CN103915359A - 硅基芯片位错缺陷的快速统计监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅基芯片位错缺陷的快速统计监控方法，包括步骤：提供需要分析的硅基芯片样品并制作分析截面。对分析截面用晶体缺陷腐蚀液进行腐蚀处理。对分析截面进行SEM分析。本发明能提高硅基片上的位错缺陷的可观察范围，能提高位错缺陷的分析速度、以及提高位错监控分析的效率，能降低成本。

Description

硅基芯片位错缺陷的快速统计监控方法

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种硅基芯片位错缺陷的快速统计监控方法。

背景技术

现有常用的硅基芯片位错缺陷的分析方法包括两种：

第一种方法为，首先采用聚焦离子束电镜（Focused Ion Beam，FIB）定点制备100nm左右厚度样品，之后采用透射电子显微镜（Transmission electron microscope，TEM）对所制作的样品进行结构观察。

第二种方法为，首先采用离子减薄仪准备100nm左右厚度的薄片样品，之后采用TEM对所制作的样品进行结构观察。

现有第一种方法中FIB制样为：

用聚焦后的镓正离子束作为入射粒子（或叫一次离子）撞击样品表面，通过收集二次电子成像，又由于镓离子的原子量大，加速后动能大，所以有很好的溅射刻蚀功能，常见用途有断面精细切割、成像（包括电压衬度像）、透射电镜制样、线路修复等；其中透射电镜制样的功能是应用FIB的溅射刻蚀效果，在样品上制备出一个厚度为100纳米左右的薄片供分析。

现有第一种方法中的FIB制样存在的问题为：

1、耗时较长，最复杂单个样品的制备完成要以小时计算。

2、可观测区域小，单个样品的长度常见是10个微米左右，深度在2-4微米，其中厚度对应于样品的宽度，即使耗费较长时间制备出样品，可观察的样品面积也仅在几十个平方微米。

3、整体效率较低。

现有第二种方法中离子减薄仪制样为：

利用手动、半手动的研磨手段做出较薄的样品薄片后，放入离子减薄仪，利用氩气离子的轰击刻蚀，把样品的厚度逐步减薄到符合TEM观察的要求。

现有第二种方法中离子减薄仪制样存在的问题：

1、耗时长，由于很多手工作业，单个样品的制备完成就可能需要一整天，而且对人员经验要求高。

2、可观测区域较FIB制样有所增加，好的样品，长度上能达到数十微米，深度也能达到几个微米。

3、整体效率仍较低。

现有方法中的TEM的特点为：

当样品足够薄时，高能入射电子将穿透样品，这些透射电子将携带非常充分的试样信息，将透射电子成像就可以实现对试样的观察研究。成像的过程则是加热到高温的灯丝发射电子，电子在高电压作用下以极快的速度射出，聚光镜将电子聚成很细的电子束，射在试样上；电子束透过试样后进入物镜，由物镜、中间镜成像在投影镜的物平面上，这是中间像；然后再由投影镜将中间像放大，投影到荧光屏上，形成最终像。TEM分析的观察效果取决于样品的制备效果（厚度、损伤程度），对位错的观察尤其有效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种硅基芯片位错缺陷的快速统计监控方法，能提高硅基片上的位错缺陷的可观察范围，能提高位错缺陷的分析速度、以及提高位错监控分析的效率，能降低成本。

为解决上述技术问题，本发明提供的硅基芯片位错缺陷的快速统计监控方法包括如下步骤：

步骤一、提供需要分析的硅基芯片样品，制作出该硅基芯片样品的需要分析的分析截面，该分析截面的晶面指数属于{110}晶面族。

步骤二、对所述硅基芯片样品的所述分析截面用晶体缺陷腐蚀液（Wright etch）进行腐蚀处理。

步骤三、对腐蚀处理后的所述分析截面进行扫描电子显微镜（ScanningElectronMicroscopy，SEM）分析。

进一步的改进是，步骤一中所述硅基芯片样品为晶圆级样品，直接对所述硅基芯片样品所在的晶圆进行沿{110}晶面族的晶面进行手动裂片形成所述分析截面。

进一步的改进是，步骤一中所述硅基芯片样品为已经对晶圆进行分割后形成的单芯片级样品，通过对所述硅基芯片样品的属于{110}晶面族的晶面进行研磨得到所述分析截面。

进一步的改进是，步骤二中晶体缺陷腐蚀液的组分为：氢氟酸、硝酸、醋酸、三氯化铬、硝酸铜和水，所述晶体缺陷腐蚀液各组分的配比为：氢氟酸：硝酸：醋酸：三氯化铬：硝酸铜：水=50毫升：30毫升：60毫升：15克：2克：60毫升。

