一種半導體器件失效分析的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導體可靠性分析領域，尤其涉及一種半導體器件失效分析的方法。本發(fā)明建立一種針對存儲器的失效分析的方法，通過對失效區(qū)域及其周圍區(qū)域的連接通孔進行電壓對比分析并對電壓對比分析結果剖析，以檢測出快閃存儲器由于冗余替換的存儲區(qū)域缺陷經過可靠性測試或實際使用后造成的臨近區(qū)域的失效問題。在可靠性失效中對冗余替換的信息進行分析，為冗余電路的替換造成的可靠性失效問題提供有力的分析依據(jù)，并對可靠性失效率的降低提供了分析及改善的方向。
【專利說明】一種半導體器件失效分析的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體可靠性分析領域，尤其涉及一種半導體器件失效分析的方法。

【背景技術】
[0002]隨著快閃存儲器(Flash Memory)存儲單元不斷地朝著高集成度和大容量化的方向發(fā)展，存儲器制造工藝越來越繁瑣，存儲器在制造過程中出現(xiàn)缺陷的可能性也隨之提升，為了補償制造過程中所產生的存儲單元的物理缺陷，通常在晶圓測試過程中采用冗余(Redundancy)電路替換了該缺陷的區(qū)域以實現(xiàn)對有故障的存儲單元進行修復(Repair),從而改善作為高集成度存儲器件的存儲性能以及芯片成品率。但是，經過一定時間或次數(shù)的可靠性測試之后，物理上依然存在的該缺陷會影響附近正常的區(qū)域，從而導致可靠性問題，即由于冗余電路的替換提高了可靠性失效率。
[0003]目前的失效分析(FA)技術只能依據(jù)電性的失效地址去分析物理失效模式，如果在晶圓測試沒有記錄冗余替換信息或者無法得到該信息的情況下，就無法知道該區(qū)域是否由于晶圓測試中冗余電路的替換造成了可靠性的失效。對可靠性失效問題的根本原因的分析不利，也很難提供改善的方向。由此，如何分析由于存儲單元冗余導致的存儲器可靠性問題成為本領域技術人員面臨的一大難題。


【發(fā)明內容】

[0004]快閃存儲器在用戶實際使用或者做耐力(Endurance)可靠性測試時，是反復寫入(Program)與擦除(Erase)的過程。對于被替換的有缺陷的區(qū)域而言，實際物理上還存在于該存儲陣列內，擦除的過程對整個器件的體區(qū)(bulk)所加的電壓會一直對該區(qū)域有軟擦除(soft Erase)的效果，但寫入的動作對該區(qū)域幾乎沒有影響，這樣使得閾值電壓變得越來越低，漏電(leakage)變大，從而通過連接通孔的電壓對比觀測該到被替換區(qū)域的異常。
[0005]一種半導體器件失效分析的方法，其特征在于，所述方法包括:
[0006]提供一具有缺陷的失效樣品；
[0007]確定所述缺陷在所述失效樣品上所處的物理位置；
[0008]對所述失效樣品進行正面減薄工藝，以將位于所述物理位置及臨近該物理位置的連接通孔均予以暴露；
[0009]對暴露的所述連接通孔進行電壓對比分析，以獲取暴露的連接通孔的表征圖像；
[0010]根據(jù)所述表征圖像判斷是否是由于冗余電路替換造成的所述缺陷；
[0011]若是由于冗余電路替換造成的所述缺陷，則對所述失效樣品的冗余算法進行優(yōu)化。
[0012]上述半導體器件失效分析方法，其中，所述方法還包括:
[0013]通過采用電性失效分析的方法和/或動態(tài)熱點失效分析的方法來確定所述缺陷在所述失效樣品上所處的物理位置。
[0014]上述半導體器件失效分析方法，其中，所述方法還包括:
[0015]對所述失效樣品進行所述采用電性失效分析的方法獲取所述缺陷在所述失效樣品上所處的物理位置；
