第一絕緣層間，用于電連接第一金屬層和第二金屬層，所述第二金屬層和所述測試金屬層間形成有第二絕緣層，第二導(dǎo)電插塞位于所述第二絕緣層間，用于電連接第二金屬層和測試金屬層?？蛇x的，所述第一金屬層金屬塊與半導(dǎo)體產(chǎn)品中一層金屬層金屬塊的數(shù)量與布局相同?？蛇x的，所述第一金屬層金屬塊與半導(dǎo)體產(chǎn)品中一層金屬層金屬塊的數(shù)量與布局相同?？蛇x的，所述第二金屬層和第一金屬層的數(shù)量關(guān)系為以下之一所述第一金屬層金屬塊的數(shù)量比第二金屬層金屬塊數(shù)量少一個；所述第二金屬層金屬塊的數(shù)量比第一金屬層金屬塊數(shù)量少一個；所述第二金屬層金屬塊的數(shù)量等于第一金屬層金屬塊數(shù)量?？蛇x的，所述第二導(dǎo)電插塞的尺寸不小于所述第一導(dǎo)電插塞的尺寸?？蛇x的，所述測試金屬層金屬塊的面積不大于所述第二金屬層金屬塊面積。可選的，所述測試金屬層上還形成有介質(zhì)層。本發(fā)明還提供一種所述失效分析結(jié)構(gòu)的失效分析方法，用于對半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞進行失效分析，所述導(dǎo)電插塞用于電連接半導(dǎo)體產(chǎn)品中相鄰的兩層金屬層的金屬塊，包括提供半導(dǎo)體產(chǎn)品及其對應(yīng)的失效分析結(jié)構(gòu)，所述失效分析結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電插塞與半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞具有相同的數(shù)量及布局；對所述失效分析結(jié)構(gòu)進行剝層至暴露出測試金屬層；將所述測試金屬層的一端連接至固定電壓；將電子束入射至所述測試金屬層，所述測試金屬層在所述入射電子束的轟擊下， 產(chǎn)生二次電子；收集所述測試金屬層產(chǎn)生的二次電子，記錄和顯示所述二次電子圖像；對所述二次電子圖像進行分析若所述二次電子圖像中存在有亮度差，則其亮度分界點所在的第一導(dǎo)電插塞存在有斷路缺陷，對應(yīng)地，所述半導(dǎo)體產(chǎn)品上對應(yīng)位置的導(dǎo)電插塞存在有斷路缺陷?？蛇x的，所述固定電壓為接地端?？蛇x的，所述電子束通過電子槍形成，所述電子槍施加的電壓為3 10KV，使電子束的電流為10 20μΑ?？蛇x的，若所述測試金屬層的二次電子圖象不存在有亮度差，則所述失效分析結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電插塞不存在有斷路缺陷，所述半導(dǎo)體產(chǎn)品的導(dǎo)電插塞不存在斷路缺陷?？蛇x的，若所述二次電子圖像中存在有亮度差，且以所述亮度分界點為界，靠近固定電壓一端的測試金屬層的亮度高于遠離固定電壓一端的測試金屬層的亮度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點本發(fā)明失效分析結(jié)構(gòu)及其失效分析方法僅需要暴露出測試金屬層，不需要進行剝層至第二金屬層，不會損害所述第二金屬層，提高分析結(jié)果的準確性；同時，不會對第二絕緣層和第一絕緣層造成損害，進一步提高分析結(jié)果的準確性。進一步地，所述第二導(dǎo)電插塞的尺寸不小于所述第一導(dǎo)電插塞的尺寸，降低第二導(dǎo)電插塞的工藝難度，避免因第二導(dǎo)電插塞的接觸不良導(dǎo)致的分析結(jié)果不準確的問題。最后，所述測試金屬層金屬塊面積不大于所述第二金屬層金屬塊面積，減小因剝層需暴露出的測試金屬層面積過大，導(dǎo)致的剝層不均勻。


圖1為本發(fā)明失效分析結(jié)構(gòu)的形成方法流程示意圖。圖2至圖8為本發(fā)明一個實施例的失效分析結(jié)構(gòu)的形成方法結(jié)構(gòu)示意圖。圖9至圖14為本發(fā)明一個實施例的失效分析結(jié)構(gòu)示意圖。圖15為本發(fā)明失效分析方法流程示意圖。圖16至圖17為本發(fā)明一個實施例的失效分析方法示意圖。
具體實施例方式使用現(xiàn)有技術(shù)方案的失效分析結(jié)構(gòu)進行失效分析時，常常出現(xiàn)分析結(jié)果不準確的問題。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，是因為現(xiàn)有技術(shù)必須要將失效分析結(jié)構(gòu)進行剝層，直至暴露出失效分析結(jié)構(gòu)待掃描的金屬層，由于失效分析結(jié)構(gòu)中金屬層面積較大，如果剝層時磨不均勻的話，會破壞所述金屬層，使得分析結(jié)果具有不準確性；同時，位于互連金屬層間的絕緣物質(zhì)材質(zhì)較軟，剝層工藝會導(dǎo)致失效分析結(jié)構(gòu)形貌發(fā)生變形，不利于分析結(jié)果。