CN104241156A - 一种缺陷分析方法 - Google Patents

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李桂花
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Abstract

本发明涉及半导体缺陷分析技术领域，尤其涉及一种缺陷分析方法，通过在去除待测半导体结构的金属结构之后，于阻挡层上沉积一层与该阻挡层的材质原子序数相差较大的衬度对比层，之后再进行常规的透射电镜样品制备，并采用透射电镜对透射电镜样品进行观察以对阻挡层进行缺陷分析，由于阻挡层上覆盖有与该阻挡层的材质原子序数相差较大的衬度对比层，从而在透射电镜中能够清晰的观察阻挡层的缺陷，进而准确的进行缺陷分析；因此本发明这种主动提高透射电镜图像衬度分析微小缺陷的方法，可以进一步的扩展微小缺陷失效分析的能力，进而为制程工艺提供更好的技术支持。

Description

一种缺陷分析方法
技术领域
本发明涉及半导体缺陷分析技术领域，尤其涉及一种缺陷分析方法。
背景技术
在透射电镜(TEM)样品分析中，TEM图像衬度可以用来区分不同材质。衬度主要由样品厚度和材质的性质决定。目前区分两种相近材质的方法是调节样品的厚度，尽可能的增加观测材质的权重，使其衬度明显。
随着制程尺寸的减小，制程缺陷的尺寸也越来越小。当缺陷尺寸小至20nm左右，甚至更小时，使用透射电镜来分析缺陷成为必要的手段。然而在透射电镜样品制备过程中(聚焦离子束切割法)，很容易因缺陷难辨识而被错过(聚焦离子束每一切割步骤大约10nm以上)。为了保证缺陷被完整的包含在透射电镜样品中，我们制备的透射电镜样品不仅包含缺陷区域，还必须包含一部分缺陷前和缺陷后的区域(类似一个夹心三明治)。如果缺陷材质与周边材质衬度相近时，透射电镜将无法分辨缺陷，这是本领域技术人员所不愿看到的。
中国专利(公开号：CN102412191A)公开了一种可检测大马士革籽晶层和阻挡层的透射电镜样品制备方法，其中，包括下列步骤：在按标准大马士革工艺流程沉积完扩散阻挡层和籽晶层的大马士革结构上，再依次沉积扩散阻挡层A和籽晶层A；金属铜填满大马士革结构，填满大马士革结构的金属铜在制样中起到支撑作用，防止样品变形；切割大马士革结构制成样品；使用透射电镜检测阻挡层和籽晶层的厚度及沉积覆盖形貌。该发明利用金属铜填满大马士革结构，可以在透射电镜观测前保护籽晶层免受环境和制样引起的表面损伤，在聚焦式离子束切割过程中金属铜起到支撑作用，可以避免制样引起的大马士革结构的变形，TEM照片能同时并真实地反映籽晶层和阻挡层厚度及沉积覆盖形貌。
中国专利(CN101393864)记载了一种去除缺陷膜层的方法，包括以下步骤；提供半导体衬底，所述半导体沉底上依次包含有第一膜层和缺陷第二膜层，用刻蚀第二膜层的速率大于刻蚀第一膜层的速率的溶液去除缺陷第二膜层。
上述两个专利均未记载本发明缺陷分析方法的相关技术特征。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明公开一种缺陷分析方法。
一种缺陷分析方法，其中，包括如下步骤：
步骤S1，提供一设置有金属结构的待测半导体结构，且所述金属结构与一阻挡层接触；
步骤S2，去除所述金属结构，以暴露所述阻挡层的表面；
步骤S3，沉积一衬度对比层覆盖所述阻挡层暴露的表面后，继续透射电镜样品的制备工艺；
步骤S4，采用透射电镜对所述透射电镜样品进行观察以对所述阻挡层进行缺陷分析；
其中，所述阻挡层与所述衬度对比层在所述透射电镜下形成的透射电镜图像的对比度大于所述阻挡层与所述金属结构在所述透射电镜下形成的透射电镜图像的对比度。
上述的缺陷分析方法，其中，所述金属结构的材质为铜。
上述的缺陷分析方法，其中，所述阻挡层的材质为钽。
上述的缺陷分析方法，其中，所述衬度对比层的材质为氧化硅或胶。
上述的缺陷分析方法，其中，采用化学刻蚀的方法去除所述金属结构。
上述的缺陷分析方法，其中，采用70％的硝酸溶液去除所述金属结构。
上述的缺陷分析方法，其中，所述阻挡层上具有缺陷，且所述缺陷的尺寸小于或等于20nm。
上述的缺陷分析方法，其中，采用化学气相沉积的方法沉积所述衬度对比层覆盖所述阻挡层暴露的表面。
上述发明具有如下优点或者有益效果：
本发明通过在去除待测半导体结构的金属结构之后，于阻挡层上沉积一层与该阻挡层的材质原子序数相差较大的衬度对比层，之后再进行常规的透射电镜样品制备，并采用透射电镜对透射电镜样品进行观察以对阻挡层进行缺陷分析，由于阻挡层上覆盖有与该阻挡层的材质原子序数相差较大的衬度对比层，从而在透射电镜中能够清晰的观察阻挡层的缺陷，进而准确的进行缺陷分析；因此本发明这种主动提高透射电镜图像衬度分析微小缺陷的方法，可以进一步的扩展微小缺陷失效分析的能力，进而为制程工艺提供更好的技术支持。
具体附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是本发明中缺陷分析方法的流程示意图；
图2-4是本发明中缺陷分析方法的流程结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
