CN104483615A - 沟槽栅mos器件缺陷验证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沟槽栅MOS器件缺陷验证方法，包含：第一步，对沟槽栅MOS器件样品进行电学测试，扫描栅极对源极的漏电曲线；第二步，根据漏电曲线的特性，初步判定缺陷的大致位置；第三步，采用亮点定位工具，定位失效沟槽在芯片上的位置；第四步，结合第二步的判定结果，选择对应的研磨或聚焦离子束方法进行制样；采用KOH或NaOH溶液溶解残留的栅极多晶硅，找到缺陷位置。

Description

沟槽栅MOS器件缺陷验证方法
技术领域
本发明涉及半导体器件设计及制造领域，特别是指一种沟槽栅MOS器件缺陷验证方法。
背景技术
沟槽栅功率MOSFET作为一种新型垂直结构器件，拥有开关速度快、频率性能好、输入阻抗高、驱动功率小、温度特性好、无二次击穿问题等优点，已经在稳压器、电源管理模块、机电控制、显示控制、汽车电子等领域得到了广泛的应用。
对沟槽栅MOS管，其栅极是沟槽形式，沟道是垂直的，栅氧化层也是垂直的，如图1所示，1是栅极，5是栅极接触孔，6是源极接触孔，7是衬底，栅氧化层可以分为3个部分：源区2的栅氧化层、基底区3的栅氧化层以及漏区4的栅氧化层。这种特殊结构决定了如果栅氧化层存在缺陷，失效分析会遇到以下的困难：
因为缺陷埋在沟槽里面，亮点出不来，大致位置都无法找到。
即使有亮点，如果不知道缺陷是在底部还是在侧壁，如图1中的A、B、C三处存在的缺陷，采用传统的透射电镜制样或者聚焦离子束制样，难度极大。
即使定位到缺陷在侧壁或者底部，如何把缺陷制样出来也是难题。比如氧化层存在针孔缺陷，针对平面性MOS管，一般采用化学腐蚀去除多晶硅，暴露出氧化层，从而平面观察发现针孔。而对于沟槽MOS，侧壁或者底部的针孔由于埋在沟槽内部，化学腐蚀难以深入，几乎很难观察到。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种沟槽栅MOS器件缺陷验证方法。
为解决上述问题，本发明所述的沟槽栅MOS器件缺陷验证方法，包含：
第一步，对沟槽栅MOS器件样品进行电学测试，扫描栅极对源极的漏电曲线；
第二步，根据漏电曲线的特性，初步判定缺陷的大致位置；
第三步，采用亮点定位工具，定位失效沟槽在芯片上的位置；
第四步，结合第二步的判定结果，选择对应的研磨或聚焦离子束方法进行制样；采用KOH或NaOH溶液溶解残留的栅极多晶硅，找到缺陷位置。
进一步地，所述第二步，若漏电曲线表现为阻性，则判定缺陷存在于源区栅氧化层或基底区栅氧化层；若漏电曲线表现为二极管特性，则判定缺陷存在于漏极区栅氧化层。
进一步地，所述第三步的亮点定位工具采用如液晶、发光显微镜或者光致阻值变化显微镜；在亮点定位前，还需要采用盐酸去除铝层，只保留钛/氮化钛层，使亮点能够透出。
进一步地，所述第四步，若结合第二步推测的缺陷位于漏极区栅氧化层，则从正面研磨此样品。
进一步地，从正面研磨至栅极厚度残留为10～100nm；残留的量取决于沟槽栅MOS工艺尺寸，以及后续失效分析机台的解析度。
进一步地，所述第四步，若结合第二步漏电曲线判定的缺陷位于源区栅氧或者基底区栅氧化层，则采用聚焦离子束制样。
进一步地，采用聚焦离子束制样，在制样目标区域两侧挖出凹坑，凹坑长度在10～20μm，宽度在2～20μm，深度大于沟槽深度；制样品长度在10～20μm，厚度在100～400nm，深度大于沟槽深度；残留栅极多晶硅溶解之后，用SEM(扫描电子显微镜)把样品倾斜一定角度，找到缺陷位置。
本发明所述的沟槽栅MOS器件缺陷验证方法，先采用电学定位定出缺陷区域，再通过亮点分析找到具体位置，最后采用对应的制样方法找到缺陷位置，能够解决沟槽栅MOS器件缺陷难以定位及制样的难题。
附图说明
图1是沟槽栅MOS结构示意图。
图2A～2C是栅氧化层缺陷及对应电学曲线示意图。
图3是样品正面研磨示意图。
图4是凹坑制样剖面示意图。
图5是凹坑制样平面示意图。
图6是本发明方法流程图。
附图标记说明
1是多晶硅栅极，2是源极，3是基底，4是漏极，5是栅极接触孔，6是源极接触孔，7是衬底，a是制样长度，b是凹坑宽度，c是凹坑长度，d是制样厚度，h是制样深度。
