深溝槽產品的物理分析結構及方法
2023-05-31 15:06:36
深溝槽產品的物理分析結構及方法
【專利摘要】本發明公開了一種深溝槽產品的物理分析結構，形成於劃片槽區，由一系列寬度依次減少、且平行放置的分析溝槽組成，用於為深溝槽在分析時提供深度標記。本發明還公開了一種深溝槽產品的物理分析方法。本發明能在深溝槽產品的結構分析或失效分析時為深溝槽的不同深度位置實現準確定位，能夠實現對深溝槽產品的質量進行準確和快速的分析，能夠提高結構分析或失效分析的質量和效率，從而也能提高產品的生長質量和效率。本發明的物理分析結構並不需要佔用晶片區的面積，且物理分析結構的各分析溝槽採用和深溝槽的同一塊掩膜板製作，工藝成本低。
【專利說明】深溝槽產品的物理分析結構及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體集成電路製造領域，特別是涉及一種深溝槽產品的物理分析結構。本發明還涉及一種深溝槽產品的物理分析方法。
【背景技術】
[0002]深溝槽產品包括超級結器件等高壓器件，深溝槽產品都需要用到深溝槽工藝。如圖1A所示，是現有深溝槽產品的深溝槽結構示意圖；現有深溝槽工藝中，需要先在矽襯底101上採用光刻刻蝕工藝形成深溝槽102，深溝槽102的深度根據器件性能需要，會從十微米到數十微米。如圖1B所示，是現有深溝槽產品的深溝槽填充後的結構示意圖；之後在深溝槽102中填充矽層103，矽層103和矽襯底101的摻雜類型相反，如當矽襯底101為N型摻雜時，矽層103為P型摻雜。這樣通過深溝槽工藝能夠在矽襯底101上形成P型薄層和N型薄層交替排列的結構。
[0003]當深溝槽產品發生失效或其它結構分析的需求時，需要將樣品進行處理，實現指定的溝槽深度位置能夠暴露到貼近表面的狀態，例如，對50微米的溝槽，需要觀察溝槽中距表面25微米深度位置處的結構情況。在物理外觀表徵上，如透光性、形貌等，深溝槽產品的深溝槽內的P型矽與深溝槽外的N型矽的主體材料都是矽，無法區分，所以想讓深溝槽的指定深度面暴露在表面非常困難。
[0004]現有一種對深溝槽產品的進行失效分析時的剝離方法為:通過化學腐蝕到達指定深度位置附近，該方法的缺點是:
[0005]1、由產品的結構差異性，造成化學腐蝕時的不均勻，這會使暴露的表面不平整。
[0006]2、化學腐蝕會損傷原有深度處的缺陷，嚴重幹擾原有缺陷的分析。
[0007]3、實際到達深度仍有偏差。
[0008]另外，對於深溝槽樣品需定點深度透射電子顯微鏡(TEM)觀察時，現有TEM樣品製備方法包括採用離子減薄儀(PIPS)對樣品進行減薄以及採用聚焦離子束(FIB)進行製備。但是離子減薄儀(PIPS)對樣品進行減薄的工藝只適用於非定點的TEM樣品製備，而FIB工藝方法只能製備出2微米?4微米深度的樣品。所以上述兩種方法都無法實現深溝槽的指定深度面暴露。
【發明內容】
[0009]本發明所要解決的技術問題是提供一種深溝槽產品的物理分析結構，能在深溝槽產品的結構分析或失效分析時為深溝槽的不同深度位置實現準確定位，能夠實現對深溝槽產品的質量進行準確和快速的分析，能夠提高結構分析或失效分析的質量和效率，從而也能提高產品的生長質量和效率。本發明還提供一種深溝槽產品的物理分析方法。
[0010]為解決上述技術問題，本發明提供一種深溝槽產品的物理分析結構，在矽片上形成有晶片區和劃片槽區，晶片產品的深溝槽形成於所述晶片區，物理分析結構形成於所述劃片槽區，所述物理分析結構由一系列寬度依次減少、且平行放置的分析溝槽組成，所述物理分析結構用於為所述深溝槽在分析時提供深度標記。
[0011 ] 所述物理分析結構的各相鄰的所述分析溝槽之間的間距相同、且該間距設置為兩相鄰所述深溝槽的間距。