[0016]若不能確定所述缺陷在所述失效樣品上所處的物理位置，則繼續(xù)采用所述動態(tài)熱點失效分析的方法來確定所述缺陷在所述失效樣品上所處的物理位置。
[0017]上述的半導體器件失效分析方法，其中，所述方法還包括:
[0018]所述失效樣品為實際使用后的失效器件或采用可靠性測試的方式獲取的失效樣品ο
[0019]上述半導體器件失效分析方法，其中，所述方法還包括:
[0020]通過判斷所述連續(xù)排列的若干連接通孔的圖像的明暗程度來確認其是否存在異堂巾O
[0021]上述半導體器件失效分析方法，其中，所述方法還包括:
[0022]若所述連續(xù)排列的若干連接通孔的圖像中，位于所述物理位置處的連接通孔的圖像明暗程度與位于臨近所述物理位置處的連接通孔的圖像明暗程度存在差異，則確認位于所述物理位置處的連接通孔的圖像存在異常。
[0023]上述半導體器件失效分析方法，其中，所述方法還包括:
[0024]當所述連續(xù)排列的若干連接通孔的圖像中存在亮度不同的連接通孔圖形時，且位于非物理位置處的連接通孔的圖形的亮度強于位于所述物理位置處的連接通孔的圖形時，則位于所述物理位置處的連接通孔處存在物理缺陷。
[0025]上述半導體器件失效分析方法，其中，所述方法還包括:
[0026]在小于Ikv的條件下，采用掃描電鏡或聚焦電子束電鏡對所述失效樣品進行所述電壓對比分析。
[0027]上述半導體器件失效分析方法，其中，所述方法還包括:
[0028]依次采用研磨工藝和化學刻蝕工藝對所述失效樣品進行所述正面減薄工藝，以去除位于所述失效樣品中的部分金屬互聯(lián)層，并停止在所述連接通孔上。
[0029]上述半導體器件失效分析方法，其中，所述方法還包括:
[0030]獲取所述表征圖像后再次對晶圓進行減薄，以獲取物理缺陷的真實圖像；
[0031]其中，若所述表征圖像中出現(xiàn)連續(xù)排列的若干連接通孔的圖像存在異常，則確認所述物理缺陷雖然被冗余電路替換，但實際使用后由于冗余電路至少影響所述臨近區(qū)域而帶來可靠性問題。
[0032]本發(fā)明建立了一種失效分析的方法，通過以檢測出快閃存儲器由于冗余替換的存儲區(qū)域缺陷經過可靠性測試或實際使用后造成的臨近區(qū)域的失效問題。在可靠性失效中對冗余替換的信息進行分析，為冗余電路的替換造成的可靠性失效問題提供有力的分析依據(jù)，并對可靠性失效率的降低提供了分析及改善的方向。
[0033]具體

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是針對存儲器產品冗余造成可靠性問題分析方法的流程圖；
[0035]圖2是存儲單元減薄后連接通孔出現(xiàn)的結構示意圖；
[0036]圖3是利用掃描電子束對連接通孔進行電壓對比分析的結構示意圖；
[0037]圖4是掃描電子束掃描后連接通孔明亮程度變化結構示意圖。

【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但是不作為本發(fā)明的限定。
[0039]本發(fā)明提供一種方法，以分析針對存儲器產品冗余造成的可靠性問題。首先，提供可靠性失效樣品或者經過測試得到的實效樣品，然后按照本發(fā)明的方法對失效樣品的缺陷地址定位，包括電性失效分析以及動態(tài)熱點分析，在獲取到物理缺陷地址后，采用掃描電鏡或者聚焦離子束電鏡的掃描電子束低加速條件下對連接通孔進行電壓對比分析，連續(xù)區(qū)域的連接通孔明亮說明是冗余電路替換造成的可靠性問題，可以通過改善冗余算法來解決此類可靠性問題，如果不是，則是其他可靠性問題導致，則繼續(xù)其他失效分析處理。通過本方法，為冗余電路的替換造成的可靠性失效問題提供有力的分析依據(jù)，并對可靠性失效率的降低提供了分析及改善的方向。
[0040]本發(fā)明的【具體實施方式】為:
