溝槽柵mos器件缺陷驗(yàn)證方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種溝槽柵MOS器件缺陷驗(yàn)證方法，包含：第一步，對(duì)溝槽柵MOS器件樣品進(jìn)行電學(xué)測(cè)試，掃描柵極對(duì)源極的漏電曲線；第二步，根據(jù)漏電曲線的特性，初步判定缺陷的大致位置；第三步，采用亮點(diǎn)定位工具，定位失效溝槽在芯片上的位置；第四步，結(jié)合第二步的判定結(jié)果，選擇對(duì)應(yīng)的研磨或聚焦離子束方法進(jìn)行制樣；采用KOH或NaOH溶液溶解殘留的柵極多晶硅，找到缺陷位置。
【專利說(shuō)明】溝槽柵MOS器件缺陷驗(yàn)證方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)及制造領(lǐng)域，特別是指一種溝槽柵MOS器件缺陷驗(yàn)證方法。

【背景技術(shù)】
[0002]溝槽柵功率MOSFET作為一種新型垂直結(jié)構(gòu)器件，擁有開(kāi)關(guān)速度快、頻率性能好、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小、溫度特性好、無(wú)二次擊穿問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在穩(wěn)壓器、電源管理模塊、機(jī)電控制、顯示控制、汽車電子等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]對(duì)溝槽柵MOS管，其柵極是溝槽形式，溝道是垂直的，柵氧化層也是垂直的，如圖1所示，I是柵極，5是柵極接觸孔，6是源極接觸孔，7是襯底，柵氧化層可以分為3個(gè)部分:源區(qū)2的柵氧化層、基底區(qū)3的柵氧化層以及漏區(qū)4的柵氧化層。這種特殊結(jié)構(gòu)決定了如果柵氧化層存在缺陷，失效分析會(huì)遇到以下的困難:
[0004]因?yàn)槿毕萋裨跍喜劾锩?，亮點(diǎn)出不來(lái)，大致位置都無(wú)法找到。
[0005]即使有亮點(diǎn)，如果不知道缺陷是在底部還是在側(cè)壁，如圖1中的A、B、C三處存在的缺陷，采用傳統(tǒng)的透射電鏡制樣或者聚焦離子束制樣，難度極大。
[0006]即使定位到缺陷在側(cè)壁或者底部，如何把缺陷制樣出來(lái)也是難題。比如氧化層存在針孔缺陷，針對(duì)平面性MOS管，一般采用化學(xué)腐蝕去除多晶硅，暴露出氧化層，從而平面觀察發(fā)現(xiàn)針孔。而對(duì)于溝槽M0S，側(cè)壁或者底部的針孔由于埋在溝槽內(nèi)部，化學(xué)腐蝕難以深入，幾乎很難觀察到。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種溝槽柵MOS器件缺陷驗(yàn)證方法。
[0008]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗(yàn)證方法，包含:
[0009]第一步，對(duì)溝槽柵MOS器件樣品進(jìn)行電學(xué)測(cè)試，掃描柵極對(duì)源極的漏電曲線；
[0010]第二步，根據(jù)漏電曲線的特性，初步判定缺陷的大致位置；
[0011]第三步，采用亮點(diǎn)定位工具，定位失效溝槽在芯片上的位置；
[0012]第四步，結(jié)合第二步的判定結(jié)果，選擇對(duì)應(yīng)的研磨或聚焦離子束方法進(jìn)行制樣；采用KOH或NaOH溶液溶解殘留的柵極多晶硅，找到缺陷位置。
[0013]進(jìn)一步地，所述第二步，若漏電曲線表現(xiàn)為阻性，則判定缺陷存在于源區(qū)柵氧化層或基底區(qū)柵氧化層；若漏電曲線表現(xiàn)為二極管特性，則判定缺陷存在于漏極區(qū)柵氧化層。
[0014]進(jìn)一步地，所述第三步的亮點(diǎn)定位工具采用如液晶、發(fā)光顯微鏡或者光致阻值變化顯微鏡；在亮點(diǎn)定位前，還需要采用鹽酸去除鋁層，只保留鈦/氮化鈦層，使亮點(diǎn)能夠透出。
