專利名稱：用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于半導(dǎo)體器件的大規(guī)模生產(chǎn)，期望能夠提供有利可圖的可靠工藝技術(shù)。用于改 善工藝技術(shù)的可靠性和穩(wěn)定性的過(guò)程包括設(shè)計(jì)半導(dǎo)體器件、制造半導(dǎo)體器件的樣品和測(cè)試 所述樣品的步驟。半導(dǎo)體器件的失效分析是反饋過(guò)程，涉及發(fā)現(xiàn)和糾正缺陷的根源以克服 由缺陷產(chǎn)生的問(wèn)題。適當(dāng)?shù)氖Х治鰧?duì)于改善半導(dǎo)體器件的質(zhì)量是關(guān)鍵的。不正確的失效分析可能加 長(zhǎng)開(kāi)發(fā)和提升半導(dǎo)體器件產(chǎn)品所需的周期。一般地，失效分析包括外部檢查、非破壞性分 析、電性能檢測(cè)、破壞性分析等。隨著半導(dǎo)體器件集成度的提高和縮微技術(shù)的發(fā)展，形成半導(dǎo)體器件的元件結(jié)構(gòu)變 成三維的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并且器件的特征尺寸在減小，以便在限定的區(qū)域內(nèi)獲得足夠大的容量。 半導(dǎo)體器件復(fù)雜度的增加，使得僅僅通過(guò)外部檢查或電性能檢測(cè)等方法并不能準(zhǔn)確分析出 失效的根源，這就要求采用高級(jí)剝層處理技術(shù)，例如剖面透射電子顯微鏡(X-TEM)或剖面 掃瞄式電子顯微鏡(X-SEM)，打開(kāi)半導(dǎo)體封裝件及去除待測(cè)芯片上的覆層(例如硅層、氧化 層等)以暴露出半導(dǎo)體器件的疊層結(jié)構(gòu)的失效情況。剖面透射電子顯微鏡(X-TEM)或剖面掃瞄式電子顯微鏡(X-SEM)可用來(lái)檢測(cè)缺陷 的位置深度和缺陷是否位于PN結(jié)的摻雜區(qū)中，是了解半導(dǎo)體器件的微觀結(jié)構(gòu)的重要而快 速的工具。例如，用剖面掃瞄式電子顯微鏡(X-SEM)可以觀察半導(dǎo)體器件中各個(gè)覆層的輪 廓，特別是柵極區(qū)和源/漏區(qū)的分布。采用剖面掃瞄式電子顯微鏡(X-SEM) 了解半導(dǎo)體器件的微觀結(jié)構(gòu)時(shí)，通常需對(duì)要 觀察的樣品進(jìn)行腐蝕處理，以獲得適合觀察的樣品表面?，F(xiàn)在，廣泛使用的樣品腐蝕處理溶液是包含有氫氟酸(HF)和硝酸(HNO3)的混合 液或氫氟酸(HF)和氟化銨(NH4F)的混合酸。但是，由于半導(dǎo)體尺寸趨小化發(fā)展，特別是對(duì) 于65nm工藝及其以下的工藝，結(jié)深較淺，在使用腐蝕溶液時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)過(guò)腐蝕問(wèn)題。圖 1為采用腐蝕處理溶液腐蝕半導(dǎo)體器件后的二次電子像圖片，如圖1所示，經(jīng)過(guò)腐蝕處理溶 液腐蝕后，半導(dǎo)體器件中的柵極區(qū)401或源/漏區(qū)域402受到破壞，不能真實(shí)反映源/漏區(qū) 域的深度，造成觀察效果較差，不能準(zhǔn)確定位缺陷的位置。當(dāng)腐蝕時(shí)間減小到大約1秒至2 秒時(shí)，腐蝕速度太快，控制困難，腐蝕處理的重復(fù)性差、可靠性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法，以獲得半導(dǎo) 體器件的源/漏區(qū)的結(jié)剖面形貌，提供判斷器件是否失效的依據(jù)。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法，包括利 用聚焦離子束，對(duì)半導(dǎo)體器件剖面進(jìn)行磨削，以改變結(jié)剖面的表面特性；利用腐蝕處理溶液，對(duì)所述半導(dǎo)體器件的剖面進(jìn)行腐蝕，以顯露出結(jié)剖面形貌；利用放大成像裝置得到對(duì)應(yīng) 所述半導(dǎo)體器件中源/漏區(qū)的結(jié)剖面形貌的圖像資料，觀察所述圖像資料以獲取所述半導(dǎo) 體器件所產(chǎn)生的缺陷的分布情況?？