CN106896126B - 结轮廓检测样品及制备方法、结轮廓检测方法 - Google Patents

结轮廓检测样品及制备方法、结轮廓检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106896126B
CN106896126B CN201510969779.2A CN201510969779A CN106896126B CN 106896126 B CN106896126 B CN 106896126B CN 201510969779 A CN201510969779 A CN 201510969779A CN 106896126 B CN106896126 B CN 106896126B
Authority
CN
China
Prior art keywords
junction
sample
phosphoric acid
semiconductor
hot phosphoric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510969779.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106896126A (zh
Inventor
韩耀梅
虞勤琴
郭志蓉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Semiconductor Manufacturing International Tianjin Corp
Original Assignee
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Semiconductor Manufacturing International Tianjin Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp, Semiconductor Manufacturing International Tianjin Corp filed Critical Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority to CN201510969779.2A priority Critical patent/CN106896126B/zh
Publication of CN106896126A publication Critical patent/CN106896126A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106896126B publication Critical patent/CN106896126B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/2202—Preparing specimens therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/32—Polishing; Etching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/34—Purifying; Cleaning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/225—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

本发明揭示了一种结轮廓检测样品及制备方法、结轮廓检测方法。本发明提供的结轮廓检测样品的制备方法，包括：提供半导体样品，所述半导体样品中形成有P结和/或N结；提供热磷酸，将所述半导体样品放置于所述热磷酸中持续预定时间；取出所述半导体样品进行清洗，获得结轮廓检测样品。与现有技术相比，本发明成本低廉，制样时间适当，可控性强，能够获得较佳的结轮廓，有着良好的可重复性。

Description

结轮廓检测样品及制备方法、结轮廓检测方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种结轮廓检测样品及制备方法、结轮廓检测方法。
背景技术
在半导体制造领域，半导体器件的失效检测是用于改善工艺技术的可靠性和稳定性的反馈过程，其发现和纠正缺陷的根源以克服由缺陷产生的问题。适当的失效检测对于改善半导体器件的质量是关键的，但不正确的失效检测可能加长开发和提升半导体器件产品所需的周期。一般地，失效检测包括外部检查、非破坏性检测、电性能检测、破坏性检测等。
随着半导体器件集成度的提高和缩微技术的发展，形成半导体器件的元件结构变成三维的复杂结构，并且器件的特征尺寸在减小，以便在限定的区域内获得足够大的容量。半导体器件复杂度的增加，使得仅仅通过外部检查或电性能检测等方法并不能准确检测出失效的根源，这就要求采用高级剥层处理技术，例如扫描电子显微镜(SEM)，打开半导体封装件及去除待测芯片上的覆层(例如硅层、氧化层等)以暴露出半导体器件的叠层结构的失效情况。
采用扫描电子显微镜(SEM)了解半导体器件的微观结构时，通常需对要观察的样品进行腐蚀处理，以获得适合观察的样品表面。
现在，广泛使用的样品腐蚀处理溶液是包含有氢氟酸(HF)和硝酸(HNO3)的混合水(或酒精)溶液。但是，由于半导体尺寸趋小化发展，特别是对于65nm工艺及其以下的工艺，结深较浅，在使用上述腐蚀溶液时，由于腐蚀速度快，反应时间短，通常只有几秒钟，例如需要8秒，超出该时间就会被过腐蚀，因此导致控制困难，往往会出现过腐蚀问题。如图1所示，为经过10秒处理的情况，可见经过腐蚀处理溶液腐蚀后，半导体器件中的栅极区1(栅极区1处的氧化硅，氮化硅不与HF反应)或源/漏区域2被过腐蚀，导致模糊不清，不能真实反映源/漏区域的深度，造成观察效果较差，不能准确定位缺陷的位置。并且，由于腐蚀时控制困难，使得腐蚀处理的重复性差、可靠性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结轮廓检测样品及制备方法、结轮廓检测方法，解决现有技术中在制备样品时控制困难，可靠性差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种结轮廓检测样品的制备方法，包括：