进一步的改进是，步骤二中的所述腐蚀处理的腐蚀速率为17纳米/秒，腐蚀时间为10秒～45秒。

进一步的改进是，步骤三中所述SEM分析包括如下步骤：

观察在所述分析截面上是否存在三角锥形或四角锥形凹坑，用于判断所述硅基芯片样品的硅衬底的质量，一个所述三角锥形或四角锥形凹坑对应于一个位错。

以所述分析截面中的特征结构为参考，从所述分析截面中观察所述特征结构的数量为大于等于100的第一值的特征结构区域，在所述特征结构区域中统计出所包含的所述三角锥形或四角锥形凹坑的数量，该数量为第二值，用所述第二值除以所述第一值再除以100得到第三值，所述第三值为每含有100个所述特征结构的特征结构区域内的位错数字，该位错数值用于位错的统计分析及不同所述硅基芯片样品间的特性比较。

本发明仅需采用晶体缺陷腐蚀液对硅基芯片样品的分析截面进行腐蚀处理就能形成符合要求SEM要求的样品截面，所以本发明的分析样品制作简单，能够将分析截面的面积做到最大化，相对于现有方法中的FIB或减薄技术形成的样品，本发明能提高硅基片上的位错缺陷的可观察范围。

同时本发明的分析样品制作时间较短，采用手动裂片或研磨的方法就能得到分析截面，后续也仅需对分析截面进行数十秒的腐蚀处理，所以本发明能大大提高分析速度、以及提高位错监控分析的效率。一维长度方向上，现有采用FIB制样和离子减薄仪制样的第一种和第二种方法的监控速率要大于12分钟/微米，而本发明方法的监控速率能提升至1.2秒/微米。

本发明还能降低成本，如降低样品制备过程中的人力成本，以及能节省包括FIB、离子减薄仪等设备资源。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例方法的流程图；

图2是本发明实施例方法中晶圆级样品的分析截面的制作示意图；

图3是本发明实施例方法中单芯片级样品的分析截面的制作示意图；

图4是本发明实施例方法中形成的分析截面示意图；

图5是本发明实施例方法中SEM分析时观察区域示意图；

图6A是本发明实施例方法得到的SEM照片；

图6B是现有方法得到的TEM照片。

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例方法的流程图；本发明实施例硅基芯片位错缺陷的快速统计监控方法包括如下步骤：

步骤一、提供需要分析的硅基芯片样品，制作出该硅基芯片样品的需要分析的分析截面，该分析截面的晶面指数属于{110}晶面族。

如图2所示，是本发明实施例方法中晶圆级样品的分析截面的制作示意图；所述硅基芯片样品为晶圆级样品时，此时硅基芯片样品2位于晶圆1上，晶圆1为硅晶圆。虚线条AA’的剖面的晶面指数属于{110}晶面族，故只需要沿着图2中的虚线条AA’的方向进行手动裂片即可形成分析截面。

如图3所示，是本发明实施例方法中单芯片级样品的分析截面的制作示意图；硅基芯片样品3为已经对晶圆进行分割后形成的单芯片级样品，虚线条BB’的剖面的晶面指数属于{110}晶面族，故只需沿着图3中箭头所指的垂直虚线条BB’的方向进行研磨就能得到分析截面。

如图4所示，是本发明实施例方法中形成的分析截面示意图；分析截面包括硅基衬底1和形成于所述硅基衬底1上的芯片图形2。

步骤二、对所述硅基芯片样品的所述分析截面用晶体缺陷腐蚀液（Wright etch）进行腐蚀处理。

所述晶体缺陷腐蚀液的组分为：氢氟酸、硝酸、醋酸、三氯化铬、硝酸铜和水，所述晶体缺陷腐蚀液各组分的配比为：氢氟酸：硝酸：醋酸：三氯化铬：硝酸铜：水=50毫升：30毫升：60毫升：15克：2克：60毫升。

