專利名稱：半導(dǎo)體元件的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種分析方法，且特別是涉及一種具有異常區(qū)域的半導(dǎo)體元件的分 析方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路(IC)芯片的工藝大致分為前段工藝及后段工藝，其中前段工藝 的目的是在晶片(wafer)上制作出集成電路，而后段工藝則是將集成電路已制作完成的晶 片進行封裝(package)。在前段工藝及后段工藝的過程中，不斷地進行許多結(jié)構(gòu)測試及電性 測試，以確保芯片的可靠度及良率。倘若測試結(jié)果為晶片異常，為了找晶片制作上的缺陷， 一般來說，常用的觀測設(shè)備例如是掃描式電子顯微鏡Gcarming Electron Microscope，簡 稱SEM)、穿透式電子顯微鏡(Transmitting Electron Microscope，簡稱TEM)及聚焦式離 子束顯微鏡(Focused Ion Beam Microscope，簡稱 FIB)等等。一般來說，對于高密度的半導(dǎo)體元件，穿透式電子顯微鏡已經(jīng)廣泛地利用來進行 元件失效分析(Failure Analysis)與工藝評估process Evaluation)，以解決產(chǎn)量與元件 可靠度問題。通常在進行穿透式電子顯微鏡分析之前，都會先進行聚焦式離子束顯微鏡分 析程序。聚焦式離子束顯微鏡分析程序一方面可提供初步的分析結(jié)果。另一方面，聚焦式 離子束可以薄化半導(dǎo)體元件，以提供穿透式電子顯微鏡的電子穿透所需透明度，如此才可 得到清晰的影像。然而，傳統(tǒng)使用聚焦式離子束顯微鏡以及穿透式電子顯微鏡來進行元件失效分析 往往存在一個問題，即無法推斷所觀測出的異常區(qū)域或缺陷處是否為真正導(dǎo)致元件失效的 缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件的分析方法，其可以解決傳統(tǒng)分析方法無法推斷半導(dǎo) 體元件上的異常區(qū)域是否具有真正導(dǎo)致元件失效的缺陷的問題。本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體元件的分析方法，此方法包括提供半導(dǎo)體元件，且半導(dǎo)體 元件上具有異常區(qū)域。接著，對異常區(qū)域進行聚焦式離子束顯微鏡分析程序，其中聚焦式離 子束分析程序的結(jié)果顯示異常區(qū)域具有缺陷。在聚焦式離子束分析程序之后，對異常區(qū)域 進行電性檢測步驟，以判斷異常區(qū)域內(nèi)的缺陷是否為元件真正失效缺陷。在本發(fā)明的實施例中，在上述的電性檢測步驟之后，還包括進行選擇性穿透式電 子顯微鏡分析程序。在本發(fā)明的實施例中，上述的電性檢測步驟包括納米探針檢測程序或是接觸式原 子力顯微鏡檢測程序。在本發(fā)明的實施例中，上述的納米探針檢測程序或接觸式原子力顯微鏡檢測程序 還包括產(chǎn)生電流-電壓曲線，由此判斷所述異常區(qū)域內(nèi)的缺陷是否為元件真正失效缺陷。在本發(fā)明的實施例中，上述的聚焦式離子束顯微鏡分析程序包括利用聚焦式離子束切開半導(dǎo)體元件的異常區(qū)域，以在異常區(qū)域中形成開口。在本發(fā)明的實施例中，上述利用聚焦式離子束切開半導(dǎo)體元件的異常區(qū)域的步驟 包括使用離子束來切開半導(dǎo)體元件的異常區(qū)域并且使用電子束進行監(jiān)控程序。在本發(fā)明的實施例中，上述在利用聚焦式離子束切開半導(dǎo)體元件的該異常區(qū)域的 步驟之前，還包括在半導(dǎo)體元件的表面上形成保護層。在本發(fā)明的實施例中，上述的半導(dǎo)體元件具有金屬氧化物半導(dǎo)體元件層以及位于 金屬氧化物半導(dǎo)體元件層上方的內(nèi)連線層。在本發(fā)明的實施例中，上述在進行電性檢測步驟之前，還包括在開口內(nèi)填入涂布 層；以及進行研磨程序，直到異常區(qū)域的內(nèi)連線層暴露出來。在本發(fā)明的實施例中，上述的異常區(qū)域位于金屬氧化物半導(dǎo)體元件層或內(nèi)連線層。本發(fā)明另提供一種半導(dǎo)體元件的分析方法，此方法包括提供半導(dǎo)體元件，且半導(dǎo) 體元件上具有異常區(qū)域。對所述異常區(qū)域進行聚焦式離子束顯微鏡分析程序，其中聚焦式 離子束分析程序的結(jié)果顯示此異常區(qū)域具有第一缺陷。在聚焦式離子束顯微鏡分析程序之 后，對異常區(qū)域進行電性檢測步驟，其中電性檢測步驟的結(jié)果顯示第一缺陷并非元件真正 失效缺陷。在電性檢測步驟之后，對異常區(qū)域再次進行聚焦式離子束顯微鏡分析程序，其中 聚焦式離子束顯微鏡分析程序的結(jié)果顯示異常區(qū)域具有第二缺陷，且第二缺陷為元件真正 失效缺陷。在本發(fā)明的實施例中，上述的電性檢測步驟包括納米探針檢測程序或是接觸式原 子力顯微鏡檢測程序。在本發(fā)明的實施例中，上述的納米探針檢測程序或接觸式原子力顯微鏡檢測程序 還包括產(chǎn)生電流-電壓曲線，由此顯示電性檢測步驟的結(jié)果為第一缺陷并非元件真正失效 缺陷。在本發(fā)明的實施例中，上述的聚焦式離子束顯微鏡分析程序包括利用聚焦式離子 束切開半導(dǎo)體元件的異常區(qū)域，以在異常區(qū)域中形成開口，其中開口暴露出異常區(qū)域。在本發(fā)明的實施例中，上述利用聚焦式離子束切開半導(dǎo)體元件的異常區(qū)域的步驟 包括使用離子束來切開半導(dǎo)體元件的異常區(qū)域并且使用電子束進行監(jiān)控程序。在本發(fā)明的實施例中，上述在利用聚焦式離子束切開半導(dǎo)體元件的異常區(qū)域的步 驟之前，還包括在半導(dǎo)體元件的表面上形成保護層。在本發(fā)明的實施例中，上述的半導(dǎo)體元件具有金屬氧化物半導(dǎo)體元件層以及位于 金屬氧化物半導(dǎo)體元件層上方的內(nèi)連線層。在本發(fā)明的實施例中，上述于進行電性檢測步驟之前，還包括在開口內(nèi)填入涂布 層；以及進行研磨程序，直到異常區(qū)域的內(nèi)連線層暴露出來。在本發(fā)明的實施例中，上述的異常區(qū)域位于金屬氧化物半導(dǎo)體元件層或內(nèi)連線層?；谏鲜觯捎诒景l(fā)明在進行聚焦式離子束顯微鏡分析程序之后，對半導(dǎo)體元件 的異常區(qū)域進行電性檢測步驟，以判斷此異常區(qū)域內(nèi)的缺陷是否為元件真正失效缺陷。因 此，本發(fā)明相較于傳統(tǒng)分析方法可以更精確的分析出在半導(dǎo)體元件中真正導(dǎo)致元件失效的 瑕疵為何。
為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳 細說明如下。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體元件的分析方法流程圖。圖2A至圖2E為根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體元件的分析方法的元件剖面流程示意 圖。圖3至圖5為根據(jù)本發(fā)明的實例1所進行的分析方法的相關(guān)附圖。圖6至圖8為根據(jù)本發(fā)明的實例2所進行的分析方法的相關(guān)附圖。圖9至圖12為根據(jù)本發(fā)明的實例3所進行的分析方法的相關(guān)附圖。附圖標記說明102、104、106、108、110、112 步驟200 半導(dǎo)體元件201 基底202a，202b 金屬氧化物半導(dǎo)體元件204、206、208、212、214、216、218 介電層207、213、217 內(nèi)連線結(jié)構(gòu)207a、213a、217a 金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)207b、213b、217b 阻障層210 金屬氧化物半導(dǎo)體層220:內(nèi)連線層230 保護層MO 異常區(qū)域250 聚焦式離子束250a 電子束250b 離子束252:開口254 涂布層260 電子檢測步驟300、302、304、306、400、402、404、408、500、502、504、510 區(qū)域或位置302a、304a、306a、506、508 曲線