提供半导体样品，所述半导体样品中形成有P结或N结中的至少一种；
提供热磷酸，将所述半导体样品放置于所述热磷酸中持续预定时间；
取出所述半导体样品进行清洗，获得检测样品。
可选的，对于所述的结轮廓检测样品的制备方法，所述热磷酸的浓度大于等于80wt％。
可选的，对于所述的结轮廓检测样品的制备方法，所述热磷酸的温度为160℃-180℃，所述预定时间为60秒-120秒，在所述温度增加时，所述预定时间减少。
可选的，对于所述的结轮廓检测样品的制备方法，所述温度为170℃。
可选的，对于所述的结轮廓检测样品的制备方法，所述半导体样品中形成有P结和N结，所述预定时间为85秒-95秒，以同时对P结和N结进行检测。
可选的，对于所述的结轮廓检测样品的制备方法，所述温度为165℃-175℃。
可选的，对于所述的结轮廓检测样品的制备方法，所述预定时间为15秒-30秒。
可选的，对于所述的结轮廓检测样品的制备方法，取出所述半导体样品进行清洗，获得检测样品包括：
采用去离子水清洗所述半导体样品；
利用惰性气体吹干所述半导体样品。
相应的，本发明还提供一种由如上所述的结轮廓检测样品的制备方法获得的检测样品。
相应的，本发明还提供一种结轮廓检测方法，包括：对所述的检测样品进行检测。
可选的，对于所述的结轮廓检测方法，在扫描电子显微镜、透射电子显微镜或聚焦离子束显微镜下检测所述检测样品。
本发明提供的结轮廓检测样品及制备方法、结轮廓检测方法，利用热磷酸对半导体样品中的P结和/或N结进行处理，从而得到结轮廓检测样品。与现有技术相比，本发明的成本低廉，制样时间适当，具体的，例如在15秒-30秒，以及60秒-120秒，正常反应时间范围较大，可控性强，能够获得较佳的结轮廓，有着良好的可重复性。
进一步的，通过控制热磷酸的温度和反应时间，能够进行N结和P结的区分，从而可以应用在反向工程中。
附图说明
图1为现有技术中腐蚀处理溶液腐蚀半导体器件之后的示意图；
图2为本发明中的结轮廓检测样品的制备方法的流程图；
图3-图4为本发明中的结轮廓检测样品的制备方法的过程示意图；
图5a为本发明实施例中一种结轮廓检测样品(N结)的显微镜图片；
图5b为本发明实施例中另一种结轮廓检测样品(P结)的显微镜图片。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的结轮廓检测样品及制备方法、结轮廓检测方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想是，提供一种结轮廓检测样品的制备方法，包括：提供半导体样品，所述半导体样品中形成有P结和/或N结；提供热磷酸，将所述半导体样品放置于所述热磷酸中持续预定时间；取出所述半导体样品进行清洗，获得结轮廓检测样品。本发明利用热磷酸进行半导体样品的腐蚀而获得结轮廓检测样品，克服了对反应时间要求苛刻的情况，因此能够实现结轮廓良好，并且由于正常反应时间范围较大，因此可以有着良好的可重复性。
下面，请参考图2-图5b，对本发明的结轮廓检测样品及制备方法、结轮廓检测方法进行详细说明。其中图2为本发明中的结轮廓检测样品的制备方法的流程图；图3-图4为本发明中的结轮廓检测样品的制备方法的过程示意图；图5a为本发明实施例中一种结轮廓检测样品(N结)的显微镜图片；图5b为本发明实施例中另一种结轮廓检测样品(P结)的显微镜图片。
如图2所示，本发明结轮廓检测样品的制备方法，包括：
首先，执行步骤S101：提供半导体样品，所述半导体样品中形成有P结(Pjunction)和/或N结(N junction)。如图3所示，所述半导体样品100例如可以是形成有栅极和源漏极区域的结构(未图示)，具体的，可以是这样的一个MOSFET，包括形成于衬底上的栅极和形成于栅极两侧的衬底中的源漏极区域，所述衬底的构成材料可以采用未掺杂的单晶硅、掺杂有杂质的单晶硅、绝缘体上硅(SOI)等。作为示例，衬底选用单晶硅材料构成。在所述衬底中还可以形成有埋层等。此外，所述衬底中还可以形成有N阱或P阱。所述栅极例如为常见的多晶硅栅极，也可以是金属栅极等，所述栅极包括栅极侧壁，以及，在栅极上可以形成有金属硅化物等辅助结构。所述源漏极区域可以依据需要有着相应的离子注入。在本发明中，所述P结和N结是依据离子注入类型而限定，例如在源漏极区域中，有着N型离子注入而被认为是N结，例如，注入离子为磷、砷等；相应的，有着P型离子注入则被认为是P结，例如注入离子为碳、硼等。
所述半导体样品可以按照现有的切割形式获得，例如为1-2cm2的大小，当然，依据实际需要，其尺寸可以灵活变动。
接着，执行步骤S102：提供热磷酸，将所述半导体样品放置于所述热磷酸中持续预定时间。较佳的，所述热磷酸选择质量浓度为80％以上的磷酸，例如85wt％等，依据半导体样品的大小及数量，来决定热磷酸的体积。举例而言，对于一片面积为1-2cm2的半导体样品，所述热磷酸的体积约为50ml。
在本发明的较佳选择中，所述热磷酸的温度在160℃-180℃，温度过低容易导致反应过慢，效率低下，温度过高则容易导致对半导体样品的腐蚀速度变快，不容易控制。在该温度范围内，所述预定时间为60秒-120秒。具体的，例如在160℃时，将半导体样品放置于热磷酸中的预定时间为90秒-120秒为佳；例如在170℃时，将半导体样品放置于热磷酸中的预定时间为75秒-105秒为佳；例如在180℃时，将半导体样品放置于热磷酸中的预定时间为60秒-90秒为佳。可见，在温度增加时，所述预定时间减少，从而获得较佳的腐蚀情况。上述温度及预定时间的条件尤其适用于0.11μm-0.18μm技术节点的半导体样品。而对于更先进的制程，例如20nm-90nm技术节点，较佳的温度为170℃左右，例如是165℃-175℃，且预定时间明显降低，例如在15秒-30秒为佳。
