鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法及失效測試方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法及失效測試方法，包括：提供一鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品，所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品包括第二銅金屬層，鉭層，形成于通孔中且位于所述鉭層上的銅插塞；對(duì)所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品進(jìn)行研磨，直至暴露所述第二銅金屬層；采用濕法刻蝕工藝去除所述第二銅金屬層和所述銅插塞，形成鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)測試樣品。本發(fā)明采用濕法刻蝕工藝去除第二銅金屬層中的銅和銅插塞，留下鉭層，避免了金屬銅的短路現(xiàn)象，又因?yàn)殂g層中含有金屬鉭滿足聚焦離子束顯微鏡的使用要求，從而對(duì)鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)失效位置定位。
【專利說明】鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法及失效測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法及失效測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體芯片制造過程中通常使用鏈?zhǔn)酵?Via Chain)測試結(jié)構(gòu)來監(jiān)控后道金屬互聯(lián)層中的工藝問題，可靠性測試過程中也會(huì)使用相同的結(jié)構(gòu)以對(duì)通孔及后道金屬線進(jìn)行相關(guān)可靠性評(píng)估測試。鏈?zhǔn)酵资r(shí)，特別是在整體電阻測試結(jié)果偏大甚至開路(Open)時(shí)，需要知道失效模式才能有效解決問題，要想確定失效模式必須先找到失效位置，然后再進(jìn)行失效分析。
[0003]圖1是鏈?zhǔn)酵诇y試結(jié)構(gòu)剖面示意圖，如圖1所示，鏈?zhǔn)酵诇y試結(jié)構(gòu)包括:形成于介質(zhì)層150中的第一溝槽、通孔以及與通孔連通的第二溝槽，形成于所述第一溝槽中的第一金屬層100，形成于所述通孔以及第二溝槽側(cè)壁的鉭層140，形成于所述通孔中且位于所述鉭層140上的插塞110，形成于所述第二溝槽中且位于鉭層140上的第二金屬層120，所述插塞110上下兩端分別與所述第二金屬層120和第一金屬層100相連接，從而形成鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)。所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)還包括與所述第二金屬層120和第一金屬層100電連接的金屬焊墊130，通過所述金屬焊墊130接地以進(jìn)行測試。其中，所述插塞110、第一金屬層100和第二金屬層120均為同一種金屬,所述插塞110和第二金屬層120通過一步電鍍工藝填充溝槽和通孔形成，所述鉭層140包括金屬鉭。
[0004]常規(guī)失效分析時(shí)，需要先處理測試樣品，也就是先將樣品去層(De-120yer)，研磨直至暴露第二金屬層120，然后對(duì)該結(jié)構(gòu)一端的金屬焊墊130進(jìn)行接地處理，再使用聚焦離子束顯微鏡(FIB)進(jìn)行電壓對(duì)比度(Voltage Contrast，簡稱VC)測試。
[0005]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中使用聚焦離子束顯微鏡進(jìn)行電壓對(duì)比度測試的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)的失效位置定位示意圖，如圖2所示，當(dāng)聚焦離子束顯微鏡的離子束打到第二金屬層120時(shí)，通過金屬焊墊130接地的第二金屬層120上積累的離子直接導(dǎo)走，在聚焦離子束顯微鏡中顯示為白色，由于某個(gè)通孔和第一金屬層100開路，導(dǎo)致后段的金屬層上的離子無法被導(dǎo)走，積累在金屬層上，顯現(xiàn)為黑色，這樣失效位置就確定在黑白交界處，如圖2虛線框所示，對(duì)失效位置進(jìn)行標(biāo)注，以便最后進(jìn)行物性失效解析驗(yàn)證。
[0006]實(shí)際工作中，鋁制程鏈?zhǔn)酵资褂么朔椒y試比較方便，但對(duì)于銅工藝結(jié)構(gòu)的鏈?zhǔn)酵?，特別是器件工藝尺寸到90nm以下，由于第二金屬層120中的銅金屬線間的間距相對(duì)鋁制程工藝的鋁金屬線間的距離很小，使用研磨方法去層，研磨到第二金屬層120時(shí)，由于銅的延展性，研磨產(chǎn)生的銅顆粒經(jīng)常會(huì)造成相鄰金屬線間短路，甚至一大片金屬線短路，當(dāng)使用聚焦離子束顯微鏡進(jìn)行電壓對(duì)比度測試，離子束打到第二金屬層120，由于第二金屬層120短路導(dǎo)致電壓對(duì)比度無異常點(diǎn)，也就是在聚焦離子束顯微鏡下顯示全部為白色，找不到黑白交界處，從而無法確定失效位置。
