專利名稱：一種測定深溝槽失效深度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制作工藝中的分析檢測技術(shù)，尤其是涉及一種測定深溝槽失效深度的方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展，剖面結(jié)構(gòu)對高端器件的良率和可靠性的影響越來越大。例如，在深溝槽(Deep Trench，DT)中，側(cè)壁的形狀、尺寸等是影響半導(dǎo)體器件性能的關(guān)鍵因素。
為改進(jìn)深溝槽加工過程的質(zhì)量，需要對失效的深溝槽的位置以及失效的溝槽的失效深度進(jìn)行分析，將分析所得的數(shù)據(jù)反饋給生產(chǎn)部門。這是因?yàn)?，深溝槽的加工過程通常需要分成多個階段來進(jìn)行，每個階段的工藝條件(例如氣體配比等)都需要進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)和控制，一旦出現(xiàn)偏差，則會導(dǎo)致產(chǎn)品的性能下降。因此，需要根據(jù)分析得到的失效溝槽的深度來判斷工藝條件不當(dāng)?shù)募庸るA段，從而加以完善。
失效的深溝槽的位置可以由FA(Fail Analysis，失效分析)分析實(shí)驗(yàn)室通過MOSAID測出，隨后進(jìn)一步測定該失效深溝槽的失效深度。
請參閱圖1，是現(xiàn)有技術(shù)中的一種測定深溝槽失效深度的方法的示意圖。
首先，將樣品900置于FIB(Focus Ion Beam，聚焦離子束)/SEM(ScanningElectron Microscope，掃描電子顯微鏡)系統(tǒng)中。
FIB的原理是利用經(jīng)過電磁透鏡聚焦的高能離子束(I-beam)轟擊樣品表面，將樣品的原子濺射出來，通過長時間濺射，在需要觀察的指定區(qū)域用離子束挖出一定深度和一定傾斜角的槽，以便采用SEM進(jìn)行觀察。采用FIB進(jìn)行樣品制作的現(xiàn)有技術(shù)可以參閱中國專利第200310122898.1號和中國專利第200410075149.2號。
隨后，在失效溝槽910的附近采用離子束切割出三角形狀空間920。
此后，由遠(yuǎn)至近采用離子束對靠近失效溝槽910的樣品進(jìn)行逐步的切割，并且配合電子束(E-beam)觀察樣品的側(cè)壁的視圖，直至發(fā)現(xiàn)異常。
但是，該現(xiàn)有技術(shù)的測定深溝槽失效深度的方法存在一些缺陷。
首先，該現(xiàn)有技術(shù)的方法需要耗費(fèi)較多的時間。這是因?yàn)?，雖然切割出三角形空間920可以減少離子束的使用，但是，由于樣品在三角形空間920和失效溝槽910之間仍然存在一定的寬度，需要逐步地切割和觀察。也就是說，每次向下切割出8um的深度后，需要采用電子束進(jìn)行觀察，然后再靠近失效溝槽910的方向移動離子束，大約需要移動40至50次，而離子束每移動5nm的距離需要耗時1分鐘左右。
其次，采用該現(xiàn)有技術(shù)的方法進(jìn)行的分析不易成功。這是因?yàn)?，深溝槽的整體寬度約為100nm左右，而離子束每次約移動5nm，從而經(jīng)常出現(xiàn)在切割時將失效部位切割掉的現(xiàn)象，從而無法對失效深度進(jìn)行精確的測定和分析。并且，深溝槽的整體深度約為8um左右，離子束在向下的切割過程中，難以控制其準(zhǔn)直度，導(dǎo)致切割出來的截面不平，從而影響對截面視圖的分析。
有鑒于此，需要提供一種新型的測定深溝槽的失效深度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺陷，本發(fā)明要解決的問題是提供一種測定深溝槽失效深度的方法，可以節(jié)省時間且提高分析的準(zhǔn)確度和成功率。