[0012]所述物理分析結構的最深的所述分析溝槽的寬度和所述深溝槽的寬度相同、所述物理分析結構的最深的所述分析溝槽的深度和所述深溝槽的深度相同。
[0013]所述物理分析結構的各相鄰的所述分析溝槽之間的深度差設置為相同，所述物理分析結構的所述分析溝槽的數量為所述深溝槽的深度和所述深度差的比值。
[0014]所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度根據其深度進行設置，所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度要求保證採用同一步刻蝕工藝就能實現各所述分析溝槽的深度以及所述深溝槽的深度同時達到要求值。
[0015]進一步的改進是，所述物理分析結構的各相鄰的所述分析溝槽之間的深度差為4微米，所述物理分析結構的各所述分析溝槽的長度都大於10微米。
[0016]進一步的改進是，兩相鄰的各所述分析溝槽之間的間距都為15微米，所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度和深度的關係式為:
[0017]當X為O微米?3微米時，Υ=25.5X+1.63。
[0018]當X為3微米?7微米時，Υ=1.25Χ+31.6。
[0019]其中X為所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度，Y為所述物理分析結構的各所述分析溝槽的深度。
[0020]進一步的改進是，當所述物理分析結構的各所述分析溝槽的深度偏離所述關係式時，要通過對所述物理分析結構的各所述分析溝槽進行斷面觀察並測量各所述分析溝槽的實際深度值，根據所測量的實際深度值對所述關係式進行校正。
[0021]進一步的改進是，在所述物理分析結構的各所述分析溝槽中填充有氧化矽。
[0022]為解決上述技術問題，本發明提供的深溝槽產品的物理分析方法包括如下步驟:
[0023]步驟一、在版圖設計及掩膜板訂做時，在定義深溝槽產品的深溝槽圖形的掩膜板一上定義出物理分析結構圖形。
[0024]步驟二、利用所述掩膜板一的定義，採用光刻刻蝕工藝在矽片上的晶片區形成深溝槽產品的深溝槽，同時在所述矽片上的劃片槽區形成物理分析結構；所述物理分析結構由一系列寬度依次減少、且平行放置的分析溝槽組成，所述物理分析結構用於為所述深溝槽在分析時提供深度標記。
[0025]所述物理分析結構的各相鄰的所述分析溝槽之間的間距相同、且該間距設置為所要分析的兩相鄰所述深溝槽的間距。
[0026]所述物理分析結構的最深的所述分析溝槽的寬度和所述深溝槽的寬度相同、所述物理分析結構的最深的所述分析溝槽的深度和所述深溝槽的深度相同。
[0027]所述物理分析結構的各相鄰的所述分析溝槽之間的深度差設置為相同，所述物理分析結構的所述分析溝槽的數量為所述深溝槽的深度和所述深度差的比值。
[0028]所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度根據其深度進行設置，所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度要求保證採用同一步刻蝕工藝就能實現各所述分析溝槽的深度以及所述深溝槽的深度同時達到要求值。
[0029]步驟三、當所述深溝槽產品的良率符合要求並量產時，不需要對所述深溝槽產品進行物理分析，此時所述物理分析結構的所述分析溝槽和所述深溝槽產品的深溝槽同時填充矽。
[0030]當所述深溝槽產品的良率降低，需要對所述深溝槽產品進行物理分析，此時需要單獨在所述物理分析結構的所述分析溝槽中填充氧化矽，填充氧化矽時採用定義所述矽片上的劃片槽區的第零次掩膜板進行定義；之後對所述深溝槽產品的深溝槽進行矽填充。