所述腐蚀处理的腐蚀速率为17纳米/秒，腐蚀时间为10秒～45秒。

步骤三、对腐蚀处理后的所述分析截面进行扫描电子显微镜（Scanning ElectronMicroscopy，SEM）分析。

如图5所示，是本发明实施例方法中SEM分析时观察区域示意图；本发明实施例的SEM的观察区域6包括了整个所述分析截面区域，即能实现对步骤一中所制作的整个分析截面进行分析。作为比较，图5中的区域7为现有方法中采用TEM分析是的观察区域，区域7的宽度约为10微米，所以本发明实施例能提高硅基片上的位错缺陷的可观察范围。

所述SEM分析包括如下步骤：

如图6A所示，是本发明实施例方法得到的SEM照片；观察在所述分析截面上是否存在三角锥形或四角锥形凹坑9，用于判断所述硅基芯片样品的硅衬底的质量，一个所述三角锥形或四角锥形凹坑9对应于一个位错。

以所述分析截面中的特征结构为参考，从所述分析截面中观察所述特征结构的数量为大于等于100的第一值的特征结构区域8，所述特征结构为所述硅基芯片样品的最小周期性结构。在所述特征结构区域8中统计出所包含的所述三角锥形或四角锥形凹坑9的数量，该数量为第二值，用所述第二值除以所述第一值再除以100得到第三值，所述第三值为每含有100个所述特征结构的特征结构区域8内的位错数字，该位错数值用于位错的统计分析及不同所述硅基芯片样品间的特性比较。

作为比较，如图6B所示，是现有方法得到的TEM照片，其观察区域10约为10微米，观察区域要小于本发明方法的观察区域。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种硅基芯片位错缺陷的快速统计监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、提供需要分析的硅基芯片样品，制作出该硅基芯片样品的需要分析的分析截面，该分析截面的晶面指数属于{110}晶面族；

步骤二、对所述硅基芯片样品的所述分析截面用晶体缺陷腐蚀液进行腐蚀处理；

步骤三、对腐蚀处理后的所述分析截面进行SEM分析。

2.如权利要求1所述的硅基芯片位错缺陷的快速统计监控方法，其特征在于：步骤一中所述硅基芯片样品为晶圆级样品，直接对所述硅基芯片样品所在的晶圆进行沿{110}晶面族的晶面进行手动裂片形成所述分析截面。

3.如权利要求1所述的硅基芯片位错缺陷的快速统计监控方法，其特征在于：步骤一中所述硅基芯片样品为已经对晶圆进行分割后形成的单芯片级样品，通过对所述硅基芯片样品的属于{110}晶面族的晶面进行研磨得到所述分析截面。

4.如权利要求1所述的硅基芯片位错缺陷的快速统计监控方法，其特征在于：步骤二中所述晶体缺陷腐蚀液的组分为：氢氟酸、硝酸、醋酸、三氯化铬、硝酸铜和水，所述晶体缺陷腐蚀液各组分的配比为：氢氟酸：硝酸：醋酸：三氯化铬：硝酸铜：水=50毫升：30毫升：60毫升：15克：2克：60毫升。

5.如权利要求1或4所述的硅基芯片位错缺陷的快速统计监控方法，其特征在于：步骤二中的所述腐蚀处理的腐蚀速率为17纳米/秒，腐蚀时间为10秒～45秒。

6.如权利要求1所述的硅基芯片位错缺陷的快速统计监控方法，其特征在于：步骤三中所述SEM分析包括如下步骤：

观察在所述分析截面上是否存在三角锥形或四角锥形凹坑，用于判断所述硅基芯片样品的硅衬底的质量，一个所述三角锥形或四角锥形凹坑对应于一个位错；

以所述分析截面中的特征结构为参考，从所述分析截面中观察所述特征结构的数量为大于等于100的第一值的特征结构区域，在所述特征结构区域中统计出所包含的所述三角锥形或四角锥形凹坑的数量，该数量为第二值，用所述第二值除以所述第一值再除以100得到第三值，所述第三值为每含有100个所述特征结构的特征结构区域内的位错数字，该位错数值用于位错的统计分析及不同所述硅基芯片样品间的特性比较。