CN107993953A - 一种精确定位电迁移测试中空洞位置的方法 - Google Patents

一种精确定位电迁移测试中空洞位置的方法 Download PDF

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李桂花
仝金雨
李品欢
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Abstract

本发明提供一种精确定位微电子器件电迁移测试中空洞位置的方法，将聚焦离子束机台切割以及纳米探针接地的作用应用到微电子器件电迁移测试中空洞位置的无损定位中，大大提高电迁移空洞定位的精确度，进而提高了电迁移失效分析的成功率及效率。

Description

一种精确定位电迁移测试中空洞位置的方法
技术领域
本发明涉及微电子器件有效性检测领域，尤其涉及一种精确定位微电子器件金属连线电迁移测试中空洞位置的方法。
背景技术
众所周知的，电迁移(EM)是微电子器件中主要的失效机理之一，电迁移造成金属导电线路的开路或者短路，降低产品的可靠性。对于微电子器件的加工厂来说主要是定位电迁移测试结构失效点的位置，即空洞(void)位置，结合电迁移原理来分析工艺失效原因。
现行的电迁移主要测试结构如图1和2所示，对于电迁移空洞定位主要是通过背面红外线显微镜观察进行定位或者直接选择一极进行样品制备，如果没有发现有效的空洞再选取另一极进行样品制备。
对于现行的两种制样方法，存在以下问题：背面红外显微镜观察进行定位仅适用于金属线中比较大的空洞，红外线显微镜的分辨率为微米级别，对于金属接连处通孔里的空洞没有办法观察到，因为红外线没办法穿透金属线。对于第二种方法就会造成机台以及人力的浪费，同时无法精确定位失效位置可能导致制样失败。
发明内容
针对以上问题，本发明提出一种结合聚焦离子束(FIB，Focused Ion beam)机台定位失效点的位置，一种可以无损精确定位电迁移测试空洞位置的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种精确定位电迁移测试中空洞位置的方法，包括以下步骤：
制备需要进行测试的微电子器件，所述微电子器件至少包括用于导电的金属线，以及覆盖金属线的钝化层用以保护所述金属线；
将上述制备好的微电子器件样品置于聚焦离子束机台中，利用聚焦离子束技术将覆盖金属线的钝化层的至少一部分清除掉，以露出待测试的金属线的至少一部分；
接着，将上述样品利用纳米探针接触金属线露出的部分，其中，接触金属线的纳米探针接地，利用纳米探针的接地作用，使与纳米探针相连通的金属线置于低电位，而金属线中存在空洞的地方，由于不导通成为高阻的地方而处于高电位，低电位的地方有利于二次电子的逸出，而高电位的地方则没有或基本没有二次电子的逸出，从而使导通和不导通区域利用聚焦粒子束二次电子成像技术呈现分明的明暗对比，实现金属线中空洞位置的精确定位。
优选地，所述微电子器件为三维存储器，所述三维存储器包括存储阵列区，位于存储阵列区两侧的台阶区以及外围电路区，三维存储器包括多个层叠的存储单元，以及用于信号传输和控制的金属线，上述金属线包括：字线，位线以及金属柱塞结构。
优选地，在将覆盖金属线的钝化层的至少一部分清除掉之后，还包括对样品表面进行清洗，以保持待测试样品表面的清洁度，并使用氮气枪对待测试样品进行吹干处理，以去除待测试样品上残留的水分。
优选地，被清除掉的钝化层的长度为1至10微米。
优选地，所述的纳米探针为FIB的样品提取针。
本发明的优点在于：将聚焦离子束机台切割以及纳米探针接地的作用应用到微电子器件电迁移测试中空洞位置的无损定位中，大大提高电迁移空洞定位的精确度，进而提高了电迁移失效分析的成功率及效率，并且大大提高了制样成功率和效率，减少机台不必要的浪费。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
附图1-2示出了根据本发明背景技术的电迁移测试结构。
附图3示出了根据本发明实施方式的电迁移测试结构。
附图4示出了根据本发明实施方式的电迁移测试的原理图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
