鏈式通孔結構樣品處理方法及失效測試方法
2023-06-26 18:40:26
鏈式通孔結構樣品處理方法及失效測試方法
【專利摘要】本發明提供一種鏈式通孔結構樣品處理方法及失效測試方法，包括：提供一鏈式通孔結構初始樣品，所述鏈式通孔結構初始樣品包括第二銅金屬層，鉭層，形成於通孔中且位於所述鉭層上的銅插塞；對所述鏈式通孔結構初始樣品進行研磨，直至暴露所述第二銅金屬層；採用溼法刻蝕工藝去除所述第二銅金屬層和所述銅插塞，形成鏈式通孔結構測試樣品。本發明採用溼法刻蝕工藝去除第二銅金屬層中的銅和銅插塞，留下鉭層，避免了金屬銅的短路現象，又因為鉭層中含有金屬鉭滿足聚焦離子束顯微鏡的使用要求，從而對鏈式通孔結構失效位置定位。
【專利說明】鏈式通孔結構樣品處理方法及失效測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體製備【技術領域】，特別涉及一種鏈式通孔結構樣品處理方法及失效測試方法。
【背景技術】
[0002]半導體晶片製造過程中通常使用鏈式通孔(Via Chain)測試結構來監控後道金屬互聯層中的工藝問題，可靠性測試過程中也會使用相同的結構以對通孔及後道金屬線進行相關可靠性評估測試。鏈式通孔失效時，特別是在整體電阻測試結果偏大甚至開路(Open)時，需要知道失效模式才能有效解決問題，要想確定失效模式必須先找到失效位置，然後再進行失效分析。
[0003]圖1是鏈式通孔測試結構剖面示意圖，如圖1所示，鏈式通孔測試結構包括:形成於介質層150中的第一溝槽、通孔以及與通孔連通的第二溝槽，形成於所述第一溝槽中的第一金屬層100，形成於所述通孔以及第二溝槽側壁的鉭層140，形成於所述通孔中且位於所述鉭層140上的插塞110，形成於所述第二溝槽中且位於鉭層140上的第二金屬層120，所述插塞110上下兩端分別與所述第二金屬層120和第一金屬層100相連接，從而形成鏈式通孔結構。所述鏈式通孔結構還包括與所述第二金屬層120和第一金屬層100電連接的金屬焊墊130，通過所述金屬焊墊130接地以進行測試。其中，所述插塞110、第一金屬層100和第二金屬層120均為同一種金屬,所述插塞110和第二金屬層120通過一步電鍍工藝填充溝槽和通孔形成，所述鉭層140包括金屬鉭。
[0004]常規失效分析時，需要先處理測試樣品，也就是先將樣品去層(De-120yer)，研磨直至暴露第二金屬層120，然後對該結構一端的金屬焊墊130進行接地處理，再使用聚焦離子束顯微鏡(FIB)進行電壓對比度(Voltage Contrast，簡稱VC)測試。
[0005]圖2是現有技術中使用聚焦離子束顯微鏡進行電壓對比度測試的鏈式通孔結構的失效位置定位示意圖，如圖2所示，當聚焦離子束顯微鏡的離子束打到第二金屬層120時，通過金屬焊墊130接地的第二金屬層120上積累的離子直接導走，在聚焦離子束顯微鏡中顯示為白色，由於某個通孔和第一金屬層100開路，導致後段的金屬層上的離子無法被導走，積累在金屬層上，顯現為黑色，這樣失效位置就確定在黑白交界處，如圖2虛線框所示，對失效位置進行標註，以便最後進行物性失效解析驗證。
[0006]實際工作中，鋁製程鏈式通孔使用此方法測試比較方便，但對於銅工藝結構的鏈式通孔，特別是器件工藝尺寸到90nm以下，由於第二金屬層120中的銅金屬線間的間距相對鋁製程工藝的鋁金屬線間的距離很小，使用研磨方法去層，研磨到第二金屬層120時，由於銅的延展性，研磨產生的銅顆粒經常會造成相鄰金屬線間短路，甚至一大片金屬線短路，當使用聚焦離子束顯微鏡進行電壓對比度測試，離子束打到第二金屬層120，由於第二金屬層120短路導致電壓對比度無異常點，也就是在聚焦離子束顯微鏡下顯示全部為白色，找不到黑白交界處，從而無法確定失效位置。