[0007]為解決這一問題，需要找到一種鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)失效定位的樣品處理方法，使得鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理后不會(huì)發(fā)生銅金屬線短路，通過使用聚焦離子束顯微鏡進(jìn)行電壓對(duì)比度測試有效定位失效位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于解決研磨到第二金屬層后造成的金屬線短路而無法使用聚焦離子束顯微鏡進(jìn)行電壓對(duì)比度測試，進(jìn)而不能定位失效位置的問題。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法，包括:提供一鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品，所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品包括形成于介質(zhì)層中的第一溝槽、第二溝槽以及通孔，形成于所述第一溝槽中的第一銅金屬層，形成于所述通孔以及第二溝槽側(cè)壁的鉭層，形成于所述通孔中且位于所述鉭層上的銅插塞，形成于所述第二溝槽中且位于鉭層上的第二銅金屬層，所述銅插塞與所述第二銅金屬層和第一銅金屬層連接；
[0010]對(duì)所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品進(jìn)行研磨，直至暴露所述第二銅金屬層；
[0011]采用濕法刻蝕工藝去除所述第二銅金屬層和所述銅插塞，形成鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)測試樣品。
[0012]可選的，在鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法中，所述濕法刻蝕工藝采用的溶液為氨水與過氧化氫的混合液。
[0013]可選的，在鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法中，所述氨水與過氧化氫的體積比為1:1 ?1:1.2。
[0014]可選的，在鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法中，所述濕法刻蝕工藝采用的溶液為硝酸。
[0015]可選的，在鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法中，所述硝酸的濃度為60?80%。
[0016]可選的，在鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法中，所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品還包括形成于所述通孔以及第二溝槽側(cè)壁的氮化鉭層，所述鉭層覆蓋于所述氮化鉭層。
[0017]可選的，在鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法中，所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品還包括與所述第二銅金屬層以及所述第一銅金屬層電連接的金屬焊墊。
[0018]根據(jù)發(fā)明的另一面，還提供了一種鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)失效測試方法，使用聚焦離子束顯微鏡對(duì)上述任意一項(xiàng)所述的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)測試樣品進(jìn)行電壓對(duì)比度測試，以確定所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)測試樣品的失效位置。
[0019]可選的，在鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)失效測試方法中，將所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)測試樣品的一金屬焊墊接地，然后使用聚焦離子束顯微鏡進(jìn)行電壓對(duì)比度測試。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用濕法刻蝕工藝去除第二銅金屬層和通孔中的銅插塞，留下鉭層，避免了金屬銅的短路現(xiàn)象，又因?yàn)殂g層中含有金屬鉭滿足聚焦離子束顯微鏡的使用要求，從而對(duì)鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)失效位置定位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是鏈?zhǔn)酵诇y試結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中使用聚焦離子束顯微鏡進(jìn)行電壓對(duì)比度測試的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)的失效位置定位示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品研磨后的結(jié)構(gòu)示意圖；[0025]圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品濕法刻蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6是本發(fā)明一實(shí)施例的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0028]如圖2至6所示，本發(fā)明提供一種鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法，包括:
