CN1979791A - 一种测定深沟槽失效深度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种测定深沟槽失效深度的方法，包括步骤：准备试样且获得失效的深沟槽在样品中的位置；在聚焦离子束样品台转动到预定角度时，在深沟槽的一侧预定距离处采用垂直于样品表面的离子束切割出凹坑；转动聚焦离子束样品台，采用与样品表面倾斜成预定角度的离子束切割包括失效深沟槽在内的样品，并且采用垂直于样品表面的电子束观看失效深沟槽的顶部图像。本发明可以节省对于深沟槽失效深度的分析时间且提高分析的准确度和成功率。

Description

一种测定深沟槽失效深度的方法

技术领域

本发明涉及集成电路制作工艺中的分析检测技术，尤其是涉及一种测定深沟槽失效深度的方法。

背景技术

近年来，随着半导体制造工艺的发展，剖面结构对高端器件的良率和可靠性的影响越来越大。例如，在深沟槽(Deep Trench，DT)中，侧壁的形状、尺寸等是影响半导体器件性能的关键因素。

为改进深沟槽加工过程的质量，需要对失效的深沟槽的位置以及失效的沟槽的失效深度进行分析，将分析所得的数据反馈给生产部门。这是因为，深沟槽的加工过程通常需要分成多个阶段来进行，每个阶段的工艺条件(例如气体配比等)都需要进行精确的调节和控制，一旦出现偏差，则会导致产品的性能下降。因此，需要根据分析得到的失效沟槽的深度来判断工艺条件不当的加工阶段，从而加以完善。

失效的深沟槽的位置可以由FA(Fail Analysis，失效分析)分析实验室通过MOSAID测出，随后进一步测定该失效深沟槽的失效深度。

请参阅图1，是现有技术中的一种测定深沟槽失效深度的方法的示意图。

首先，将样品900置于FIB(Focus Ion Beam，聚焦离子束)/SEM(ScanningElectron Microscope，扫描电子显微镜)系统中。

FIB的原理是利用经过电磁透镜聚焦的高能离子束(I-beam)轰击样品表面，将样品的原子溅射出来，通过长时间溅射，在需要观察的指定区域用离子束挖出一定深度和一定倾斜角的槽，以便采用SEM进行观察。采用FIB进行样品制作的现有技术可以参阅中国专利第200310122898.1号和中国专利第200410075149.2号。

随后，在失效沟槽910的附近采用离子束切割出三角形状空间920。

此后，由远至近采用离子束对靠近失效沟槽910的样品进行逐步的切割，并且配合电子束(E-beam)观察样品的侧壁的视图，直至发现异常。

但是，该现有技术的测定深沟槽失效深度的方法存在一些缺陷。

首先，该现有技术的方法需要耗费较多的时间。这是因为，虽然切割出三角形空间920可以减少离子束的使用，但是，由于样品在三角形空间920和失效沟槽910之间仍然存在一定的宽度，需要逐步地切割和观察。也就是说，每次向下切割出8um的深度后，需要采用电子束进行观察，然后再靠近失效沟槽910的方向移动离子束，大约需要移动40至50次，而离子束每移动5nm的距离需要耗时1分钟左右。

其次，采用该现有技术的方法进行的分析不易成功。这是因为，深沟槽的整体宽度约为100nm左右，而离子束每次约移动5nm，从而经常出现在切割时将失效部位切割掉的现象，从而无法对失效深度进行精确的测定和分析。并且，深沟槽的整体深度约为8um左右，离子束在向下的切割过程中，难以控制其准直度，导致切割出来的截面不平，从而影响对截面视图的分析。

有鉴于此，需要提供一种新型的测定深沟槽的失效深度的方法。

发明内容

针对上述缺陷，本发明要解决的问题是提供一种测定深沟槽失效深度的方法，可以节省时间且提高分析的准确度和成功率。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：提供一种测定深沟槽失效深度的方法，包括步骤：