[0007]為解決這一問題，需要找到一種鏈式通孔結構失效定位的樣品處理方法，使得鏈式通孔結構樣品處理後不會發生銅金屬線短路，通過使用聚焦離子束顯微鏡進行電壓對比度測試有效定位失效位置。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在於解決研磨到第二金屬層後造成的金屬線短路而無法使用聚焦離子束顯微鏡進行電壓對比度測試，進而不能定位失效位置的問題。
[0009]為解決上述技術問題，本發明提供一種鏈式通孔結構樣品處理方法，包括:提供一鏈式通孔結構初始樣品，所述鏈式通孔結構初始樣品包括形成於介質層中的第一溝槽、第二溝槽以及通孔，形成於所述第一溝槽中的第一銅金屬層，形成於所述通孔以及第二溝槽側壁的鉭層，形成於所述通孔中且位於所述鉭層上的銅插塞，形成於所述第二溝槽中且位於鉭層上的第二銅金屬層，所述銅插塞與所述第二銅金屬層和第一銅金屬層連接；
[0010]對所述鏈式通孔結構初始樣品進行研磨，直至暴露所述第二銅金屬層；
[0011]採用溼法刻蝕工藝去除所述第二銅金屬層和所述銅插塞，形成鏈式通孔結構測試樣品。
[0012]可選的，在鏈式通孔結構樣品處理方法中，所述溼法刻蝕工藝採用的溶液為氨水與過氧化氫的混合液。
[0013]可選的，在鏈式通孔結構樣品處理方法中，所述氨水與過氧化氫的體積比為1:1 ?1:1.2。
[0014]可選的，在鏈式通孔結構樣品處理方法中，所述溼法刻蝕工藝採用的溶液為硝酸。
[0015]可選的，在鏈式通孔結構樣品處理方法中，所述硝酸的濃度為60?80%。
[0016]可選的，在鏈式通孔結構樣品處理方法中，所述鏈式通孔結構初始樣品還包括形成於所述通孔以及第二溝槽側壁的氮化鉭層，所述鉭層覆蓋於所述氮化鉭層。
[0017]可選的，在鏈式通孔結構樣品處理方法中，所述鏈式通孔結構初始樣品還包括與所述第二銅金屬層以及所述第一銅金屬層電連接的金屬焊墊。
[0018]根據發明的另一面，還提供了一種鏈式通孔結構失效測試方法，使用聚焦離子束顯微鏡對上述任意一項所述的鏈式通孔結構測試樣品進行電壓對比度測試，以確定所述鏈式通孔結構測試樣品的失效位置。
[0019]可選的，在鏈式通孔結構失效測試方法中，將所述鏈式通孔結構測試樣品的一金屬焊墊接地，然後使用聚焦離子束顯微鏡進行電壓對比度測試。
[0020]與現有技術相比，本發明使用溼法刻蝕工藝去除第二銅金屬層和通孔中的銅插塞，留下鉭層，避免了金屬銅的短路現象，又因為鉭層中含有金屬鉭滿足聚焦離子束顯微鏡的使用要求，從而對鏈式通孔結構失效位置定位。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是鏈式通孔測試結構剖面結構示意圖；
[0022]圖2是現有技術中使用聚焦離子束顯微鏡進行電壓對比度測試的鏈式通孔結構的失效位置定位示意圖；
[0023]圖3是本發明一實施例的鏈式通孔結構樣品的結構示意圖；
[0024]圖4是本發明一實施例的鏈式通孔結構樣品研磨後的結構示意圖；[0025]圖5是本發明一實施例的鏈式通孔結構樣品溼法刻蝕後的結構示意圖；
[0026]圖6是本發明一實施例的鏈式通孔結構樣品處理方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[0028]如圖2至6所示，本發明提供一種鏈式通孔結構樣品處理方法，包括:
[0029]步驟SI，提供一鏈式通孔結構初始樣品20，所述鏈式通孔結構初始樣品20包括形成於介質層中的第一溝槽、第二溝槽以及通孔，形成於所述第一溝槽中的第一銅金屬層200，形成於所述通孔以及第二溝槽側壁的鉭層240，形成於所述通孔中且位於所述鉭層240上的銅插塞210，形成於所述第二溝槽中且位於所述鉭層240上的第二銅金屬層220，所述銅插塞210與所述第二銅金屬層220和第一銅金屬層210連接；
[0030]步驟S2，對所述鏈式通孔結構初始樣品20進行研磨，直至暴露所述第二銅金屬層220 ；
[0031]步驟S3，採用溼法刻蝕工藝去除所述第二銅金屬層220和所述銅插塞210，形成鏈式通孔結構測試樣品20』。
[0032]本發明採用溼法刻蝕工藝去除所述第二銅金屬層220和所述銅插塞210，留下鉭層240，避免了金屬銅的短路現象，又因為鉭層240中含有金屬鉭滿足聚焦離子束顯微鏡的使用要求，從而對鏈式通孔結構失效位置定位。
[0033]下面結合圖3至圖6詳細描述本發明的鏈式通孔結構樣品處理方法。
[0034]首先，執行步驟SI，提供一鏈式通孔結構初始樣品20。
[0035]如圖3所示，所述鏈式通孔結構初始樣品20，包括:形成於一介質層250中的第一溝槽、第二溝槽以及通孔，形成於所述第一溝槽中的第一銅金屬層200，形成於所述通孔以及第二溝槽側壁的鉭層240，形成於所述通孔中且位於所述鉭層240上的銅插塞210，形成於所述第二溝槽中且位於所述鉭層240上的第二銅金屬層220，所述銅插塞210上下兩端分別與所述第二銅金屬層220和所述第一銅金屬層200相連接，從而形成鏈式通孔結構。所述鏈式通孔結構還包括與所述第二銅金屬層220和所述第一銅金屬層200電連接的金屬焊墊230，通過所述金屬焊墊230接地以進行測試。其中，所述介質層250形成於一襯底上，所述襯底中可以形成有各種器件結構，本發明並不涉及該部分的改進，因此不予贅述。所述銅插塞210、第一銅金屬層200和第二銅金屬層220均為銅金屬層，所述銅插塞210和第二銅金屬層220通過一步銅電鍍工藝填充溝槽和通孔形成，所述鉭層240包括金屬鉭，其可通過物理氣相沉積方式形成。在本發明的其它實施例中，所述鏈式通孔結構初始樣品還包括形成於所述通孔以及第二溝槽側壁的氮化鉭層(圖中未示出)，所述鉭層覆蓋於所述氮化鉭層。
[0036]接著，執行步驟S2，對所述鏈式通孔結構樣品進行研磨，直至暴露出所述第二銅金屬層220的表面。由於所述第二銅金屬層220中的銅金屬間的間距比較小，使用研磨方法去層，研磨到所述第二銅金屬層220時，由於銅的延展性，研磨產生的銅顆粒經常會造成相鄰銅金屬間短路，甚至一大片銅金屬短路，導致使用聚焦離子束顯微鏡進行電壓對比度測試時，掃描離子全部被導走，顯微鏡下顯示為白色，找不到異常點，從而不能確定鏈式通孔結構的失效位置。
[0037]為此，接下來，執行步驟S3，採用溼法刻蝕技術去除所述第二銅金屬層220和銅插塞210，從而形成鏈式通孔結構失效定位樣品20』。
[0038]如圖5所示，接著，使用酸液溼法刻蝕金屬銅，留下鉭層240，由於所述第二銅金屬層220層與通孔內的金屬銅是一次電鍍完成，所以，去除時也一併去除，而所述第二銅金屬層220中的金屬由於研磨而導致短路的金屬銅也一併被刻蝕掉。所述溼法刻蝕工藝採用能夠刻蝕金屬銅，但不刻蝕金屬鉭的選擇性刻蝕液體。本發明採用的溶液為氨水與過氧化氫的混合液，所述氨水與過氧化氫的體積比為1:1?1:1.2，刻蝕對象為金屬銅。本發明的又一實施例中溼法刻蝕工藝採用的溶液為硝酸，所述硝酸的濃度為60?80%。因為鉭層240中含有金屬鉭，當使用聚焦離子束顯微鏡照射時，離子可以通過金屬鉭導走，從而實現對鏈式通孔結構失效位置定位。