然后，执行步骤S103：取出所述半导体样品进行清洗，获得结轮廓检测样品。本步骤具体包括：采用去离子水(DI water)清洗所述半导体样品；利用惰性气体吹干所述半导体样品，从而使得结轮廓检测样品上的腐蚀液去除，并且实现了降温的目的，便于后续的检测。
如图4所示，经过上述步骤后，将获得本发明的结轮廓检测样品，其在结构上与所述半导体样品基本一致，区别在于P结和/或N结的结轮廓明显。举例而言，对于所述MOSFET的半导体样品，源漏极区域20(即存在P结或N结处)轮廓明显，当然了，其他层，例如衬底、栅极10、介质层等也都会被明显的显示出。具体可以参考图5a及图5b，图5a及图5b分别为对N结和P结在相同条件下利用热磷酸反应后获得的结轮廓检测样品的显微镜图片。可见源漏极区域20处的第一区域202、第二区域201皆有着明显的轮廓，能够清晰辨认。
利用本发明提供的热磷酸，在与所述半导体样品反应时，反应较现有技术更为平缓，当然，针对所述半导体样品的不同膜层及注入离子，还是有着反应快慢的差异，但是相比现有技术(例如含有氢氟酸(HF)和硝酸(HNO3)的混合水(或酒精)溶液进行腐蚀)有着显著的改善，就如上文所述，在20nm-90nm技术节点也可以有着15秒-30秒的可控时间。可见，本发明的方法反应时间适当，相比现有技术，可控性强。
在实际生产中，通常会遇到需要同时对P结和N结进行检测的情况，发明人经过大量实验后发现，可以控制温度在170℃，且使得预定时间为85秒-95秒，从而可以实现P结和N结有着不同的形貌，且避免腐蚀过度的情况。请继续参考图5a及图5b，可见，经过相同条件的处理后，图5a及图5b都获得了能够清晰辨认的结轮廓检测样品。此外，在N结的结轮廓检测样品中，源漏极区域20相比P结的结轮廓检测样品的源漏极区域20，被腐蚀度要轻，也即P结的结轮廓检测样品的源漏极区域20的轮廓更为显著。根据P结更容易被热磷酸腐蚀这一现象，在未知结的属性(N结或P结)时，可以通过在设定条件下(例如温度为170℃，预定时间为85秒-95秒)，观察腐蚀后的轮廓界面，从而判断出是N结还是P结，因而可以运用到反向工程(reverse engineering)，以利于半导体制程的优化和新工艺的研发。
在获得所述结轮廓检测样品的基础上，可以进行结轮廓的检测，即对所述结轮廓检测样品，采用显微镜进行结轮廓检测。例如可以在扫描电子显微镜、透射电子显微镜或聚焦离子束显微镜下检测所述结轮廓检测样品。
需要说明的是，在本发明中，如图4、图5a图5b所示栅极10处主要表现出的是磷酸和氮化硅反应后的轮廓(磷酸不和氧化硅反应)，这与现有技术中表现出的轮廓的层次是不一样的(氧化硅在氮化硅的外围)。
实验证明，本发明获得的结轮廓检测样品在检测后与SIMS(二次离子质谱分析技术)检测后的结果基本一致。众所周知，SIMS在元素分析上有着较高的能力，能够很好的展现出离子掺杂情况。而本发明的方法，检测结果与SIMS检测结果匹配度很高，尤其是在深度约110nm以下，与SIMS的检测结果基本一致。相比SIMS检测的高成本和大面积检测的需求，本发明的检测方法则是有着便捷迅速，可靠性强，适用性广的特点。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种结轮廓检测样品的制备方法，包括：
提供半导体样品，所述半导体样品中形成有P结和/或N结，所述半导体样品按照切割形式获得；
提供热磷酸，将所述半导体样品放置于所述热磷酸中持续预定时间，以便所述热磷酸腐蚀所述P结和/或N结，使得所述P结和/或N结具有明显的结轮廓；
取出所述半导体样品进行清洗，获得结轮廓检测样品。
2.如权利要求1所述的结轮廓检测样品的制备方法，其特征在于，所述热磷酸的浓度大于等于80wt％。
3.如权利要求2所述的结轮廓检测样品的制备方法，其特征在于，所述热磷酸的温度为160℃-180℃，所述预定时间为60秒-120秒，在所述热磷酸的温度增加时，所述预定时间减少。
4.如权利要求3所述的结轮廓检测样品的制备方法，其特征在于，所述热磷酸的温度为170℃。
5.如权利要求4所述的结轮廓检测样品的制备方法，其特征在于，所述半导体样品中同时形成有P结和N结，所述预定时间为85秒-95秒，以同时对P结和N结进行检测。
6.如权利要求2所述的结轮廓检测样品的制备方法，其特征在于，所述热磷酸的温度为165℃-175℃，所述预定时间为15秒-30秒，在所述热磷酸的温度增加时，所述预定时间减少。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的结轮廓检测样品的制备方法，其特征在于，取出所述半导体样品进行清洗，获得检测样品包括：
采用去离子水清洗所述半导体样品；
利用惰性气体吹干所述半导体样品。
8.一种由权利要求1-7中任意一项所述的结轮廓检测样品的制备方法获得的结轮廓检测样品。
9.一种结轮廓检测方法，包括：
提供一如权利要求8所述的结轮廓检测样品；
采用显微镜对所述结轮廓检测样品进行结轮廓检测。
10.利用如权利要求9所述的结轮廓检测方法，其特征在于，所述显微镜包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜或聚焦离子束显微镜。
