DE19629250B4

DE19629250B4 - Verfahren zur Herstellung von Proben zur Analyse von Defekten von Halbleitereinrichtungen

Info

Publication number: DE19629250B4
Application number: DE19629250A
Authority: DE
Inventors: Jeong-Hoi Koo; Doo-Jin Park
Original assignee: Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2016-07-20
Also published as: JP2715288B2; JPH09219429A; CN1150326A; KR0172720B1; KR970007380A; US5840205A; CN1077332C; TW299480B; DE19629250A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Probe zur Analyse von Defekten einer Halbleitereinrichtung, mit den folgenden Schritten:
eine erste Probe einer vorbestimmten Größe wird durch Schneiden eines Wafers benachbart zu einem defekten Abschnitt hergestellt, der in einer mit einer Struktur versehenen Schicht vorkommt, die auf einem Substrat ausgebildet ist;
die erste Probe wird mit einem Harz oder Wachs geformt oder angeformt;
das Substrat der ersten Probe wird bei einem vorbestimmten Winkel an der Rückseite des Substrats geschliffen;
die geschliffene Fläche wird geätzt, um die defekte Schicht freizulegen, wobei der Wafer ein Halbleitersubstrat und mit einer Struktur versehene Schichten umfasst, wobei Speichereinrichtungen auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Probe zur Analyse von Defekten einer Halbleitereinrichtung, das es ermöglicht, die an dem Boden bzw. Grund der mit einem Muster bzw. einer Struktur versehenen Schicht einer Halbleitereinrichtung vorkommenden Defekte von der Rückseite zu beobachten.
Seitdem eine Halbleitereinrichtung hochintegriert ist, ist jede Schicht einer Halbleitereinrichtung zu einer Anordnung einer dreidimensionalen, komplizierten Struktur abgewandelt worden, um die Speicherkapazität zu maximieren. Zusätzlich erfordert es auch, daß das Blickfeld zur Beobachtung von Defekten, die in einem Wafer bzw. in einer Scheibe vorkommen, dreidimensional ist.
Unter diesen Verfahren zum Beobachten von Defekten der mit einem Muster bzw. einer Struktur versehenen Schicht, die auf dem Substrat einer Halbleitereinrichtung mit einer Struktur mit mehreren Niveaus ausgebildet ist, sind die Draufsicht und die Schrägansicht zum Beobachten der Defekte von der ausgebildeten oberen Schicht zu der unteren Schicht. Unter den obigen Verfahren gibt es jedoch Fälle, bei denen es unmöglich ist, Defekte, wie etwa bei einer Kontaktunterbrechung oder einer Fehlausrichtung bzw. Fehljustierung zu analysieren. Deshalb ist zur Lösung dieses Problems ein Verfahren zur Rückseitenätzung vorgeschlagen worden, bei dem die Rückseite eines Substrates gerieben bzw. poliert und dann geätzt wird, bis die mit einem Muster bzw. einer Struktur versehene Schicht freigelegt ist. Bei diesem Verfahren wird das Polieren der Rückseite des Substrates mechanisch vorgenommen und anschließend wird die Prozessierung der polierten Oberfläche chemisch vorgenommen, wobei sich das Freilegen des fehlerhaften Musters bzw. Struktur ergibt.
Bezugnehmend auf die 1A–1C wird die Rückseitenätztechnologie gemäß einer Ausführungsform des herkömmlichen Standes der Technik beschrieben.
Zunächst wird, wie in 1A gezeigt, die mit einem Muster bzw. mit einer Struktur versehene Schicht 2, die auf einem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet ist, geformt, wobei sich eine geformte Schicht 3 ergibt. Das gesamte Substrat 1, die mit einem Muster versehene Schicht 2 und die geformte Schicht 3, die in 1A gezeigt sind, werden als eine erste Probe 6 bezeichnet. Danach wird die erste Probe 6, wie in 1B gezeigt, über eine zirkulierende bzw. drehende Platte 4 einer Poliereinrichtung mit der nach oben ausgerichteten geformten Schicht 3 gesetzt und in einer festen Stellung gehalten. Nach dem Abstellprozeß wird begonnen, das Substrat 1 von der Rückseite durch die Drehung der drehenden Platte 4 zu polieren und das Polierverfahren wird fortgesetzt, bis das Substrat 1 im wesentlichen entfernt ist. Anschließend wird ein Rest bzw. ein Rückstand 5. der durch das Polierverfahren erzeugt worden ist, durch die Lösungsmischung von HNO, und HF entfernt. Durch das obige Verfahren wird eine zweite Probe 7 zur Beobachtung einer defekten Schicht erhalten, wie in 1C gezeigt wird.
Das herkömmliche Verfahren zum Herstellen einer Probe zum Analysieren der Defekte einer Halbleitereinrichtung weist jedoch das Problem auf, daß der freigelegte Abschnitt des Musters unregelmäßig und sehr klein bzw. schmal ist. Deshalb ist es unmöglich, die Position des defekten Musters bzw. Struktur genau auszumachen und den Endpunkt zu bestimmen, bei dem die untere Schicht beginnt, freigelegt zu sein. Im Ergebnis hat das herkömmliche Verfahren ein Problem, in dem eine hohe Fehlerrate bei der Herstellung der Proben zur Analyse auftritt.
Zusätzlich gibt es auch das Problem, daß es viel Zeit erfordert, die Probe herzustellen, weil das Siliziumsubstrat 1 insgesamt poliert wird, um die ausgebildete mit einem Muster bzw. Struktur versehene Schicht 2 freizulegen. Darüber hinaus verbleibt der Rückstand 5 des Siliziumsubstrates 1 wegen der unregelmäßigen Abtrags- bzw. Polierrate der Poliereinrichtung auf der Oberfläche des mit einem Muster bzw. einer Struktur versehen Schicht, wie in 1C gezeigt wird. Das Ergebnis lautet, daß die freigelegten Muster unregelmäßig sind, selbst wenn sie durch naßätzen fertiggestellt werden. Mit anderen Worten, die freigelegten Muster treten nicht an gleichmäßigen Stellen auf, sondern zeigen sich hier und dort. Demgemäß ist es unmöglich, die Positionen der Fehler zu verfolgen.