如图1所示，本实施例涉及一种缺陷分析方法，包括如下步骤：
步骤一，提供一设置有金属结构2的待测半导体结构，且金属结构2与阻挡层1接触，在本发明的实施例中，该待测半导体结构中已形成若干半导体结构(图中均未示出)，该待测半导体结构可以包括衬底以及覆盖该衬底表面的栅极结构等，因该待测半导体结构的具体结构并非本发明改进的重点，在此便不予赘述，且为了更清晰的对本发明的方法进行描述，该阻挡层1上具有缺陷，且该缺陷小于或等于20mm(微小缺陷)，如图2所示的结构。
在本发明的实施例中，金属结构2与阻挡层1接触可以为金属结构2覆盖阻挡层1的上表面(如图2所示)，也可以为阻挡层1包覆金属结构2的底部及其侧壁(图中未示出)，为了能够更清楚的阐述本发明，本实施例以金属结构2覆盖阻挡层1的上表面的情况为例。
优选的，金属结构2的材质为铜。
进一步的，阻挡层1的材质为钽。
由于金属结构2和阻挡层1的材质均为金属，则金属结构2和阻挡层1的衬度相近，透射电镜将无法分辨缺陷。
步骤二，去除金属结构2，以暴露阻挡层1的上表面，具体的，采用化学刻蚀的方法去除金属结构2，以暴露阻挡层1的上表面，在本发明的实施例中，可以根据金属结构2的材质和阻挡层1的材质选择去除金属结构2的化学溶液，只要该化学溶液能够在去除金属结构2的同时，不会对阻挡层1造成损伤即可，例如当金属结构2的材质为铜、阻挡层1的材质为钽时，采用70％的硝酸溶液去除金属结构2，这是由于硝酸溶液不会对阻挡层1的材质钽造成损伤，可以在去除金属结构2之后，完好的保留阻挡层1，如图3所示的结构。
步骤三，沉积一衬度对比层3覆盖阻挡层1暴露的表面后，继续透射电镜样品的制备工艺，具体的，采用化学气相沉积的方法沉积衬度对比层3覆盖阻挡层1暴露的表面；在本发明的实施例中，由于阻挡层1的材质为金属，因此衬度对比层的材质为与金属原子序数相差较大的氧化硅，在本发明的其他实施例中，该衬度对比层的材质也可以为与金属原子序数相差较大的胶，如图4所示的结构。
步骤四，采用透射电镜对该透射电镜样品进行观察以对阻挡层进行缺陷分析，且阻挡层与衬度对比层在透射电镜下形成的透射电镜图像的对比度大于阻挡层与金属结构在透射电镜下形成的透射电镜图像的对比度。
基于透射电镜图像衬度的形成主要是由于样品不同微区间存在原子序数或厚度的差异而形成的，即质厚衬度，因此对微区厚度差异不大的样品，可以通过引入相差较大的原子序数材质来主动提高图像衬度，从而可以很好的将微小缺陷显现出来，同时结合本实施例可知，在制备透射电镜样品以进行缺陷分析时，若位于待分析层(即需进行缺陷分析的结构)之上且于该待分析层接触的材质与该待分析层的透射电镜衬度相近，则可选择性的去除位于待分析层之上的材质，保留待分析层，之后沉积一层与待分析层的材质原子序数较大的一种材质(例如待分析层为氧化层，则可以于该待分析层表面沉积一层金属)覆盖该待分析层，然后再进行常规透射电镜样品的制备以进行缺陷分析，并不限于金属结构和阻挡层。
本发明通过在去除待测半导体结构的金属结构之后，于阻挡层上沉积一层与该阻挡层的材质原子序数相差较大的衬度对比层，之后再进行常规的透射电镜样品制备，并采用透射电镜对透射电镜样品进行观察以对阻挡层进行缺陷分析，由于阻挡层上覆盖有与该阻挡层的材质原子序数相差较大的衬度对比层，从而在透射电镜中能够清晰的观察阻挡层的缺陷，进而准确的进行缺陷分析；因此本发明这种主动提高透射电镜图像衬度分析微小缺陷的方法，可以进一步的扩展微小缺陷失效分析的能力，进而为制程工艺提供更好的技术支持。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种缺陷分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，提供一设置有金属结构的待测半导体结构，且所述金属结构与一阻挡层接触；
步骤S2，去除所述金属结构，以暴露所述阻挡层的表面；
步骤S3，沉积一衬度对比层覆盖所述阻挡层暴露的表面后，继续透射电镜样品的制备工艺；
步骤S4，采用透射电镜对所述透射电镜样品进行观察以对所述阻挡层进行缺陷分析；
其中，所述阻挡层与所述衬度对比层在所述透射电镜下形成的透射电镜图像的对比度大于所述阻挡层与所述金属结构在所述透射电镜下形成的透射电镜图像的对比度。
2.如权利要求1所述的缺陷分析方法，其特征在于，所述金属结构的材质为铜。
3.如权利要求2所述的缺陷分析方法，其特征在于，所述阻挡层的材质为钽。
4.如权利要求3所述的缺陷分析方法，其特征在于，所述衬度对比层的材质为氧化硅或胶。
5.如权利要求2所述的缺陷分析方法，其特征在于，采用化学刻蚀的方法去除所述金属结构。
6.如权利要求5所述的缺陷分析方法，其特征在于，采用70％的硝酸溶液去除所述金属结构。
7.如权利要求1所述的缺陷分析方法，其特征在于，所述阻挡层上具有缺陷，且所述缺陷的尺寸小于或等于20nm。
8.如权利要求1所述的缺陷分析方法，其特征在于，采用化学气相沉积的方法沉积所述衬度对比层覆盖所述阻挡层暴露的表面。
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