CN201510969779.2A 2015-12-18 2015-12-18 结轮廓检测样品及制备方法、结轮廓检测方法 Active CN106896126B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510969779.2A CN106896126B (zh) 2015-12-18 2015-12-18 结轮廓检测样品及制备方法、结轮廓检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510969779.2A CN106896126B (zh) 2015-12-18 2015-12-18 结轮廓检测样品及制备方法、结轮廓检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106896126A CN106896126A (zh) 2017-06-27
CN106896126B true CN106896126B (zh) 2020-02-07

Family

ID=59191290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510969779.2A Active CN106896126B (zh) 2015-12-18 2015-12-18 结轮廓检测样品及制备方法、结轮廓检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106896126B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101995351A (zh) * 2009-08-27 2011-03-30 北大方正集团有限公司 一种半导体芯片结形貌显现方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101995351A (zh) * 2009-08-27 2011-03-30 北大方正集团有限公司 一种半导体芯片结形貌显现方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
InGaAs/InAlAs异质结的H3PO4/H2O2系的湿法腐蚀;田招兵 等;《功能材料与器件学报》;20080831;第14卷(第4期);第800页第1节 *
湿法去层法在芯片失效分析中的应用研究;金波;《微电子学》;20121231;第42卷(第6期);第851页第2.1节 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106896126A (zh) 2017-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102044461B (zh) 用于半导体器件失效分析的检测方法
CN100373573C (zh) 深次微米半导体器件中致命缺陷的确认方法
JP6511516B2 (ja) ゲルマニウム・オン・インシュレータ基板の製造方法
US20200395220A1 (en) Methods of enhancing surface topography on a substrate for inspection
CN104241161A (zh) 一种检测晶圆栅氧化物缺失缺陷的方法
CN104795340A (zh) 一种Flash产品的ONO薄膜缺陷的失效分析方法
KR100740159B1 (ko) 반도체 장치의 평가방법, 반도체 장치의 제조 방법, 및 반도체 웨이퍼
CN106896126B (zh) 结轮廓检测样品及制备方法、结轮廓检测方法
US9917189B2 (en) Method for detecting presence and location of defects in a substrate
US7745236B2 (en) Floating gate process methodology
CN105092619A (zh) 一种芯片失效分析方法
US9935021B2 (en) Method for evaluating a semiconductor wafer
CN106098584B (zh) 一种检测浅沟槽隔离区空洞缺陷的方法
Ko et al. Characterization and removal of polysilicon residue during wet etching
US8501500B2 (en) Method for monitoring the removal of polysilicon pseudo gates
CN103824802A (zh) 半导体结构的形成方法
US6313480B1 (en) Structure and method for evaluating an integrated electronic device
CN105047579B (zh) 检测嵌入式锗硅外延缺失缺陷的方法
US6617258B1 (en) Method of forming a gate insulation layer for a semiconductor device by controlling the duration of an etch process, and system for accomplishing same
CN104810268A (zh) 沟槽型功率器件栅氧化层的制备方法
US6506615B2 (en) Method for measuring the depth of well
CN112928038B (zh) 一种检测方法
CN114678285A (zh) 半导体检测方法
Yip et al. Case Study On Identification Of Implant Related Defect With Junction Stain Technique
CN117594428A (zh) 一种欧姆接触测试结构的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant