专利名称:互连结构失效分析样品的制作方法
技术领域：
本发明涉及制作互连结构失效分析样品的方法，尤其涉及一种以铜为材料的互连 结构失效分析样品的制作方法。
背景技术：
在半导体制造业中，有各种各样的检测设备，其中TEM(Transmission Electron Microscope，透射电子显微镜)是用于检测组成器件的薄膜的形貌、尺寸及特性的一个重 要工具，申请号为20031012^61的中国专利申请文件提出一种可观测离子束造成的表面 损伤的TEM样品及其制备方法，可简便、直观的观测FIB制备TEM样片过程中，由离子束对 失效分析样品表面所造成的损伤。
而SEMGcan Electron Microscope，扫描电子显微镜)是用于检测组成器件的横 截面的形貌及特性的一个重要工具。用SEM检测的工作原理是将需检测的样片以切割、研 磨，然后放入SEM观测室观察样品的横截面情况，然后进行分析。SEM的一个突出优点是具 有较高的分辨率。
半导体器件关键尺寸发展到0. 13 μ m以后，为了减少RC延迟的效应，金属铜逐渐 取代了铝作为互连结构。从材料性质来看，铝表面在空气中能迅速形成一层致密的氧化层 而阻止铝进一步氧化，因此在失效分析过程中，铝样品显得很稳定。铜在空气中不会形成一 层致密的氧化层去阻止铜氧化，因此在失效分析过程中，由于铜非常容易氧化和腐蚀，含铜 的样品的制备和保存一直是失效分析的一个挑战。
目前所用方法是制备铜样品后，立刻进行扫描电子显微镜(SEM)分析。但是这种 方法有明显的缺点无法避免样品氧化。如图1所示，失效分析样品中的铜在空气中暴露几 分钟后被氧化，可以看出Cu Metal(铜金属层)沿着界面向外氧化，导致barrier(阻挡层) 界面不清，虽然Cu Metal的线宽还是大于barrier的，但是严重影响失效分析对工艺参数 的准确表征。而如图2所示，如果失效分析样品在空气中放置几个小时，其中的铜被氧化很 严重，只能在金属沟槽中间看到一点Cu Metal结构，远小于barrier厚度，这种情况完全不 能作为分析测量用。
因此，现有技术在制备以铜为材料的互连结构失效分析样品时，铜金属会在一两 分钟内即迅速氧化和腐蚀，导致铜互连线结构界面不清晰，严重影响失效分析对工艺参数 的准确表征。互连结构失效分析样品一旦分析完，放置一段时间后，铜会被严重腐蚀，不能 再次分析或者进行数据补充。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种互连结构失效分析样品的制作方法，防止失效分析 不能对工艺参数准确表征或者不能进行失效分析。
为解决上述问题，本发明提供一种互连结构失效分析样品的制作方法，包括对样 品横截面进行物理溅射工艺；通过电子显微镜对所述样品进行测试。
可选的，所述物理溅射采用的是氩离子。所述物理溅射过程中，样品需要进行旋 转，转速为20rmp (转/分) 40rmp。[0010]可选的，所述样品包含金属铜和低介电常数材质。
可选的，所述对于低介电常数材质的物理溅射采用的电压为2. 8KV 3. 2KV，电流 为90μ A 110 μ Α，溅射时间为80s 100s。
可选的，所述物理溅射在真空下进行。
可选的，所述电子显微镜是扫描电子显微镜。
与现有技术相比，本发明具有以下优点对样品横截面进行物理溅射工艺，由于经 过物理溅射处理后，由于物理溅射采用的离子与金属铜及阻挡层钽反应的速率不一样，溅 射后将铜互连结构横截面都往里推了些，不但使不同材质间的界面更为清晰，而且在实际 应用中发现可有效防止金属铜在短时间内氧化或腐蚀，有利于失效分析对工艺参数的准确 表征；另外，亦可对样品进行重复溅射达到重复分析观测铜金属互连结构的关键形貌和工 艺参数。
进一步，采用氩离子作为物理溅射离子，氩离子轰击金属铜的速率大于轰击阻挡 层钽的速率，因此溅射后铜互连结构横截面低于阻挡层钽的横截面，使金属铜与阻挡层钽 之间的界面清晰，同时有效防止金属铜在短时间内氧化或腐蚀，有利于失效分析对工艺参 数的准确表征。
图1是现有失效分析样品中的铜在空气中暴露几分钟后被氧化的效果图；
图2是现有失效分析样品在空气中放置几个小时铜被严重氧化的效果图；
图3是本发明制作互连结构失效分析样品的具体实施方式
流程图；
图4为本发明实施例所述制作互连结构失效分析样品的示意图；
图5为本发明制作的互连结构失效分析样品的效果图。
具体实施方式
由于半导体器件关键尺寸越来越小，为了减少RC延迟的效应，金属铜逐渐取代了 铝作为互连结构，而现有技术在制备以铜为材料的互连结构失效分析样品时，铜金属很容 易被氧化和腐蚀，导致铜互连线结构界面不清晰，严重影响失效分析。本发明的目的在于对 样品横截面进行物理溅射工艺，由于经过物理溅射处理后，由于物理溅射采用的离子与金 属铜及阻挡层钽反应的速率不一样，溅射后将铜互连结构横截面都往里推了些，不但使不 同材质间的界面更为清晰，而且在实际应用中发现可有效防止金属铜在短时间内氧化或腐 蚀，有利于失效分析对工艺参数的准确表征；另外，亦可对样品进行重复溅射达到重复分析 观测铜金属互连结构的关键形貌和工艺参数。下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详 细的说明。