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種失效分析結(jié)構(gòu)的形成方法，所述失效分析結(jié)構(gòu)用于對半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞進行失效分析，所述導(dǎo)電插塞用于電連接半導(dǎo)體產(chǎn)品中相鄰的兩層金屬層的金屬塊，如圖1所示包括執(zhí)行步驟S101，提供基底，并在所述基底上形成第一金屬層，所述第一金屬層由分立的金屬塊構(gòu)成。執(zhí)行步驟S102，在所述第一金屬層的金屬塊上依次形成第一絕緣層及第二金屬層，所述第一絕緣層內(nèi)具有貫穿其厚度的第一導(dǎo)電插塞，所述第二金屬層由分立的金屬塊構(gòu)成，所述第二金屬層金屬塊通過第一導(dǎo)電插塞與第一金屬層金屬塊依次相連構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)。執(zhí)行步驟S103，在所述第二金屬層上形成第二絕緣層及位于所述第二絕緣層內(nèi)的第二導(dǎo)電插塞，所述第二導(dǎo)電插塞與第二金屬層金屬塊相連。執(zhí)行步驟S104，在所述第二絕緣層上形成測試金屬層，所述測試金屬層由分立的金屬塊構(gòu)成，所述測試金屬層金屬塊通過第二導(dǎo)電插塞與第二金屬層金屬塊一一對應(yīng)相連。為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明的實質(zhì)，使本發(fā)明更加清楚，下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明具體實施方式
的半導(dǎo)體器件的失效分析結(jié)構(gòu)的形成方法。本發(fā)明中所提供的失效分析結(jié)構(gòu)是用于分析上述半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞是否有效連接半導(dǎo)體產(chǎn)品中與其對應(yīng)的兩層金屬層。作為一個實施例，選定半導(dǎo)體產(chǎn)品中一層導(dǎo)電插塞，及與其對應(yīng)連接的兩層金屬層，分別為上層金屬層和下層金屬層。以下所提及的半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞均為選定的該層導(dǎo)電插塞。如圖2所示提供基底001，所述基底001可以選自N型硅基底、P型硅基底、絕緣層上的硅(SOI)或者還可以包括其它的材料，例如砷化鎵等III-V族化合物。繼續(xù)參考圖2，在所述基底001上形成第一金屬層002，所述第一金屬層002由多個分立互相絕緣的金屬塊構(gòu)成。本實施例中，所述第一金屬層002與半導(dǎo)體產(chǎn)品中的下層金屬層通過同一工藝步驟同時形成，且所述第一金屬層002的金屬塊可以與所述下層金屬層的金屬塊的數(shù)量和布局相同。作為其他實施例，所述第一金屬層002也可以采用獨立的形成工藝，及不同于所述下層金屬層金屬塊的數(shù)量和布局。所述第一金屬層002的具體工藝可以為首先在所述基底001上形成絕緣層，并對所述絕緣層進行圖案化處理，在所述絕緣層內(nèi)形成通孔；最后對所述通孔填充金屬物質(zhì)，形成若干數(shù)目的分立金屬塊，形成第一金屬層002。如圖3所示，在所述第一金屬層002上形成第一絕緣層003，所述第一絕緣層003 可以為氧化硅或其他的介電材料；對所述第一絕緣層003進行圖案化處理，形成暴露出第一金屬層002部分表面的第一通孔，所述第一通孔的數(shù)量和布局和半導(dǎo)體產(chǎn)品中導(dǎo)電插塞的數(shù)量和布局是相同的；最后對所述第一通孔填充金屬，形成與第一金屬層002電連接的第一導(dǎo)電插塞004 ；所述第一導(dǎo)電插塞004與半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞具有相同的數(shù)量和布局，即若所述半導(dǎo)體產(chǎn)品中存在有未能有效連接的導(dǎo)電插塞，則所述失效分析結(jié)構(gòu)中，對應(yīng)位置的第一導(dǎo)電插塞004同樣未能有效連接。如圖4所示，在所述第一絕緣層003上形成第二金屬層005，所述第二金屬層005 由多個分立互相絕緣的金屬塊構(gòu)成。本實施例中，所述第二金屬層005中的每個金屬塊通過第一導(dǎo)電插塞004連接相鄰的兩個第一金屬層002的金屬塊，通過所述第一導(dǎo)電插塞004 依次將第一金屬層002金屬塊和第二金屬層005金屬塊首尾相連構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，且所述第一導(dǎo)電插塞004僅用于電連接一個第一金屬層002金屬塊和一個第二金屬層005金屬塊。所述第二金屬層005的具體工藝可以為首先在形成有第一導(dǎo)電插塞004的第一絕緣層003上形成絕緣層，并對所述絕緣層進行圖案化處理，在所述絕緣層內(nèi)形成通孔，最后對所述通孔填充金屬物質(zhì)，形成若干數(shù)目的分立金屬塊，即形成第二金屬層005。其中，所述由第一金屬層002和第二金屬層005的數(shù)量關(guān)系可為以下三種情況。如圖4所示，所述第一金屬層002金屬塊的數(shù)量比第二金屬層005金屬塊數(shù)量少一個，即第二金屬層005兩端的金屬塊僅連接有一個第一金屬層002的金屬塊。所述串聯(lián)結(jié)構(gòu)還可以如圖5所示，所述第二金屬層005金屬塊的數(shù)量比第一金屬層002金屬塊數(shù)量少一個，即第一金屬層002兩端的金屬塊僅連接有一個第二金屬層005 的金屬塊。或者還可以如圖6所示，所送第二金屬層005金屬塊的數(shù)量等于第一金屬層002
