[發明專利]用于半導體器件失效分析的檢測方法

有效

• 申請號: 200910197447.1
• 申請日: 2009-10-20
• 公開（公告）號: CN102044461A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 陳險峰;韓耀梅;蘇鳳蓮;任正鵬;王玉科
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;G01N1/32
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李麗

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及用于半導體器件失效分析的檢測方法。

背景技術

對于半導體器件的大規模生產，期望能夠提供有利可圖的可靠工藝技術。用于改善工藝技術的可靠性和穩定性的過程包括設計半導體器件、制造半導體器件的樣品和測試所述樣品的步驟。半導體器件的失效分析是反饋過程，涉及發現和糾正缺陷的根源以克服由缺陷產生的問題。

適當的失效分析對于改善半導體器件的質量是關鍵的。不正確的失效分析可能加長開發和提升半導體器件產品所需的周期。一般地，失效分析包括外部檢查、非破壞性分析、電性能檢測、破壞性分析等。

隨著半導體器件集成度的提高和縮微技術的發展，形成半導體器件的元件結構變成三維的復雜結構，并且器件的特征尺寸在減小，以便在限定的區域內獲得足夠大的容量。半導體器件復雜度的增加，使得僅僅通過外部檢查或電性能檢測等方法并不能準確分析出失效的根源，這就要求采用高級剝層處理技術，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)，打開半導體封裝件及去除待測芯片上的覆層(例如硅層、氧化層等)以暴露出半導體器件的疊層結構的失效情況。

剖面透射電子顯微鏡(X-TEM)或剖面掃瞄式電子顯微鏡(X-SEM)可用來檢測缺陷的位置深度和缺陷是否位于PN結的摻雜區中，是了解半導體器件的微觀結構的重要而快速的工具。例如，用剖面掃瞄式電子顯微鏡(X-SEM)可以觀察半導體器件中各個覆層的輪廓，特別是柵極區和源/漏區的分布。

采用剖面掃瞄式電子顯微鏡(X-SEM)了解半導體器件的微觀結構時，通常需對要觀察的樣品進行腐蝕處理，以獲得適合觀察的樣品表面。

現在，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，由于半導體尺寸趨小化發展，特別是對于65nm工藝及其以下的工藝，結深較淺，在使用腐蝕溶液時，往往會出現過腐蝕問題。圖1為采用腐蝕處理溶液腐蝕半導體器件后的二次電子像圖片，如圖1所示，經過腐蝕處理溶液腐蝕后，半導體器件中的柵極區401或源/漏區域402受到破壞，不能真實反映源/漏區域的深度，造成觀察效果較差，不能準確定位缺陷的位置。當腐蝕時間減小到大約1秒至2秒時，腐蝕速度太快，控制困難，腐蝕處理的重復性差、可靠性差。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種用于半導體器件失效分析的檢測方法，以獲得半導體器件的源/漏區的結剖面形貌，提供判斷器件是否失效的依據。

為解決上述問題，本發明提供一種用于半導體器件失效分析的檢測方法，包括：利用聚焦離子束，對半導體器件剖面進行磨削，以改變結剖面的表面特性；利用腐蝕處理溶液，對所述半導體器件的剖面進行腐蝕，以顯露出結剖面形貌；利用放大成像裝置得到對應所述半導體器件中源/漏區的結剖面形貌的圖像資料，觀察所述圖像資料以獲取所述半導體器件所產生的缺陷的分布情況。

可選地，所述檢測方法在利用聚焦離子束，對產生有缺陷的半導體器件進行磨削之前還包括：電性檢測所述半導體器件，以確定所述半導體器件中是否存在缺陷，并在所述半導體器件存在缺陷時確定所述缺陷的類型。

可選地，所述缺陷包括漏電結、接觸尖峰、PN結缺陷、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，對產生有缺陷的半導體器件進行磨削的步驟具體包括：對應所述半導體器件的源/漏區施加聚焦離子束，以改變半導體器件結剖面的表面性狀。

可選地，利用聚焦離子束，對產生有缺陷的半導體器件的源/漏區進行磨削具體包括：首先以能量強度較大的離子束進行粗磨削；再以能量強度較小的離子束進行精磨削。

可選地，所述聚焦離子束為鎵離子束；在粗磨削時的束流為800皮安至1200皮安，磨削時間為8分鐘至12分鐘；在精磨削時的束流為100皮安～300皮安，磨削時間為1分鐘～2分鐘。

可選地，所述利用腐蝕處理溶液，對所述半導體器件的剖面進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；

將所述半導體器件浸泡在所述腐蝕處理溶液中或將所述腐蝕處理溶液滴覆于所述半導體器件上，進行腐蝕處理；

將腐蝕處理后的半導體器件用去離子水沖洗，并進行干燥處理。

可選地，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％。