蛇x地，所述檢測(cè)方法在利用聚焦離子束，對(duì)產(chǎn)生有缺陷的半導(dǎo)體器件進(jìn)行磨削 之前還包括電性檢測(cè)所述半導(dǎo)體器件，以確定所述半導(dǎo)體器件中是否存在缺陷，并在所述 半導(dǎo)體器件存在缺陷時(shí)確定所述缺陷的類型?？蛇x地，所述缺陷包括漏電結(jié)、接觸尖峰、PN結(jié)缺陷、柵氧化缺陷、靜電放電損傷中 的一種或多種。可選地，所述利用聚焦離子束，對(duì)產(chǎn)生有缺陷的半導(dǎo)體器件進(jìn)行磨削的步驟具體 包括對(duì)應(yīng)所述半導(dǎo)體器件的源/漏區(qū)施加聚焦離子束，以改變半導(dǎo)體器件結(jié)剖面的表面 性狀?？蛇x地，利用聚焦離子束，對(duì)產(chǎn)生有缺陷的半導(dǎo)體器件的源/漏區(qū)進(jìn)行磨削具體 包括首先以能量強(qiáng)度較大的離子束進(jìn)行粗磨削；再以能量強(qiáng)度較小的離子束進(jìn)行精磨 削。可選地，所述聚焦離子束為鎵離子束；在粗磨削時(shí)的束流為800皮安至1200皮安， 磨削時(shí)間為8分鐘至12分鐘；在精磨削時(shí)的束流為100皮安 300皮安，磨削時(shí)間為1分 鐘 2分鐘。可選地，所述利用腐蝕處理溶液，對(duì)所述半導(dǎo)體器件的剖面進(jìn)行腐蝕的步驟具體 包括混合形成包括氫氟酸溶液和氟化氨酸溶液的腐蝕處理溶液；將所述半導(dǎo)體器件浸泡在所述腐蝕處理溶液中或?qū)⑺龈g處理溶液滴覆于所 述半導(dǎo)體器件上，進(jìn)行腐蝕處理；將腐蝕處理后的半導(dǎo)體器件用去離子水沖洗，并進(jìn)行干燥處理?？蛇x地，所述腐蝕處理溶液中氫氟酸溶液和氟化氨酸溶液的容量比為8 1至 12 1，所述氫氟酸溶液中氫氟酸的含量為4. 8%至5.0%?？蛇x地，所述腐蝕處理溶液中氫氟酸溶液和氟化氨酸溶液的容量比為10 1，所 述氫氟酸溶液中氫氟酸的含量為4. 9%。
可選地，所述腐蝕處理的時(shí)間為2秒至6秒?？蛇x地，所述放大成像裝置為透射電子顯微鏡或掃瞄式電子顯微鏡。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)采用聚焦離子束磨削和腐蝕處理溶液腐蝕相結(jié)合的 方式顯露半導(dǎo)體器件中源/漏區(qū)的結(jié)剖面形貌，相對(duì)于只采用腐蝕處理溶液進(jìn)行腐蝕的現(xiàn) 有技術(shù)，對(duì)摻雜區(qū)以及器件的連接層和介電層的腐蝕破壞力較小，使得經(jīng)腐蝕后的半導(dǎo)體 器件具有完整性較高的結(jié)構(gòu)，便于后續(xù)在失效分析中的觀察及檢測(cè)。


圖1為采用腐蝕處理溶液腐蝕半導(dǎo)體器件后的二次電子像圖片；圖2為本發(fā)明所述用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法的流程示意圖；圖3為圖2中步驟S102在一種實(shí)施方式的流程示意圖；圖4為圖2中步驟S104在一種實(shí)施方式的流程示意圖5為本發(fā)明所述用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法在一個(gè)實(shí)施方式中通過(guò) 掃描式電子顯微鏡得到的二次電子像圖片。
具體實(shí)施例方式從背景技術(shù)可知，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在半導(dǎo)體器件的失效分析中，通常直接采 用腐蝕性較強(qiáng)的腐蝕處理溶液對(duì)待分析的半導(dǎo)體器件進(jìn)行腐蝕時(shí)，容易對(duì)半導(dǎo)體器件造成 過(guò)腐蝕，破壞半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)，并且，這種傳統(tǒng)的化學(xué)著色處理方法不能有效的突顯出半 導(dǎo)體器件的結(jié)和阱的層次，無(wú)法提供器件源/漏結(jié)失效的判斷依據(jù)。因此在半導(dǎo)體器件制造過(guò)程中，本發(fā)明的發(fā)明人設(shè)想到先采用聚焦離子束磨削技 術(shù)，先改變結(jié)剖面的表面性狀，使之處于過(guò)應(yīng)力狀態(tài)，再利用腐蝕處理溶液進(jìn)行后續(xù)腐蝕， 得以能夠在對(duì)半導(dǎo)體器件不造成過(guò)腐蝕的情況下清楚地顯露半導(dǎo)體器件中源/漏區(qū)的結(jié) 剖面形貌，使其在失效分析時(shí)具有良好的觀察效果。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明?；谏鲜隹紤]，在具體實(shí)施方式