1)准备试样且获得失效的深沟槽在样品中的位置；

2)在聚焦离子束样品台转动到预定角度时，在深沟槽的一侧预定距离处采用垂直于样品表面的离子束切割出凹坑；

3)转动聚焦离子束样品台，采用与样品表面倾斜成预定角度的离子束切割包括失效深沟槽在内的样品，并且采用垂直于样品表面的电子束观看失效深沟槽的顶部图像。

优选地，在所述步骤3)中，进一步根据失效深沟槽的顶部图像来调节离子束的能量。

优选地，在所述步骤2)中，进一步在深沟槽的另一侧采用垂直于样品表面的离子束切割出凹坑。

优选地，所述凹坑的深度和深沟槽的深度相同，且其宽度和深度的比例优选为1/2至1的范围内。

优选地，所述步骤1)中，准备试样时将试样表面处理到能够定位失效的层。

优选地，所述表面处理是采用约49％的氢氟酸HF浸泡样品约3分钟。

优选地，如果在深沟槽中填充有聚合物，在所述步骤3)之前还包括对试片进行处理以便于分辨图像。

优选地，所述对试片的处理是采用IEE气体进行的。

优选地，所述步骤2)和步骤3)的预定角度是52度。

优选地，所述深沟槽的深度为8um，凹坑距离深沟槽为3um，凹坑的宽度为6um。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于本发明采用SEM来观测失效深沟槽的顶部图像，因此，相对现有技术观测侧部图像来说，准确度和成功率都得以提升。并且可以在切割的同时进行观测，降低了分析的时间。另外，由于不是在失效深沟槽的附近从远至近对样品进行垂直切割，而是直接用预定的角度倾斜切割包括失效深沟槽在内的样品，所使用的切割时间可以降低，且不至于切割掉失效部位，进一步使得准确度和成功率更为可靠。

在本发明的优选方案中，在对样品进行切割时，根据实际情况对离子束的能量进行调节，进一步降低时间且减少成本。

在本发明的优选方案中，在失效深沟槽的两侧均切割出凹坑，使得深沟槽附近的样品的宽度相对较短，因此切割所使用的离子束可以减少，并且对离子束的控制和调节相对简单。

附图说明

图1是现有技术中的一种测定深沟槽失效深度的方法的示意图；

图2是本发明的测定深沟槽的失效深度的方法的流程图；

图3是在失效的深沟槽的一侧采用离子束切割出凹坑的示意图；

图4是在失效的深沟槽的另一侧采用离子束切割出凹坑的示意图；

图5是对失效的深沟槽进行切割且观看顶部视图的示意图；

图6是采用本发明的方法观测到的失效的图像的示例；

图7是本发明的方法的另一实施例的示意图；

图8是本发明的方法的又一实施例的示意图。

具体实施方式

请参阅图2，是本发明的测定深沟槽的失效深度的方法的流程图。

步骤S210，试样准备。

本发明的实施例中，切下样品的大小为10mm*10mm左右，并且对样品试片进行表面处理，使得可以对深沟槽层进行后述的处理。

其中，该表面处理的过程可以采用化学的方法，例如采用49％的氢氟酸HF浸泡3分钟左右，使得试片表面处理到能够定位失效地址的那一层。

步骤S220，将样品放入FIB中，转动FIB样品台到预定角度，使得离子束垂直于样品表面，测定失效的深沟槽的位置。

本发明的实施例中，所述预定角度是50度。当然，针对不同的FIB，其样品台转动的角度可以是不同的。

本领域的技术人员理解，测定失效沟槽的位置的方法可以是现有技术的任何技术手段，此不赘述。

步骤S230，在失效的深沟槽的两侧预定位置切割出凹坑。

请一并参阅图3和图4，在失效的深沟槽110的两侧采用离子束先后切割出凹坑120和130。

本发明的一个实施例中，深沟槽110的深度约为8um，凹坑120和130位于深沟槽110的两侧且距离深沟槽110约3um。凹坑120和130的宽度相同，约为6um左右。凹坑120和130的深度相同，且等于深沟槽110的深度，约为8um左右。

切割凹坑的作用在于，尽量降低离子束的使用复杂性，减少整个分析的时间。这是因为，切割出凹坑后，对深沟槽附近的样品的宽度相对较短，因此切割所使用的离子束可以减少，并且对离子束的控制和调节相对简单。而且，凹坑的宽度较大，可以采用更粗的离子束进行切割，由于离子束的能量提高，切割的时间得以降低，约为15秒左右。

需要说明的是，所谓凹坑的距离、宽度和深度等可以根据实际情况和需求进行调整，并不限于本实施例所述的数值。其中，凹坑与深沟槽的距离和凹坑的宽度应当不影响到对深沟槽的分析，而且便于离子束的操作。凹坑的宽度和深度的比例优选为1/2至1的范围内。

步骤S240，切割包括失效沟槽在内的样品，观察失效沟槽的顶部图像。

请一并参阅图5，转动FIB样品台，使得样品的表面垂直于电子束并且与离子束形成预定的角度。所述预定角度根据FIB系统的不同而有所不同，本发明的一个实施例中，该角度为0度。