聚焦离子束技术
聚焦离子束(FIB，Focused Ion beam)是将液态金属(大多数FIB都用Ga)离子源产生的离子束经过离子枪加速，聚焦后照射于样品表面产生二次电子信号取得电子像。此功能与扫描电子显微镜(SEM)相似,或用强电流离子束对表面原子进行剥离,以完成微、纳米级表面形貌加工。通常是以物理溅射的方式搭配化学气体反应，有选择性的剥除金属,氧化硅层或沉积金属层。
聚焦离子束的系统是利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割仪器，目前商用系统的离子束为液相金属离子源(Liquid Metal Ion Source,LMIS)，金属材质为镓(Gallium,Ga)，因为镓元素具有低熔点、低蒸气压、及良好的抗氧化能力；典型的离子束显微镜包括液相金属离子源、电透镜、扫描电极、二次粒子侦测器、5-6轴向移动的试片基座、真空系统、抗振动和磁场的装置、电子控制面板、和计算机等硬设备，外加电场(Suppressor)与液相金属离子源可使液态镓形成细小尖端，再加上负电场(Extractor)牵引尖端的镓，而导出镓离子束，在一般工作电压下，尖端电流密度约为1埃10-8Amp/cm2，以电透镜聚焦，经过一连串变化孔径(Automatic Variable Aperture,AVA)可决定离子束的大小，再经过二次聚焦至试片表面，利用物理碰撞来达到切割和沉积的目的。
聚焦离子束在半导体集成电路工业上的应用，主要可分为五大类：1.线路修补和布局验证；2.组件故障分析；3.生产线制程异常分析；4.IC制程监控-例如光阻切割；5.穿透式电子显微镜试片制作。其中，在各类应用中，以线路修补和布局验证这一类的工作具有最大经济效益，局部的线路修改可省略重作光罩和初次试作的研发成本，这样的运作模式对缩短研发到量产的时程绝对有效，同时节省大量研发费用。选择性的材料蒸镀(SelectiveDeposition)-以离子束的能量分解有机金属蒸气或气相绝缘材料，在局部区域作导体或非导体的沉积，可提供金属和氧化层的沉积(Metal and TEOS Deposition)，常见的金属沉积有铂(Platinum,Pt)和钨(Tungstun,W)二种。
三维存储器的结构
一种三维存储器的基本结构包括存储单元区域，位于该存储单元区域两侧的台阶区域，以及位于存储单元区域周边的解码器区域、页面缓存区以及其它外围电路和电接触焊盘区域。该三维存储器包括上述存储单元区域及其一侧的台阶区域，存储单元区域及其一侧的台阶区域由在晶圆基底上交替形成的介质层和钨金属层而成，其中介质层的材料可以为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅及其组合，优选为氮化硅。根据存储器容量的不同，其交替形成的层数可以为32层，48层，64层，甚至更多层。在上述存储单元区域以及台阶区域之上覆盖绝缘层，并平坦化该绝缘层，绝缘层的材料可以为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅及其组合，优选为氧化硅，具体如二氧化硅。
在存储单元区域形成贯通整个区域的通孔，通过在通孔内填充介质层以及半导体材料层，形成存储器的沟道区域，半导体材料优选为多晶硅。在台阶区域的每个露出的台阶区域上对应形成多组贯穿绝缘层的通孔，从而将各个台阶的钨金属层暴露，并在该通孔中填充金属钨，以形成钨栓塞。通过上述钨栓塞实现存储单元区域各个存储颗粒的栅极的引出和控制。
实施例一
如图3-4所示，一种精确定位电迁移测试中空洞位置的方法，包括以下步骤：
制备需要进行测试的微电子器件，所述微电子器件至少包括用于导电的金属线10，以及覆盖金属线10的钝化层11用以保护所述金属线；
将上述制备好的微电子器件样品置于聚焦离子束机台中，利用聚焦离子束技术将覆盖金属线10的钝化层11的至少一部分清除掉，以露出待测试的金属线的至少一部分；被清除掉的钝化层的长度以能够确保后续探针接触为标准，例如该长度为1至100纳米，优选地，所述长度为10纳米。
