一种半导体结构失效分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体失效分析领域，特别是涉及一种半导体结构失效分析方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体元件尺寸不断的缩小，由半导体工艺所引发并足以对成品率产生影响的缺陷尺寸，亦不断地微小化。在此种趋势之下，要对这些微小的缺陷做精确的横切面分析已经变得越来越不容易，因此各种显微即失效分析(Failure analysis, FA)技术不断的产生，以期待能通过对试片制备方法的改良、分析仪器精密度的提升、以及分析仪器与分析原理的交互运动，来克服这个问题。
[0003]在所有的缺陷中，除了大多数直接位于半导体晶片表面的缺陷，可以利用正面分析技术来作失效分析，许多与工艺息息相关的缺陷还存在于半导体晶片的下层、底层与背面，而要检测位于晶片底层的缺陷往往是工艺中极为困难的步骤，尤其是对于多层金属导线的芯片而言。
[0004]现有的多层金属导线的半导体器件结构比如WAT测试结构，包括基底；依次位于所述基底表面的第一金属层和第二金属层，所述第一金属层和第二金属层通过金属连接栓进行连接。其中，所述第一金属层和第二金属层分别由多个金属块构成，且通过金属连接栓将所述第一金属层金属块和第二金属层金属块依次相连，构成串联结构。
[0005]所述WAT测试结构中的金属连接栓与半导体产品中的金属连接栓是通过同一半导体工艺同时形成，所述导电插塞的尺寸特性与所述半导体产品的导电插塞相同，主要用来模拟测试半导体产品中类似金属连接栓的各种性能参数。
[0006]然而，在制作半导体器件结构或其WAT测试结构的过程中，由于金属连接栓的尺寸减小，导致形成金属连接栓的通孔的刻蚀的难度增大，而通孔的刻蚀不到位而出现的缺陷，就可能出现金属布线间互连结构的断路，导致半导体器件的失效。为此，金属连接栓的失效分析成为现在的研究热点。
[0007]被动电压对比(Passive Voltage Contrast, PVC)是一种常用的半导体结构失效分析方法，其原理为:当电子束或离子束扫描半导体器件结构的表面时，由于不同的结构具有不同的电势，则不同结构对所激发的二次电子具有不同的束缚能力，在影像显示器中观察到不同的结构的明暗强度不同。分析失效样品时，通过对比好、坏样品，如果发现相同的地方出现明暗不一致，即为失效点。
[0008]但是，由于半导体产品及其WAT测试结构中，串联结构的电势是基本相同的，因此，即使金属连接栓与下层第一金属层出现断路，利用信号收集系统所收集到的第二金属层经电子激发后产生的二次电子将基本相同，观察到的影像明暗也将处处一致。利用电压对比技术就很难定位出半导体产品及其WAT测试结构中金属连接栓的断路点，即失效点。
[0009]因此，如何准确找到失效点，提高分析的成功率，是本领域技术人员亟需解决的技术课题。
【发明内容】
[0010]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体结构失效分析方法，用于解决现有技术中利用电压对比分析方法无法成功定位半导体结构中失效点的问题。
[0011]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种半导体结构失效分析方法，所述半导体结构分析方法至少包括以下步骤:
[0012]I)提供一半导体结构，所述半导体结构至少包括接地的有源区、沉积于所述有源区表面的第一绝缘层、设于所述第一绝缘层表面的金属互连结构；
[0013]所述金属互连结构包括:依次位于所述第一绝缘层表面的第一金属层和第二金属层；所述第一金属层和第二金属层分别由多个分立的金属块构成，通过金属连接栓依次连接所述第一金属层的金属块和第二金属层的金属块形成串联结构；所述第一金属层和和第二金属层间形成有第二绝缘层；
[0014]2)利用电性失效分析技术，检测出金属互连结构中的可疑失效区域；
[0015]3)于所述可疑失效区域一侧切挖所述第一绝缘层和第二绝缘层，形成暴露所述有源区的开口，然后在所述开口中填充满金属材料，所述金属材料的顶部通过金属线与同一侧的第二金属层电连；
[0016]4)采用电子束或离子束扫描所述半导体结构表面，若观察到所述可疑异常区域的二次电子图像中存在明暗亮度差异，该明暗亮度交界点即为失效点。
[0017]作为本发明的半导体结构失效分析方法的一种优化的方案，所述步骤I)中所述串联结构的两端还设置有金属焊垫。
[0018]作为本发明的半导体结构失效分析方法的一种优化的方案，所述步骤2)中采用雷射光束诱发阻抗变化的失效分析技术来检测所述可疑失效区域。
[0019]作为本发明的半导体结构失效分析方法的一种优化的方案，所述步骤3)中采用聚焦离子束工艺切挖所述第一绝缘层和第二绝缘层形成开口。
[0020]作为本发明的半导体结构失效分析方法的一种优化的方案，所述聚焦离子束工艺采用Ga离子束进行轰击，离子束入射角度范围为85?90度，离子束电压为25?35kv，电流为150?6000PA范围。
[0021]作为本发明的半导体结构失效分析方法的一种优化的方案，所述步骤3)中填充于所述开口中的金属材料为钨或钼。
[0022]作为本发明的半导体结构失效分析方法的一种优化的方案，所述步骤4)采用电压对比失效分析技术来确定失效点。
[0023]作为本发明的半导体结构失效分析方法的一种优化的方案，所述电子束扫描所述半导体结构表面时，先采用较高的第一加速电压的电子束扫描，再采用较低的第二加速电压的电子束扫描。
[0024]作为本发明的半导体结构失效分析方法的一种优化的方案，所述第一加速电压的电压为5?15kv，扫描时间不大于5分钟。
[0025]作为本发明的半导体结构失效分析方法的一种优化的方案，所述第二加速电压的电压在1±0.2kv范围内。
[0026]如上所述，本发明的半导体结构失效分析方法，包括步骤:首先，提供一半导体结构，所述半导体结构至少包括接地的有源区、沉积于所述有源区表面的第一绝缘层、设于所述第一绝缘层表面的金属互连结构；所述金属互连结构包括:依次位于所述第一绝缘层表面的第一金属层和第二金属层；所述第一金属层和第二金属层分别由多个分立的金属块构成，通过金属连接栓依次连接所述第一金属层的金属块和第二金属层的金属块形成串联结构；所述第一金属层和和第二金属层间形成有第二绝缘层；然后，利用电性失效分析技术，检测出金属互连结构中的可疑失效区域；接着，于所述可疑异常区域一侧切挖所述第一绝缘层和第二绝缘层，形成暴露所述有源区的开口，然后在所述开口中填充满金属材料，所述金属材料的顶部通过金属线与同一侧的第二金属层相连；最后，采用电子束或离子束扫描所述半导体结构表面，若观察到所述可疑异常区域的二次电子图像中存在明暗亮度差异，该明暗亮度交界点即为失效点。本发明半导体结构的失效分析方法通过在可疑异常区域一侧设置将有源区和第二金属层连接的金属结构，使该侧的第二金属层接地，从而使可疑失效区域两侧的第二金属层的电势不同，进行电子束扫描之后，可以精确定位失效点。
【附图说明】
[0027]图1为本发明的半导体结构失效分析方法的工艺流程示意图。
[0028]图2为本发明半导体结构失效分析方法的步骤I)