具體實施例方式圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體元件的分析方法的流程圖。圖2A至圖2E為根 據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體元件的分析方法的元件剖面流程示意圖。請先參照圖1，此分析方 法首先進行步驟102，也就是提供半導(dǎo)體元件，且半導(dǎo)體元件上具有異常區(qū)域。在步驟102中，所述的半導(dǎo)體元件如圖2A所示，半導(dǎo)體元件200包括基底201、形 成在基底201上的金屬氧化物半導(dǎo)體元件層210以及形成于金屬氧化物半導(dǎo)體元件層210 上的內(nèi)連線層220?；?01例如為硅基底或是其他的半導(dǎo)體基底。金屬氧化物半導(dǎo)體元件層210包括多個金屬氧化物半導(dǎo)體元件202a，202b。金屬氧化物半導(dǎo)體元件20 包括柵 極G、柵絕緣層GI、間隙壁S以及金屬硅化物層MSpM^等等。金屬氧化物半導(dǎo)體元件202b 包括柵極G、柵絕緣層GI以及間隙壁S等等。這些金屬氧化物半導(dǎo)體元件20h、202b可為 晶體管(transistor)、電阻器(resistor)、融絲(fuse)或是其他元件。另外，位于金屬氧 化物半導(dǎo)體元件層210上的內(nèi)連線層220包括介電層204、206、208、212、214、216、218以及 內(nèi)連線結(jié)構(gòu)207、213、217。內(nèi)連線結(jié)構(gòu)207主要用來電性連接內(nèi)連線結(jié)構(gòu)213與金屬氧化 物半導(dǎo)體元件20 ，內(nèi)連線結(jié)構(gòu)207例如是由金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)207a與包覆于金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu) 207a周圍的阻障層207b構(gòu)成。內(nèi)連線結(jié)構(gòu)213主要用來電性連接內(nèi)連線結(jié)構(gòu)207與上層 內(nèi)連線結(jié)構(gòu)217，內(nèi)連線結(jié)構(gòu)213例如是由金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)213a與包覆于金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)213a 周圍的阻障層21 構(gòu)成。內(nèi)連線結(jié)構(gòu)217主要用來電性連接下層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)213與位于 內(nèi)連線結(jié)構(gòu)217之上的上層內(nèi)連線結(jié)構(gòu)(圖未示)，內(nèi)連線結(jié)構(gòu)217例如是由金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu) 217a與包覆于金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)217a周圍的阻障層217b構(gòu)成。上述的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)207、213、 217可為接觸插塞、鑲嵌結(jié)構(gòu)、雙重鑲嵌結(jié)構(gòu)或其他的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。值得一提的是，在本實施 例以及其附圖中所繪示的元件僅用來說明本發(fā)明，以使此領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解本發(fā)明， 但并非用以限定本發(fā)明。一般來說，在進行半導(dǎo)體元件的制造過程中，可能因為沉積、光刻、蝕刻或是其他 工藝而造成某些元件產(chǎn)生缺陷。倘若所產(chǎn)生的缺陷對元件的效能造成影響，將使得元件無 法正常運作。因此，接下來將詳細說明對上述半導(dǎo)體元件進行分析的詳細流程。在本實施 例中，是以在半導(dǎo)體元件200的金屬氧化物半導(dǎo)體元件層210有異常區(qū)域為例來說明，但其 并非用以限定本發(fā)明。