[0029]步驟SI，提供一鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品20，所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品20包括形成于介質(zhì)層中的第一溝槽、第二溝槽以及通孔，形成于所述第一溝槽中的第一銅金屬層200，形成于所述通孔以及第二溝槽側(cè)壁的鉭層240，形成于所述通孔中且位于所述鉭層240上的銅插塞210，形成于所述第二溝槽中且位于所述鉭層240上的第二銅金屬層220，所述銅插塞210與所述第二銅金屬層220和第一銅金屬層210連接；
[0030]步驟S2，對(duì)所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品20進(jìn)行研磨，直至暴露所述第二銅金屬層220 ；
[0031]步驟S3，采用濕法刻蝕工藝去除所述第二銅金屬層220和所述銅插塞210，形成鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)測試樣品20’。
[0032]本發(fā)明采用濕法刻蝕工藝去除所述第二銅金屬層220和所述銅插塞210，留下鉭層240，避免了金屬銅的短路現(xiàn)象，又因?yàn)殂g層240中含有金屬鉭滿足聚焦離子束顯微鏡的使用要求，從而對(duì)鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)失效位置定位。
[0033]下面結(jié)合圖3至圖6詳細(xì)描述本發(fā)明的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法。
[0034]首先，執(zhí)行步驟SI，提供一鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品20。
[0035]如圖3所示，所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品20，包括:形成于一介質(zhì)層250中的第一溝槽、第二溝槽以及通孔，形成于所述第一溝槽中的第一銅金屬層200，形成于所述通孔以及第二溝槽側(cè)壁的鉭層240，形成于所述通孔中且位于所述鉭層240上的銅插塞210，形成于所述第二溝槽中且位于所述鉭層240上的第二銅金屬層220，所述銅插塞210上下兩端分別與所述第二銅金屬層220和所述第一銅金屬層200相連接，從而形成鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)。所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)還包括與所述第二銅金屬層220和所述第一銅金屬層200電連接的金屬焊墊230，通過所述金屬焊墊230接地以進(jìn)行測試。其中，所述介質(zhì)層250形成于一襯底上，所述襯底中可以形成有各種器件結(jié)構(gòu)，本發(fā)明并不涉及該部分的改進(jìn)，因此不予贅述。所述銅插塞210、第一銅金屬層200和第二銅金屬層220均為銅金屬層，所述銅插塞210和第二銅金屬層220通過一步銅電鍍工藝填充溝槽和通孔形成，所述鉭層240包括金屬鉭，其可通過物理氣相沉積方式形成。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品還包括形成于所述通孔以及第二溝槽側(cè)壁的氮化鉭層(圖中未示出)，所述鉭層覆蓋于所述氮化鉭層。
[0036]接著，執(zhí)行步驟S2，對(duì)所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品進(jìn)行研磨，直至暴露出所述第二銅金屬層220的表面。由于所述第二銅金屬層220中的銅金屬間的間距比較小，使用研磨方法去層，研磨到所述第二銅金屬層220時(shí)，由于銅的延展性，研磨產(chǎn)生的銅顆粒經(jīng)常會(huì)造成相鄰銅金屬間短路，甚至一大片銅金屬短路，導(dǎo)致使用聚焦離子束顯微鏡進(jìn)行電壓對(duì)比度測試時(shí)，掃描離子全部被導(dǎo)走，顯微鏡下顯示為白色，找不到異常點(diǎn)，從而不能確定鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)的失效位置。
[0037]為此，接下來，執(zhí)行步驟S3，采用濕法刻蝕技術(shù)去除所述第二銅金屬層220和銅插塞210，從而形成鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)失效定位樣品20’。
[0038]如圖5所示，接著，使用酸液濕法刻蝕金屬銅，留下鉭層240，由于所述第二銅金屬層220層與通孔內(nèi)的金屬銅是一次電鍍完成，所以，去除時(shí)也一并去除，而所述第二銅金屬層220中的金屬由于研磨而導(dǎo)致短路的金屬銅也一并被刻蝕掉。所述濕法刻蝕工藝采用能夠刻蝕金屬銅，但不刻蝕金屬鉭的選擇性刻蝕液體。本發(fā)明采用的溶液為氨水與過氧化氫的混合液，所述氨水與過氧化氫的體積比為1:1?1:1.2，刻蝕對(duì)象為金屬銅。本發(fā)明的又一實(shí)施例中濕法刻蝕工藝采用的溶液為硝酸，所述硝酸的濃度為60?80%。因?yàn)殂g層240中含有金屬鉭，當(dāng)使用聚焦離子束顯微鏡照射時(shí)，離子可以通過金屬鉭導(dǎo)走，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)失效位置定位。
