一种三维存储器失效样品制备方法与流程

本发明涉及集成电路的失效分析领域，更具体地说，涉及一种三维存储器失效样品制备方法。

背景技术：

三维存储器，通过在硅内部垂直制作电路的方法，大大提高了芯片单位面积的存储密度，是存储容量获得极大的提高。目前，三维存储技术已经发展到128层堆叠，而未来将向200层以上推进。三维矩阵式结构虽然可以提高芯片容量，但对分析技术提出了更高的要求。三维存储结构由一系列基本存储单元矩阵构成，分别由bitline(b/l)和wordline(w/l)控制，b/l和w/l分布在2个垂直截面上，一个基本存储单元的尺寸为100nm以下，一个垂直方向的存储单元形成一个channelhole，当其中一个存储单元发生故障时，需要在垂直方向实现纳米级精准的定位，而由于存储器的设计特点，图形重复性高，容易发生错误定位的情况，增加了分析难度。

目前常用的三维存储器分析定位流程，首先根据电测试结果在芯片设计layout图纸上找到对应的b/l和w/l，并测量其到芯片边缘的距离，以测量点坐标(x，y)为中心，选择100*100um的区域作为分析目标区，使用激光或者fib(聚焦离子束)在芯片表面进行预处理，标记出分析目标区，然后去除该区域的topmetal层，根据channelhole查找w/l层数，最终定位到目标w/l上方1～2层w/l，最后使用fib进行切片分析或平面取样。而从目标区表面向下定位到目标w/l，采用的是垂直结构，如图4所示。

现有方法的主要问题在于，在去除目标w/l层上方的w/l层时，需要不断确认以去除的层数，帮助确认目标位置，而垂直开槽结构，层堆叠信息都在垂直侧壁上，从正上方无法观察，需要侧向观察，由于每层的厚度仅为100nm左右，侧向视角容易发生计数错误的情况，导致失效定位偏差，而且侧向测量的难度比较高，耗时较长。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种三维存储器失效样品制备方法，具备分析效率与准确度高的优点，解决了在去除目标w/l层上方的w/l层时，需要不断确认以去除的层数，帮助确认目标位置，而垂直开槽结构，层堆叠信息都在垂直侧壁上，从正上方无法观察，需要侧向观察，由于每层的厚度仅为100nm左右，侧向视角容易发生计数错误的情况，导致失效定位偏差，而且侧向测量的难度比较高，耗时较长的问题。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种三维存储器失效样品制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将芯片表面金属层去除；

步骤二、将去除金属层的芯片置于机械研磨设备的样品台上；

步骤三、调整样品台位置，使芯片目标分析区位于微抛光磨头的正下方；

步骤四、调整微抛光磨头的位置，使其接触芯片表面，微抛光磨头与芯片表面接触角为45度；

步骤五、设定微抛光磨头移动距离，然后开启微抛光磨头旋转，打磨芯片目标分析区，同时监控微抛光磨头位移；

步骤六、在微抛光磨头达到目标层上方两层wordline(w/l)时停止打磨；

步骤七、移出微抛光磨头，并确认实际去除深度和层数；

步骤八、将样品转移至聚焦离子束设备中，针对打磨区域进行离子束轰击；

步骤九、在到达目标位置时停止离子束；

步骤十、对样品进行垂直或水平切片，进行分析。

优选的，所述步骤二中机械研磨设备由控制系统、z轴马达、旋转马达、微抛光磨头与样品台组成，所述控制系统控制样品台与微抛光磨头的位置，同时控制z轴马达、旋转马达的转速。

优选的，所述旋转马达上安装有力反馈模块，将打磨压力数据输送至控制系统进行监控。

优选的，所述步骤三中微抛光磨头的尺寸为0.4mm。

优选的，所述步骤五中微抛光磨头转速为2000rpm，微抛光磨头位移控制精度为40nm。

优选的，所述步骤六中两层wordline(w/l)为400nm。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案，倾斜打磨相对于垂直打磨开槽更加容易把控，在打磨过程中更方便移除打磨头进行计算打磨层数与深度，提高了芯片打磨的效率，方便对样品的制备。

(2)本方案，通过结合高精度机械研磨和聚焦离子束，实现弧形侧壁结构，在垂直视角下即可对三维堆叠层数进行准确计数，比较垂直侧壁结构，能够更快速及准确的找到失效位置，提高分析效率和准确度。

附图说明

图1为本发明机械研磨设备的原理示意图；

图2为芯片经机械研磨设备打磨完成后示意图；

图3为芯片经聚焦离子束设备打磨完成后示意图；

图4为现有技术三维存储器分析定位的开槽示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-4，一种三维存储器失效样品制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将芯片表面金属层去除；

步骤二、将去除金属层的芯片置于机械研磨设备的样品台上；

步骤三、调整样品台位置，使芯片目标分析区位于微抛光磨头的正下方；

步骤四、调整微抛光磨头的位置，使其接触芯片表面，微抛光磨头与芯片表面接触角为45度；

步骤五、设定微抛光磨头移动距离，然后开启微抛光磨头旋转，打磨芯片目标分析区，同时监控微抛光磨头位移；

步骤六、在微抛光磨头达到目标层上方两层wordline(w/l)时停止打磨；

步骤七、移出微抛光磨头，并确认实际去除深度和层数；

步骤八、将样品转移至聚焦离子束设备中，针对打磨区域进行离子束轰击；

步骤九、在到达目标位置时停止离子束；

步骤十、对样品进行垂直或水平切片，进行分析。。

进一步的，所述步骤二中机械研磨设备由控制系统、z轴马达、旋转马达、微抛光磨头与样品台组成，所述控制系统控制样品台与微抛光磨头的位置，同时控制z轴马达、旋转马达的转速。

进一步的，所述旋转马达上安装有力反馈模块，将打磨压力数据输送至控制系统进行监控。

进一步的，所述步骤三中微抛光磨头的尺寸为0.4mm。

进一步的，所述步骤五中微抛光磨头转速为2000rpm，微抛光磨头位移控制精度为40nm。

进一步的，所述步骤六中两层wordline(w/l)为400nm。

工作原理：首先将芯片表面金属层去除，然后将去除金属层的芯片置于机械研磨设备的样品台上，调整样品台位置，使芯片目标分析区位于微抛光磨头的正下方，微抛光磨头尺寸为0.4mm，调整微抛光磨头的位置，使其接触芯片表面，磨头与芯片表面接触角为45度，然后设定磨头移动距离，磨头位移控制精度为40nm，开启磨头旋转，转速2000rpm，打磨芯片目标分析区，同时监控磨头位移，在磨头到达目标层上方400nm(两层wl+sio2)时停止打磨，接着移除磨头，并确认实际去除深度和层数，将样品转移至聚焦离子束设备中，打磨区域进行离子束轰击，离子束轰击的同时对层数进行监控，在到达目标位置时停止离子束，对样品进行垂直或水平切片，进行分析，利用弧形侧壁，使所有垂直结构在水平方向横向呈现，可以实现快速准确的层数确认和定位。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。