一種柵氧化層缺陷原貌的失效分析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體缺陷分析【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種柵氧化層缺陷原貌的失效分析方法，首先在一個(gè)預(yù)設(shè)電壓的條件下篩選出具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，然后對該具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作，先研磨掉金屬互連層，然后用掃描電鏡電壓對比方法確定柵氧化層缺陷位置，再依次去除互連線、介電層和柵極，并在剩下的柵氧化層上沉積一層與柵氧化層透射電鏡襯度對比度較大的襯度對比層，在有問題的柵極區(qū)域進(jìn)行透射電鏡樣品制備，最后通過透射電鏡來進(jìn)行分析。通過該方法可以清晰的觀察柵氧化層缺陷原貌，為查找柵氧化層制程工藝缺陷提供有力的依據(jù)和方向。
【專利說明】一種柵氧化層缺陷原貌的失效分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體缺陷分析【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種柵氧化層缺陷原貌的失效分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柵氧化層擊穿電壓測試(G0I/0N0 Vramp)是評估柵氧化層工藝的一個(gè)常用方法，經(jīng)柵氧化層擊穿電壓測試后的樣品通常已經(jīng)發(fā)生了柵氧化層的擊穿，即使沒有擊穿，在后續(xù)的失效分析定位(抓熱點(diǎn))過程中也要發(fā)生擊穿(只有擊穿后，后續(xù)的物性分析才能觀察到失效點(diǎn)，機(jī)臺分辨率有限，如掃描電鏡分辨率零點(diǎn)幾納米以上)。因此，現(xiàn)有柵氧化層擊穿電壓測試失效分析基本是對柵氧化層擊穿后狀況的分析，具體的方法有兩種:聚焦離子束切割法和化學(xué)刻蝕法。
[0003]聚焦離子束切割法:利用定位機(jī)臺抓到熱點(diǎn)后，對熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行FIB切割，此方法可以比較全面的看到柵氧化層擊穿后狀況，包括擊穿點(diǎn)的位置(一般是一個(gè)方向，要看兩個(gè)方向的位置就要采用3D樣品制備的方法)，柵極的尺寸，是否有外來污染等。
[0004]化學(xué)刻蝕法:利用定位機(jī)臺抓到熱點(diǎn)后，采用化學(xué)刻蝕的方法選擇性的去除柵極(比如膽堿對柵極和氧化層的選擇比很高)，柵氧化層擊穿點(diǎn)下方的有源區(qū)被刻蝕，因此此方法僅適用于擊穿位置分析(可以同時(shí)看到X，Y兩個(gè)方向的位置)。
[0005]現(xiàn)有柵氧化層擊穿電壓測試失效分析方法只是對柵氧化層擊穿后狀況進(jìn)行分析，而且一般柵氧化層擊穿后柵氧化層破壞嚴(yán)重，因此無法了解柵氧化層擊穿前的狀況，這對查找失效原因很不利。
[0006]中國專利(CN103346076A)記載了一種改善柵氧有源區(qū)缺陷的方法，在襯底上生長柵氧化層；在柵氧化層上淀積多晶硅層，進(jìn)行N型多晶硅柵預(yù)摻雜，在多晶硅層上形成包括PEOX層和O3TEOS層的疊層的多晶硅柵掩膜層，在多晶硅柵掩膜層上形成抗反射層，在抗反射層上形成光刻膠，并利用光刻膠刻蝕多晶硅層以形成多晶硅柵。
[0007]中國專利(CN101393864)記載了一種去除缺陷膜層的方法，包括以下步驟；提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體沉底上依次包含有第一膜層和缺陷第二膜層，用刻蝕第二膜層的速率大于刻蝕第一膜層的速率的溶液去除缺陷第二膜層。
[0008]上述兩個(gè)專利均未記載本發(fā)明對柵氧化層缺陷原貌進(jìn)行失效分析的相關(guān)技術(shù)特征。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種柵氧化層缺陷原貌的失效分析方法。
[0010]一種柵氧化層缺陷原貌的失效分析方法，其中，包括以下步驟:
[0011]步驟SI，提供具有柵極結(jié)構(gòu)和位于該柵極結(jié)構(gòu)上方的金屬互連層的若干待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵氧化層、柵極和互連線；
[0012]步驟S2，于每個(gè)所述待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上均施加一預(yù)設(shè)電壓，以篩選出具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；
[0013]步驟S3，去除所述金屬互連層，以將所述具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的互連線予以暴露后，繼續(xù)采用電壓對比工藝定位具有柵氧化層缺陷的柵極結(jié)構(gòu)；
[0014]步驟S4，對具有柵氧化層缺陷的柵極結(jié)構(gòu)進(jìn)行失效分析；
[0015]其中，所述預(yù)設(shè)電壓在篩選出所述具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)時(shí)，不會將具有缺陷的柵氧化層擊穿。
[0016]上述的方法，其中，所述待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括介電層，所述介電層位于所述金屬互連層和所述柵極結(jié)構(gòu)之間。
[0017]上述的方法，其中，在進(jìn)行所述步驟S3后，將所述具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的互連線與介電層去除，以將所述具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極予以暴露。