[0031]步驟四、對在所述物理分析結構的所述分析溝槽中填充有氧化矽的矽片進行表面剝層處理，剝層時用所述物理分析結構的不同深度的所述分析溝槽標記出所述深溝槽的深度位置，對剝層處理後所暴露出來的不同深度位置的所述深溝槽表面進行分析。
[0032]進一步的改進是，所述物理分析結構的各相鄰的所述分析溝槽之間的深度差為4微米，所述物理分析結構的各所述分析溝槽的長度都大於10微米。
[0033]進一步的改進是，步驟二中兩相鄰的各所述分析溝槽之間的間距都為15微米，所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度和深度的關係式為:
[0034]當X為O微米?3微米時，Υ=25.5X+1.63。
[0035]當X為3微米?7微米時，Y=L 25X+3L 6。
[0036]其中X為所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度，Y為所述物理分析結構的各所述分析溝槽的深度。
[0037]進一步的改進是，步驟二中形成所述物理分析結構之後，通過對所述物理分析結構的各所述分析溝槽斷面觀察測量出所述物理分析結構的各所述分析溝槽的實際深度值，當實際深度值偏離所述關係式時，需要根據所測量的實際深度值對所述關係式進行校正。
[0038]進一步的改進是，步驟四中採用化學機械研磨工藝進行所述剝層處理。
[0039]本發明的物理分析結構中的深度不同的分析溝槽能在深溝槽產品的結構分析或失效分析時為深溝槽的不同深度位置實現準確定位，從而能夠方便結構分析或失效分析時的分析樣品製作，使製作的分析樣品所暴露出的表面正好為深度不同的各分析溝槽所定義的深溝槽的深度位置處，從而能夠實現對深溝槽產品的質量進行準確和快速的分析，能夠提高結構分析或失效分析的質量和效率，從而也能提高產品的生長質量和效率。
[0040]另外，本發明的物理分析結構是形成於矽片的劃片槽區，並不需要佔用晶片區的面積，本發明的物理分析結構不會增加晶片的面積開支；本發明的物理分析結構的各分析溝槽是採用和深溝槽的同一塊掩膜板製作，在產品量產時並不需要在深溝槽中填充氧化層；本發明僅需當產品質量出現問題時才增加一個工藝步驟來在深溝槽中填充氧化層，所以本發明工藝成本低，幾乎在不增加額外的工藝成本的條件下就能提高結構分析或失效分析的質量和效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明:
[0042]圖1A是現有深溝槽產品的深溝槽結構示意圖；
[0043]圖1B是現有深溝槽產品的深溝槽填充後的結構示意圖；
[0044]圖2Α是本發明實施例的深溝槽產品的俯視圖；
[0045]圖2Β是本發明實施例的深溝槽產品的物理分析結構的俯視圖；
[0046]圖2C是本發明實施例的深溝槽產品的物理分析結構的剖面圖；[0047]圖2D是本發明實施例的深溝槽產品的物理分析結構的分析溝槽中填充氧化矽後的剖面圖。
【具體實施方式】
[0048]如圖2A所示，是本發明實施例的深溝槽產品的俯視圖。本發明實施例深溝槽產品的矽片I上形成有晶片區和劃片槽區，晶片產品2的深溝槽形成於所述晶片區，物理分析結構3形成於所述劃片槽區。
[0049]如圖2B所示，是本發明實施例的深溝槽產品的物理分析結構3的俯視圖，如圖2C所示，本發明實施例的深溝槽產品的物理分析結構的剖面圖；每一個所述物理分析結構3由一系列寬度依次減少、且平行放置的分析溝槽4組成，每一個所述物理分析結構3用於為所述深溝槽在分析時提供深度標記。
[0050]所述物理分析結構3的各相鄰的所述分析溝槽4之間的間距D相同、且該間距D設置為所要分析的兩相鄰所述深溝槽的間距。
[0051]所述物理分析結構3的最深的所述分析溝槽4的寬度W和所述深溝槽的寬度相同、所述物理分析結構3的最深的所述分析溝槽4的深度H和所述深溝槽的深度相同。