[0039]本發(fā)明還提供一種鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)失效測試方法，使用聚焦離子束顯微鏡對(duì)如上所述的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)測試樣品20’進(jìn)行電壓對(duì)比度測試，以確定所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)測試樣品20’的失效位置。首先，將所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)測試樣品20’的一端金屬焊墊230接地，然后使用聚焦離子束顯微鏡進(jìn)行掃描。由于所述鉭層240中含有金屬鉭，整個(gè)鏈?zhǔn)酵走€是一個(gè)電流通路結(jié)構(gòu)，當(dāng)離子束掃描到所述鉭層240時(shí)，與接地端的金屬焊墊230相連的鉭層240上積累的離子直接導(dǎo)走，在聚焦離子束顯微鏡中顯示為白色，由于某個(gè)通孔和第一銅金屬層200斷開，導(dǎo)致后段的鉭層240上的離子無法被導(dǎo)走，積累在所述鉭層240上，顯現(xiàn)為黑色，這樣失效位置就確定在黑白交界處，如圖5中的虛線框位置所示，對(duì)失效位置進(jìn)行標(biāo)注，以便最后對(duì)所述通孔底部或所述第一銅金層200存在的問題進(jìn)行失效解析。
[0040]綜上所述，本發(fā)明采用濕法刻蝕工藝去除第二銅金屬層220和通孔中的銅插塞，留下鉭層240，避免研磨造成的第二銅金屬層220金屬線短路問題。又因?yàn)殂g層240中含有金屬鉭滿足聚焦離子束顯微鏡的使用要求，從而對(duì)鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)進(jìn)行電壓對(duì)比度測試定，定位失效位置，最終通過后續(xù)的分析找到第一銅金層200存在的物理缺陷。
[0041]上述描述僅是對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法，其特征在于，包括: 提供一鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品，所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品包括形成于一介質(zhì)層中的第一溝槽、第二溝槽以及通孔，形成于所述第一溝槽中的第一銅金屬層，形成于所述通孔以及第二溝槽側(cè)壁的鉭層，形成于所述通孔中且位于所述鉭層上的銅插塞，形成于所述第二溝槽中且位于鉭層上的第二銅金屬層，所述銅插塞與所述第二銅金屬層和第一銅金屬層連接; 對(duì)所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品進(jìn)行研磨，直至暴露所述第二銅金屬層； 采用濕法刻蝕工藝去除所述第二銅金屬層和所述銅插塞，形成鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)測試樣品O
2.如權(quán)利要求1所述的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法，其特征在于，所述濕法刻蝕工藝采用的溶液為氨水與過氧化氫的混合液。
3.如權(quán)利要求2所述的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法，其特征在于，所述氨水與過氧化氫的體積比為1:1?1:1.2。
4.如權(quán)利要求1所述的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法，其特征在于，所述濕法刻蝕工藝采用的溶液為硝酸。
5.如權(quán)利要求4所述的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法，其特征在于，所述硝酸的濃度為60 ?80%。
6.如權(quán)利要求1所述的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法，其特征在于，所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品還包括形成于所述通孔以及第二溝槽側(cè)壁的氮化鉭層，所述鉭層覆蓋于所述氮化鉭層。
7.如權(quán)利要求1所述的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)樣品處理方法，其特征在于，所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)初始樣品還包括與所述第二銅金屬層以及所述第一銅金屬層電連接的金屬焊墊。
8.一種鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)失效測試方法，其特征在于，使用聚焦離子束顯微鏡對(duì)如權(quán)利要求I至7中任意一項(xiàng)所述的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)測試樣品進(jìn)行電壓對(duì)比度測試，以確定所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)測試樣品的失效位置。
9.如權(quán)利要求7所述的鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)失效測試方法，其特征在于，將所述鏈?zhǔn)酵捉Y(jié)構(gòu)測試樣品的一金屬焊墊接地，然后使用聚焦離子束顯微鏡進(jìn)行電壓對(duì)比度測試。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK103972047SQ201410163436
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】唐涌耀, 陳強(qiáng) 申請人:上海華力微電子有限公司