金屬塊數(shù)量。如圖7所示，在所述第二金屬層005上形成第二絕緣層006，所述第二絕緣層006 可以為氧化硅或其他的介電材料；對所述第二絕緣層006進行圖案化處理，形成暴露出第二金屬層005金屬塊部分表面的第二通孔，所述第二通孔與每個第二金屬層005的金屬塊對應(yīng)相連；最后對所述第二通孔填充金屬，形成與第二金屬層002的金屬塊電連接的第二導(dǎo)電插塞007。如圖8所示，在所述第二絕緣層006上形成測試金屬層008，測試金屬層008由多個分立互相絕緣的金屬塊構(gòu)成，所述測試金屬層008金屬塊通過第二導(dǎo)電插塞007與所述第二金屬層005金屬塊一一對應(yīng)電連接。形成有所述測試金屬層005后，還包括在其上還形成介質(zhì)層，此處不詳細敘述。為了使得后續(xù)形成的第二導(dǎo)電插塞007與測試金屬層008的形成工藝不對所述失效分析結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果造成影響，所述第二導(dǎo)電插塞007的尺寸不小于所述第一導(dǎo)電插塞 004的尺寸，以避免固所述第二導(dǎo)電插塞尺寸小導(dǎo)致工藝難度增加，易造成第二導(dǎo)電插塞6/10 頁
007的連接失效。同時，所述測試金屬層008金屬塊面積不大于所述第二金屬層005金屬塊面積，避免因剝層需暴露出的測試金屬層008面積過大，導(dǎo)致的剝層不均勻的問題。本發(fā)明還提供一種所述失效分析結(jié)構(gòu)的形成方法形成的失效分析結(jié)構(gòu)，用于對半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞進行失效分析，所述導(dǎo)電插塞用于電連接半導(dǎo)體產(chǎn)品中相鄰的兩層金屬層的金屬塊，包括基底；依次位于所述基底表面的第一金屬層和第二金屬層，所述第一金屬層及第二金屬層分別由多個分立的金屬塊構(gòu)成，通過第一導(dǎo)電插塞依次連接第一金屬層金屬塊和第二金屬層金屬塊形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所述失效分析結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電插塞與半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞的數(shù)量及布局相同；所述第二金屬層上形成有測試金屬層，所述測試金屬層由多個金屬塊構(gòu)成，所述測試金屬層的金屬塊通過第二導(dǎo)電插塞與所述第二金屬層的金屬塊對應(yīng)一一連接。為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明的實質(zhì)，使本發(fā)明更加清楚，下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明具體實施方式
的半導(dǎo)體器件的失效分析結(jié)構(gòu)及其分析方法。本發(fā)明中所提供的失效分析結(jié)構(gòu)是用于分析上述半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞是否有效連接半導(dǎo)體產(chǎn)品中與其對應(yīng)的兩層金屬層。作為一個實施例，選定半導(dǎo)體產(chǎn)品中一層導(dǎo)電插塞，及與其對應(yīng)連接的兩層金屬層，分別為上層金屬層和下層金屬層。以下所提及的半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞均為選定的該層導(dǎo)電插塞。 首先，如圖9所示為本發(fā)明失效分析結(jié)構(gòu)，包括基底(未圖示)，及位于所述基底上的第一金屬層110和第二金屬層120，所述第一金屬層110由多個分立且相互絕緣的金屬塊構(gòu)成。同樣地，所述第二金屬層120由多個分立且相互絕緣的金屬塊構(gòu)成。所述第一金屬層110和第二金屬層120間還形成有第一絕緣層，且通過位于所述第一絕緣層內(nèi)的第一導(dǎo)電插塞210依次將所述第一金屬層110與第二金屬層120中的對應(yīng)金屬塊進行電連接形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，且所述第一導(dǎo)電插塞210僅用于電連接一個第一金屬層 110金屬塊和一個第二金屬層120金屬塊。