為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種測定深溝槽失效深度的方法，包括步驟1)準(zhǔn)備試樣且獲得失效的深溝槽在樣品中的位置；2)在聚焦離子束樣品臺轉(zhuǎn)動到預(yù)定角度時，在深溝槽的一側(cè)預(yù)定距離處采用垂直于樣品表面的離子束切割出凹坑；3)轉(zhuǎn)動聚焦離子束樣品臺，采用與樣品表面傾斜成預(yù)定角度的離子束切割包括失效深溝槽在內(nèi)的樣品，并且采用垂直于樣品表面的電子束觀看失效深溝槽的頂部圖像。
優(yōu)選地，在所述步驟3)中，進(jìn)一步根據(jù)失效深溝槽的頂部圖像來調(diào)節(jié)離子束的能量。
優(yōu)選地，在所述步驟2)中，進(jìn)一步在深溝槽的另一側(cè)采用垂直于樣品表面的離子束切割出凹坑。
優(yōu)選地，所述凹坑的深度和深溝槽的深度相同，且其寬度和深度的比例優(yōu)選為1/2至1的范圍內(nèi)。
優(yōu)選地，所述步驟1)中，準(zhǔn)備試樣時將試樣表面處理到能夠定位失效的層。
優(yōu)選地，所述表面處理是采用約49％的氫氟酸HF浸泡樣品約3分鐘。
優(yōu)選地，如果在深溝槽中填充有聚合物，在所述步驟3)之前還包括對試片進(jìn)行處理以便于分辨圖像。
優(yōu)選地，所述對試片的處理是采用IEE氣體進(jìn)行的。
優(yōu)選地，所述步驟2)和步驟3)的預(yù)定角度是52度。
優(yōu)選地，所述深溝槽的深度為8um，凹坑距離深溝槽為3um，凹坑的寬度為6um。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明采用SEM來觀測失效深溝槽的頂部圖像，因此，相對現(xiàn)有技術(shù)觀測側(cè)部圖像來說，準(zhǔn)確度和成功率都得以提升。并且可以在切割的同時進(jìn)行觀測，降低了分析的時間。另外，由于不是在失效深溝槽的附近從遠(yuǎn)至近對樣品進(jìn)行垂直切割，而是直接用預(yù)定的角度傾斜切割包括失效深溝槽在內(nèi)的樣品，所使用的切割時間可以降低，且不至于切割掉失效部位，進(jìn)一步使得準(zhǔn)確度和成功率更為可靠。
在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，在對樣品進(jìn)行切割時，根據(jù)實(shí)際情況對離子束的能量進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)一步降低時間且減少成本。
在本發(fā)明的優(yōu)選方案中，在失效深溝槽的兩側(cè)均切割出凹坑，使得深溝槽附近的樣品的寬度相對較短，因此切割所使用的離子束可以減少，并且對離子束的控制和調(diào)節(jié)相對簡單。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種測定深溝槽失效深度的方法的示意圖；圖2是本發(fā)明的測定深溝槽的失效深度的方法的流程圖；圖3是在失效的深溝槽的一側(cè)采用離子束切割出凹坑的示意圖；圖4是在失效的深溝槽的另一側(cè)采用離子束切割出凹坑的示意圖；圖5是對失效的深溝槽進(jìn)行切割且觀看頂部視圖的示意圖；圖6是采用本發(fā)明的方法觀測到的失效的圖像的示例；圖7是本發(fā)明的方法的另一實(shí)施例的示意圖；圖8是本發(fā)明的方法的又一實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
請參閱圖2，是本發(fā)明的測定深溝槽的失效深度的方法的流程圖。
步驟S210，試樣準(zhǔn)備。
本發(fā)明的實(shí)施例中，切下樣品的大小為10mm*10mm左右，并且對樣品試片進(jìn)行表面處理，使得可以對深溝槽層進(jìn)行后述的處理。
其中，該表面處理的過程可以采用化學(xué)的方法，例如采用49％的氫氟酸HF浸泡3分鐘左右，使得試片表面處理到能夠定位失效地址的那一層。
步驟S220，將樣品放入FIB中，轉(zhuǎn)動FIB樣品臺到預(yù)定角度，使得離子束垂直于樣品表面，測定失效的深溝槽的位置。
