[發明專利]鏈式通孔結構樣品處理方法及失效測試方法

有效

• 申請號: 201410163436.2
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103972047A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 唐涌耀;陳強
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/768;G01R31/28
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 王宏婧

技術領域

本發明涉及半導體制備技術領域，特別涉及一種鏈式通孔結構樣品處理方法及失效測試方法。

背景技術

半導體芯片制造過程中通常使用鏈式通孔(Via Chain)測試結構來監控后道金屬互聯層中的工藝問題，可靠性測試過程中也會使用相同的結構以對通孔及后道金屬線進行相關可靠性評估測試。鏈式通孔失效時，特別是在整體電阻測試結果偏大甚至開路(Open)時，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，然后再進行失效分析。

圖1是鏈式通孔測試結構剖面示意圖，如圖1所示，鏈式通孔測試結構包括：形成于介質層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，從而形成鏈式通孔結構。所述鏈式通孔結構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。

常規失效分析時，需要先處理測試樣品，也就是先將樣品去層(De-l20yer)，研磨直至暴露第二金屬層120，然后對該結構一端的金屬焊墊130進行接地處理，再使用聚焦離子束顯微鏡(FIB)進行電壓對比度(Voltage Contrast，簡稱VC)測試。

圖2是現有技術中使用聚焦離子束顯微鏡進行電壓對比度測試的鏈式通孔結構的失效位置定位示意圖，如圖2所示，當聚焦離子束顯微鏡的離子束打到第二金屬層120時，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走，在聚焦離子束顯微鏡中顯示為白色，由于某個通孔和第一金屬層100開路，導致后段的金屬層上的離子無法被導走，積累在金屬層上，顯現為黑色，這樣失效位置就確定在黑白交界處，如圖2虛線框所示，對失效位置進行標注，以便最后進行物性失效解析驗證。

實際工作中，鋁制程鏈式通孔使用此方法測試比較方便，但對于銅工藝結構的鏈式通孔，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，由于銅的延展性，研磨產生的銅顆粒經常會造成相鄰金屬線間短路，甚至一大片金屬線短路，當使用聚焦離子束顯微鏡進行電壓對比度測試，離子束打到第二金屬層120，由于第二金屬層120短路導致電壓對比度無異常點，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。

為解決這一問題，需要找到一種鏈式通孔結構失效定位的樣品處理方法，使得鏈式通孔結構樣品處理后不會發生銅金屬線短路，通過使用聚焦離子束顯微鏡進行電壓對比度測試有效定位失效位置。

發明內容

本發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行電壓對比度測試，進而不能定位失效位置的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種鏈式通孔結構樣品處理方法，包括:提供一鏈式通孔結構初始樣品，所述鏈式通孔結構初始樣品包括形成于介質層中的第一溝槽、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；

對所述鏈式通孔結構初始樣品進行研磨，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，形成鏈式通孔結構測試樣品。

可選的，在鏈式通孔結構樣品處理方法中，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。

可選的，在鏈式通孔結構樣品處理方法中，所述氨水與過氧化氫的體積比為1:1～1:1.2。

可選的，在鏈式通孔結構樣品處理方法中，所述濕法刻蝕工藝采用的溶液為硝酸。

可選的，在鏈式通孔結構樣品處理方法中,所述硝酸的濃度為60～80％。

可選的，在鏈式通孔結構樣品處理方法中,所述鏈式通孔結構初始樣品還包括形成于所述通孔以及第二溝槽側壁的氮化鉭層，所述鉭層覆蓋于所述氮化鉭層。