采用FIB的离子束切割失效沟槽位置范围内的样品，采用同时电子束观看该失效深沟槽的Top view(顶部视图)SEM图像。

边切割边观看，直至切割至失效深沟槽110的失效深度处111。由于本实施例中，样品的表面垂直于电子束并且与离子束形成预定的角度，因此可以实现边切割边观看，从而降低分析的时间。

请一并参阅图6，是采用本发明的方法观测到的失效的图像的示例。

由于本发明采用SEM来观测失效深沟槽的顶部图像，因此，相对现有技术观测侧部图像来说，准确度和成功率都得以提升。并且可以在切割的同时进行观测，降低了分析的时间。另外，由于不是在失效深沟槽的附近从远至近对样品进行垂直切割，而是直接用预定的角度倾斜切割包括失效深沟槽在内的样品，所使用的切割时间可以降低，且不至于切割掉失效部位，进一步使得准确度和成功率更为可靠。

此外，需要说明的是，如果在深沟槽中填充有Poly(聚合物)，则为了顺利地采用电子束观看样品的SEM图像，需要在观看之前对试片进行处理。

本发明的一个实施例中，所述处理是采用IEE(Insulator Enhance Etch)气体进行的。当然，所述处理也可以采用现有技术的其他方式来进行，此不赘述。

由于聚合物和样品之间的对比性不强，如果不对试片进行处理，则在观看时无法进行精确的分辨。而对试片进行处理的作用就在于增强二者之间的对比度，以便进行清晰的分辨。

此外，本发明中，在对样品进行切割时，还可以根据实际情况对离子束的能量进行调节，进一步降低时间且减少成本。

请一并参阅图7，当切割时观看的图像如710所示时，表示离失效点上有一定距离，则离子束的能量可以适当加大，来加快切割的时间。

当观看的图像如720所示时，则表示已经到达失效深度附近，因此适当减小离子束的能量，直至观看到如730所示的图像为止。

请一并参阅图8，本发明的另一个实施例中，根据实际需求，只在失效深沟槽位置的一侧切割出凹坑，而不是在两侧均切割出凹坑。

综上所述，本发明在对失效样品进行分析时，在测定失效深沟槽的位置的基础上，进一步采用一种能定点的研磨的方法，将整根深沟槽从顶上向下逐步研磨，边研磨边观察深沟槽的顶部视图(Top view)是否有问题，从而克服现有技术的缺陷。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种测定深沟槽失效深度的方法，其特征在于，包括步骤：

1)准备试样且获得失效的深沟槽在样品中的位置；

2)在聚焦离子束样品台转动到预定角度时，在深沟槽的一侧预定距离处采用垂直于样品表面的离子束切割出凹坑；

3)转动聚焦离子束样品台，采用与样品表面倾斜成预定角度的离子束切割包括失效深沟槽在内的样品，并且采用垂直于样品表面的电子束观看失效深沟槽的顶部图像。

2.如权利要求1所述的测定深沟槽失效深度的方法，其特征在于，在所述步骤3)中，进一步根据失效深沟槽的顶部图像来调节离子束的能量。

3.如权利要求1所述的测定深沟槽失效深度的方法，其特征在于，在所述步骤2)中，进一步在深沟槽的另一侧采用垂直于样品表面的离子束切割出凹坑。

4.如权利要求1所述的测定深沟槽失效深度的方法，其特征在于，所述凹坑的深度和深沟槽的深度相同，且其宽度和深度的比例优选为1/2至1的范围内。

5.如权利要求1所述的测定深沟槽失效深度的方法，其特征在于，所述步骤1)中，准备试样时将试样表面处理到能够定位失效的层。

6.如权利要求5所述的测定深沟槽失效深度的方法，其特征在于，所述表面处理是采用约49％的氢氟酸HF浸泡样品约3分钟。

7.如权利要求1所述的测定深沟槽失效深度的方法，其特征在于，如果在深沟槽中填充有聚合物，在所述步骤3)之前还包括对试片进行处理以便于分辨图像。

8.如权利要求7所述的测定深沟槽失效深度的方法，其特征在于，所述对试片的处理是采用IEE气体进行的。

9.如权利要求1至8任一项所述的测定深沟槽失效深度的方法，其特征在于，所述步骤2)和步骤3)的预定角度是52度。

10.如权利要求9所述的测定深沟槽失效深度的方法，其特征在于，所述深沟槽的深度为8um，凹坑距离深沟槽为3um，凹坑的宽度为6um。

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