图3是本发明制作互连结构失效分析样品的具体实施方式
流程图。如图3所示， 执行步骤Si，对样品横截面进行物理溅射工艺。
所述物理溅射采用的是氩离子。所述物理溅射过程中，样品需要进行旋转，转速为 20rmp 40rmp。所述物理溅射采用的电压为2. 8KV 3. 2KV,电流为90 μ A 110 μ A，溅 射时间为80s IOOs0
所述物理溅射在真空下进行。[0025]执行步骤S2，通过电子显微镜对所述样品进行测试。
所述电子显微镜是透射电子显微镜或扫描电子显微镜。
—种互连结构失效分析样品的制作方法，对样品横截面进行物理溅射工艺，使互 连结构铜与阻挡层钽之间的界面清晰。
所述的样品指从晶圆上切割的需要进行SEM测试的部分，所述晶圆表面
已经形成设定的膜层或者连接电路，本实施例中所述样品为从晶圆上切割下
来包含铜互连结构的失效分析样品。
所述对样品进行处理的方法，参考附图4所示
将包含有铜互连结构的样品120放置在反应腔室100中，在所述反应腔室100中 对样品横截面进行物理溅射，以防止金属铜在短时间内氧化或腐蚀，使铜互连线结构界面清晰。
本实施例中，所述物理溅射在真空下进行，可以防止铜表面直接曝露于空气中造 成氧化或腐蚀。
本实施例中，所述物理溅射可以采用氩离子，所需的溅射电压为2. 8KV 3. 2KV, 溅射电流为90μΑ ΙΙΟμΑ，溅射时间为80s 100s。其中，溅射的电流和电压控制在较 低条件可以避免高能量溅射对铜周围低K(介电常数)介质材料的损伤。
作为一个优选的实施方式，物理溅射采用氩离子，所需的溅射电压为3KV，溅射电 流为100 μ A，溅射时间为90s。
本实施例中，所述物理溅射过程中，样品需要进行旋转，以提高溅射的均勻性，其 中旋转的转速为20rmp 40rmp。
本实施例，能保证在短时间(几分钟甚至几十分钟)内使铜表面不易发生氧化或 腐蚀现象，使阻挡层和金属铜界面清晰，能进行失效分析的准确表征。对于放置一段时间后 已氧化和腐蚀的样品，也同样适用物理溅射的方法，能对同一样品进行重新分析或数据补充。
图5为本发明制作的互连结构失效分析样品的效果图。用电性定位的方法，在样 品上找到失效区域；用机械切割方法使失效区域的横截面曝露；然后，对样品失效区域进 行物理溅射，防止失效区域的铜被氧化或腐蚀；将样品放入电子显微镜观测室，以高压加速 的电子束照射失效区域，将失效区域的半导体器件形貌放大、投影到屏幕上进行分析。由于 样品经过了物理溅射处理，可以看到图5中整个样品非常干净，阻挡层和金属铜界面清晰， 完全没有铜氧化和腐蚀，金属形貌得到清晰表征，不平整的底部也被观察到，使后续的失效 分析效果非常好。
虽然本发明以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人 员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当 以权利要求
所限定的范围为准。
权利要求
1.一种互连结构失效分析样品的制作方法，包括对样品横截面进行物理溅射工艺； 通过电子显微镜对所述样品进行测试。
2.根据权利要求
1所述互连结构失效分析样品的制作方法，其特征在于，所述物理溅 射采用的是氩离子。
3.根据权利要求
2所述互连结构失效分析样品的制作方法，其特征在于，所述物理溅 射过程中，样品需要进行旋转，转速为20rmp 40rmp。
4.根据权利要求
1所述互连结构失效分析样品的制作方法，其特征在于，所述样品包 含金属铜和低介电常数材质。
5.根据权利要求
4所述互连结构失效分析样品的制作方法，其特征在于，所述对于低 介电常数材质的物理溅射采用的电压为2. 8KV 3. 2KV，电流为90 μ A 110 μ Α，溅射时间 为 80s IOOs0
6.根据权利要求
1所述互连结构失效分析样品的制作方法，其特征在于，所述物理溅 射在真空下进行。
7.根据权利要求
1所述互连结构失效分析样品的制作方法，其特征在于，所述电子显 微镜是扫描电子显微镜。
专利摘要
一种互连结构失效分析样品的制作方法，包括对样品横截面进行物理溅射工艺；通过电子显微镜对所述样品进行测试。本发明有利于失效分析对工艺参数的准确表征。
文档编号G01Q30/20GKCN102053169SQ200910198593
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月10日
发明者史燕萍, 朱敏, 李颖华, 虞勤琴 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan