CN100373573C - 深次微米半导体器件中致命缺陷的确认方法 - Google Patents

Abstract

深次微米半导体器件中致命缺陷的确认方法，包括：步骤S101，用TEM定性定位检测半导体器件样品，确定半导体器件检测样品中是否存在硅晶体缺陷/位错缺陷，并确定缺陷的类型。步骤S102，如果半导体器件中存在缺陷，样品用本发明的扫描电子显微镜(SEM)检测样品腐蚀处理溶液腐蚀处理检测样品；步骤S103，用扫描电子显微镜(SEM)检测样品的剖面，可以确定缺陷存在的膜层位置，和确定缺陷是否是致命缺陷。制备SEM检测样品腐蚀溶液，包括：HNO₃、CH₃COOH、HF、Cu(NO₃)₂搅拌混合形成的混合酸溶液。

Description

深次微米半导体器件中致命缺陷的确认方法

技术领域

本发明总的涉及半导体器件中致命缺陷的确认方法，特别涉及深次微米半导体器件中致命缺陷的确认方法。

背景技术

随着半导体集成电路的性能和制造技术的飞速发展，和降低半导体集成电路的成本需求，在快速发展的半导体工业中，失效分析起到极其重要的作用。

随着超大规模集成电路(ULSI)的发展，在例如0.13μm的深次微米工艺体系中，使用轻掺杂漏(LDD)/源/漏扩大区(SDE)技术。为了使源/漏扩大区(SDE)更浅，以控制短沟道效应。采用例如铟(In)的大质量杂质作为在接近源/漏PN结的沟道中的小区域掺杂杂质，以控制击穿，和控制更浅的LDD)/SDE深度。但是，用离子注入方法在小区域掺杂工艺中所需要的In杂质的剂量会形成掩埋空气层。形成的掩埋空气层与单晶硅之间有界面。在该界面处的硅仍然是晶体，但是，该硅晶体受到严重损坏，造成硅晶格缺陷。用离子注入掺杂方法形成的例如晶格位错或晶格层错等缺陷。如果所述的硅缺陷位于LDD)/SDE耗尽区，在随后的工艺过程中如果无法完全修复，这些缺陷将成为致命缺陷，那么，PN结会产生漏电流，造成半导体器件受到损坏和产生故障。

通常用二次离子质谱仪测定方法(SMIS)识别PN结的深度。但是，由于二次离子质谱仪测定方法(SMIS)检测速度慢，分析所耗费的时间长，所以，不适合对小区域进行分析。而且，用二次离子质谱仪测定方法(SMIS)检测只能在还没有形成半导体器件的控晶片上进行检测，检测结果不能完全真实地反映产品中存在的缺陷。

因此，我们用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)来检测缺陷的位置深度和缺陷是否位于PN结的耗尽层中。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)是了解半导体器件的微观结构的重要而快速的工具。例如。用扫描电子显微镜(SEM)可以观察深次微米半导体器件中各个膜层的轮廓，特别是观察栅和PN结深度形状，在缺陷分析中极其重要。

用扫描电子显微镜(SEM)了解半导体器件的微观结构时，通常必需对要观察的样品进行腐蚀处理，以获得适合用扫描电子显微镜(SEM)观察的样品表面。

现在，在制备扫描电子显微镜(SEM)检测样品最广泛使用的传统样品腐蚀处理溶液是：水(H₂O)+65％的硝酸(HNO₃)+49％的氢氟酸(HF)混合而成的混合酸。常用的各种组份酸的混合比是：水(H₂O)∶65％的硝酸(HNO₃)∶49％的氢氟酸(HF)＝20ml∶50ml∶1ml。但是，这种腐蚀溶液用于腐蚀深次微米超大规模半导体集成电路(ULSI)中作为腐蚀深次微米技术中的重掺杂层时，容易出现严重的过腐蚀，不能真实反映PN结的深度，不能准确定位缺陷的位置。当腐蚀时间减小到大约1秒钟时，腐蚀速度太快，控制困难，腐蚀处理的重复性差，可靠性差。