如圖2A所示，通過一些測試程序，已發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體元件200的金屬氧 化物半導(dǎo)體元件層210有異常區(qū)域240。上述的測試程序包括異常區(qū)域確認步驟、異常區(qū)域 定位步驟等等常用且已知的測試程序。接下來，進行圖1的步驟104，也就是進行聚焦離子束顯微鏡分析程序。此聚焦離 子束顯微鏡分析程序的如圖2A至2B所述。首先，如圖2A所示，在半導(dǎo)體元件200的表面 上形成保護層230，保護層230可以保護半導(dǎo)體元件200上的異常區(qū)域MO以外的部分不 受到聚焦離子束顯微鏡分析程序的離子束的傷害。保護層230可為鉬(Pt)膜或鎢(W)膜。 接著，如圖2B所示，利用聚焦式離子束250切開半導(dǎo)體元件200的異常區(qū)域M0，以在對應(yīng) 異常區(qū)域240中形成開口 252，且所形成的開口 252暴露出異常區(qū)域M0。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu) 選實施例，上述的聚焦式離子束250為雙束聚焦式離子束(DualBeam FIB)，其包括使用電 子束250a進行監(jiān)控程序200的異常區(qū)域240并且使用離子束250b來切開半導(dǎo)體元件。在上述的聚焦離子束顯微鏡分析程序(步驟104)中，因異常區(qū)域240處已經(jīng)被切 開來，因此透過顯微鏡便可以觀看到此異常區(qū)域240的切面。在本實施例中，如圖2B所示， 通過聚焦離子束顯微鏡分析程序發(fā)現(xiàn)在異常區(qū)域240中的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)207與金屬氧化物半 導(dǎo)體元件20 的金屬硅化物層MS1之間有部分錯位(partial missing)的情況。為了進一步了解上述聚焦離子束顯微鏡分析程序(步驟104)的結(jié)果，即內(nèi)連線結(jié) 構(gòu)與金屬硅化物層之間的部分錯位，是否為真正導(dǎo)致元件失效的缺陷，因此接下來繼續(xù)進 行圖1的步驟106，也就是進行電性量測步驟。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在進行步驟106所述的電性量測步驟之前，先請參照圖2C， 在圖2B所示的開口 252內(nèi)填入涂布層254。此涂布層254除了填滿開口 252之外，還覆蓋整個半導(dǎo)體元件200以及保護層230。而形成涂布層邪4的方法包括使用涂布程序，例如旋 轉(zhuǎn)涂布法。涂布層254的材料例如是絕緣材料，其可以是有機或無機材料。常用的有機絕 緣材料例如是環(huán)氧樹脂(epoxy)。接著，對圖2C所示的結(jié)構(gòu)進行研磨程序，直到半導(dǎo)體元件200的內(nèi)連線層220暴 露出來，如圖2D所示。上述的研磨程序例如是化學(xué)機械拋光法。在完成圖2C及圖2D的步驟之后，便可以進行圖1所述的電性測試步驟(步驟 106)。如圖2E所示，此電性測試步驟包括納米探針檢測程序或接觸式原子力顯微鏡檢測 程序。更詳細來說，可采用納米探針260或接觸式原子力顯微鏡260來對異常區(qū)域240作 電性檢測。在上述的納米探針檢測程序或接觸式原子力顯微鏡檢測程序中，會同時產(chǎn)生電 流-電壓曲線，由此判斷異常區(qū)域MO中的缺陷是否為真正導(dǎo)致元件失效的缺陷。在完成電性測試步驟之后，接著進行圖1的步驟108，也就是判斷異常區(qū)域MO中 的缺陷是否為真正導(dǎo)致元件失效的缺陷。倘若電性測試步驟的結(jié)果顯示異常區(qū)域240中的 缺陷確實為真正導(dǎo)致元件失效的缺陷，那么可以進一步進行步驟110，也就是進行穿透式電 子顯微鏡分析程序。通過穿透式電子顯微鏡分析程序，可以更進一步且清楚的觀測到異常 區(qū)域240的缺陷。當然，倘若在電性測試步驟的結(jié)果顯示異常區(qū)域240確實為真正導(dǎo)致元件 失效的缺陷，也可以不作穿透式電子顯微鏡分析程序，而直接結(jié)束此分析流程(步驟112)。然而，倘若在圖1的步驟108中電性測試步驟的結(jié)果顯示在異常區(qū)域MO中的缺 陷并非真正導(dǎo)致元件失效的缺陷。那么將回到步驟104，也就是聚焦離子束顯微鏡分析程 序。