[0015]進(jìn)一步地，所述第四步，若結(jié)合第二步推測(cè)的缺陷位于漏極區(qū)柵氧化層，則從正面研磨此樣品。
[0016]進(jìn)一步地，從正面研磨至柵極厚度殘留為10?10nm ;殘留的量取決于溝槽柵MOS工藝尺寸，以及后續(xù)失效分析機(jī)臺(tái)的解析度。
[0017]進(jìn)一步地，所述第四步，若結(jié)合第二步漏電曲線判定的缺陷位于源區(qū)柵氧或者基底區(qū)柵氧化層，則采用聚焦離子束制樣。
[0018]進(jìn)一步地，采用聚焦離子束制樣，在制樣目標(biāo)區(qū)域兩側(cè)挖出凹坑，凹坑長(zhǎng)度在10?20ym，寬度在2?20 μm，深度大于溝槽深度；制樣品長(zhǎng)度在10?20ym，厚度在100?400nm，深度大于溝槽深度；殘留柵極多晶硅溶解之后，用SEM(掃描電子顯微鏡)把樣品傾斜一定角度，找到缺陷位置。
[0019]本發(fā)明所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗(yàn)證方法，先采用電學(xué)定位定出缺陷區(qū)域，再通過(guò)亮點(diǎn)分析找到具體位置，最后采用對(duì)應(yīng)的制樣方法找到缺陷位置，能夠解決溝槽柵MOS器件缺陷難以定位及制樣的難題。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是溝槽柵MOS結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2A?2C是柵氧化層缺陷及對(duì)應(yīng)電學(xué)曲線示意圖。
[0022]圖3是樣品正面研磨示意圖。
[0023]圖4是凹坑制樣剖面示意圖。
[0024]圖5是凹坑制樣平面示意圖。
[0025]圖6是本發(fā)明方法流程圖。
[0026]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0027]I是多晶硅柵極，2是源極，3是基底，4是漏極，5是柵極接觸孔，6是源極接觸孔，7是襯底，a是制樣長(zhǎng)度，b是凹坑寬度，c是凹坑長(zhǎng)度，d是制樣厚度，h是制樣深度。

【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗(yàn)證方法，其具體的操作步驟如下:
[0029]第一步，首先對(duì)器件進(jìn)行電學(xué)測(cè)試，掃描柵極對(duì)源極漏電曲線。缺陷可能存在于源區(qū)柵氧化層、基底區(qū)柵氧化層、漏端柵氧化層等三個(gè)位置，分別對(duì)應(yīng)于如圖1中所示的A、B、C三個(gè)位置。這三個(gè)位置會(huì)表現(xiàn)出不同的柵氧漏電曲線:
[0030]如圖2A所示，是源區(qū)柵氧化層存在缺陷的等效示意圖以及對(duì)應(yīng)的電學(xué)曲線，圖2B所示的是基底區(qū)柵氧化層存在缺陷的等效示意圖及對(duì)應(yīng)的電學(xué)曲線，圖2C是漏極柵氧化層存在缺陷的等效示意圖及對(duì)應(yīng)的電學(xué)曲線。
[0031]第二步，根據(jù)I中曲線，若曲線表現(xiàn)為阻性，即圖2A及2B所示的電學(xué)曲線，則基本斷定缺陷存在于源區(qū)柵氧化層或者基底區(qū)柵氧化層:若曲線表現(xiàn)為二極管特性，即圖2C所示的電學(xué)曲線，則基本斷定缺陷存在于漏極區(qū)柵氧化層。
[0032]第三步，采用亮點(diǎn)定位工具，一般采用LC (液晶),EMMI (發(fā)光顯微鏡)、0BIRCH(光致阻值變化顯微鏡)，定位出失效溝槽在芯片上的位置。在亮點(diǎn)定位前，需要采用鹽酸去除AL層，只留Ti/TiN層，以便亮點(diǎn)可以透出來(lái)。
[0033]第四步，結(jié)合第二步的分析結(jié)果，若推測(cè)缺陷存在于漏極區(qū)柵氧化層，從正面研磨此樣品，直至柵極厚度殘留10?100納米左右，如圖3所示。此柵極厚度要?dú)埩舳嗌?，和溝槽柵MOS工藝尺寸，以及后續(xù)失效分析機(jī)臺(tái)解析度相關(guān)。采用KOH或者NaOH溶液，腐蝕掉殘留柵極多晶硅，找到缺陷位置。如采用KOH溶液，可采用室溫下10?15分鐘，KOH 23.40%,酒精 13.60%，水 63%。
[0034]結(jié)合第二步的分析結(jié)果，若缺陷存在于源區(qū)柵氧化層或者基底區(qū)柵氧化層，則采用FIB(聚焦離子束)制樣。如圖4、圖5所示。在制樣目標(biāo)區(qū)域兩側(cè)挖出凹坑，凹坑長(zhǎng)度c在10?20微米，寬度b在2?20微米，深度h以大于溝槽深度為宜。制樣長(zhǎng)度a在10?20微米，厚度d在100?400納米。采用KOH溶液或者NaOH，腐蝕掉殘留柵極多晶硅。如采用KOH溶液，可采用室溫下10?15分鐘，KOH 23.40%，酒精13.60%，水63%。然后用SEM(掃描電鏡)，把樣品傾斜一定角度，即可找到缺陷位置。
[0035]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種溝槽柵MOS器件缺陷驗(yàn)證方法，其特征在于:包含如下的步驟: 第一步，對(duì)溝槽柵MOS器件樣品進(jìn)行電學(xué)測(cè)試，掃描柵極對(duì)源極的漏電曲線； 第二步，根據(jù)漏電曲線的特性，初步判定缺陷的大致位置； 第三步，采用亮點(diǎn)定位工具，定位失效溝槽在芯片上的位置； 第四步，結(jié)合第二步的判定結(jié)果，選擇對(duì)應(yīng)的研磨或聚焦離子束方法進(jìn)行制樣；采用KOH或NaOH溶液溶解殘留的柵極多晶硅，找到缺陷位置。
2.如權(quán)利要求1所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗(yàn)證方法，其特征在于:所述第二步，若漏電曲線表現(xiàn)為阻性，則判定缺陷存在于源區(qū)柵氧或基底區(qū)柵氧；若漏電曲線表現(xiàn)為二極管特性，則判定缺陷存在于漏極區(qū)柵氧。
3.如權(quán)利要求1所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗(yàn)證方法，其特征在于:所述第三步的亮點(diǎn)定位工具采用如液晶、發(fā)光顯微鏡或者光致阻值變化顯微鏡；在亮點(diǎn)定位前，還需要采用鹽酸去除鋁層，只保留鈦/氮化鈦層，使亮點(diǎn)能夠透出。
4.如權(quán)利要求1所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗(yàn)證方法，其特征在于:所述第四步，若結(jié)合第二步推測(cè)的缺陷位于漏極區(qū)柵氧，則從正面研磨此樣品。
5.如權(quán)利要求4所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗(yàn)證方法，其特征在于:從正面研磨至柵極厚度殘留為10?10nm ;殘留的量取決于溝槽柵MOS工藝尺寸以及后續(xù)失效分析機(jī)臺(tái)的解析度。
6.如權(quán)利要求1所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗(yàn)證方法，其特征在于:所述第四步，若結(jié)合第二步漏電曲線判定的缺陷位于源區(qū)柵氧或者基底區(qū)柵氧，則采用聚焦離子束制樣。
7.如權(quán)利要求6所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗(yàn)證方法，其特征在于:采用聚焦離子束制樣，在制樣目標(biāo)區(qū)域兩側(cè)挖出凹坑，凹坑長(zhǎng)度在10?20 μ m，寬度在2?20 μ m，深度大于溝槽深度；制樣品長(zhǎng)度在10?20 μ m，厚度在100?400nm，深度大于溝槽深度；殘留柵極多晶硅溶解之后，用掃描電子顯微鏡把樣品傾斜一定角度，找到缺陷位置。
【文檔編號(hào)】G01N1/32GK104483615SQ201410835941
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】馬香柏 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司