一种针孔类生长缺陷的检测方法技术

本发明专利技术提出了一种针孔类生长缺陷的检测方法，该方法包括，首先，在半导体硅衬底上生长二氧化硅栅氧化层，然后用硝酸、氢氟酸和水的混合溶液腐蚀栅氧化层，在栅氧化层针孔类生长缺陷下方的半导体硅衬底上形成孔洞；在用去离子水冲洗所述栅氧化层表面后，通过光学显微镜检测孔洞并确定栅氧化层针孔类生长缺陷位置；最后制备针孔类生长缺陷位置的样品并精确检测针孔类生长缺陷的位置。该方法能够实时检测栅氧化层的针孔类生长缺陷，快速准确地在针孔类生长缺陷位置制备样品并用透射电镜精确检测针孔类生长缺陷的位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体针孔类生长缺陷的检测方法，特别涉及针孔类生长缺陷的检测 方法。
技术介绍
在金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor, M0SFET)器件结构包括半导体硅衬底中的有源区、有源区上方有栅极((kite poly)，栅极两侧的有源区分别为离子注入形成的源极和漏极，栅极下方的导电沟道，所述 栅极和导电沟道之间的栅氧化层(GateOxide)。在MOSFET的制造过程中，最先在半导体硅 衬底上生长栅氧化层和栅极，再生长MOSFET器件的其它结构，其中，Gate Oxide的针孔类 生长缺陷会直接导致fete Oxide性能测试失效。在半导体器件制造过程中，为了检测器件 的生长情况，会同时放入控片，以生长的控片作为样品进行失效分析(failure Analysis, FA)反映实际生长的器件性能。在众多物理失效分析(Physical Failure Analysis, PFA) 工具中，透射电子显微镜CTransmissionElectronic Microscope, TEM)因其拥有的次纳米 级的高分辨分析能力已成为半导体失效分析及工艺监控和测量的一种不可缺少的重要手 段，尤其随着半导体制造工艺的发展，器件尺寸不断缩小，TEM在PFA中所发挥的作用越来 越大。TEM常用来测量非常薄的薄膜厚(如栅氧化层)，并进行不同介质层之间的界面分 析、物相鉴定及晶体针孔类生长缺陷分析等。半导体业界常用的TEM样品制备方法包括用 机械研磨的方法将样品沿剖面双向减薄到20微米以下，然后再用低能离子束减薄到TEM可 观察的厚度，以及用聚焦离子束显微镜(Focus Iron Beam，FIB)双面切削的方法来制备TEM 样品。FIB是用静电透镜聚焦的高能量镓离子，经高压电场加速后形成的离子束撞击样品 表面，在特定卤素气体协助作用可移除样品表面物质(如纵向解剖/开挖护层、切断金属线 等)，其分辨率为亚微米级。FIB制样常用于需要精确定位的样品，目前采用双束(Dual Beam)FIB(离子束+ 电子束)的机型进行样品制备，在以FIB的离子束切割时，用扫描电子显微镜(farming Electronic Microscope, SEM)观察影像，除了可避免离子束对样品形貌的造成破坏外，还 能有效地提高影像分辨率。在feteOxide的缺陷中，针孔类生长缺陷的尺寸在纳米级以下。 FIB制样中采用的SEM的分辨率为纳米级，虽然可以观察到针孔类生长缺陷的位置，但在整 个fete Oxide的尺寸范围内检测针孔类生长缺陷所花费的时间会很长，检测效率低。由于光学显微镜的分辨率一般在几百纳米，用光学显微镜无法直接检测到针孔类 生长缺陷的位置。目前主要是采用电性测试的方法来反映feteOxide性能，对fete Oxide 的针孔类生长缺陷位置进行检测和定位。电性测试是MOSFET器件制造工艺流程全部完成 后的晶圆允收测试(WAT，waferacc印tance test)阶段进行。主要的电性测试方法有光 发射显微镜(PhotoEmission Microscope, EMMI)和激光束诱发阻抗变化(optical beam inducedresistance change, 0BIRCH)等。OBIRCH是利用激光束的热效应使被照射处的温 度变化进而引起阻值变化的原理进行失效定位分析的技术。在待测器件两个输入端外加电压，同时利用激光束照射待测器件上的各点，通过激光束的热效应使被照射的各点的温度 发生变化并由此产生被照射的各点的阻值变化即热敏电阻效应，从而引起输出端的输出电 流变化，并记录所述输出电流的变化趋势与激光束照射的各点的对应关系。