專利名稱：一種運(yùn)用激光制作集成電路樣品斷面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路制造工藝中的分析檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種運(yùn)用激光制作集成電路樣品斷面的方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的不斷發(fā)展，晶體管的最小線寬不斷縮小，先進(jìn)CMOS工藝中晶體管柵極的長度已經(jīng)接近0.1微米。特征線寬的不斷縮小導(dǎo)致了芯片集成度的大幅度提高，但是細(xì)小的線條給工藝分析帶來了很大的困難。
斷面分析是開發(fā)和監(jiān)控集成電路生產(chǎn)工藝的重要分析手段，它通過在需要分析的區(qū)域沿硅片厚度方向切斷硅片，然后將斷面樣品拿到斷面掃描電子顯微鏡下放大觀察，分析工藝中的問題或器件失效的原因，是集成電路行業(yè)不可缺少的分析手段。
最常用的制作斷面的方法是手工方法憑肉眼找到待分析的位置，用金剛刀在待切位置附近劃出裂紋，然后手工加力，使樣品沿裂紋開裂，得到所須的樣品。該方法快速、簡單，但也有很大的局限性。為了要使肉眼找到位置，待分析的區(qū)域要相當(dāng)長，要幾毫米才能容易辨認(rèn)；而手工劃裂紋的誤差和不確定性也同樣要求待分析區(qū)域足夠長(5毫米以上)以保證在需要的位置斷開。所以為了進(jìn)行斷面分析，常常在設(shè)計(jì)中就要專門安排特別的大塊區(qū)域放置特別設(shè)計(jì)的斷面線條以方便斷面樣品的制作。隨著集成電路尺寸的縮小，單位面積內(nèi)線條大大增加，專門斷面區(qū)變得越來越不經(jīng)濟(jì)，浪費(fèi)了寶貴的芯片面積。
為了改進(jìn)手工劃片的不確定性，發(fā)展了機(jī)械劃片的方法，它用機(jī)械在金剛刀上加力以得到裂紋并使樣品開裂，避免了手劃片和加力的非重復(fù)性。這種技術(shù)使1毫米左右的線條也能被準(zhǔn)確切斷，從而減少了斷面區(qū)的面積，提高了分析能力和芯片面積的利用率。但受到機(jī)械尺寸的限制，該方法無法對更小長度的線條進(jìn)行切斷，而1毫米線長對集成電路中使用的絕大多數(shù)線條而言還是太大，仍然不能滿足大多數(shù)實(shí)際情況，需要專門設(shè)計(jì)斷面區(qū)域以方便斷面的制作。雖然比手工方法有所改進(jìn)，但仍顯不足。
目前可以不用特別制作斷面區(qū)，而可對任意微小結(jié)構(gòu)進(jìn)行斷面分析的分析工具是聚焦離子束顯微鏡(FIB)。它利用經(jīng)過電磁透鏡聚焦的高能離子束轟擊樣品表面，將樣品的原子濺射出來，通過長時間濺射，在需要觀察的指定區(qū)域用離子束挖出一定深度和一定傾斜角的槽，然后再進(jìn)行傾斜觀察。該方法對觀察區(qū)域沒有特別的要求，能觀察最小的集成電路結(jié)構(gòu)(零點(diǎn)幾微米)，是很精確的分析工具。但該方法需要特殊的設(shè)備，還需要高真空條件，設(shè)備成本和運(yùn)行成本都非常高。而且因離子束束斑小，樣品的制作時間很長，一般一個樣品就需要幾小時制備。此外濺射出的原子可能在不希望的位置淀積，可能導(dǎo)致樣品的沾污。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種方法，能以高于手工和機(jī)械方法的準(zhǔn)確度，低于FIB的成本和時間，制作集成電路電子顯微鏡斷面樣品。
本發(fā)明提出的制作集成電路樣品斷面的方法，是將高能激光束經(jīng)聚焦后投射到硅片上，通過對微小區(qū)域進(jìn)行快速加熱，改變此區(qū)域的機(jī)械性能，與同時加在樣品上的機(jī)械力相互配合，準(zhǔn)確地在樣品上產(chǎn)生裂紋并使樣品按預(yù)定方向開裂，從而迅速、精確地得到所需要的斷面。
附圖1以框圖的方式表示了一種按本發(fā)明思路構(gòu)成的系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，其中由冷卻系統(tǒng)冷卻的高能激光器發(fā)射高強(qiáng)度激光脈沖，經(jīng)光路控制和聚焦系統(tǒng)后照射到硅片上，硅片在樣品臺上被夾住，在受強(qiáng)光輻射后熱應(yīng)力在被照區(qū)域產(chǎn)生裂紋，此時對樣品加機(jī)械力后，樣品將沿預(yù)定裂紋開裂，獲得最終的斷面。
為了產(chǎn)生所需的高能激光，可以使用各種具有足夠功率輸出的激光器即可以用固體激光器如紅寶石激光器、釹玻璃激光器、NdYAG激光器、半導(dǎo)體激光器等，也可以用氣體激光器如CO2激光器、CO激光器、準(zhǔn)分子激光器等。
所選用的高能激光器的特征參數(shù)范圍是激光波長0.2um到50um，激光脈沖能量0.5J到200J，激光脈沖頻率1Hz到10KHz，激光器功率為10W到10KW。
高能激光器發(fā)出的激光脈沖必須進(jìn)行聚焦以得到盡可能小的光斑，聚焦系統(tǒng)可以采用透射式聚焦方式或者反射式聚焦方式。聚焦焦距的特征參數(shù)范圍是10毫米到500毫米，聚焦束斑直徑在0.001毫米到0.1毫米的范圍以內(nèi)。