[0039]本發明還提供一種鏈式通孔結構失效測試方法，使用聚焦離子束顯微鏡對如上所述的鏈式通孔結構測試樣品20』進行電壓對比度測試，以確定所述鏈式通孔結構測試樣品20』的失效位置。首先，將所述鏈式通孔結構測試樣品20』的一端金屬焊墊230接地，然後使用聚焦離子束顯微鏡進行掃描。由於所述鉭層240中含有金屬鉭，整個鏈式通孔還是一個電流通路結構，當離子束掃描到所述鉭層240時，與接地端的金屬焊墊230相連的鉭層240上積累的離子直接導走，在聚焦離子束顯微鏡中顯示為白色，由於某個通孔和第一銅金屬層200斷開，導致後段的鉭層240上的離子無法被導走，積累在所述鉭層240上，顯現為黑色，這樣失效位置就確定在黑白交界處，如圖5中的虛線框位置所示，對失效位置進行標註，以便最後對所述通孔底部或所述第一銅金層200存在的問題進行失效解析。
[0040]綜上所述，本發明採用溼法刻蝕工藝去除第二銅金屬層220和通孔中的銅插塞，留下鉭層240，避免研磨造成的第二銅金屬層220金屬線短路問題。又因為鉭層240中含有金屬鉭滿足聚焦離子束顯微鏡的使用要求，從而對鏈式通孔結構進行電壓對比度測試定，定位失效位置，最終通過後續的分析找到第一銅金層200存在的物理缺陷。
[0041]上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，並非對本發明範圍的任何限定，本發明領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於權利要求書的保護範圍。
【權利要求】
1.一種鏈式通孔結構樣品處理方法，其特徵在於，包括: 提供一鏈式通孔結構初始樣品，所述鏈式通孔結構初始樣品包括形成於一介質層中的第一溝槽、第二溝槽以及通孔，形成於所述第一溝槽中的第一銅金屬層，形成於所述通孔以及第二溝槽側壁的鉭層，形成於所述通孔中且位於所述鉭層上的銅插塞，形成於所述第二溝槽中且位於鉭層上的第二銅金屬層，所述銅插塞與所述第二銅金屬層和第一銅金屬層連接; 對所述鏈式通孔結構初始樣品進行研磨，直至暴露所述第二銅金屬層； 採用溼法刻蝕工藝去除所述第二銅金屬層和所述銅插塞，形成鏈式通孔結構測試樣品O
2.如權利要求1所述的鏈式通孔結構樣品處理方法，其特徵在於，所述溼法刻蝕工藝採用的溶液為氨水與過氧化氫的混合液。
3.如權利要求2所述的鏈式通孔結構樣品處理方法，其特徵在於，所述氨水與過氧化氫的體積比為1:1?1:1.2。
4.如權利要求1所述的鏈式通孔結構樣品處理方法，其特徵在於，所述溼法刻蝕工藝採用的溶液為硝酸。
5.如權利要求4所述的鏈式通孔結構樣品處理方法，其特徵在於，所述硝酸的濃度為60 ?80%。
6.如權利要求1所述的鏈式通孔結構樣品處理方法，其特徵在於，所述鏈式通孔結構初始樣品還包括形成於所述通孔以及第二溝槽側壁的氮化鉭層，所述鉭層覆蓋於所述氮化鉭層。
7.如權利要求1所述的鏈式通孔結構樣品處理方法，其特徵在於，所述鏈式通孔結構初始樣品還包括與所述第二銅金屬層以及所述第一銅金屬層電連接的金屬焊墊。
8.一種鏈式通孔結構失效測試方法，其特徵在於，使用聚焦離子束顯微鏡對如權利要求I至7中任意一項所述的鏈式通孔結構測試樣品進行電壓對比度測試，以確定所述鏈式通孔結構測試樣品的失效位置。
9.如權利要求7所述的鏈式通孔結構失效測試方法，其特徵在於，將所述鏈式通孔結構測試樣品的一金屬焊墊接地，然後使用聚焦離子束顯微鏡進行電壓對比度測試。
【文檔編號】H01L21/768GK103972047SQ201410163436
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】唐湧耀, 陳強 申請人:上海華力微電子有限公司