[0018]上述的方法，其中，所述步驟S4具體為:
[0019]繼續(xù)去除所述具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極后，沉積一襯度對比層以將所述具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵氧化層的表面予以覆蓋，并在具有柵氧化層缺陷的柵極區(qū)域進(jìn)行透射電鏡樣品制備后，采用透射電鏡對柵氧化層缺陷原貌進(jìn)行透射電鏡分析。
[0020]上述的方法，其中，采用物理沉積的方法沉積所述襯度對比層。
[0021]上述的方法，其中，所述襯度對比層材質(zhì)為鉬金。
[0022]上述的方法，其中，在所述步驟S4中，采用膽堿去除具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極。
[0023]上述的方法，其中，所述步驟S3中，在加速電壓條件下采用掃描電子束或聚焦離子束對所述具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的互連線和柵極進(jìn)行電壓對比工藝。
[0024]上述的方法，其中，所述掃描電子束加速電壓的取值范圍為0.7-5KV，所述聚焦離子束加速電壓為15-30KV。
[0025]上述的方法，其中，通過半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可靠性測試曲線差異來確定所述預(yù)設(shè)電壓的值。
[0026]上述的方法，其中，所述柵氧化層為ONO介質(zhì)層或氧化層。
[0027]通過上述方法，通過在預(yù)設(shè)的電壓下篩選出具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并確保該待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵氧化層沒有擊穿，然后對該待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的進(jìn)行柵氧化層缺陷原貌分析，這樣可以很方便的了解到柵氧化層被擊穿前的狀況，從而為查找柵氧化層制程工藝缺陷提供了有力的依據(jù)和明確的方向。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是去除金屬互連層后的具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是去除互連線和介電層后的具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4是去除柵極后的具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5是在柵氧化層上沉積一層襯度對比層后的具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但是不作為本發(fā)明的限定。本發(fā)明涉及一種柵氧化層缺陷原貌分析失效的方法，首先提供具有柵極結(jié)構(gòu)和位于該柵極結(jié)構(gòu)上方的金屬互連層的若干待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且該柵極結(jié)構(gòu)包括柵氧化層、柵極4和互連線6，優(yōu)選的，該柵氧化層可以為氧化層或ONO介質(zhì)層，為了更清楚的對本發(fā)明進(jìn)行闡述，本實(shí)施例以O(shè)NO (Oxide Nitride Oxide)介質(zhì)層為例，即上述柵氧化層按照從下至上的順序依次包括第一氧化層1、氮化層2和第二氧化層3。
[0034]于每個(gè)待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上均施加一預(yù)設(shè)電壓，該預(yù)設(shè)電壓的值通過半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可靠性測試曲線差異來確定，以篩選出具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在篩選出具有柵氧化層缺陷9的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)時(shí)，不會將具有缺陷9的柵氧化層擊穿。
[0035]然后去除金屬互連層7，以將具有柵氧化層缺陷9的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的互連線6和位于金屬互連層7與柵極4結(jié)構(gòu)之間的介電層5予以暴露后，繼續(xù)采用電壓對比工藝獲取具有柵氧化層缺陷9的柵極結(jié)構(gòu)，如圖2所示，其中，在低加速電壓條件下采用掃描電鏡(SEM)的掃描電子束(e-beam)(電子束對柵氧化層基本沒有損傷)或聚焦離子束電鏡(FIB)的聚焦離子束(1-beam)對具有柵氧化層缺陷9的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的互連線6和柵極4進(jìn)行電壓對比工藝，該掃描電子束加速電壓的范圍為0.7-5KV，聚焦離子束加速電壓為15-30KV。之后將具有柵氧化層缺陷9的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的互連線6與介電層5去除，以將具有柵氧化層缺陷9的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極4予以暴露，如圖3所示。
[0036]如圖4所示，繼續(xù)去除具有柵氧化層缺陷9的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極4。采用物理沉積的方法沉積一襯度對比層8將具有柵氧化層缺陷9的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵氧化層的表面予以覆蓋，如圖5所示。該襯度對比層材質(zhì)為鉬金或其他滿足條件的金屬，并在具有柵氧化層缺陷9的柵極區(qū)域進(jìn)行透射電鏡樣品制備后，采用透射電鏡對柵氧化層缺陷9原貌進(jìn)行透射電鏡分析。