Die GB 2 225 156 A beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Probe geschnitten wird, wobei ein Ionen-Sputtern durch ein Abtast-Ionen-Mikroskop durchgeführt wird, um einen Krater auszubilden.

Die JP 07043272 A beschreibt ein Verfahren zum Ausbilden einer dünnen Probe vor einem Ionen-Fräsen, wobei ein dünnes Probenstück aus der Probe ausgebildet wird, indem ein Photoresist-Film verwendet wird, wobei die ausgedünnten Endteile des Probestückes durch Ätzen ausgebildet werden.

Die JP 07083812 A beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Beobachtungsstelle unter Verwendung eines Schleifrades mit einem Kegel unter einer Neigung von 10° auf der Seitenoberfläche entfernt wird.

Die JP 6-213785 A beschreibt ein Verfahren, bei dem Material unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeits-Drehschneiders geschnitten wird, während das Material mittels eines stark vergrößernden optischen Mikroskops, welches bei der Schneidvorrichtung vorgesehen ist, beobachtet wird.

Die EP 0 651 243 A beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Proben für hochauflösende Elektronenmikroskopie. Bei dem Verfahren wird eine Öffnung hergestellt, indem eine Probe ionengefräst wird. Alternativ wird offenbart, dass ein chemisches Schleifverfahren verwendet werden kann, so dass ein keilförmiger Teil erhalten wird.

Die JP 5-302876 A beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Probe durch Schleifen an den Seiten der Probe hergestellt wird, um ein Beobachtungsziel in der Form eines Trapezes zu erhalten, welches sich nach unten aufweitet.

Die JP 6-249771 A beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Probe in eine Ätz-Lösung eingetaucht wird, um einen ausreichenden Ätz-Effekt zu erhalten.

Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Probe zum Analysieren von Defekten einer Halbleitereinrichtung zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, die Position der Defekte genau zu bestimmen sowie die Fehlerrate bei der Herstellung einer Probe aufgrund der Schwierigkeit der Bestimmung bzw. Festlegung des Endpunktes zu vermindern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 erzielt. Vorteilhafte Verfahrensvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die gemäß der Erfindung zu erzielenden Vorteile beruhen darauf, daß ein Verfahren zur Herstellung einer Probe zum Analysieren von Defekten einer Halbleitereinrichtung zur Verfügung gestellt wird, das die folgenden Schritte aufweist: Eine erste Probe einer vorbestimmten Größe wird durch Schneiden eines Wafers bzw. einer Scheibe benachbart zu einem defekten Abschnitt hergestellt, der in der mit einem Muster bzw. einer Struktur versehenen Schicht, die auf einem Substrat ausgebildet ist, vorkommt; die erste Probe wird mit einem Harz geformt bzw. beschichtet; das Substrat der ersten Probe wird mit einer vorbestimmten Neigung geschliffen bzw. gerieben oder poliert; und die geschliffene bzw. polierte Fläche wird geätzt, um die defekte Schicht freizulegen, wobei der Wafer ein Halbleitersubstrat und mit einem Muster bzw. einer Struktur versehene Schichten umfaßt, wobei insbesondere Speichereinrichtungen auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind.