作為其他實施例，所述第一金屬層110的下層還可以包含有其他的金屬層結(jié)構(gòu)。其中，所述第一金屬層110金屬塊可以與所述半導(dǎo)體產(chǎn)品中下層金屬層的金屬塊的數(shù)量和布局相同。作為其他實施例，所述第一金屬層110也可以不同于所述下層金屬層金屬塊的數(shù)量和布局。同時所述第一導(dǎo)電插塞210與半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞具有相同的數(shù)量和布局， 即若所述半導(dǎo)體產(chǎn)品中存在有未能有效連接的導(dǎo)電插塞，則所述失效分析結(jié)構(gòu)中，對應(yīng)位置的第一導(dǎo)電插塞210同樣未能有效連接。繼續(xù)圖9，所述失效分析結(jié)構(gòu)還包括依次位于所述第二金屬層120上的第二導(dǎo)電插塞220和測試金屬層130，所述測試金屬層130由多個分立且相互絕緣的金屬塊構(gòu)成。所述測試金屬層130和第二金屬層120間形成有第二絕緣層，且通過位于所述第二絕緣層間的第二導(dǎo)電插塞220將所述測試金屬層130與第二金屬層120中的對應(yīng)金屬塊進行電連接。其中，所述測試金屬層130的金屬塊與第二金屬層120的金屬塊為一一對應(yīng)連接關(guān)系。所述失效分析結(jié)構(gòu)具有第一端和第二端。本實施例中，所述失效分析結(jié)構(gòu)的第一
9端和第二端分別為測試金屬層130的A端和B端。如圖10和圖11所示，為本發(fā)明失效分析結(jié)構(gòu)中失效分析結(jié)構(gòu)的第一金屬層110 和第二金屬層120。本圖示出的第一金屬層110和第二金屬層120均為陣列式結(jié)構(gòu)，作為其他實施例，也可以為其他排布的結(jié)構(gòu)。如圖12所示，為圖9所示的失效分析結(jié)構(gòu)的001處的剖面圖。依次包括第一金屬層110，及依次位于所述第一金屬層110上的第一導(dǎo)電插塞210、第二金屬層120、第二導(dǎo)電插塞220和測試金屬層130，所述第一金屬層110、第二金屬層120及測試金屬塊130分別包括一個或一個以上的金屬塊，并分別通過絕緣物質(zhì)相互絕緣。所述第一導(dǎo)電插塞210將第一金屬層110和第二金屬層120中對應(yīng)的金屬塊進行電連接形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所述第二導(dǎo)電插塞220將第二金屬層120和測試金屬層130中對應(yīng)的金屬塊進行電連接。其中，所述由第一金屬層110和第二金屬層120的數(shù)量關(guān)系可為以下三種情況。如圖12所示，所述第一金屬層110金屬塊的數(shù)量比第二金屬層120金屬塊數(shù)量少一個，即第二金屬層120兩端的金屬塊僅連接有一個第一金屬層110的金屬塊。所述數(shù)量關(guān)系可以如圖13所示，所述第二金屬層120金屬塊的數(shù)量比第一金屬層 110金屬塊數(shù)量少一個，即第一金屬層110兩端的金屬塊僅連接有一個第二金屬層120的金屬塊。所述數(shù)量關(guān)系還可以如圖14所示，所述第二金屬層120金屬塊的數(shù)量等于第一金屬層110金屬塊數(shù)量。為了使得所述第二導(dǎo)電插塞220與測試金屬層130的結(jié)構(gòu)不對所述失效分析結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果造成影響，所述第二導(dǎo)電插塞220的尺寸大于或等于所述第一導(dǎo)電插塞210的尺寸，以避免因所述第二導(dǎo)電插塞220尺寸小導(dǎo)致形成工藝難度增加，造成第二導(dǎo)電插塞 220的連接失效。同時，所述測試金屬層130金屬塊的面積不大于所述第二金屬層120金屬塊面積， 避免因剝層需暴露出的測試金屬層130面積過大，導(dǎo)致的剝層不均勻的問題。本發(fā)明還提供一種所述失效分析結(jié)構(gòu)的失效分析方法，用于對半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞進行失效分析，所述導(dǎo)電插塞用于電連接半導(dǎo)體產(chǎn)品中相鄰的兩層金屬層的金屬塊，包括執(zhí)行步驟S201，提供半導(dǎo)體產(chǎn)品及其對應(yīng)的失效分析結(jié)構(gòu)，所述失效分析結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電插塞與半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞具有相同的數(shù)量及布局。執(zhí)行步驟S202，對所述失效分析結(jié)構(gòu)進行剝層至暴露出測試金屬層。執(zhí)行步驟S203，將所述測試金屬層的一端連接至固定電壓。執(zhí)行步驟S204，將電子束入射至所述測試金屬層，所述測試金屬層在所述入射電子束的轟擊下，產(chǎn)生二次電子。執(zhí)行步驟S205，收集所述測試金屬層產(chǎn)生的二次電子，記錄和顯示所述二次電子圖像。執(zhí)行步驟S206，對所述二次電子圖像進行分析若所述二次電子圖像中存在有亮度差，則其亮度分界點所在的第一導(dǎo)電插塞存在有斷路缺陷，對應(yīng)地，所述半導(dǎo)體產(chǎn)品上對應(yīng)位置的導(dǎo)電插塞存在有斷路缺陷。
