[發明專利]柵氧化層失效點的定位方法

有效

• 申請號: 201410076780.8
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103926264A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 李桂花;仝金雨;劉君芳;郭偉;李劍
• 申請（專利權）人: 武漢新芯集成電路制造有限公司
• 主分類號: G01N23/22
• 分類號: G01N23/22;H01L21/66
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 吳俊

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種柵氧化層失效點的定位方法。

背景技術

隨著集成電路尺寸的不斷縮小，半導體器件的柵氧化層(Gate?oxide，簡稱GOX)的品質以及可靠性變的越來越重要，但是，由于半導體器件尺寸的減小，定位柵氧化層上存在的失效點卻變的越來越困難。

柵氧化層擊穿電壓測試（GOI?V-ramp)是評估柵氧化層質量的一種常用方法，而柵氧化層擊穿電壓測試結構一般都很大（幾千，甚至幾萬平方微米），因此柵氧化層擊穿點（又稱失效點）的定位作為物理失效分析（PFA）的前提在柵氧化層擊穿電壓測試失效分析中顯得尤為重要。現在常用的柵氧化層擊穿點定位方法是利用機臺光發射顯微鏡（EMMI）或者激光誘導電壓/電流變化顯微鏡（Laser或OBIRCH）進行定位，可以得到一張利用顏色對擊穿點（又稱發光點或熱點）進行標記的光學圖片，然后依據這張光學圖片提供的信息，再在實際的樣品上對擊穿點進行定位。

目前，柵氧化層擊穿點（失效點）定位的基本過程如下：

步驟一，擊穿點光學圖片的獲取：利用機臺光發射顯微鏡（EMMI）或者激光誘導電壓/電流變化顯微鏡（Laser或OBIRCH）得到一張利用顏色對擊穿點（又稱發光點或熱點）圖像進行標記的光學圖片，圖1是是本發明背景技術中利用顏色對柵氧化層擊穿點進行標記的光學圖示意圖，其中11為利用顏色標記的擊穿點的圖像（該顏色可以為紅色、綠色等可以區分出擊穿點的顏色）、2為柵氧化層的圖像、4是PAD點、3為晶圓的切割道的圖像。

步驟二，樣品前處理：利用機械研磨和化學刻蝕的方法對樣品進行前期處理（即一層一層的將上層的金屬連線去除），同時為了能在掃描電鏡中真實的看到柵極，一般會處理到柵極剛露出來或留有一層薄薄的氧化層（小于100納米，氧化層越厚，圖形越不清楚），這對樣品研磨的要求很高，需要浪費較多的時間（大于1小時），而且很容易由于過量掩膜而無法確認是樣品本身的缺陷還是樣品研磨造成的破壞。由于一般情況下，柵極氧化層的擊穿對柵極的破壞不明顯，因此即使研磨的很精準，也往往看不到真實的擊穿點。

步驟三，擊穿點在實際樣品中的定位：借助步驟1中得到的光學圖片（圖1）提供的信息，可以在實際的樣品上對擊穿點進行定位。目前常用的方法就是采用掃描電鏡（SEM)直接觀察法（即在掃描電鏡中觀察步驟二中制備的樣品)。如果無法觀察到失效點（60～70%的可能性直接觀察法看不到失效點），我們一般會采用對光學圖片和實際樣品進行量測比對的方法定位，圖2是是本發明背景技術中根據圖1確定的柵氧化層中擊穿點位置的電鏡圖示意圖，其中2＇電鏡圖中的柵氧化層的圖形、4＇是電鏡圖中的PAD點的圖形、3＇是電鏡圖中的晶圓的切割道的圖形，根據圖1中的11的位置確定圖2中11＇的位置，具體計算方法如下：

A/B=A＇/B＇（確定X方向位置）

C/D=C＇/D＇（確定Y方向位置）

但是量測的準確度由于受到光學圖片的清晰度、角度、擊穿點的大小、測試結構的特征性、大小等多個因素的影響，定位的準確度較差，一般擊穿點圖形的位置的長度在3-5微米。這大大增加了后續透射電鏡（TEM）樣品的制備時間（約為常規透射電鏡樣品制備的3-5倍），甚至可能會由于定位不準確而造成失效分析失敗。

因此，如何精確定位柵氧化層的擊穿點，從而提高柵氧化層擊穿電壓測試失效分析的成功率以及效率成為本領域技術人員致力研究的方向。

中國專利（公開號：CN101807535A）公開了一種用于柵氧化層失效分析的測試結構及柵氧化層失效分析方法，所述測試結構包括含有柵氧化層的待測半導體器件，以及位于所述待測半導體器件外圍的在施加偏置電壓后能產生光發射的至少1個半導體器件，避免了現有技術在失效定位過程中產生的疊圖偏差,達到準確定位柵氧化層的失效位置的目的。

中國專利（公開號：CN101807535A）公開了一種對柵氧化層進行失效分析的方法，包括：用熱凝膠將失效晶片倒貼在基片上，所述失效晶片包括襯底及襯底上的柵氧化層；將所述失效晶片的襯底研磨至一定厚度或全部去除所述襯底；用堿性溶液浸泡所述晶片表面；對所述失效晶片進行觀測，所述控制柵有損壞時，所述柵氧化層有缺陷；所述控制柵沒有損壞時，所述柵氧化層完好。該發明的失效晶片檢測方法簡單、用時較短、不易失敗、成本較低。

上述兩件專利均公開了柵氧化層失效點的定位方法，但與本發明所公開的柵氧化層失效點的定位方法所采取的技術方案并不相同。

發明內容