[0041]I)提供失效樣品，優(yōu)選的，該失效樣品為客戶退回樣品或者可靠性測試失效樣品。
[0042]2)確定失效區(qū)域于存儲器陣列中所處的物理位置，優(yōu)選的，首先采用電性失效分析(Electrical Failure Analysis,簡稱EFA)的方法確定失效區(qū)域在存儲器陣列中的物理位置，即圖1所示流程圖中的電性失效分析。
[0043]3)如果通過電性失效分析方法順利獲取失效區(qū)域于存儲器陣列中的物理位置，則進行步驟5)，否則，進行步驟4)。
[0044]4)如果通過電性失效分析無法得到所述物理位置，則采用動態(tài)熱點(dynamicalhotspot)的方式獲取失效區(qū)域的物理位置。也可以直接采用動態(tài)熱點的方法獲取失效區(qū)域于存儲器中的物理位置。
[0045]5)減薄上述失效區(qū)域及其周邊區(qū)域，減薄其金屬互聯(lián)層與介質層，優(yōu)選的，如圖2所示，減薄采用化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing,簡稱CMP)和化學刻蝕的方法，減薄終止于失效區(qū)域及其周邊區(qū)域具有的連接通孔l(Contact hole，簡稱CT)出現(xiàn)。
[0046]6)進行電壓對比分析,優(yōu)選的，米用掃描電鏡(Scanning Electron Microscope,簡稱SEM)或者聚焦離子束(Focused 1n Beam，簡稱FIB)電鏡的掃描電子束2在低加速電壓(?1KV)條件下對連接通孔進行電壓對比(Voltage Contrast,簡稱VC)分析,如圖3所示。
[0047]優(yōu)選的，在進行過上述的工藝步驟之后，即在上述電壓對比分析步驟之后，還可再次對上述的失效樣品進行減薄工藝，以獲取該失效樣品的缺陷的物理缺陷圖像，并對該物理缺陷圖像進行分析比對后，以對后續(xù)產品相應的物理位置處的器件結構進行優(yōu)化，以進一步降低后續(xù)產品產生缺陷的風險。
[0048]7)對上述電壓對比分析結果進行分析，如圖4所示，3代表沒有變明亮的連接通孔，4代表掃描電子束掃描后變明亮的連接通孔，6表示即使經過掃描電子束掃描，依然沒能變明亮的通孔，也就是本發(fā)明所述的冗余電路造成的失效區(qū)域，周圍多條通孔都變明亮而此失效區(qū)域不亮，說明是由于冗余電路導致的可靠性問題，此時可以通過改善晶圓測試中的冗余算法來解決此類可靠性問題，否則進行步驟8)。
[0049]8)如果沒有出現(xiàn)所述失效區(qū)域周圍連續(xù)多條連接通孔都變明亮，則說明是其他可靠性問題，此時繼續(xù)進行其他失效分析方法。
[0050]綜上所述，本發(fā)明首先采用電性失效分析方法對失效樣品確定其失效區(qū)域于存儲陣列中所處的位置，如果電性失效分析方法無法測出失效區(qū)域于存儲陣列中的位置，則采用動態(tài)熱點的方式獲取失效的物理位置，電性失效分析及動態(tài)熱點方法均是本領域現(xiàn)有技術，在此不做贅述；然后采用化學研磨和化學刻蝕的方法減薄失效區(qū)域及其周邊區(qū)域，減薄的是失效區(qū)域的金屬互聯(lián)層及介質層，直至連接通孔出現(xiàn)；然后采用掃描電鏡或者聚焦離子束電鏡的掃描電子束低加速電壓條件下對連接通孔進行電壓對比分析，對分析結果進行判斷識別，如果沒有出現(xiàn)連續(xù)多條連接通孔變明亮，則說明此失效區(qū)域不是由于冗余電路導致的可靠性問題，進行其他錯誤分析，如果有連續(xù)多條連接通孔變明亮，并且能觀察到物理缺陷，且連續(xù)變明亮，通孔里面有不明亮的連接通孔，則說明是由于冗余電路導致的可靠性問題，此時可以通過改善晶圓測試中的冗余算法來解決此類可靠性問題。