通過聚焦離子束顯微鏡分析程序，可以更進一步尋找真正導(dǎo)致元件失效的缺陷。最后， 才結(jié)束此分析流程(步驟112)?；谝陨纤?，經(jīng)過上述的分析方法，可以有效地判斷異常區(qū)域中的缺陷是否為 真正導(dǎo)致元件失效的缺陷。因此，本發(fā)明的分析方法相較于傳統(tǒng)分析方法可以更準確的分 析出在半導(dǎo)體元件中真正導(dǎo)致元件失效的瑕疵為何。值得一提的是，上述圖2A至圖2E的實施例是以異常區(qū)域是位于金屬氧化物半導(dǎo) 體元件層210為例來說明。但根據(jù)其他的實施例，上述的分析方法也可以應(yīng)用于內(nèi)連線層 220。倘若異常區(qū)域是發(fā)生在內(nèi)連線層，那么在步驟104的聚焦式離子束顯微鏡分析程序 中，聚焦式離子束可以選擇僅切到異常區(qū)域所在的內(nèi)連線層即可。另外，在進行步驟106之 前的研磨程序僅需研磨至異常區(qū)域所在的內(nèi)連線層即可。由于異常區(qū)域發(fā)生在內(nèi)連線層的 分析方法與異常區(qū)域發(fā)生在金屬氧化物半導(dǎo)體元件層的分析方法相似，因此，此領(lǐng)域技術(shù) 人員通過圖2A至圖2E所披露的內(nèi)容便可以清楚的了解異常區(qū)域發(fā)生在內(nèi)連線層的分析方 法的實際運作方式。以下將列舉三個實例以說明本發(fā)明的分析方法。實例1實例1的分析方法是根據(jù)圖1的流程圖來進行。首先提供半導(dǎo)體元件，且半導(dǎo)體 元件上具有異常區(qū)域(步驟102)。之后，進行聚焦離子束顯微鏡分析程序(步驟104)。在此步驟104中，所觀測到 的顯微鏡影像如圖3所示。在圖3所標示的異常區(qū)域300中，可觀測到位線接觸結(jié)構(gòu)(Bit Line Contact)與金屬硅化物層之間有部分錯位。然此時，尚無法確定位線接觸結(jié)構(gòu)與金屬 硅化物層之間的部分錯位是否為真正導(dǎo)致元件失效的缺陷。
接著，繼續(xù)圖1的流程，也就是進行電性量測步驟(步驟106)。當然，在進行電性 量測步驟106之前，已經(jīng)對此半導(dǎo)體元件進行如圖2C及圖2D所示的涂布程序以及研磨程 序。在此實例1中，所述電性量測步驟是采用納米探針檢測程序。使用納米探針檢測程序 可以觀測到如圖4所示的影像。圖4的區(qū)域302即對應(yīng)圖3的異常區(qū)域300處，在區(qū)域302 中，位線接觸結(jié)構(gòu)與金屬硅化物層之間有部分錯位。區(qū)域304鄰近區(qū)域302，且在區(qū)域304 中接觸結(jié)構(gòu)與金屬硅化物層之間沒有錯位的情況，其中區(qū)域304與區(qū)域302同樣是位于聚 焦式離子束所切開的切面處。另外，在區(qū)域306中，接觸結(jié)構(gòu)與金屬硅化物層之間沒有錯位 的情況，且區(qū)域306并非位于聚焦式離子束所切開的切面處。在圖4中，大致可以觀測出位 于區(qū)域302、304的接觸結(jié)構(gòu)的接觸面積小于位于區(qū)域306的接觸結(jié)構(gòu)的接觸面積。因而研 判區(qū)域302、304的接觸結(jié)構(gòu)的接觸面積小，因此區(qū)域302、304內(nèi)的接觸結(jié)構(gòu)的阻值較高且 結(jié)電流較低。在此納米探針檢測程序中，除了可以觀測到圖4所示的顯微鏡影像之外，更可以 產(chǎn)生電流-電壓曲線，由此進一步判斷在區(qū)域302中接觸結(jié)構(gòu)與金屬硅化物層之間的錯位 是否為真正導(dǎo)致元件失效的缺陷。請參照圖5，圖5的X軸表示電壓，Y軸表示電流，曲線 3(^a、304a、306a分別為對應(yīng)區(qū)域302、304、306所量測出的電流-電壓曲線。由圖5可知， 同樣是位于聚焦式離子束所切開的切面處對應(yīng)曲線30 相較于曲線30 來說，其結(jié)電流 明顯較低。由此可知，位于區(qū)域302的接觸結(jié)構(gòu)的結(jié)電流確實過小，因而可以研判位于區(qū)域 302內(nèi)接觸結(jié)構(gòu)與金屬硅化物層之間的錯位，確實為真正導(dǎo)致元件失效的缺陷；然而接觸 結(jié)構(gòu)與金屬硅化物層之間沒有錯位的情況的對應(yīng)曲線30 相較于曲線306a來說，因?qū)?yīng) 區(qū)域304位于聚焦式離子束所切開的切面處，以至于接觸結(jié)構(gòu)的接觸面積小，阻值較高且 結(jié)電流較低。