的以下內(nèi)容中，提供一種用于半導(dǎo)體器件失效分 析的檢測(cè)方法，如圖2所示，包括步驟S100，檢測(cè)所述半導(dǎo)體器件，以確定所述半導(dǎo)體器件中是否存在缺陷，并在所述半 導(dǎo)體器件存在缺陷時(shí)確定所述缺陷的類型；S102，利用聚焦離子束，對(duì)產(chǎn)生有缺陷的半導(dǎo)體器件進(jìn)行磨削，以改變半導(dǎo)體器件 結(jié)剖面的表面性狀；S104，利用腐蝕處理溶液，對(duì)所述半導(dǎo)體器件的剖面進(jìn)行腐蝕，以顯露出所述半導(dǎo) 體器件中源/漏區(qū)的結(jié)剖面形貌；S106，利用放大成像裝置得到對(duì)應(yīng)所述半導(dǎo)體器件中源/漏區(qū)的結(jié)剖面形貌的圖 像資料，觀察所述圖像資料以獲取所述半導(dǎo)體器件所產(chǎn)生的缺陷的分布情況。首先執(zhí)行步驟S100，檢測(cè)所述半導(dǎo)體器件，以確定所述半導(dǎo)體器件中是否存在 缺陷，并在所述半導(dǎo)體器件存在缺陷時(shí)確定所述缺陷的類型。在本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體 器件上形成有場(chǎng)效應(yīng)晶體管，例如為N型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NMOQ或P型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (PMOS)，在本實(shí)施例中，是以NMOS晶體管為例進(jìn)行說(shuō)明的。對(duì)于所述半導(dǎo)體器件的檢測(cè)可 以采用例如電性能測(cè)試等方式進(jìn)行，因上述各檢測(cè)方式均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，故不 在此贅述。通過(guò)上述檢測(cè)方式，就可以檢測(cè)出所述半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的缺陷，所述缺陷可以是 例如漏電結(jié)、接觸尖峰、PN結(jié)缺陷、柵氧化缺陷、靜電放電損傷等在內(nèi)的任一種或多種。接著執(zhí)行步驟S102，利用聚焦離子束，對(duì)產(chǎn)生有缺陷的半導(dǎo)體器件進(jìn)行磨削，以改 變半導(dǎo)體器件中源/漏區(qū)的結(jié)剖面的表面性狀，在本實(shí)施例中，特別地，為了防止直接采用 腐蝕處理溶液可能造成的過(guò)腐蝕，就設(shè)想到預(yù)先對(duì)半導(dǎo)體器件的剖面進(jìn)行預(yù)處理。參考圖3，在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，圖2中的步驟S102可通過(guò)下述步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)步 驟S201，對(duì)應(yīng)所述半導(dǎo)體器件的源/漏區(qū)施加聚焦離子束，以能量強(qiáng)度較大的離子束進(jìn)行 粗磨削，以得到器件剖面的觀察窗口 ；步驟S202，以能量強(qiáng)度較小的離子束進(jìn)行精磨削。通過(guò)上述步驟S201的粗磨削和步驟S202的精磨削，最終得到表面性狀被改變的 結(jié)剖面。在本實(shí)施例中，所采用的是鎵(Ga)離子束，且其在粗磨削時(shí)所述鎵離子束的束流 為800皮安至1200皮安，磨削時(shí)間為8分鐘至12分鐘；在精磨削時(shí)的束流為100皮安 300皮安，磨削時(shí)間為 1分鐘 2分鐘。另外，通過(guò)上述各步驟的聚焦離子束粗磨削，就可以磨削掉半導(dǎo)體器件中源/漏 區(qū)的側(cè)面區(qū)域，且不會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件的其他區(qū)域造成損傷。接著執(zhí)行步驟S104，利用腐蝕處理溶液，對(duì)所述半導(dǎo)體器件的剖面進(jìn)行腐蝕，以顯 露出半導(dǎo)體器件剖面的各層次的結(jié)構(gòu)。