为了克服现有的制备扫描电子显微镜(SEM)检测样品最广泛使用的样品腐蚀处理溶液存在的缺点，提出本发明。

发明内容

本发明的目的是，提供一种新的深次微米半导体器件中致命缺陷的确认方法。

本发明的另一个目的，提供一种扫描电子显微镜(SEM)检测样品腐蚀处理溶液。

按本发明一个技术方案的深次微米半导体器件中致命缺陷的确认方法，首先，用透射电子显微镜(TEM)定性定位检测半导体器件样品，确定半导体器件检测样品中是否存在硅晶体缺陷/位错缺陷，并确定缺陷的类型；如果半导体器件中存在缺陷，那么，用扫描电子显微镜(SEM)检测样品的剖面，可以确定缺陷存在的膜层位置，和确定缺陷是否是致命缺陷。

在用MOSAID(金属-氧化物-半导体存储器件测试机)/PVC(电位衬度定位法)确认的位置，用聚焦离子束(FIB)制备透射电子显微镜(TEM)检测样品。在用扫描电子显微镜(SEM)检测样品的剖面之前，样品用按本发明另一技术方案开发调配的新扫描电子显微镜(SEM)检测样品腐蚀处理溶液腐蚀处理检测样品，由于半导体器件中各个膜层的腐蚀速度不同，腐蚀后的样品可以清楚地显示出各膜层的结构，因此，用扫描电子显微镜(SEM)检测样品的剖面，可以确定缺陷存在的膜层位置，和确定缺陷是否是致命缺陷。

按本发明另一技术方案的扫描电子显微镜(SEM)检测样品腐蚀处理溶液是，65％的硝酸(HNO₃)+醋酸(CH₃COOH)+49％的氢氟酸(HF)+硝酸铜(Cu(NO₃)₂)搅拌混合形成的混合酸溶液。这种混合酸溶液中各个组份的混合比例是：20ml65％的HNO₃∶lOOml CH₃COOH∶1ml49％的HF：(0.8-1.2)g Cu(N0₃)₂。这种混合酸溶液中，HNO₃用作氧化剂，CH₃COOH用作缓冲剂，HF用作配位剂，Cu(NO₃)₂具有电化学移位功能，用于改善HN0₃+CH₃COOH+HF的混合酸溶液。用本发明的混合酸溶液腐蚀时间适当，有适当的腐蚀速率，能保证更好的重复性。

扫描电子显微镜(SEM)检测样品腐蚀处理溶液用于开发深次微米技术，用本发明的扫描电子显微镜(SEM)检测样品腐蚀处理溶液制备样品的工艺步骤包括：

步骤1，65％的硝酸(HN0₃)+醋酸(CH₃COOH)+49％的氢氟酸(HF)+硝酸铜(Cu(N0₃)₂)搅拌混合形成的混合酸溶液；

步骤2，从晶片中切割出要检测的样品，显示出要检测的样品具体位置的剖面：

步骤3，样品浸泡在步骤1中制成的混合酸溶液中进行腐蚀处理，浸泡腐蚀处理的时间大约5秒钟，样品的腐蚀时间可以根据所用的样品制备方法来调节；

步骤4，腐蚀处理后的样品用去离子水冲洗，然后吹干。

用本发明的混合酸腐蚀溶液可以描绘扫描电子显微镜(SEM)检测样品的n+掺杂的轻掺杂漏(NDD)区的轮廓和源/漏扩大区(SDE)的轮廓，和重掺杂的源(S)/漏(D)区的轮廓。可以获得精确度为±200