[0051]本領域技術人員應該理解，本領域技術人員在結合現(xiàn)有技術以及上述實施例可以實現(xiàn)所述變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實質內容，在此不予贅述。
[0052]以上對本發(fā)明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設備和結構應該理解為用本領域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質內容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種半導體器件失效分析的方法，其特征在于，所述方法包括: 提供一具有缺陷的失效樣品； 確定所述缺陷在所述失效樣品上所處的物理位置； 對所述失效樣品進行正面減薄工藝，以將位于所述物理位置及臨近該物理位置的連接通孔均予以暴露； 對暴露的所述連接通孔進行電壓對比分析，以獲取暴露的連接通孔的表征圖像； 根據(jù)所述表征圖像判斷是否是由于冗余電路替換造成的所述缺陷； 若是由于冗余電路替換造成的所述缺陷，則對所述失效樣品的冗余算法進行改進。
2.權利要求1所述的半導體器件失效分析方法，其特征在于，所述方法還包括: 通過采用電性失效分析的方法和/或動態(tài)熱點失效分析的方法來確定所述缺陷在所述失效樣品上所處的物理位置。
3.權利要求2所述的半導體器件失效分析方法，其特征在于，所述方法還包括: 對所述失效樣品進行所述采用電性失效分析的方法獲取所述缺陷在所述失效樣品上所處的物理位置； 若不能確定所述缺陷在所述失效樣品上所處的物理位置，則繼續(xù)采用所述動態(tài)熱點失效分析的方法來確定所述缺陷在所述失效樣品上所處的物理位置。
4.權利要求1所述的半導體器件失效分析方法，其特征在于，所述方法還包括: 所述失效樣品為實際使用后的失效器件或采用可靠性測試的方式獲取的失效樣品。
5.權利要求1所述的半導體器件失效分析方法，其特征在于，所述方法還包括: 通過判斷所述連續(xù)排列的若干連接通孔的圖像的明暗程度來確認其是否存在異常。
6.權利要求5所述的半導體器件失效分析方法，其特征在于，所述方法還包括: 若所述連續(xù)排列的若干連接通孔的圖像中，位于所述物理位置處的連接通孔的圖像明暗程度與位于臨近所述物理位置處的連接通孔的圖像明暗程度存在差異，則確認位于所述物理位置處的連接通孔的圖像存在異常。
7.權利要求6所述的半導體器件失效分析方法，其特征在于，所述方法還包括: 當所述連續(xù)排列的若干連接通孔的圖像中存在亮度不同的連接通孔圖形時，且位于非物理位置處的連接通孔的圖形的亮度強于位于所述物理位置處的連接通孔的圖形時，則位于所述物理位置處的連接通孔處存在物理缺陷。
8.如權利要求1所述的半導體器件失效分析方法，其特征在于，所述方法還包括: 在小于Ikv的條件下，采用掃描電鏡或聚焦電子束電鏡對所述失效樣品進行所述電壓對比分析。
9.如權利要求1所述的半導體器件失效分析方法，其特征在于，所述方法還包括: 依次采用研磨工藝和化學刻蝕工藝對所述失效樣品進行所述正面減薄工藝，以去除位于所述失效樣品中的部分金屬互聯(lián)層，并停止在所述連接通孔上。
10.如權利要求1所述的半導體器件失效分析方法，其特征在于，所述方法還包括: 獲取所述表征圖像后再次對晶圓進行減薄，以獲取物理缺陷的真實圖像。
【文檔編號】G11C29/56GK104376878SQ201410469022
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權日:2014年9月15日
【發(fā)明者】張宇飛, 羅旭, 仝金雨, 蘇捷峰 申請人:武漢新芯集成電路制造有限公司