參考圖4，在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，圖2中的步驟S104可以通過(guò)下述步驟來(lái)實(shí)現(xiàn) 步驟S301，混合形成包括氫氟酸(HF)溶液和氟化銨(NH4F)溶液的腐蝕處理溶液。所述腐 蝕處理溶液中氫氟酸溶液和氟化氨酸溶液的容量比為8 1至12 1，優(yōu)選為10 1，所 述氫氟酸溶液中氫氟酸的含量為4. 8%至5. 0%，優(yōu)選為4. 9%。步驟S302，將所述腐蝕處理溶液滴覆于所述半導(dǎo)體器件上，進(jìn)行腐蝕處理。所述腐 蝕處理的時(shí)間為2秒至6秒，優(yōu)選地，可以為3秒至4秒。步驟303，將腐蝕處理后的半導(dǎo)體 器件用去離子水沖洗，并進(jìn)行干燥處理。通過(guò)上述步驟S104，能對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行腐蝕，將其中的源/漏區(qū)著色處理，而不 會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件的其他區(qū)域(例如位于源/漏區(qū)之下的阱區(qū))造成損傷，真實(shí)反映出源/ 漏區(qū)的深度，改善觀察效果。另外，需說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，所采用的腐蝕處理溶液為由氫氟酸(HF)溶液 和氟化銨(NH4F)溶液構(gòu)成的混合溶液，但并不以此為限，在其他實(shí)施例中，所述腐蝕處理溶 液也可以是由氫氟酸(HF)和硝酸(HNO3)所構(gòu)成的混合溶液。接著執(zhí)行步驟S106，利用放大成像裝置得到對(duì)應(yīng)所述半導(dǎo)體器件中源/漏區(qū)的 結(jié)剖面形貌的圖像資料，觀察所述圖像資料以獲取所述半導(dǎo)體器件所產(chǎn)生的缺陷的分布情 況。參考圖5，顯示了在一個(gè)實(shí)施方式中所述半導(dǎo)體器件通過(guò)掃描式電子顯微鏡 (Scanning Electron Microscope, SEM)得到的二次電子像圖片。如圖5所示，所述半導(dǎo)體 器件的源/漏區(qū)502被腐蝕掉，而其他區(qū)域(例如柵極區(qū)501、阱區(qū)等)則沒(méi)有或基本沒(méi)有 受到腐蝕處理溶液的腐蝕而得以保存完整。這樣，我們就能夠通過(guò)觀察所述二次電子像圖 片而獲取所述半導(dǎo)體器件的分布情況，確定其產(chǎn)生的缺陷的位置及其類型。對(duì)掃描電鏡圖 片進(jìn)行觀察并找出缺陷所在為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，故不在此予以贅述。本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定權(quán)利要求，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(dòng)和修改，因此本發(fā)明的 保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法，其特征在于，所述方法包括利用聚焦離子束，對(duì)產(chǎn)生有缺陷的半導(dǎo)體器件的源/漏區(qū)進(jìn)行磨削，以改變所述源/漏 區(qū)的表面性狀；利用腐蝕處理溶液，對(duì)所述半導(dǎo)體器件的剖面進(jìn)行腐蝕，以顯露出所述半導(dǎo)體器件中 源/漏區(qū)的結(jié)剖面形貌；利用放大成像裝置得到對(duì)應(yīng)所述半導(dǎo)體器件中源/漏區(qū)的結(jié)剖面形貌的圖像資料，觀 察所述圖像資料以獲取所述半導(dǎo)體器件所產(chǎn)生的缺陷的分布情況。
2.如權(quán)利要求1所述用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法，其特征在于，所述檢測(cè)方 法在利用聚焦離子束，對(duì)產(chǎn)生有缺陷的半導(dǎo)體器件進(jìn)行磨削之前還包括電性檢測(cè)所述半 導(dǎo)體器件，以確定所述半導(dǎo)體器件中是否存在缺陷，并在所述半導(dǎo)體器件存在缺陷時(shí)確定 所述缺陷的類型。