本發(fā)明一具體實施例的失效分析方法是利用掃描電鏡進行失效分析，現(xiàn)有技術(shù)中掃描電鏡包括電子光學(xué)系統(tǒng)，掃描系統(tǒng)，信號收集系統(tǒng)，圖像顯示和記錄系統(tǒng)。電子光學(xué)系統(tǒng)由電子槍、聚光鏡、物鏡和樣品室等部件組成，它的作用是將電子槍發(fā)射的電子束聚焦成亮度高、直徑小的入射電子束來轟擊樣品，使樣品產(chǎn)生各種物理信號，例如電子信號，該電子信號包括二次電子、背射電子、透射電子、吸收電子等。掃描系統(tǒng)是掃描電鏡的特殊部件， 它由掃描發(fā)生器和掃描線圈組成，它的作用是1)使入射電子束在失效分析結(jié)構(gòu)表面掃描，并使陰極射線顯像管電子束在熒光屏上作同步掃描，2)改變?nèi)肷潆娮邮谑Х治鼋Y(jié)構(gòu)表面的掃描振幅，從而改變掃描像的放大倍數(shù)。信號收集系統(tǒng)包括電子收集器，例如二次電子偵測器，常見的電子收集器是由閃爍體、光導(dǎo)管和光電倍增管等組成的部件，其作用是將電子信號收集起來，然后成比例地轉(zhuǎn)換成光信號，經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換成電信號輸出，這種電信號就用來作為掃描像的調(diào)制信號。圖像顯示和記錄系統(tǒng)是將信號收集器輸出的電信號呈比例地轉(zhuǎn)換為陰極射線顯像管電子束強度的變化，這樣就在熒光屏上得到一幅與失效分析結(jié)構(gòu)掃描點產(chǎn)生的某一種物理訊號成正比例的亮度變化的掃描像，或者用照相的方式記錄下來。本發(fā)明進行失效分析中使用的圖像為掃描電鏡的二次電子圖像，二次電子偵察器收集失效分析結(jié)構(gòu)在入射電子束激發(fā)下產(chǎn)生的二次電子，由圖像顯示和記錄系統(tǒng)顯示和記錄二次電子圖像。下面詳細說明本發(fā)明具體實施例的失效分析方法。首先，如圖9所示提供待分析的半導(dǎo)體產(chǎn)品及其失效分析結(jié)構(gòu)，所述失效分析結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)可以參考前述。所述失效分析結(jié)構(gòu)通過第一導(dǎo)電插塞210將第一金屬層110 金屬塊和第二金屬層120金屬塊依次電連接形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，且通過第二導(dǎo)電插塞220將第二金屬層120金屬塊和測試金屬層130金屬塊依次一一對應(yīng)電連接。所述第一導(dǎo)電插塞 210的數(shù)量和布局與待檢測分析的半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞的數(shù)量和布局相同。所述失效分析結(jié)構(gòu)中第二導(dǎo)電插塞220的尺寸不小于所述第一導(dǎo)電插塞210的尺寸，且所述測試金屬層130的面積不大于所述第二金屬層120的面積。其中，所述失效分析結(jié)構(gòu)還包括位于所述測試金屬層130上的介質(zhì)層或其他半導(dǎo)體器件(未圖示)。所述失效分析結(jié)構(gòu)具有第一端和第二端。本實施例中，所述失效分析結(jié)構(gòu)的第一端和第二端分別為測試金屬層130的A端和B端。如圖16所示，對所述失效分析結(jié)構(gòu)進行剝層至暴露出測試金屬層130，并選擇所述失效分析結(jié)構(gòu)的一端連接至固定電壓，如接地端或其他固定電壓。本實施例中，將暴露出的測試金屬層130的A端連接至接地端，則整個串聯(lián)的失效分析結(jié)構(gòu)電位都保持在零電位。 本實施例中，僅暴露出的測試金屬塊130能夠接收到入射電子束，位于所述測試金屬塊130 下的第一金屬層110和第二金屬層120因為絕緣物質(zhì)的阻擋，無法接收到所述電子束。接著，使掃描電鏡的電子槍出射電子束，對電子槍施加的電壓為3 10KV，使電子束的電流為10 20 μ Α,在此電壓和電流范圍內(nèi)，可以對所述失效分析結(jié)構(gòu)中第一導(dǎo)電插塞210中存在的斷路缺陷進行分析，進而可以對半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞的斷路缺陷進行分析。在一具體實施例中，對電子槍施加的電壓為8KV，電子束的電流為ΙΟμΑ。從電子槍出射的電子束經(jīng)掃描電鏡的掃描系統(tǒng)后入射至失效分析結(jié)構(gòu)，掃描系統(tǒng)使入射電子束在失效分析結(jié)構(gòu)的測試金屬層130表面掃描。