CN105097580A - 聚焦离子束分析方法 - Google Patents

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段淑卿
曹蓉
齐瑞娟
于会生
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Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
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Abstract

本发明提供了一种聚焦离子束分析方法，包括，步骤一：选择待分析样品；步骤二：利用离子束刻蚀所述待分析样品，以获得切割截面；步骤三：利用电子束照射观察是否出现电荷沉积效应，当未出现电荷沉积效应时，获得电子束图像，当出现电荷沉积效应时，在所述切割截面的侧面上形成有机源层之后，重新获得电子束图像；步骤四：判断获得的电子束图像是否显示目标截面，当电子束图像显示非目标截面时，重复步骤二至步骤四，直至获得目标截面；当电子束图像显示为目标截面时，导出获得的电子束图像，并进行失效分析。本发明所述方法可避免电荷沉积效应对失效分析结果的影响。

Description

聚焦离子束分析方法
技术领域
本发明涉及集成电路检测工艺，尤其涉及一种聚焦离子束分析方法。
背景技术
在半导体技术领域中，利用半导体工艺制造半导体器件时，由于半导体制造过程中的工艺缺陷，例如工艺中引入的金属微粒，会导致一些半导体器件存在缺陷，因此需要对半导体器件进行失效分析，以确定制造的半导体器件是否为合格产品。
Due-beamFIB(双束聚焦离子束)作为失效分析的工具，集成了FIB(聚焦离子束)和SEM(扫描电子显微镜)的功能，由于具备可定位、可边切割边观测、以及分辨率高等优点而被广泛的应用在半导体制造业。目前业界一般采用Due-beamFIB(双束聚焦离子束)制作透射电镜薄片样品。
FIB的成像原理与SEM相同，即在聚焦后的高压离子束或者电子束扫描样品表面，会产生二次电子，通过收集该二次电子信号就可以获得样品表面形貌。但是，如果待分析的样品，尤其是绝缘材质的样品，其导电性不好，常常会产生严重的荷电效应(chargingeffect)，直接影响二次电子成像的分辨率，得不到准确的图片信息，进而影响失效分析结果的判断。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够避免电荷沉积效应对失效分析结果的影响的聚焦离子束分析方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种聚焦离子束分析方法，包括，
步骤一：选择待分析样品；
步骤二：利用离子束刻蚀所述待分析样品，以获得切割截面；
步骤三：利用电子束照射观察是否出现电荷沉积效应，当未出现电荷沉积效应时，获得电子束图像，当出现电荷沉积效应时，在所述切割截面的侧面上形成有机源层之后，重新获得电子束图像；
步骤四：在步骤三之后判断获得的电子束图像否显示目标截面，当电子束图像显示非目标截面时，重复步骤二至步骤四，直至获得目标截面；当电子束图像显示为目标截面时，导出获得的电子束图像，并进行失效分析。
可选的，在步骤一和步骤二之间，依次在所述待分析样品表面采用电子束辅助沉积法形成电子保护层和采用离子束辅助沉积法形成离子保护层。
可选的，所述电子保护层和离子保护层的材料均为铂和钨；所述电子保护层的厚度为0.2μm-0.5μm；所述离子保护层的厚度为0.5μm-0.8μm。
可选的，在所述步骤二中，离子束的刻蚀能量为5kev-15kev，电流300pA-2000pA；切割截面的切割深度为2μm-3μm。
可选的，所述有机源层的气体离子源为铂或钨；所述有机源层采用电子束辅助沉积法形成；在电子束辅助沉积过程中，沉积束的直径尺寸为4～5，加速电压为4KeV～5KeV，沉积时间为25秒～35秒；所述有机源层厚度为1nm～10nm。
综上所述，本发明通过在聚焦离子束分析过程中，对出现电荷沉积效应的待分析样品(尤其针对绝缘材质等荷电效应较为严重的待分析样品)的切割截面的侧面上形成有机源层，以导出沉积的电荷后重新获得电子束图像，从而可以避免电荷沉积效应的干扰，清楚地观察到待分析样品的目标截面，进而准确获得失效分析结果，实现在线实时的定位分析。
同时，所述待分析样品在整个聚焦离子束分析过程直至完成失效分析都无需从聚焦离子束分析仪器取出，不仅节约了待分析样品进出聚焦离子束分析仪器的时间，并且提高的待分析样品的使用频率，节约资源、降低成本，提高聚焦离子束分析的效率；尤其适用于在线聚焦离子束分析过程(InlineFIB)，无将晶圆的待分析样品需拿离制造间(FAB)且无需破坏晶圆即可实现聚焦离子束分析过程。
附图说明
图1为本发明一实施例中聚焦离子束分析过程示意图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。
图1为本发明一实施例中聚焦离子束分析过程示意图。结合图1，本发明提供一种聚焦离子束分析方法，包括以下步骤：
步骤一：选择待分析样品；
根据不同的分析需求，可以从晶圆中选取需要检测的区域，并从该区域中分离出待分析的样品；或者不需要将待分析样品从晶圆中分离，而是直接确定待分析样品的位置后把整个晶圆放在设备内进行处理。
步骤二：利用离子束刻蚀所述待分析样品，以获得切割截面；