Diese und andere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Blick auf die folgende Beschreibung, die beigefügten Ansprüche und die begleitenden Darstellungen besser zu verstehen sein, in denen:
1A–1C ein Verfahren zum Herstellen einer Probe für die Analyse von Defekten in einem Wafer bzw. einer Scheibe gemäß dem herkömmlichen Stand der Technik zeigen.
2A und 2B ein Verfahren zum Herstellen einer Probe für die Analyse von Defekten in einem Wafer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
3A und 3B querschnittliche Teilansichten einer Halbleitereinrichtung sind, die die vorliegende Erfindung nach den 2A und 2B auf den Defekt der Metallkontaktöffnung anwendet.
4 eine Photographie eines Rasterelektronenmikroskops für die Oberfläche (SEM) ist, die einen Kontaktleerstellenfehler bzw. -hohlraumfehler zeigt, der in der Peripherie einer ersten Metallzwischenverbindung erzeugt worden ist, wobei eine Probe für die Photographie gemäß der vorliegenden Erfindng nach den 2A und 2B vorbereitet worden ist.
5 eine SEM-Fotographie ist, die einen Kontaktunterbrechungsfehler zeigt, der in einem Polysiliziumkontakt einer DRAM-Zelle erzeugt worden ist, wobei eine Probe für die Fotographie gemäß der vorliegenden Erfindung nach den 2A und 2B vorbereitet worden ist.
Hierin werden im Folgenden bezugnehmend auf die beigeschlossenen Darstellungen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Nachdem die Herstellung einer Halbleitereinrichtung, wie etwa einem DRAM, auf einem Siliziumsubstrat vervollständigt worden ist, werden irgendwelche Fehler, wie etwa die Leerstellen oder Hohlstellen bzw. die Kontaktunterbrechungen durch einen bit-map-test geprüft.
Bezugnehmend auf 2A wird in einem ersten Schritt eine erste Probe 16 einer vorbestimmten Größe, die den geprüften Defekt 15 enthält, durch einen Diamantstift geschnitten bzw. geritzt und von einem Wafer abgeteilt. Ein beliebiger Abschnitt der Schnittlinie sollte benachbart zu der Position des Defekts 15 sein. Danach wird er mit einer oberen Seite oder äußeren Seite der mit einem Muster bzw. einer Struktur versehenen Schicht 12, die nach oben ausgerichtet ist, mit einem Harz beschichtet bzw. geformt, wobei sich eine angeformte Schicht 13 ergibt. Diese geformte bzw. angeformte Schicht 13 dient dazu, eine Beschädigung der mit einem Muster bzw. einer Struktur versehenen Schicht aufgrund des Gewichtes des Wafers bzw. der Scheibe selbst und des Andruckgewichtes beim Bohren, Schleifen bzw. Abtragen zu verhindern. Danach wird die erste Probe 16 mit der angeformten Schicht 13, die nach unten zeigt, umgedreht, wie es in 2A gezeigt wird. Die für die Formung verwendete Lösung wird von der Buehler GmbH hergestellt, die eine Probe von Kwick-Pulver mit einer Probe von Kwick-Flüssigkeit unter Verwendung eines Verhältnisses von jeweils 1:3 gemischt hat.
In einem zweiten Schritt wird, wie in 2B gezeigt, ein vorbestimmter Abschnitt der Rückseite des Substrates, das den Defekt 15 enthält, mit einer Neigung eines Winkels θ zu der horizontalen Fläche des Substrates durch eine Schleifmaschine 14 mit einer kleinen Spitze geschliffen bzw. poliert. Danach wird die geschliffene Fläche fein poliert. Die fehlerhafte Stelle kann leichter freigelegt werden, wenn der Schleif- bzw. Polierwinkel abfällt bzw. geringer ist.
In einem dritten Schritt wird die polierte Probe unter Verwendung von Chemikalien geätzt. Zwei Arten von Ätzchemikalien werden verwendet, um die mit einem Muster bzw. einer Struktur versehene Schicht nach der vorliegenden Erfindung freizulegen. Eine ist eine verdünnte Lösung von KOH, die den polierten Wafer grob ätzt, und die andere ist eine gemischte Lösung von HF + HNO₃, die die grobgeätzte Fläche einer Feinätzung unterzieht.
Die verdünnte Lösung von KOH hat ein jeweiliges Mischverhältnis von 1:5, wobei 20 mg von KOH mit 300 ml Wasser gemischt werden. Die verdünnte Lösung KOH reagiert nur an den polierten Abschnitten.
Nachdem ein Grobätzschritt unter Verwendung der Lösung von KOH fertig ist, wird ein zweiter Feinätzschritt vorgenommen, wobei die gemischte Lösung von HF und HNO, verwendet wird, die das Mischungsverhältnis von jeweils 4:6 hat. Von dem Ergebnis der vorangehenden zwei Ätzschritte wird die mit einem Muster bzw. einer Struktur versehene Schicht freigelegt. Mittlerweile wird ein Oxyd an der Zwischenfläche der mit einem Muster bzw. einer Struktur versehenen Schicht freigelegt, die durch eine Grobätzung unter Verwendung einer Lösung von verdünnter KOH entfernt wird.
Es wird bevorzugt, die geschliffene bzw. polierte Fläche durch die zwei Ätzschritte unter Verwendung der obigen Lösungen zu ätzen. Auch ist es möglich, die Lösung von verdünnter KOH für die Grobätzung zu verwenden und eine angemessene Lösung für die Feinätzung zu verwenden. Darüber hinaus ist es möglich eine angemessene Lösung für die Grobätzung zu verwenden und die gemischte Lösung von HF + HNO„ für die Feinätzung zu verwenden.