上述的步驟即圖1所述的步驟108。在進行圖1的步驟108之后，便可直接進 行步驟112，即結(jié)束此分析程序。實例2實例2的分析方法是根據(jù)圖1的流程圖來進行。首先提供半導(dǎo)體元件，且半導(dǎo)體 元件上具有異常區(qū)域(步驟102)。之后，進行聚焦離子束顯微鏡分析程序(步驟104)。在此步驟104中，所觀測到 的顯微鏡影像如圖6所示。在圖6所標示的區(qū)域400中，可觀測到與漏極接觸結(jié)構(gòu)(Drain Contact)接觸的金屬硅化物層有遺失(Loss)的情況。然此時，尚無法確定金屬硅化物層的 遺失是否為真正導(dǎo)致元件失效的缺陷。接著，繼續(xù)圖1的流程，也就是進行電性量測步驟(步驟106)。當然，在進行電性 量測步驟106之前，已經(jīng)對此半導(dǎo)體元件進行如圖2C及圖2D所示的涂布程序以及研磨程 序。在此實例2中，所述電性量測步驟是采用接觸式原子力顯微鏡檢測程序。使用接觸式 原子力顯微鏡檢測程序可以觀測到如圖7所示的影像以及電流-電壓曲線。區(qū)域402為對 應(yīng)圖6的區(qū)域400，在區(qū)域402中與漏極接觸結(jié)構(gòu)接觸的金屬硅化物層有遺失的情況。區(qū)域 404為鄰近區(qū)域402，且在區(qū)域404中與漏極接觸結(jié)構(gòu)接觸的金屬硅化物層并未有遺失的情 況。在圖7中，大致可以觀測出區(qū)域402中所顯現(xiàn)出的顏色較淡，而區(qū)域404中所顯現(xiàn) 出的顏色較深。因而研判因區(qū)域402中確實有金屬硅化物層遺失的情況。在此同時，因接 觸式原子力顯微鏡檢測程序同時可以產(chǎn)生電流-電壓曲線，由此進一步判斷區(qū)域402中的金屬硅化物層遺失是否為真正導(dǎo)致元件失效的缺陷。在圖7中，X軸表示電壓，Y軸表示電 流。由圖7可知，對應(yīng)區(qū)域402的曲線相較于對應(yīng)區(qū)域404的曲線來說，區(qū)域402處的結(jié)電 流確實過低。由此可以研判區(qū)域402所存在金屬硅化物層遺失確實為導(dǎo)致元件失效的缺 陷。上述的步驟即圖1所述的步驟108。在進行圖1所述的步驟108，也就是判斷異常區(qū)域是否為元件真正失效缺陷之后。 接著，可以進一步進行圖1的步驟110，也就是進行穿透式電子顯微鏡分析程序。在此步驟 110中，可以觀測到的顯微鏡影像如圖8所示，其可以更清楚的觀看到在區(qū)域408(其也就是 圖7的區(qū)域40 確實有明顯的金屬硅化物層遺失情況。最后，才進行圖1的步驟112，也就 是結(jié)束此分析流程。實例3實例3的分析方法是根據(jù)圖1的流程圖來進行。首先提供半導(dǎo)體元件，且半導(dǎo)體 元件上具有異常區(qū)域(步驟102)。之后，進行聚焦離子束顯微鏡分析程序(步驟104)。在此步驟104中，所觀測到的 顯微鏡影像如圖9所示。在圖9的區(qū)域502中，可觀測到金屬硅化物層有遷移(migration) 到多晶硅層以及基底的現(xiàn)象。然此時，尚無法確定金屬硅化物層的遷移是否為真正導(dǎo)致元 件失效的缺陷。接著，繼續(xù)圖1的流程，也就是進行電性量測步驟(步驟106)。當然，在進行電性 量測步驟106之前，已經(jīng)對此半導(dǎo)體元件進行如圖2C及圖2D所示的涂布程序以及研磨程 序。在此實例3中，所述電性量測步驟是采用納米探針檢測程序。使用納米探針檢測程序 可以觀測到如圖10所示的影像。區(qū)域504即為對應(yīng)圖9的區(qū)域502多晶硅層連接至接觸 結(jié)構(gòu)位置，且在區(qū)域504中有金屬硅化物層遷移的情況。在此納米探針檢測程序中，除了可以觀測到圖10所示的顯微鏡影像之外，還可以 產(chǎn)生電流-電壓曲線，由此進一步判斷區(qū)域504中的金屬硅化物層遷移是否為真正導(dǎo)致元 件失效的缺陷。請參照圖11，圖11的X軸表示電壓，Y軸表示電流。由圖11可知，曲線506 為正常柵極的多晶硅層的電流-電壓曲線，曲線508為有金屬硅化物層遷移到柵極的多晶 硅層的電流-電壓曲線，也就是對應(yīng)上述區(qū)域504(區(qū)域502)的電流-電壓曲線。