接著，收集所述測試金屬層130經(jīng)電子激發(fā)后產(chǎn)生的二次電子，記錄和顯示所述測試金屬層130的二次電子圖像。本實施例中，利用信號收集系統(tǒng)的電子收集器，例如二次電子偵察器，收集二次電子信號，然后成比例地將二次電子信號轉(zhuǎn)換成光信號，經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換成電信號輸出，這種電信號就用來作為掃描像的調(diào)制信號。在收集二次電子信號時，由于二次電子向各個方向發(fā)射，此時在電子收集器前施加偏壓使二次電子向一個方向偏轉(zhuǎn)，可以在某一方向收集二次電子信號，在本實施例中，在與失效分析結(jié)構(gòu)的測試金屬層130表面呈30° 50°的方向收集二次電子。優(yōu)選的，在與失效分析結(jié)構(gòu)的測試金屬層130表面呈35°的方向收集二次電子。收集所述二次電子圖像時，可以通過調(diào)節(jié)二次電子圖像顯現(xiàn)儀器的電壓和對比度使所述二次電子圖像顯現(xiàn)高亮狀態(tài)。最后，對所述二次電子圖像進行分析。參考圖16，若二次電子圖像中，所述測試金屬層130不具有亮度差，所顯示的為均一亮度，則說明所述失效分析結(jié)構(gòu)的第一導(dǎo)電插塞 210不存在有斷路缺陷，對應(yīng)地，所述半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞也不存在有斷路缺陷。參考圖17，若所述二次電子圖像中，所述測試金屬層130存在有亮度差，則其對應(yīng)的亮度分界點位置則存在有斷路缺陷。本實施例中，以位置002為界，所述測試金屬層130 的亮度分為兩段，靠近A端的的測試金屬層130為高亮狀態(tài)，而靠近B端的測試金屬層130 為暗黑狀態(tài)，則所述高亮狀態(tài)和暗黑狀態(tài)的分界點所在的第一導(dǎo)電插塞210存在著斷路缺陷，對應(yīng)地，半導(dǎo)體產(chǎn)品中對應(yīng)位置的導(dǎo)電插塞也存在有斷路缺陷。結(jié)合圖17具體原理如下因為A端接地，靠近A端的測試金屬層130及與其連接第一金屬層110和第二金屬層120處于接地狀態(tài)，入射至所述測試金屬層130的電子束將傳輸至接地端(換言之，是從接地端拉上正電荷與電子束中和)，使得所述靠近A端的測試金屬層130因接收入射電子束產(chǎn)生的二次電子較少；因為所述位置002存在有連接斷路缺陷，使得靠近B端的測試金屬層130及與其連接第一金屬層110和第二金屬層120未與接地端相連，為懸空狀態(tài)，入射至所述近靠近B端的測試金屬層130電子束不能被傳輸至接地端(換言之，沒有正電荷與電子束中和)，則使得所述靠近B端的測試金屬層130因接收入射電子束產(chǎn)生的二次電子數(shù)目較多。通過比較，所述靠近B端的測試金屬層130比靠近A 端的測試金屬層130具有更多的二次電子數(shù)目，則所述靠近B端的測試金屬層130的電位小于靠近A端的測試金屬層130的電位，即所述靠近B端的測試金屬層130具有負電位，靠近A端的測試金屬層130具有零電位。在二次電子圖像中，電壓差則表現(xiàn)為二次電子圖像的亮度差，電位高的具有較大的亮度。最后從二次圖像的亮度差可以判斷出電壓差的分界點，所述分界點則為失效分析結(jié)構(gòu)中第一導(dǎo)電插塞210的斷路缺陷所在位置，對應(yīng)地，半導(dǎo)體產(chǎn)品中對應(yīng)位置處的導(dǎo)電插塞也存在有斷路缺陷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點本發(fā)明失效分析結(jié)構(gòu)及其失效分析方法僅需要暴露出測試金屬層，不需要進行剝層至第二金屬層，不會損害所述第二金屬層，提高分析結(jié)果的準確性；同時，不會對第二絕緣層和第一絕緣層造成損害，進一步提高分析結(jié)果的準確性。進一步地，所述第二導(dǎo)電插塞的尺寸不大于所述第一導(dǎo)電插塞的尺寸，降低工藝難度，避免因第二導(dǎo)電插塞的接觸不良導(dǎo)致的分析結(jié)果不準確的問題。最后，所述測試金屬層金屬塊的面積不大于所述第二金屬層金屬塊面積，減小固剝層需暴露出的測試金屬層面積過大，導(dǎo)致的剝層不均勻。
本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范 1權(quán)利要求