Die oben aufgezeigte vorliegende Erfindung kann für die Beobachtung von Defekten, wie etwa Metallkontaktbruchstellen oder – Lücken bzw. Hohlräumen eingesetzt werden.
Die 3A zeigt den Defekt der Metallkontaktbruchstelle, wobei die Aluminiumschicht 23 an der Kante "A" des Kontaktloches unterbrochen ist.
Bezugnehmend auf 3A wird in einem ersten Schritt eine Probe einer vorbestimmten Größe, die den geprüften Defekt enthält, durch einen Diamantstift geschnitten und dann von einem Wafer abgeteilt. Das Obere der Aluminiumschicht 23, das die Kontaktöffnung enthält, wird dann geformt, wobei sich eine geformte Schicht 24 ergibt. Anschließend wird, wie in 3B gezeigt, die geformte erste Probe mit der nach oben ausgerichteten geformten Schicht 23 ausgerichtet bzw. umgesetzt. In einem zweiten Schritt wird ein vorbestimmter Abschnitt der Rückseite des Substrates, das den Defekt enthält, mit einer Neigung eines Winkels θ zu der horizontalen Fläche des Substrates geschliffen bzw. poliert. Nachdem das Schleifen abgeschlossen ist, wird das Feinpolieren der geschliffenen Oberfläche fortgesetzt.
In einem dritten Schritt wird die polierte Probe unter Verwendung von Chemikalien während eines Grob- und eines Feinätzschrittes. wie bei den zuvor aufgeführten gleichen Verfahren geätzt.
Nachdem die obigen Schritte abgeschlossen sind, wird die isolierende Schicht 22 um das Kontaktloch teilweise durch eine Plasmaätzung entfernt, um den Defekt leicht erkennen zu lassen. Danach kann der Defekt mit einem Mikroskop beobachtet werden.
Die 4 ist eine SEM-Photographie, die einen Kontaktlückenfehler bzw. -Hohlraumfehler zeigt, der in der Peripherie einer ersten Metallzwischenverbindung bzw. -Verbindung erzeugt worden ist, für die eine Probe für die Photographie gemäß der vorliegenden Erfindung nach den 2A und 2B vorbereitet worden ist. Der Pfeil "B" auf der in 4 gezeigten Fotographie der Rückseite deutet den Kontaktlückenfehler an.
Die 5 ist eine SEM-Photographie. die einen Kontaktunterbrechungsfehler zeigt, der in einem Polysiliziumkontakt einer DRAM-Zelle erzeugt worden ist, bei der eine Probe für die Photographie gemäß der vorliegenden Erfindung nach den2A und 2B vorbereitet worden ist. Der Pfeil "C" in der in 5 gezeigten Fotographie der Rückseite deutet einen Kontaktlückenfehler eines Speicherknotenkontaktes aus Polysilizium (oder poly-3) an.
Neben dem obigen Kontaktdefekt kann auch ein Defekt aufgrund der Fehljustierung bzw. Fehlausrichtung unter Verwendung des vorliegenden Verfahrens ebenfalls beobachtet werden.
Wie hier oben beschrieben wird, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, eine homogene geschliffene Oberfläche zu erhalten, indem ein Schleif- bzw. Polierabschnitt auf einen Bereich benachbart zu der Defekten Position festgelegt wird. Wegen dieser Festlegung bzw.
Definition sind die Schleifverfahren einfacher und die in die Herstellung der Probe zu investierende Zeit nimmt ab. Darüber hinaus macht es die vorliegende Erfindung möglich, unmittelbar auf die Analyse eines Fehlers einer Halbleitereinrichtung angesetzt zu werden, so daß sie die Brauchbarkeit und Genauigkeit der Analyse verstärkt bzw. verbessert.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Probe zur Analyse von Defekten einer Halbleitereinrichtung, mit den folgenden Schritten: eine erste Probe einer vorbestimmten Größe wird durch Schneiden eines Wafers benachbart zu einem defekten Abschnitt hergestellt, der in einer mit einer Struktur versehenen Schicht vorkommt, die auf einem Substrat ausgebildet ist; die erste Probe wird mit einem Harz oder Wachs geformt oder angeformt; das Substrat der ersten Probe wird bei einem vorbestimmten Winkel an der Rückseite des Substrats geschliffen; die geschliffene Fläche wird geätzt, um die defekte Schicht freizulegen, wobei der Wafer ein Halbleitersubstrat und mit einer Struktur versehene Schichten umfasst, wobei Speichereinrichtungen auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Ätzschritt einen Grobätzschritt und einen Feinätzschritt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, in dem eine Lösung für das Grobätzen eine Lösung einer verdünnten KOH ist, die ein Verhältnis von jeweils 1:15 zu dem von Wasser hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, in dem eine Lösung für das Feinätzen ein Gemisch von HF + HNO₃ mit einem Mischverhältnis von jeweils 4:6 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, in dem eine Lösung für das Grobätzen eine Lösung von verdünnter KOH ist, die ein Verhältnis von 1:15 jeweils zu dem von Wasser hat, und eine Lösung für das Feinätzen ein Gemisch von HF + HNO₃ mit einem Mischverhältnis von jeweils 4:6 ist.