接着，如图3所示，将上述样品利用纳米探针12接触金属线露出的部分，其中，接触金属线的纳米探针接地，利用纳米探针的接地作用，使与纳米探针相连通的金属线置于低电位，而金属线10中存在空洞的地方，由于不导通成为高阻的地方13而处于高电位，低电位的地方有利于二次电子的逸出，而高电位的地方则没有或基本没有二次电子的逸出，如图4所示，从而使导通和不导通区域利用聚焦粒子束二次电子成像技术呈现分明的明暗对比，实现金属线中空洞位置的精确定位。
实施例二
本发明的实施例二提出一种精确定位电迁移测试中空洞位置的方法，在该实施例中，将描述与以上实施例不同的部分，相同部分将不再赘述。
所述微电子器件为三维存储器，所述三维存储器包括存储阵列区，位于存储阵列区两侧的台阶区以及外围电路区，三维存储器包括多个层叠的存储单元，以及用于信号传输和控制的金属线，上述金属线包括：字线，位线以及金属柱塞结构。
对于上述字线，位线或金属柱塞结构的金属线的电迁移空洞位置的确定，可以利用如下步骤来进行测试。
将上述制备好的三维存储器样品置于聚焦粒子束机台中，利用聚焦粒子束技术将覆盖在字线，位线或金属柱塞上的钝化层的至少一部分清除掉，以露出待测试的金属线的至少一部分；
接着，将上述样品利用纳米探针接触金属线露出的部分，其中，接触金属线的纳米探针接地，利用纳米探针的接地作用，使与纳米探针相连通的金属线置于低电位，而金属线中存在空洞的地方，由于不导通成为高阻的地方而处于高电位，低电位的地方有利于二次电子的逸出，而高电位的地方则没有或基本没有二次电子的逸出，从而使导通和不导通区域利用聚焦粒子束二次电子成像技术呈现分明的明暗对比，实现金属线中空洞位置的精确定位。
实施例三
本发明的实施例三提出一种精确定位电迁移测试中空洞位置的方法，在该实施例中，将描述与以上实施例不同的部分，相同部分将不再赘述。
在将覆盖金属线的钝化层的至少一部分清除掉之后，还包括对样品表面进行清洗，以保持待测试样品表面的清洁度，并使用氮气枪对待测试样品进行吹干处理，以去除待测试样品上残留的水分。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种精确定位电迁移测试中空洞位置的方法，包括以下步骤：
制备需要进行测试的微电子器件，所述微电子器件至少包括用于导电的金属线，以及覆盖金属线的钝化层用以保护所述金属线；
将上述制备好的微电子器件样品置于聚焦粒子束机台中，利用聚焦离子束技术将覆盖金属线的钝化层的至少一部分清除掉，以露出待测试的金属线的至少一部分；
将上述样品利用纳米探针接触金属线露出的部分。
2.如权利要求1所述的一种精确定位电迁移测试中空洞位置的方法，其特征在于，将上述样品利用纳米探针接触金属线露出的部分包括，接触金属线的纳米探针接地，利用纳米探针的接地作用，使与纳米探针相连通的金属线置于低电位，而金属线中存在空洞的地方，由于不导通成为高阻的地方而处于高电位，低电位的地方有利于二次电子的逸出，而高电位的地方则没有或基本没有二次电子的逸出，从而使导通和不导通区域利用聚焦离子束二次电子成像技术呈现分明的明暗对比，实现金属线中空洞位置的精确定位。
3.如权利要求1或2所述的一种精确定位电迁移测试中空洞位置的方法，其特征在于，所述微电子器件为三维存储器，所述三维存储器包括存储阵列区，位于存储阵列区两侧的台阶区以及外围电路区，三维存储器包括多个层叠的存储单元，以及用于信号传输和控制的金属线，上述金属线包括：字线，位线以及金属柱塞结构。
4.如权利要求1或2所述的一种精确定位电迁移测试中空洞位置的方法，其特征在于，在将覆盖金属线的钝化层的至少一部分清除掉之后，还包括对样品表面进行清洗，以保持待测试样品表面的清洁度，并使用氮气枪对待测试样品进行吹干处理，以去除待测试样品上残留的水分。
5.如权利要求1或2所述的一种精确定位电迁移测试中空洞位置的方法，其特征在于，被清除掉的钝化层的长度为1至100纳米。
6.如权利要求1或2所述的一种精确定位电迁移测试中空洞位置的方法，其特征在于，所述的纳米探针为FIB的样品提取针。
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