聚焦光斑對硅片的加熱既可以加熱硅片的正面，也可以加熱硅片的背面。要使受照射表面產(chǎn)生足夠的熱量并產(chǎn)生熱應(yīng)力。
為了得到確定的裂紋方向，必須沿特定方向移動。如圖2所示，這既可以是象左圖中硅片所在平面2沿3的兩互相垂直方向進(jìn)行運(yùn)動，也可以是象右圖中那樣高能激光束1沿3的方向進(jìn)行運(yùn)動。因此，即可以是硅片所在平面進(jìn)行運(yùn)動，也可以是高能激光束進(jìn)行運(yùn)動。
樣品經(jīng)激光照射產(chǎn)生了熱應(yīng)力導(dǎo)致的定向裂紋后，要對樣品施加機(jī)械力使這個樣品整個沿裂紋斷裂。為使樣品斷裂可以使用拉、壓、彎、扭等加力方式。圖3中示意表示對樣品夾4施加方向5的力矩以使樣品2發(fā)生斷裂。
本方法制樣時間和手工及機(jī)械方式相當(dāng)，而精度大大提高，是一種成本低、準(zhǔn)確、高效的集成電路斷面樣品制備方法。


圖1是激光制樣系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
圖2是兩種可能運(yùn)動方式的比較。
圖3是一種可能的施加機(jī)械力的圖示。
圖中標(biāo)號分別是1是聚焦系統(tǒng)及光束，2為被夾持的樣品，3是兩個互相垂直的運(yùn)動方向，4為樣品夾，5是樣品夾的受力方向。
具體實(shí)施例方式
下面示例說明本發(fā)明的一種可能的實(shí)施過程，其目的是更好地解釋本發(fā)明的運(yùn)用，而不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的限制。
1.調(diào)節(jié)高能激光器及聚焦系統(tǒng)，使輸出光斑達(dá)到使用要求；2.將樣品夾在硅片臺的樣品夾上，并將待切割位置移動到激光束下；3.加大激光輸出能量以加熱硅片上的小區(qū)域，同時樣品夾持系統(tǒng)加力，可以選用固體激光器如紅寶石激光器，激光脈沖能量100J左右可調(diào)、激光脈沖頻率1KHz左右可調(diào)、激光器功率1KW左右可調(diào)；4.樣品斷裂后停止激光器輸出，取出樣品進(jìn)行斷面電子顯微鏡觀察。
權(quán)利要求
1.一種制作集成電路樣品斷面的方法，其特征是，將高能激光束經(jīng)聚焦后投射到硅片上，通過對微小區(qū)域進(jìn)行加熱，與同時加在樣品上的機(jī)械力相互配合，準(zhǔn)確地在樣品上產(chǎn)生裂紋并使樣品按預(yù)定方向開裂，從而迅速、精確地得到所需要的斷面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述的高能激光束波長為0.2um-50um，脈沖能量為0.5J-200J，脈沖頻率為1Hz-10KHz，激光器功率為10W-10KW。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的方法，其特征在于上述的高能激光可用固體激光器紅寶石激光器、釹玻璃激光器、NdYAG激光器、半導(dǎo)體激光器，或用氣體激光器CO2激光器、CO激光器、準(zhǔn)分子激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的方法，其特征在于上述的高能激光器采用透射式聚焦或者反射式聚焦方式，聚焦焦距10毫米到500毫米，聚焦束斑直徑0.001毫米到0.1毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，按照需要的裂紋方向，使硅片所在平面進(jìn)行運(yùn)動，或者使高能激光束進(jìn)行運(yùn)動。
全文摘要
本發(fā)明屬于集成電路制造工藝的分析檢測技術(shù)領(lǐng)域。為了快速、準(zhǔn)確地制作集成電路的樣品斷面以進(jìn)行斷面電鏡分析，克服手工和機(jī)械制樣精度低、偏差大以及聚焦離子束分析(FIB)速度慢、時間長、容易沾污樣品的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種運(yùn)用激光制作集成電路樣品斷面的方法。具體是將高能激光束經(jīng)聚焦后投射到硅片上，通過對微小區(qū)域進(jìn)行快速加熱，改變此區(qū)域的機(jī)械性能，與同時加在樣品上的機(jī)械力相互配合，準(zhǔn)確地在樣品上產(chǎn)生裂紋并使樣品按預(yù)定方向開裂，從而迅速、精確地得到所需要的斷面。本方法制樣時間和手工及機(jī)械方式相當(dāng)，而精度卻有很大的提高，僅略遜于FIB方式，是一種準(zhǔn)確高效的集成電路斷面樣品制備方法。
文檔編號H01L21/00GK1555090SQ200310122898
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月27日
發(fā)明者姚峰英 申請人:上海華虹(集團(tuán))有限公司, 上海集成電路研發(fā)中心有限公司