[0037]其中，使用化學(xué)刻蝕的方法去除具有柵氧化層缺陷9的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極4，具體的，采用膽堿選擇性的去除具有柵氧化層缺陷9的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極4，這是由于膽堿對柵極與柵氧化層的選擇比高達(dá)5000:1以上。
[0038]通過上述方法，通過在預(yù)設(shè)的電壓下篩選出具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并確保該待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵氧化層沒有擊穿，然后對該待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的進(jìn)行柵氧化層缺陷原貌分析，這樣可以很方便的了解到柵氧化層被擊穿前的狀況，從而為查找柵氧化層制程工藝缺陷提供了有力的依據(jù)和明確的方向。
[0039]通過說明和附圖，給出了【具體實(shí)施方式】的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例，基于本發(fā)明精神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。
[0040]對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種柵氧化層缺陷原貌的失效分析方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟Si，提供具有柵極結(jié)構(gòu)和位于該柵極結(jié)構(gòu)上方的金屬互連層的若干待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵氧化層、柵極和互連線； 步驟S2，于每個(gè)所述待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上均施加一預(yù)設(shè)電壓，以篩選出具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)； 步驟S3，去除所述金屬互連層，以將所述具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的互連線予以暴露后，繼續(xù)采用電壓對比工藝定位具有柵氧化層缺陷的柵極結(jié)構(gòu)； 步驟S4，對具有柵氧化層缺陷的柵極結(jié)構(gòu)進(jìn)行失效分析； 其中，所述預(yù)設(shè)電壓在篩選出所述具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)時(shí)，不會將具有缺陷的柵氧化層擊穿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括介電層，所述介電層位于所述金屬互連層和所述柵極結(jié)構(gòu)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行所述步驟S3后，將所述具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的互連線與介電層去除，以將所述具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極予以暴露。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S4具體為: 繼續(xù)去除所述具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極后，沉積一襯度對比層以將所述具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵氧化層的表面予以覆蓋，并在具有柵氧化層缺陷的柵極區(qū)域進(jìn)行透射電鏡樣品制備后，采用透射電鏡對柵氧化層缺陷原貌進(jìn)行透射電鏡分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，采用物理沉積的方法沉積所述襯度對比層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述襯度對比層材質(zhì)為鉬金。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步驟S4中，采用膽堿去除具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中，在加速電壓條件下采用掃描電子束或聚焦離子束對所述具有柵氧化層缺陷的待測半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的互連線和柵極進(jìn)行電壓對比工藝。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述掃描電子束的加速電壓的取值范圍為0.7-5KV，所述聚焦離子束的加速電壓為15-30KV。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可靠性測試曲線差異來確定所述預(yù)設(shè)電壓值。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述柵氧化層為ONO介質(zhì)層或氧化層。
【文檔編號】H01L21/66GK104078343SQ201410314190
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】李桂花, 仝金雨, 郭偉, 劉君芳, 李品歡 申請人:武漢新芯集成電路制造有限公司