1.一種失效分析結(jié)構(gòu)的形成方法，所述失效分析結(jié)構(gòu)用于對半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞進行失效分析，所述導(dǎo)電插塞用于電連接半導(dǎo)體產(chǎn)品中相鄰的兩層金屬層的金屬塊，其特征在于，包括提供基底，并在所述基底上形成第一金屬層，所述第一金屬層由分立的金屬塊構(gòu)成；在所述第一金屬層的金屬塊上依次形成第一絕緣層及第二金屬層，所述第一絕緣層內(nèi)具有貫穿其厚度的第一導(dǎo)電插塞，所述第二金屬層由分立的金屬塊構(gòu)成，所述第二金屬層金屬塊通過第一導(dǎo)電插塞與第一金屬層金屬塊依次相連構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)；在所述第二金屬層上形成第二絕緣層及位于所述第二絕緣層內(nèi)的第二導(dǎo)電插塞，所述第二導(dǎo)電插塞與第二金屬層金屬塊相連；在所述第二絕緣層上形成測試金屬層，所述測試金屬層由分立的金屬塊構(gòu)成，所述測試金屬層金屬塊通過第二導(dǎo)電插塞與第二金屬層金屬塊一一對應(yīng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述失效分析結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一金屬層與半導(dǎo)體產(chǎn)品中一層金屬層通過同一工藝步驟同時形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述失效分析結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二金屬層和第一金屬層的數(shù)量關(guān)系為以下之一所述第一金屬層金屬塊的數(shù)量比第二金屬層金屬塊數(shù)量少一個；所述第二金屬層金屬塊的數(shù)量比第一金屬層金屬塊數(shù)量少一個；所述第二金屬層金屬塊的數(shù)量等于第一金屬層金屬塊數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述失效分析結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二導(dǎo)電插塞的尺寸不小于所述第一導(dǎo)電插塞的尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述失效分析結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述測試金屬層金屬塊的面積不大于所述第二金屬層金屬塊面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述失效分析結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，還包括在所述測試金屬層上形成有介質(zhì)層。
7.一種失效分析結(jié)構(gòu)，用于對半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞進行失效分析，所述導(dǎo)電插塞用于電連接半導(dǎo)體產(chǎn)品中相鄰的兩層金屬層的金屬塊，其特征在于，包括基底；依次位于所述基底表面的第一金屬層和第二金屬層，所述第一金屬層及第二金屬層分別由多個分立的金屬塊構(gòu)成，通過第一導(dǎo)電插塞依次連接第一金屬層金屬塊和第二金屬層金屬塊形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所述失效分析結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電插塞與半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞的數(shù)量及布局相同；所述第二金屬層上形成有測試金屬層，所述測試金屬層由多個金屬塊構(gòu)成，所述測試金屬層的金屬塊通過第二導(dǎo)電插塞與所述第二金屬層的金屬塊對應(yīng)一一連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述失效分析結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一金屬層和第二金屬層間形成有第一絕緣層，第一導(dǎo)電插塞位于所述第一絕緣層間，用于電連接第一金屬層和第二金屬層，所述第二金屬層和所述測試金屬層間形成有第二絕緣層，第二導(dǎo)電插塞位于所述第二絕緣層間，用于電連接第二金屬層和測試金屬層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述失效分析結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一金屬層金屬塊與半導(dǎo)體產(chǎn)品中一層金屬層金屬塊的數(shù)量與布局相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述失效分析結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一金屬層金屬塊與半導(dǎo)體產(chǎn)品中一層金屬層金屬塊的數(shù)量與布局相同。