一般來 說，由于此異常區(qū)域在先前的步驟中已經(jīng)被聚焦式離子束切開，且若異常區(qū)域中有導(dǎo)致元 件真正失效缺陷存在的話，一般來說應(yīng)該會有漏電流的情況。但是曲線508卻顯示沒有任 何電流信號。由上述電流-電壓曲線可知，曲線508的分布表示在區(qū)域504(區(qū)域502)中造成 元件無法運作的缺陷應(yīng)并非金屬硅化物層遷移所造成。換言之，金屬硅化物層遷移并非導(dǎo) 致元件失效的缺陷。在進行圖1所述的步驟108，也就是判斷異常區(qū)域是否為元件真正失效缺陷之后。 接著，回到圖1的步驟104，也就是再次進行聚焦離子束顯微鏡分析程序。在此步驟104的 再次分析后，可以觀測到的顯微鏡影像如圖12所示，其可以更清楚的觀看到在區(qū)域510中 導(dǎo)致元件無法運作的缺陷并非金屬硅化物層遷移，而是柵極的多晶硅層已經(jīng)完全被燒毀 (burned-out)。因此，此時可以確定上述的異常區(qū)域中導(dǎo)致元件失效的缺陷的原因并非金 屬硅化物層遷移，而是柵極的多晶硅層被燒毀。最后，才進行圖1的步驟112，也就是結(jié)束此 分析流程。
由上述實例1 實例3可知，通過本發(fā)明的分析方法，也就是進行聚焦式離子束顯 微鏡分析程序之后，更進一步對半導(dǎo)體元件的異常區(qū)域進行電性檢測步驟，以判斷此異常 區(qū)域內(nèi)的缺陷是否為元件真正失效缺陷。此種方式相較于傳統(tǒng)分析方法可以更精確的分析 出在半導(dǎo)體元件中真正導(dǎo)致元件失效的瑕疵為何。雖然本發(fā)明已以實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域 中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的 保護范圍當視所附的權(quán)利要求所界定為準。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件的分析方法，包括提供半導(dǎo)體元件，該半導(dǎo)體元件上具有異常區(qū)域；對該異常區(qū)域進行聚焦式離子束顯微鏡分析程序，其中該聚焦式離子束分析程序的結(jié) 果顯示該異常區(qū)域具有缺陷；以及在該聚焦式離子束顯微鏡分析程序之后，對該異常區(qū)域進行電性檢測步驟，以判斷該 異常區(qū)域中的缺陷是否為元件真正失效缺陷。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中在該電性檢測步驟之后，還包括 進行選擇性穿透式電子顯微鏡分析程序。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中該電性檢測步驟包括納米探針檢 測程序或接觸式原子力顯微鏡檢測程序。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中該納米探針檢測程序或該接觸式 原子力顯微鏡檢測程序還包括產(chǎn)生電流-電壓曲線，由此判斷該異常區(qū)域內(nèi)的該缺陷是否 為該元件真正失效缺陷。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中該聚焦式離子束顯微鏡分析程序 包括利用聚焦式離子束切開該半導(dǎo)體元件的該異常區(qū)域，以在該異常區(qū)域中形成開口。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中在利用該聚焦式離子束切開該半 導(dǎo)體元件的該異常區(qū)域的步驟中，包括使用離子束來切開該半導(dǎo)體元件的該異常區(qū)域并且 使用電子束進行監(jiān)控程序。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中在利用該聚焦式離子束切開該半 導(dǎo)體元件的該異常區(qū)域的步驟之前，還包括在該半導(dǎo)體元件的表面上形成保護層。