当激光束照射 到有缺陷的各点时，由于缺陷的材料特性不同于正常区域，激光束照射引起的电阻变化会 不同于正常区域，此时待测器件输出端的输出电流变化趋势就会不同，从而定位缺陷的位 置。然而，电性测试的方法由于在缺陷处会产生较大的电流，电流热效应所放出的热 量均会破坏甚至烧毁缺陷的原貌，因此，TEM只能看到缺陷处的栅极，栅极氧化层和有源区 融在一起的现象，观察原貌被破坏的缺陷形貌，对判断fete Oxide本身是否存在针孔类生 长缺陷以及缺陷产生原因的分析没有任何帮助。而且后续制程也会对fete Oxide性能产 生影响，因此无法判定电性测试缺陷是否是fete Oxide本身的针孔类生长缺陷。此外，通 过WAT阶段的电性测试来发现fete Oxide失效，对于生产成本也是极大的浪费。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术解决的技术问题是光学显微镜、SEM以及TEM受到分辨率的限制不能快速有效地检测到栅氧化层的 针孔类生长缺陷位置，而电性测试对栅氧化层针孔类生长缺陷的定位会损伤栅氧化层原 貌，无法观察到是否是栅氧化层本身的针孔类生长缺陷，且不能实时检测。为解决上述问题，本专利技术的技术方案具体是这样实现的，该方法包括，半导体硅衬底上生长二氧化硅栅氧化层；硝酸、氢氟酸和水的混合溶液腐蚀所述栅氧化层，在栅氧化层针孔类生长缺陷下 方的半导体硅衬底上形成孔洞；去离子水冲洗所述栅氧化层表面后，用光学显微镜检测所述孔洞，确定栅氧化层 针孔类生长缺陷的位置；制备所述针孔类生长缺陷位置的栅氧化层和其下方的半导体硅衬底样品；检测所述样品中针孔类生长缺陷的精确位置。所述二氧化硅的生长厚度范围是15埃 200埃。所述硝酸氢氟酸水混合溶液比例范围是50 厚度范围是15埃 33埃。所述硝酸氢氟酸水混合溶液比例范围是50 厚度范围是33埃 66埃。所述硝酸氢氟酸水混合溶液比例范围是50 厚度范围是66埃 120埃。所述硝酸氢氟酸水混合溶液比例范围是50 厚度范围是120埃 200埃。所述腐蚀环境为室温，腐蚀时间范围是15秒 20所述样品是用扫描电镜在针孔类生长缺陷位置精确控制聚焦离子束切割制备。所述针孔类生长缺陷的精确位置用透射电镜检测。1 (60 80)，腐蚀二氧化硅1 (40 50)，腐蚀二氧化硅1 (30 40)，腐蚀二氧化硅1 (15 30)，腐蚀二氧化硅秒。由上述的技术方案可见，本专利技术提出一种检测栅氧化层针孔类生长缺陷的方法， 该方法在生长二氧化硅栅氧化层后，用硝酸、氢氟酸和水的混合溶液腐蚀二氧化硅栅氧化 层和栅氧化层针孔类生长缺陷下方的半导体硅衬底，由于混合溶液对硅和二氧化硅腐蚀的 高选择比，在硅衬底上形成可以被光学显微镜观察到的孔洞，通过孔洞确定栅氧化层针孔 类生长缺陷的位置后，可以快速准确地在针孔类生长缺陷位置制备样品并用透射电镜精确 检测针孔类生长缺陷的位置。附图说明图1为本专利技术腐蚀前栅氧化层针孔类生长缺陷的剖面示意图；图2为本专利技术腐蚀后栅氧化层针孔类生长缺陷和硅衬底上孔洞的剖面示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例， 对本专利技术进一步详细说明。在半导体MOSFET器件制造过程中，为了检测MOSFET器件的生长情况，会同时放入 半导体硅衬底作为控片，以生长的控片作为样品进行失效分析，反映实际生长的MOSFET器 件性能。控片栅氧化层上的针孔类生长缺陷的检测方法的具体步骤如本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种针孔类生长缺陷的检测方法，该方法包括，半导体硅衬底上生长二氧化硅栅氧化层；硝酸、氢氟酸和水的混合溶液腐蚀所述栅氧化层，在栅氧化层针孔类生长缺陷下方的半导体硅衬底上形成孔洞；去离子水冲洗所述栅氧化层表面后，用光学显微镜检测所述孔洞，确定栅氧化层针孔类生长缺陷的位置；制备所述针孔类生长缺陷位置的栅氧化层和其下方的半导体硅衬底样品；检测所述样品中针孔类生长缺陷的精确位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任正鹏，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]