一种半导体结构的失效分析方法、装置及电子设备与流程

本发明涉及半导体芯片失效分析，特别涉及一种半导体结构的失效分析方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、随着半导体集成度越来越高，芯片的应用领域和使用环境特越来越多样化，因此对芯片的可靠性要求也变的越来越高。研发和生产过程中，需要对芯片可靠性进行严格的评估，对于失效样品，需要借助电性和物性失效分析，找到失效的根本原因，进而改善工艺。并且，随着半导体工艺节点持续向下微缩，一些在成熟工艺节点没有明显影响的细微工艺问题在先进工艺节点却有可能造成致命的影响。同时，这些影响因素太过微小，由于仪器分辨率或分析手段本身局限性的限制，利用常规的物性分析手段，不能有效的找到失效原因。

2、为了解决这类问题，一方面可以通过研发更加精密的分析器械，通过提高分辨率或新的分析手段来发现问题，该方式研发周期长且器械成本非常高，有时还受到技术限制无法购买和使用；另一方面，可以将现有的比较weak的失效点，通过某些手段放大问题，从而找到不易被发现的问题。

3、具体的，在现有技术中通常采用的失效分析流程为：确认失效芯片的电性，再借助om、sem、fib和tem等仪器观测样品物性失效表现，从而分析失效的根本原因。图1为现有技术中利用常规的tem观测样品失效的tem明场截面图；如图1所示，所述tem明场截面图中未能发现明显的物性异常，因此，我们需要寻找其他方式采用现有仪器分析失效问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种半导体结构的失效分析方法、装置及电子设备，以解决由于现有技术中采用的常规拍图条件，而无法发现fib样品中的薄膜界面上所存在的比较薄弱的薄膜界面失效问题，从而提高半导体结构的失效分析的分析效率。

2、第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体结构的失效分析方法，其至少可以包括如下步骤：

3、提供一包含有目标区域的fib样品，所述fib样品所包含的目标区域中设置有薄膜结构，所述薄膜结构存在薄膜界面失效问题；

4、采用拍图条件调整后的透射电子显微镜，对所述fib样品进行图像采集，以得到tem图像；

5、从所述tem图像中找出薄膜界面异常点，并根据该薄膜界面异常点与预设的样品失效背景信息，确定出该fib样品所包含的所述薄膜界面异常点所对应的失效原因。

6、进一步的，所述薄膜结构的材质具体可以包括介电常数低于5的低k介质。

7、进一步的，所述拍图条件调整后的透射电子显微镜的拍图条件具体可以包括：光圈参数范围可以为：70μm～200μm，第一聚光镜的光阑模式为聚光镜光阑模式，辐照时间范围可以为：2min～5min。

8、进一步的，所述预设的样品失效背景信息可以包括：所述fib样品所包含的薄膜结构的半导体制程工艺参数或其wat测试参数。

9、进一步的，所述根据该薄膜界面异常点与预设的样品失效背景信息，确定出该fib样品所包含的所述薄膜界面异常点所对应的失效原因的步骤，具体可以包括：

10、将所述薄膜界面异常点与预设的样品失效背景信息进行对比，以根据所述预设的样品失效背景信息中所包含的参数信息与失效原因的对应关系，确定出制造fib样品所包含的薄膜结构过程中的所述半导体制程工艺参数或其wat测试参数中所对应的失效原因。

11、第二方面，基于与上述所述的一种半导体结构的失效分析方法相同的发明构思，本发明还提供了一种半导体结构的失效分析装置，其具体可以包括：制样模块、图像采集模块和失效原因确定模块；其中，

12、所述制样模块，用于提供一包含有目标区域的fib样品，所述fib样品所包含目标区域中设置有薄膜结构，所述薄膜结构存在薄膜界面失效问题；

13、所述图像采集模块，用于采用拍图条件调整后的透射电子显微镜，对所述fib样品进行图像采集，以得到tem图像；

14、所述失效原因确定模块，用于从所述tem图像中找出薄膜界面异常点，并根据该薄膜界面异常点与预设的样品失效背景信息，确定出该fib样品所包含的所述薄膜界面异常点所对应的失效原因。

15、进一步的，所述薄膜结构的材质具体可以包括介电常数低于5的低k介质。

16、进一步的，所述拍图条件调整后的透射电子显微镜的拍图条件具体可以包括：光圈参数范围可以为：70μm～200μm，第一聚光镜的光阑模式为聚光镜光阑模式，辐照时间范围可以为：2min～5min。其中，光圈参数使其工作在大光圈模式下，而辐照时间则优选的为3min。

17、进一步的，本发明所提供的失效分析装置中的所述失效原因确定模块具体可以包括对比单元；其中，

18、所述对比单元，具体可以用于将所述薄膜界面异常点与预设的样品失效背景信息进行对比，以根据所述预设的样品失效背景信息中所包含的参数信息与失效原因的对应关系，确定出制造fib样品所包含的薄膜结构过程中的所述半导体制程工艺参数或其wat测试参数中所对应的失效原因。

19、第三方面，基于与所述半导体结构的失效分析方法相同的发明构思，本发明还提供了一种电子设备，具体可以包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

20、存储器，用于存放计算机程序；

21、处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现第一方面任一所述的半导体结构的失效分析方法步骤。

22、第四方面，基于与所述半导体结构的失效分析方法相同的发明构思，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面任一所述的半导体结构的失效分析方法的方法步骤。

23、第五方面，基于与所述半导体结构的失效分析方法相同的发明构思，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面任一所述的半导体结构的失效分析方法。

24、与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下有益效果之一：

25、在本发明提供的半导体结构的失效分析方法中，其针对具有材质为低k介质的薄膜结构这种半导体样品的某种薄膜失效问题，其通过将现有技术中的常规拍照条件修改为大光圈和cl1聚光镜光阑，同时延长辐照时间的tem拍图条件，从而可以利用tem发射的高压辐照能量照射fib样品时使温度升高，而温度升高则会导致lowk材质的薄膜结构的表面发生收缩产生张力，进而放大薄膜粘附性不佳的薄膜问题，即解决了现有技术中采用的常规拍图条件，而无法发现fib样品中的薄膜界面上所存在的比较薄弱的薄膜界面的失效问题，从而最终实现提高半导体结构的失效分析效率的目的。

技术特征：

1.一种半导体结构的失效分析方法，其特征在于，至少包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的半导体结构的失效分析方法，其特征在于，所述薄膜结构的材质包括介电常数低于5的低k介质。

3.如权利要求1所述的半导体结构的失效分析方法，其特征在于，所述拍图条件调整后的透射电子显微镜的拍图条件包括：光圈参数范围为：70μm～200μm，第一聚光镜的光阑模式为聚光镜光阑模式，辐照时间范围为：2min～5min。

4.如权利要求1所述的半导体结构的失效分析方法，其特征在于，所述预设的样品失效背景信息包括：所述fib样品所包含的薄膜结构的半导体制程工艺参数或其wat测试参数。

5.如权利要求4所述的半导体结构的失效分析方法，其特征在于，所述根据该薄膜界面异常点与预设的样品失效背景信息，确定出该fib样品所包含的所述薄膜界面异常点所对应的失效原因的步骤，包括：

6.一种半导体结构的失效分析装置，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的半导体结构的失效分析装置，其特征在于，所述薄膜结构的材质包括介电常数低于5的低k介质。

8.如权利要求6所述的半导体结构的失效分析装置，其特征在于，所述拍图条件调整后的透射电子显微镜的拍图条件包括：光圈参数范围为：70μm～200μm，第一聚光镜的光阑模式为聚光镜光阑模式，辐照时间范围为：2min～5min。

9.如权利要求6所述的半导体结构的失效分析装置，其特征在于，所述失效原因确定模块包括：

10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

技术总结
本发明提供了一种半导体结构的失效分析方法，应用于半导体技术领域。具体的，其针对具有材质为低k介质的薄膜结构的这种半导体样品的某种薄膜失效问题，其通过将现有技术中的常规拍照条件修改为大光圈和CL1聚光镜光阑，同时延长辐照时间的TEM拍图条件，从而可以利用TEM发射的高压辐照能量照射FIB样品时使温度升高，而温度升高则会导致low k材质的薄膜结构的表面发生收缩产生张力，进而放大薄膜粘附性不佳的薄膜问题，即解决了现有技术中采用的常规拍图条件，而无法发现FIB样品中的薄膜界面上所存在的比较薄弱的薄膜界面的失效问题，从而最终实现提高半导体结构的失效分析效率的目的。

技术研发人员：邹雅,段淑卿,牛舒帆,高金德
受保护的技术使用者：上海华力集成电路制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13