具体的，利用离子束在所述待分析样品上刻蚀出一个切割截面，该切割截面能够暴露待分析样品的截面信息，以提供失效分析的观测截面。优选的，选择离子束的刻蚀能量为电压5kev-15kev，电流300-2000pA，切割截面的切割深度为2μm-3μm。
在较佳的实施例中，在步骤一和步骤二之间，还在所述待分析样品表面依次沉积电子保护层和离子保护层。所述电子保护层和离子保护层的材料均为铂和钨，区别在于所述电子保护层采用电子束辅助沉积法形成，而所述离子保护层采用离子束辅助沉积法形成。由于离子保护层的质量较大，实验表明，如果直接在待分析样品表面沉积离子保护层取图时，当加速到10KV～30KV，离子可能扫掉样品表面5nm～50nm，因而在沉积离子保护层时会对样品造成损伤，故通过在沉积离子保护层前先沉积一层电子保护层，则在沉积离子束时可以保护待分析样品的表面不受损伤，以提高失效分析结果的准确性。电子束辅助沉积电子较佳的厚度为0.2μm-0.5μm。离子束辅助沉积的离子保护层较佳的厚度为0.5μm-0.8μm。
步骤三：利用电子束照射观察是否出现电荷沉积效应，当未出现电荷沉积效应时，获得电子束图像，当出现电荷沉积效应时，在所述切割截面的侧面上形成有机源层之后，重新获得电子束图像；
根据发明人研究发现，当出现电荷沉积效应时，电子束图像会发生明显的变化，当电子束图像出现整体曝光颜色变暗，则可以判定电子束发生变化的确认，即当不同层次(layer)的图像对比度很差，并且图像整体上发亮的时候，表明出现了电荷积累效应，则此时不记录电子束图像，而是在切割截面的侧面上形成一层有机源层，在所述切割截面的侧面上形成有机源层的过程中，在待分析样品的切割截面上电荷沉积积累处画框，边沉积边观察，并喷25秒～30秒。在较佳的实施例中，所述有机源层的气体离子源为铂或钨。其中所述有机源层采用电子束辅助沉积法形成，在沉积过程中，电子束辅助沉积过程中，沉积束的直径尺寸(Spotsize)为4～5，所述沉积束的直径尺寸没有单位，沉积束的直径尺寸为分等级的一个参数，用来表征电子束的束流强弱，从数字1到10，数字越大，反之电流越小，加速电压为4eKV～5eKV，在样品侧面电荷积累处画框，边沉积边观察，喷涂25～35秒，则形成的有机源层厚度可以为1nm～10nm，其中较佳的为5nm，所述有机源层具有导电性，可以将富集的电荷导走之后，有机源层不遮挡切割截面，从而切割截面可以再次观测，重新获得电子束图像，清楚地观察到各个待分析样品切割截面上各个层次的结构。
步骤四：判断获得的电子束图像否显示目标截面，当电子束图像显示非目标截面时，重复步骤二至步骤四，直至获得目标截面；当电子束图像显示为目标截面时，导出获得的电子束图像，并进行失效分析。
综上所述，本发明通过在聚焦离子束分析过程中，对出现电荷沉积效应的待分析样品(尤其针对绝缘材质等荷电效应较为严重的待分析样品)的切割截面的侧面上形成有机源层，导出沉积的电荷后重新获得电子束图像，从而可以避免电荷沉积效应的干扰，清楚地观察到待分析样品的目标截面，进而准确获得失效分析结果，实现在线实时的定位分析。
同时，所述待分析样品在整个聚焦离子束分析过程直至完成失效分析都无需从聚焦离子束分析仪器取出，不仅节约了待分析样品进出聚焦离子束分析仪器的时间，并且提高的待分析样品的使用频率，节约资源、降低成本，提高聚焦离子束分析的效率；尤其适用于在线聚焦离子束分析过程，无将晶圆的待分析样品需拿离制造间且无需破坏晶圆即可实现聚焦离子束分析过程。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种聚焦离子束分析方法，包括，
步骤一：选择待分析样品；
步骤二：利用离子束刻蚀所述待分析样品，以获得切割截面；
步骤三：利用电子束照射观察是否出现电荷沉积效应，当未出现电荷沉积效应时，获得电子束图像；当出现电荷沉积效应时，在所述切割截面的侧面上形成有机源层并重新获得电子束图像；
步骤四：判断获得的电子束图像是否显示目标截面，当电子束图像显示非目标截面时，重复步骤二至步骤四，直至显示目标截面；当电子束图像显示目标截面时，导出获得的电子束图像，并进行失效分析。
2.如权利要求1所述的聚焦离子束分析方法，其特征在于，在步骤一和步骤二之间，还包括：在所述待分析样品表面采用电子束辅助沉积法形成电子保护层以及采用离子束辅助沉积法在所述电子保护层表面形成离子保护层。
3.如权利要求2所述的聚焦离子束分析方法，其特征在于，所述电子保护层和离子保护层的材料均为铂和钨。
4.如权利要求2所述的聚焦离子束分析方法，其特征在于，所述电子保护层的厚度为0.2μm-0.5μm。
5.如权利要求2所述的聚焦离子束分析方法，其特征在于，所述离子保护层的厚度为0.5μm-0.8μm。
6.如权利要求1所述的聚焦离子束分析方法，其特征在于，在所述步骤二中，离子束的刻蚀能量为5kev-15kev，电流300pA-2000pA。
7.如权利要求1所述的聚焦离子束分析方法，其特征在于，在所述步骤二中，切割截面的切割深度为2μm-3μm。
8.如权利要求1所述的聚焦离子束分析方法，其特征在于，形成所述有机源层的气体离子源为铂或钨。
9.如权利要求1至8中任意一项所述的聚焦离子束分析方法，其特征在于，所述有机源层采用电子束辅助沉积法形成，沉积束的直径尺寸为4～5，加速电压为4KeV～5KeV，沉积时间为25秒～35秒。
10.如权利要求9所述的聚焦离子束分析方法，其特征在于，所述有机源层厚度为1nm～10nm。
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