[0052]所述物理分析結構3的各所述分析溝槽4的長度L都大於10微米。長度L大於10微米的設置有利於深溝槽產品工藝完成後製備掃描電子顯微鏡(SEM)樣品，判斷實際槽深。
[0053]所述物理分析結構3的各相鄰的所述分析溝槽4之間的深度差設置為相同，較佳為，所述物理分析結構3的各相鄰的所述分析溝槽4之間的深度差為4微米，4微米是比較適宜的用FIB製備的TEM樣品的極限深度，即用每個分析溝槽代表4微米左右的深度區間。
[0054]所述物理分析結構3的所述分析溝槽4的數量為所述深溝槽的深度和所述深度差的比值，以深溝槽的深度為40微米為例，這時需要用到40微米/4微米=10個數量的所述分析溝槽4。
[0055]所述物理分析結構3的各所述分析溝槽4的寬度根據其深度進行設置，所述物理分析結構3的各所述分析溝槽4的寬度要求保證採用同一步刻蝕工藝就能實現各所述分析溝槽4的深度以及所述深溝槽的深度同時達到要求值。
[0056]較佳實施例中，兩相鄰的各所述分析溝槽之間的間距都為15微米，所述物理分析結構3的各所述分析溝槽4的寬度和深度的關係式為:
[0057]當X為O微米?3微米時，Υ=25.5Χ+1.63 ；
[0058]當X為3微米?7微米時，Υ=1.25Χ+31.6 ；
[0059]其中X為所述物理分析結構3的各所述分析溝槽4的寬度，Y為所述物理分析結構3的各所述分析溝槽4的深度。
[0060]以深溝槽的深度為40微米，所述深度差為4微米為例，各所述分析溝槽4的寬度和深度的取值可以為表一所示:
[0061]表一
[0062]
【權利要求】
1.一種深溝槽產品的物理分析結構，在矽片上形成有晶片區和劃片槽區，晶片產品的深溝槽形成於所述晶片區，其特徵在於:物理分析結構形成於所述劃片槽區，所述物理分析結構由一系列寬度依次減少、且平行放置的分析溝槽組成，所述物理分析結構用於為所述深溝槽在分析時提供深度標記； 所述物理分析結構的各相鄰的所述分析溝槽之間的間距相同、且該間距設置為兩相鄰所述深溝槽的間距； 所述物理分析結構的最深的所述分析溝槽的寬度和所述深溝槽的寬度相同、所述物理分析結構的最深的所述分析溝槽的深度和所述深溝槽的深度相同； 所述物理分析結構的各相鄰的所述分析溝槽之間的深度差設置為相同，所述物理分析結構的所述分析溝槽的數量為所述深溝槽的深度和所述深度差的比值； 所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度根據其深度進行設置，所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度要求保證採用同一步刻蝕工藝就能實現各所述分析溝槽的深度以及所述深溝槽的深度同時達到要求值。
2.如權利要求1所述深溝槽產品的物理分析結構，其特徵在於:所述物理分析結構的各相鄰的所述分析溝槽之間的深度差為4微米，所述物理分析結構的各所述分析溝槽的長度都大於10微米。
3.如權利要求1所述深溝槽產品的物理分析結構，其特徵在於:兩相鄰的各所述分析溝槽之間的間距都為15微米，所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度和深度的關係式為: 當X為O微米~3微米時，Υ=25.5Χ+1.63 ； 當X為3微米~7微米時，Y·=L 25Χ+31.6 ； 其中X為所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度，Y為所述物理分析結構的各所述分析溝槽的深度。
4.如權利要求3所述深溝槽產品的物理分析結構，其特徵在於:當所述物理分析結構的各所述分析溝槽的深度偏離所述關係式時，要通過對所述物理分析結構的各所述分析溝槽進行斷面觀察並測量各所述分析溝槽的實際深度值，根據所測量的實際深度值對所述關係式進行校正。