11.根據(jù)權(quán)利要求7失效分析結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二金屬層和第一金屬層的數(shù)量關(guān)系為以下之一所述第一金屬層金屬塊的數(shù)量比第二金屬層金屬塊數(shù)量少一個；所述第二金屬層金屬塊的數(shù)量比第一金屬層金屬塊數(shù)量少一個；所述第二金屬層金屬塊的數(shù)量等于第一金屬層金屬塊數(shù)量。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述失效分析結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二導(dǎo)電插塞的尺寸不小于所述第一導(dǎo)電插塞的尺寸。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述失效分析結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述測試金屬層金屬塊的面積不大于所述第二金屬層金屬塊面積。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述失效分析結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述測試金屬層上還形成有介質(zhì)層。
15.一種如權(quán)利要求7所述失效分析結(jié)構(gòu)的失效分析方法，用于對半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞進行失效分析，所述導(dǎo)電插塞用于電連接半導(dǎo)體產(chǎn)品中相鄰的兩層金屬層的金屬塊，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體產(chǎn)品及其對應(yīng)的失效分析結(jié)構(gòu)，所述失效分析結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電插塞與半導(dǎo)體產(chǎn)品中的導(dǎo)電插塞具有相同的數(shù)量及布局；對所述失效分析結(jié)構(gòu)進行剝層至暴露出測試金屬層；將所述測試金屬層的一端連接至固定電壓；將電子束入射至所述測試金屬層，所述測試金屬層在所述入射電子束的轟擊下，產(chǎn)生二次電子；收集所述測試金屬層產(chǎn)生的二次電子，記錄和顯示所述二次電子圖像；對所述二次電子圖像進行分析若所述二次電子圖像中存在有亮度差，則其亮度分界點所在的第一導(dǎo)電插塞存在有斷路缺陷，對應(yīng)地，所述半導(dǎo)體產(chǎn)品上對應(yīng)位置的導(dǎo)電插塞存在有斷路缺陷。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述失效分析方法，其特征在于，所述固定電壓為接地端。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述失效分析方法，其特征在于，所述電子束通過電子槍形成，所述電子槍施加的電壓為3 10KV，使電子束的電流為10 20 μ A。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述失效分析方法，其特征在于，若所述測試金屬層的二次電子圖象不存在有亮度差，則所述失效分析結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電插塞不存在有斷路缺陷，所述半導(dǎo)體產(chǎn)品的導(dǎo)電插塞不存在斷路缺陷。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述失效分析方法，其特征在于，若所述二次電子圖像中存在有亮度差，且以所述亮度分界點為界，靠近固定電壓一端的測試金屬層的亮度高于遠離固定電壓一端的測試金屬層的亮度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種失效分析結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供基底，并在所述基底上形成第一金屬層；在所述第一金屬層上依次形成第一導(dǎo)電插塞及第二金屬層，所述第二金屬層通過第一導(dǎo)電插塞與第一金屬層依次相連構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)；在所述第二金屬層上形成第二絕緣層及第二導(dǎo)電插塞，所述第二導(dǎo)電插塞與第二金屬層相連；在所述第二絕緣層上形成測試金屬層，所述測試金屬層通過第二導(dǎo)電插塞與第二金屬層相連。本發(fā)明還提供一種失效分析結(jié)構(gòu)及其失效分析方法。本發(fā)明失效分析結(jié)構(gòu)和失效分析方法僅需要暴露出測試金屬層，不會損害第二金屬層，提高失效分析結(jié)果的準確性。
文檔編號G01R31/307GK102446901SQ20101050936
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者梁山安, 牛崇實 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司