3.如權(quán)利要求1或2所述用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法，其特征在于，所述缺陷 包括漏電結(jié)、接觸尖峰、PN結(jié)缺陷、柵氧化缺陷、靜電放電損傷中的一種或多種。
4.如權(quán)利要求1所述用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法，其特征在于，所述利用聚 焦離子束，對(duì)產(chǎn)生有缺陷的半導(dǎo)體器件進(jìn)行磨削的步驟具體包括對(duì)應(yīng)所述半導(dǎo)體器件的 源/漏區(qū)施加聚焦離子束，以改變半導(dǎo)體器件結(jié)剖面的表面性狀。
5.如權(quán)利要求1所述用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法，其特征在于，利用聚焦離 子束，對(duì)產(chǎn)生有缺陷的半導(dǎo)體器件的源/漏區(qū)進(jìn)行磨削具體包括首先以能量強(qiáng)度較大的 離子束進(jìn)行粗磨削；再以能量強(qiáng)度較小的離子束進(jìn)行精磨削。
6.如權(quán)利要求5所述用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法，其特征在于，所述聚焦離 子束為鎵離子束；在粗磨削時(shí)的束流為800皮安至1200皮安，磨削時(shí)間為8分鐘至12分 鐘；在精磨削時(shí)的束流為100皮安 300皮安，磨削時(shí)間為1分鐘 2分鐘。
7.如權(quán)利要求1所述用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法，其特征在于，所述利用腐 蝕處理溶液，對(duì)所述半導(dǎo)體器件的剖面進(jìn)行腐蝕的步驟具體包括混合形成包括氫氟酸溶 液和氟化氨酸溶液的腐蝕處理溶液；將所述半導(dǎo)體器件浸泡在所述腐蝕處理溶液中或?qū)⑺龈g處理溶液滴覆于所述半 導(dǎo)體器件上，進(jìn)行腐蝕處理；將腐蝕處理后的半導(dǎo)體器件用去離子水沖洗，并進(jìn)行干燥處理。
8.如權(quán)利要求7所述用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法，其特征在于，所述腐蝕處 理溶液中氫氟酸溶液和氟化氨酸溶液的容量比為8 1至12 1，所述氫氟酸溶液中氫氟 酸的含量為4. 8%至5.0%。
9.如權(quán)利要求8所述用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法，其特征在于，所述腐蝕處 理溶液中氫氟酸溶液和氟化氨酸溶液的容量比為10 1，所述氫氟酸溶液中氫氟酸的含量 為 4. 9%。
10.如權(quán)利要求7所述用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法，其特征在于，所述腐蝕處 理的時(shí)間為2秒至6秒。
11.如權(quán)利要求1所述用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法，其特征在于，所述放大成 像裝置為透射電子顯微鏡或掃瞄式電子顯微鏡。
全文摘要
一種用于半導(dǎo)體器件失效分析的檢測(cè)方法，包括利用聚焦離子束，對(duì)產(chǎn)生有缺陷的半導(dǎo)體器件剖面進(jìn)行磨削，以改變?cè)?漏區(qū)的表面性狀；利用腐蝕處理溶液，對(duì)所述半導(dǎo)體器件的剖面進(jìn)行腐蝕，以顯露出源/漏區(qū)的結(jié)剖面形貌；利用放大成像裝置得到對(duì)應(yīng)所述半導(dǎo)體器件的剖面的圖像資料，觀察所述圖像資料以獲取所述半導(dǎo)體器件所產(chǎn)生的缺陷的分布情況。本發(fā)明通過(guò)聚焦離子束磨削和腐蝕處理溶液腐蝕相結(jié)合，獲得易于觀察的半導(dǎo)體器件的源/漏區(qū)的結(jié)剖面形貌，提供判斷器件是否失效的依據(jù)。
文檔編號(hào)G01N1/32GK102044461SQ20091019744
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者任正鵬, 王玉科, 蘇鳳蓮, 陳險(xiǎn)峰, 韓耀梅 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司