的重掺杂的源(S)/漏(D)PN结的轮廓。

按本发明的深次微米半导体器件中致命缺陷的确认方法，用TEM检测到的硅晶体缺陷/位错的深度和长度，结合用腐蚀处理溶液腐蚀处理样品和用扫描电子显微镜(SEM)检测样品揭示出的样品的LDD和S/D的轮廓，可以快速评估掺杂引起的硅晶体缺陷/位错是否是造成半导体器件损坏或出现故障的致命性缺陷。此外，本发明方法便于使用，能保证有更好的重复性。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述可以更好地理解本发明目的和本发明的优点，附图是说明书的一个组成部分，附图与说明书的文字部分一起说明本发明的原理和特征，附图中显示出代表本发明原理和特征的实施例。附图中：

图1是一幅TEM照片，显示出在n+离子轻掺杂漏区(NLDD)存在硅晶体缺陷/位错缺陷；

图2是一幅放大倍数更高的TEM照片，显示出在n+离子轻掺杂漏区(NLDD)存在硅晶体缺陷/位错缺陷；

图3是n+离子(砷As)轻掺杂漏区(NLDD)掺杂深度的轮廓图；

图4是n+离子(铟In)轻掺杂漏区(NLDD)掺杂深度的轮廓图；

图5是样品经过本发明的混合酸腐蚀溶液处理揭示出PN结的轮廓后的0.13μm器件的剖视图，图中1-LDD/SDE的深度，2-PN结的深度；和

图6是是样品经过传统的混合酸腐蚀溶液处理揭示出PN结的轮廓后的0.13μm器件的剖视图，显示出有严重的过腐蚀部分。

具体实施方式

以下用实施例详细描述本发明。

[实施例1]

深次微米半导体器件中致命缺陷的确认方法，包括以下步骤：

步骤S101，在用MOSAID/PVC确认的位置用聚焦离子束(FIB)制备透射电子显微镜(TEM)检测样品，用透射电子显微镜(TEM)定性定位检测半导体器件样品，确定半导体器件检测样品中是否存在硅晶体缺陷/位错缺陷，并确定缺陷的类型。

步骤S102，如果半导体器件中存在缺陷，样品用本发明的扫描电子显微镜(SEM)检测样品腐蚀处理溶液腐蚀处理检测样品，由于半导体器件中各个膜层的腐蚀速度不同，腐蚀后的样品可以清楚地显示出各膜层的结构；

步骤S103，用扫描电子显微镜(SEM)检测样品的剖面，可以确定缺陷存在的膜层位置，和确定缺陷是否是致命缺陷。

按本发明的深次微米半导体器件中致命缺陷的确认方法，用TEM检测到的硅晶体缺陷/位错的深度和长度，结合用腐蚀处理溶液腐蚀处理样品和用扫描电子显微镜(SEM)检测样品揭示出的样品的LDD和S/D的轮廓，可以快速评估掺杂引起的硅晶体缺陷/位错是否是造成半导体器件损坏或出现故障的致命性缺陷。此外，本发明方法便于使用，能保证有更好的重复性。

[实施例2]

本发明另一技术方案的扫描电子显微镜(SEM)检测样品腐蚀处理溶液是，65％的硝酸(HNO₃)+醋酸(CH₃COOH)+49％的氢氟酸(HF)+硝酸铜(Cu(NO₃)₂)搅拌混合形成的混合酸溶液。

本发明混合酸溶液中各个组份的混合比例是：20ml65％的HNO₃∶100mlCH₃COOH∶1ml49％的HF∶(0.8-1.2)g Cu(NO₃)₂。

本发明的混合酸溶液中，HNO₃用作氧化剂，CH₃COOH用作缓冲剂，HF用作配位剂，Cu(NO₃)₂具有电化学移位功能，用于改善HNO₃+CH₃COOH+HF的混合酸溶液。用本发明的混合酸溶液腐蚀时间适当，有适当的腐蚀速率，能保证更好的重复性。

[实施例3]