本發(fā)明的實(shí)施例中，所述預(yù)定角度是50度。當(dāng)然，針對不同的FIB，其樣品臺轉(zhuǎn)動的角度可以是不同的。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，測定失效溝槽的位置的方法可以是現(xiàn)有技術(shù)的任何技術(shù)手段，此不贅述。
步驟S230，在失效的深溝槽的兩側(cè)預(yù)定位置切割出凹坑。
請一并參閱圖3和圖4，在失效的深溝槽110的兩側(cè)采用離子束先后切割出凹坑120和130。
本發(fā)明的一個實(shí)施例中，深溝槽110的深度約為8um，凹坑120和130位于深溝槽110的兩側(cè)且距離深溝槽110約3um。凹坑120和130的寬度相同，約為6um左右。凹坑120和130的深度相同，且等于深溝槽110的深度，約為8um左右。
切割凹坑的作用在于，盡量降低離子束的使用復(fù)雜性，減少整個分析的時間。這是因?yàn)?，切割出凹坑后，對深溝槽附近的樣品的寬度相對較短，因此切割所使用的離子束可以減少，并且對離子束的控制和調(diào)節(jié)相對簡單。而且，凹坑的寬度較大，可以采用更粗的離子束進(jìn)行切割，由于離子束的能量提高，切割的時間得以降低，約為15秒左右。
需要說明的是，所謂凹坑的距離、寬度和深度等可以根據(jù)實(shí)際情況和需求進(jìn)行調(diào)整，并不限于本實(shí)施例所述的數(shù)值。其中，凹坑與深溝槽的距離和凹坑的寬度應(yīng)當(dāng)不影響到對深溝槽的分析，而且便于離子束的操作。凹坑的寬度和深度的比例優(yōu)選為1/2至1的范圍內(nèi)。
步驟S240，切割包括失效溝槽在內(nèi)的樣品，觀察失效溝槽的頂部圖像。
請一并參閱圖5，轉(zhuǎn)動FIB樣品臺，使得樣品的表面垂直于電子束并且與離子束形成預(yù)定的角度。所述預(yù)定角度根據(jù)FIB系統(tǒng)的不同而有所不同，本發(fā)明的一個實(shí)施例中，該角度為0度。
采用FIB的離子束切割失效溝槽位置范圍內(nèi)的樣品，采用同時電子束觀看該失效深溝槽的Top view(頂部視圖)SEM圖像。
邊切割邊觀看，直至切割至失效深溝槽110的失效深度處111。由于本實(shí)施例中，樣品的表面垂直于電子束并且與離子束形成預(yù)定的角度，因此可以實(shí)現(xiàn)邊切割邊觀看，從而降低分析的時間。
請一并參閱圖6，是采用本發(fā)明的方法觀測到的失效的圖像的示例。
由于本發(fā)明采用SEM來觀測失效深溝槽的頂部圖像，因此，相對現(xiàn)有技術(shù)觀測側(cè)部圖像來說，準(zhǔn)確度和成功率都得以提升。并且可以在切割的同時進(jìn)行觀測，降低了分析的時間。另外，由于不是在失效深溝槽的附近從遠(yuǎn)至近對樣品進(jìn)行垂直切割，而是直接用預(yù)定的角度傾斜切割包括失效深溝槽在內(nèi)的樣品，所使用的切割時間可以降低，且不至于切割掉失效部位，進(jìn)一步使得準(zhǔn)確度和成功率更為可靠。
此外，需要說明的是，如果在深溝槽中填充有Poly(聚合物)，則為了順利地采用電子束觀看樣品的SEM圖像，需要在觀看之前對試片進(jìn)行處理。
本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述處理是采用IEE(Insulator Enhance Etch)氣體進(jìn)行的。當(dāng)然，所述處理也可以采用現(xiàn)有技術(shù)的其他方式來進(jìn)行，此不贅述。
由于聚合物和樣品之間的對比性不強(qiáng)，如果不對試片進(jìn)行處理，則在觀看時無法進(jìn)行精確的分辨。而對試片進(jìn)行處理的作用就在于增強(qiáng)二者之間的對比度，以便進(jìn)行清晰的分辨。
此外，本發(fā)明中，在對樣品進(jìn)行切割時，還可以根據(jù)實(shí)際情況對離子束的能量進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)一步降低時間且減少成本。
請一并參閱圖7，當(dāng)切割時觀看的圖像如710所示時，表示離失效點(diǎn)上有一定距離，則離子束的能量可以適當(dāng)加大，來加快切割的時間。