具体实施方式
本发明所述的沟槽栅MOS器件缺陷验证方法，其具体的操作步骤如下：
第一步，首先对器件进行电学测试，扫描栅极对源极漏电曲线。缺陷可能存在于源区栅氧化层、基底区栅氧化层、漏端栅氧化层等三个位置，分别对应于如图1中所示的A、B、C三个位置。这三个位置会表现出不同的栅氧漏电曲线：
如图2A所示，是源区栅氧化层存在缺陷的等效示意图以及对应的电学曲线，图2B所示的是基底区栅氧化层存在缺陷的等效示意图及对应的电学曲线，图2C是漏极栅氧化层存在缺陷的等效示意图及对应的电学曲线。
第二步，根据1中曲线，若曲线表现为阻性，即图2A及2B所示的电学曲线，则基本断定缺陷存在于源区栅氧化层或者基底区栅氧化层：若曲线表现为二极管特性，即图2C所示的电学曲线，则基本断定缺陷存在于漏极区栅氧化层。
第三步，采用亮点定位工具，一般采用LC(液晶)、EMMI(发光显微镜)、OBIRCH(光致阻值变化显微镜)，定位出失效沟槽在芯片上的位置。在亮点定位前，需要采用盐酸去除AL层，只留Ti/TiN层，以便亮点可以透出来。
第四步，结合第二步的分析结果，若推测缺陷存在于漏极区栅氧化层，从正面研磨此样品，直至栅极厚度残留10～100纳米左右，如图3所示。此栅极厚度要残留多少，和沟槽栅MOS工艺尺寸，以及后续失效分析机台解析度相关。采用KOH或者NaOH溶液，腐蚀掉残留栅极多晶硅，找到缺陷位置。如采用KOH溶液，可采用室温下10～15分钟，KOH 23.40％，酒精13.60％，水63％。
结合第二步的分析结果，若缺陷存在于源区栅氧化层或者基底区栅氧化层，则采用FIB(聚焦离子束)制样。如图4、图5所示。在制样目标区域两侧挖出凹坑，凹坑长度c在10～20微米，宽度b在2～20微米，深度h以大于沟槽深度为宜。制样长度a在10～20微米，厚度d在100～400纳米。采用KOH溶液或者NaOH，腐蚀掉残留栅极多晶硅。如采用KOH溶液，可采用室温下10～15分钟，KOH 23.40％，酒精13.60％，水63％。然后用SEM(扫描电镜),把样品倾斜一定角度，即可找到缺陷位置。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种沟槽栅MOS器件缺陷验证方法，其特征在于：包含如下的步骤：
第一步，对沟槽栅MOS器件样品进行电学测试，扫描栅极对源极的漏电曲线；
第二步，根据漏电曲线的特性，初步判定缺陷的大致位置；
第三步，采用亮点定位工具，定位失效沟槽在芯片上的位置；
第四步，结合第二步的判定结果，选择对应的研磨或聚焦离子束方法进行制样；采用KOH或NaOH溶液溶解残留的栅极多晶硅，找到缺陷位置。
2.如权利要求1所述的沟槽栅MOS器件缺陷验证方法，其特征在于：所述第二步，若漏电曲线表现为阻性，则判定缺陷存在于源区栅氧或基底区栅氧；若漏电曲线表现为二极管特性，则判定缺陷存在于漏极区栅氧。
3.如权利要求1所述的沟槽栅MOS器件缺陷验证方法，其特征在于：所述第三步的亮点定位工具采用如液晶、发光显微镜或者光致阻值变化显微镜；在亮点定位前，还需要采用盐酸去除铝层，只保留钛/氮化钛层，使亮点能够透出。
4.如权利要求1所述的沟槽栅MOS器件缺陷验证方法，其特征在于：所述第四步，若结合第二步推测的缺陷位于漏极区栅氧，则从正面研磨此样品。
5.如权利要求4所述的沟槽栅MOS器件缺陷验证方法，其特征在于：从正面研磨至栅极厚度残留为10～100nm；残留的量取决于沟槽栅MOS工艺尺寸以及后续失效分析机台的解析度。
6.如权利要求1所述的沟槽栅MOS器件缺陷验证方法，其特征在于：所述第四步，若结合第二步漏电曲线判定的缺陷位于源区栅氧或者基底区栅氧，则采用聚焦离子束制样。
7.如权利要求6所述的沟槽栅MOS器件缺陷验证方法，其特征在于：采用聚焦离子束制样，在制样目标区域两侧挖出凹坑，凹坑长度在10～20μm，宽度在2～20μm，深度大于沟槽深度；制样品长度在10～20μm，厚度在100～400nm，深度大于沟槽深度；残留栅极多晶硅溶解之后，用扫描电子显微镜把样品倾斜一定角度，找到缺陷位置。
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