用本发明的扫描电子显微镜(SEM)检测样品腐蚀处理溶液制备样品的方法，包括以下步骤：

步骤1，20m165％的硝酸(HNO₃)+100ml醋酸(CH₃COOH)+1ml49％的氢氟酸(HF)+(0.8-1.2克)硝酸铜(Cu(NO₃)₂)搅拌混合形成的混合酸溶液；

步骤2，从晶片中切割出要检测的样品，显示出要检测的样品具体位置的剖面；

步骤3，样品浸泡在步骤1中制成的混合酸溶液中进行腐蚀处理，浸泡腐蚀处理的时间大约5秒钟，样品的腐蚀时间可以根据所用的样品制备方法来调节；

步骤4，腐蚀处理后的样品用去离子水冲洗，然后吹干。

用本发明的混合酸腐蚀溶液可以修整扫描电子显微镜(SEM)检测样品的n+掺杂的轻掺杂漏(NDD)区的轮廓和源/漏扩大区(SDE)的轮廓，和雷掺杂的源(S)/漏(D)区的轮廓。可以修整获得精确度为±200

的重掺杂的源(S)/漏(D)PN结的轮廓。

以上详细描述了按本发明深次微米半导体器件中致命缺陷的确认方法和腐蚀处理扫描电子显微镜(SEM)检测样品的混合酸腐蚀溶液以及扫描电子显微镜(SEM)检测样品的制备方法。但是本发明不限于本文中的详细描述。本行业的技术人员应了解，本发明能以其他的形式实施。因此，按本发明的全部技术方案，所列举的实施方式只是用于说明本发明而不是限制本发明，并且，本发明不局限于本文中描述的细节。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书界定。

Claims (5)

1.深次微米半导体器件中致命缺陷的确认方法，包括以下步骤：

步骤S101，在用MOSAID(金属-氧化物-半导体存储器件测试机)/PVC(电位程度定位法)确认的位置，用聚焦离子束制备透射电子显微镜检测样品，用透射电子显微镜定性定位检测半导体器件样品，确定半导体器件检测样品中是否存在硅晶体缺陷/位错缺陷，并确定缺陷的类型；

步骤S102，如果半导体器件中存在缺陷，那么，用扫描电子显微镜检测样品腐蚀处理溶液腐蚀处理检测样品，该腐蚀处理溶液包括65％的硝酸+醋酸+49％的氢氟酸+硝酸铜搅拌混合形成的混合酸溶液，由于半导体器件中各个膜层的腐蚀速度不同，腐蚀后的样品可以清楚地显示出各膜层的结构；

步骤S103，用扫描电子显微镜检测样品的剖面，可以确定缺陷存在的膜层位置，和确定缺陷是否是致命缺陷。

2.按权利要求1的方法，其特征是，步骤S102中扫描电子显微镜检测样品制备方法，包括以下步骤：

步骤1，65％的硝酸+醋酸+49％的氢氟酸+硝酸铜搅拌混合形成的混合酸溶液；

步骤2，从晶片中切割出要检测的样品，显示出要检测的样品具体位置的剖面；

步骤3，样品浸泡在步骤1中制成的混合酸溶液中进行腐蚀处理，浸泡腐蚀处理的时间大约5秒钟；

步骤4，腐蚀处理后的样品用去离子水冲洗，然后吹干。

3.按权利要求2的方法，其特征是，步骤1中用的混合酸溶液中各个组份的混合比例是：20ml 65％的HNO₃：100ml CH₃COOH：1ml 49％的HF：(0.8-1.2)gCu(NO₃)₂。

4.扫描电子显微镜检测样品腐蚀处理溶液，包括：65％的硝酸+醋酸+49％的氢氟酸+硝酸铜搅拌混合形成的混合酸溶液。

5.按权利要求4的腐蚀处理溶液，其特征是，混合酸溶液中各个组份的混合比例是：20ml 65％的HNO₃：100ml CH₃COOH：1ml 49％的HF：(0.8-1.2)gCu(NO₃)₂。

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