[发明专利]用于失效分析的样品的处理方法及失效分析方法

说明书

本发明提供了一种用于失效分析的样品的处理方法及失效分析方法，所述用于失效分析的样品的处理方法包括：在晶圆上获取待分析的芯片样品；将所述芯片样品去层至目标铜金属层结构上表面；在所述目标铜金属层结构上表面的待检测位置形成镀碳保护层。本发明的技术方案降低了金属表面出现铜扩散的概率，使得在失效分析过程中制备芯片样品的失败率大大降低，并且缩短了分析周期，加快了找到芯片失效关键原因的速度。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种用于失效分析的样品的处理方法及失效分析方法。

背景技术

半导体失效分析是借用各种测试分析工具和分析过程来确认芯片内部的失效现象、分辨其失效模式和失效机理、确定其最终的失效原因。

传统的半导体工艺主要采用铝金属作为金属互连材料，铝原子较活泼易发生电迁移现象，而铜相比于铝更不容易发生电迁移，同时由于铜的电阻率小于铝的电阻率，因此采用铜作为金属互连材料不仅可以避免电迁移现象同时可以极大地降低互金属互连线的电阻；但是铜金属具有易扩散的显著缺陷，例如铜在硅和二氧化硅中有很高的扩散率，这种高扩散率很容易破坏器件的性能，工艺上往往在铜布线层和介质隔离层之间加上阻挡层材料，例如氮化钽(TaN)、钽(Ta)等，所述阻挡层材料的作用是加固附着并有效地阻止铜的扩散。但是对于实际失效分析工作中，研磨到芯片中铜连线的表层，铜连线表面裸露在外界，极易发生扩散导致铜连线的开路或者短路，进而影响后续电性测试分析判断，这对精确发现芯片失效根本原因具有较大的误导性。

目前对于易发生铜扩散的待分析样品，现有解决方法一方面是将芯片样品研磨到目标层上方薄氧化层(oxide)，所述薄氧化层可以防止铜的扩散，通过聚焦离子束(FIB)在可能失效位置开一个窗口让铜金属连线裸露出来，以便后续进行电性测试。但是利用聚焦离子束(FIB)将铜表面氧化物(oxide)去除的过程中，由于聚焦离子束(FIB)的I-beam模式下电压较高(30kV，28pA),极容易导致周围铜连线互熔，导致制样失败。

另一方面只能选择重新制备样品，导致失效分析周期延长且重新制备的芯片样品依然有可能发生铜扩散。

因此，如何解决金属表面出现扩散，降低芯片样品制样失败率和缩短分析周期，迅速找到芯片失效关键原因是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于失效分析的样品的处理方法及失效分析方法，以避免金属表面出现铜扩散，使得样品制样失败率降低，进而使得失效分析的周期缩短，迅速找到芯片失效的关键原因。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于失效分析的样品的处理方法，包括：

S1：在晶圆上获取待分析的芯片样品；

S2：将所述芯片样品去层至目标铜金属层结构上表面；

S3：在所述目标铜金属层结构上表面的待检测位置形成镀碳保护层；

可选的，所述S1还包括：对所述芯片样品四周以及背面倒角。

可选的，所述S2还包括通过光学显微镜观察芯片表面颜色，判断所述芯片样品是否已被去层至所述目标铜金属层结构上表面，若观察到未去层至所述目标铜金属层结构上表面，则继续去层直到达到所述目标铜金属层结构上表面。

可选的，所述S3具体包括：将所述芯片样品洗净吹干，利用电子显微镜定位到待检测位置，对所述芯片样品的所述待检测位置进行电子束扫描，通过电子束与所述芯片样品表面作用在所述目标金属层结构上表面的所述待检测位置形成镀碳保护层。

可选的，所述电子显微镜的工作条件为：电压为1～2kV、电流为100～200pA、放大倍率为50k～100k且扫描速度为100～300ns。

可选的，所述电子束扫描的时间为3～5min。

可选的，所述S3中镀碳保护层的厚度为1～2nm。