5.如權利要求1所述深溝槽產品的物理分析結構，其特徵在於:在所述物理分析結構的各所述分析溝槽中填充有氧化矽。
6.一種深溝槽產品的物理分析方法，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟一、在版圖設計及掩膜板訂做時，在定義深溝槽產品的深溝槽圖形的掩膜板一上定義出物理分析結構圖形； 步驟二、利用所述掩膜板一的定義，採用光刻刻蝕工藝在矽片上的晶片區形成深溝槽產品的深溝槽，同時在所述矽片上的劃片槽區形成物理分析結構；所述物理分析結構由一系列寬度依次減少、且平行放置的分析溝槽組成，所述物理分析結構用於為所述深溝槽在分析時提供深度標記； 所述物理分析結構的各相鄰的所述分析溝槽之間的間距相同、且該間距設置為所要分析的兩相鄰所述深溝槽的間距； 所述物理分析結構的最深的所述分析溝槽的寬度和所述深溝槽的寬度相同、所述物理分析結構的最深的所述分析溝槽的深度和所述深溝槽的深度相同； 所述物理分析結構的各相鄰的所述分析溝槽之間的深度差設置為相同，所述物理分析結構的所述分析溝槽的數量為所述深溝槽的深度和所述深度差的比值； 所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度根據其深度進行設置，所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度要求保證採用同一步刻蝕工藝就能實現各所述分析溝槽的深度以及所述深溝槽的深度同時達到要求值； 步驟三、當所述深溝槽產品的良率符合要求並量產時，不需要對所述深溝槽產品進行物理分析，此時所述物理分析結構的所述分析溝槽和所述深溝槽產品的深溝槽同時填充矽； 當所述深溝槽產品的良率降低，需要對所述深溝槽產品進行物理分析，此時需要單獨在所述物理分析結構的所述分析溝槽中填充氧化矽，填充氧化矽時採用定義所述矽片上的劃片槽區的第零次掩膜板進行定義；之後對所述深溝槽產品的深溝槽進行矽填充； 步驟四、對在所述物理分析結構的所述分析溝槽中填充有氧化矽的矽片進行表面剝層處理，剝層時用所述物理分析結構的不同深度的所述分析溝槽標記出所述深溝槽的深度位置，對剝層處理後所暴露出來的不同深度位置的所述深溝槽表面進行分析。
7.—種如權利要求6所述的方法，其特徵在於:所述物理分析結構的各相鄰的所述分析溝槽之間的深度差為4微米，所述物理分析結構的各所述分析溝槽的長度都大於10微米。
8.—種如權利要求6所述的方法，其特徵在於:步驟二中兩相鄰的各所述分析溝槽之間的間距都為15微米，所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度和深度的關係式為: 當X為O微米~3微米時，Υ·=25.5Χ+1.63 ； 當X為3微米~7微米時，Y=L 25Χ+31.6 ； 其中X為所述物理分析結構的各所述分析溝槽的寬度，Y為所述物理分析結構的各所述分析溝槽的深度。
9.一種如權利要求8所述的方法，其特徵在於:步驟二中形成所述物理分析結構之後，通過對所述物理分析結構的各所述分析溝槽斷面觀察測量出所述物理分析結構的各所述分析溝槽的實際深度值，當實際深度值偏離所述關係式時，需要根據所測量的實際深度值對所述關係式進行校正。
10.一種如權利要求6所述的方法，其特徵在於:步驟四中採用化學機械研磨工藝進行所述剝層處理。
【文檔編號】H01L21/66GK103855047SQ201210514146
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月4日 優先權日:2012年12月4日
【發明者】賴華平, 王飛, 芮志賢, 毛文銘, 吳志勇 申請人:上海華虹宏力半導體製造有限公司