當(dāng)觀看的圖像如720所示時，則表示已經(jīng)到達(dá)失效深度附近，因此適當(dāng)減小離子束的能量，直至觀看到如730所示的圖像為止。
請一并參閱圖8，本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，根據(jù)實(shí)際需求，只在失效深溝槽位置的一側(cè)切割出凹坑，而不是在兩側(cè)均切割出凹坑。
綜上所述，本發(fā)明在對失效樣品進(jìn)行分析時，在測定失效深溝槽的位置的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用一種能定點(diǎn)的研磨的方法，將整根深溝槽從頂上向下逐步研磨，邊研磨邊觀察深溝槽的頂部視圖(Top view)是否有問題，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種測定深溝槽失效深度的方法，其特征在于，包括步驟1)準(zhǔn)備試樣且獲得失效的深溝槽在樣品中的位置；2)在聚焦離子束樣品臺轉(zhuǎn)動到預(yù)定角度時，在深溝槽的一側(cè)預(yù)定距離處采用垂直于樣品表面的離子束切割出凹坑；3)轉(zhuǎn)動聚焦離子束樣品臺，采用與樣品表面傾斜成預(yù)定角度的離子束切割包括失效深溝槽在內(nèi)的樣品，并且采用垂直于樣品表面的電子束觀看失效深溝槽的頂部圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的測定深溝槽失效深度的方法，其特征在于，在所述步驟3)中，進(jìn)一步根據(jù)失效深溝槽的頂部圖像來調(diào)節(jié)離子束的能量。
3.如權(quán)利要求1所述的測定深溝槽失效深度的方法，其特征在于，在所述步驟2)中，進(jìn)一步在深溝槽的另一側(cè)采用垂直于樣品表面的離子束切割出凹坑。
4.如權(quán)利要求1所述的測定深溝槽失效深度的方法，其特征在于，所述凹坑的深度和深溝槽的深度相同，且其寬度和深度的比例優(yōu)選為1/2至1的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的測定深溝槽失效深度的方法，其特征在于，所述步驟1)中，準(zhǔn)備試樣時將試樣表面處理到能夠定位失效的層。
6.如權(quán)利要求5所述的測定深溝槽失效深度的方法，其特征在于，所述表面處理是采用約49％的氫氟酸HF浸泡樣品約3分鐘。
7.如權(quán)利要求1所述的測定深溝槽失效深度的方法，其特征在于，如果在深溝槽中填充有聚合物，在所述步驟3)之前還包括對試片進(jìn)行處理以便于分辨圖像。
8.如權(quán)利要求7所述的測定深溝槽失效深度的方法，其特征在于，所述對試片的處理是采用IEE氣體進(jìn)行的。
9.如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的測定深溝槽失效深度的方法，其特征在于，所述步驟2)和步驟3)的預(yù)定角度是52度。
10.如權(quán)利要求9所述的測定深溝槽失效深度的方法，其特征在于，所述深溝槽的深度為8um，凹坑距離深溝槽為3um，凹坑的寬度為6um。
全文摘要
本發(fā)明公開一種測定深溝槽失效深度的方法，包括步驟準(zhǔn)備試樣且獲得失效的深溝槽在樣品中的位置；在聚焦離子束樣品臺轉(zhuǎn)動到預(yù)定角度時，在深溝槽的一側(cè)預(yù)定距離處采用垂直于樣品表面的離子束切割出凹坑；轉(zhuǎn)動聚焦離子束樣品臺，采用與樣品表面傾斜成預(yù)定角度的離子束切割包括失效深溝槽在內(nèi)的樣品，并且采用垂直于樣品表面的電子束觀看失效深溝槽的頂部圖像。本發(fā)明可以節(jié)省對于深溝槽失效深度的分析時間且提高分析的準(zhǔn)確度和成功率。
文檔編號H01L21/66GK1979791SQ20051011127
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者胡佑周 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司