8.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中該半導(dǎo)體元件具有金屬氧化物半 導(dǎo)體元件層以及位于該金屬氧化物半導(dǎo)體元件層上方的內(nèi)連線層。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中在進行該電性檢測步驟之前，還 包括在該開口內(nèi)填入涂布層；以及進行研磨程序，直到該異常區(qū)域的該內(nèi)連線層暴露出來。
10.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中該異常區(qū)域位于金屬氧化物半 導(dǎo)體元件層或是該內(nèi)連線層。
11.一種半導(dǎo)體元件的分析方法，包括提供半導(dǎo)體元件，該半導(dǎo)體元件上具有異常區(qū)域；對該異常區(qū)域進行聚焦式離子束顯微鏡分析程序，其中該聚焦式離子束分析程序的結(jié) 果顯示該異常區(qū)域具有第一缺陷；以及在該聚焦式離子束顯微鏡分析程序之后，對該異常區(qū)域進行電性檢測步驟，其中該電 性檢測步驟的結(jié)果顯示該第一缺陷并非元件真正失效缺陷；以及在該電性檢測步驟之后，對該異常區(qū)域再次進行該聚焦式離子束顯微鏡分析程序，其 中該聚焦式離子束顯微鏡分析程序的結(jié)果顯示該異常區(qū)域具有第二缺陷，且該第二缺陷為 該元件真正失效缺陷。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中該電性檢測步驟包括納米探針 檢測程序或接觸式原子力顯微鏡檢測程序。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中該納米探針檢測程序或該接觸 式原子力顯微鏡檢測程序還包括產(chǎn)生電流-電壓曲線，且該電流-電壓曲線顯示該第一缺 陷并非該元件真正失效缺陷。
14.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中該聚焦式離子束顯微鏡分析程 序包括利用聚焦式離子束切開該半導(dǎo)體元件的該異常區(qū)域，以在該異常區(qū)域中形成開口。
15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中在利用該聚焦式離子束切開該 半導(dǎo)體元件的該異常區(qū)域的步驟中，包括使用離子束來切開該半導(dǎo)體元件的該異常區(qū)域并 且使用電子束進行監(jiān)控程序。
16.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中在利用該聚焦式離子束切開該 半導(dǎo)體元件的該異常區(qū)域的步驟之前，還包括在該半導(dǎo)體元件的表面上形成保護層。
17.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中該半導(dǎo)體元件具有金屬氧化物 半導(dǎo)體元件層以及位于該金屬氧化物半導(dǎo)體元件層上方的內(nèi)連線層。
18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中在進行該電性檢測步驟之前， 還包括在該開口內(nèi)填入涂布層；以及進行研磨程序，直到該異常區(qū)域的該內(nèi)連線層暴露出來。
19.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體元件的分析方法，其中該異常區(qū)域位于金屬氧化物半 導(dǎo)體元件層或該內(nèi)連線層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體元件的分析方法，此方法包括提供半導(dǎo)體元件，且半導(dǎo)體元件上具有異常區(qū)域。接著，對異常區(qū)域進行聚焦式離子束顯微鏡分析程序，其中聚焦式離子束分析程序的結(jié)果顯示異常區(qū)域具有缺陷。在聚焦式離子束分析程序之后，對異常區(qū)域進行電性檢測步驟，以判斷異常區(qū)域中的缺陷是否為元件真正失效缺陷。
文檔編號H01L21/66GK102122625SQ20101000208
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月7日
發(fā)明者吳文生, 張志忠, 張清林, 林建璋, 蔡智仰 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司