[发明专利]链式通孔结构样品处理方法及失效测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制备技术领域，特别涉及一种链式通孔结构样品处理方法及失效测试方法。

背景技术

半导体芯片制造过程中通常使用链式通孔(Via Chain)测试结构来监控后道金属互联层中的工艺问题，可靠性测试过程中也会使用相同的结构以对通孔及后道金属线进行相关可靠性评估测试。链式通孔失效时，特别是在整体电阻测试结果偏大甚至开路(Open)时，需要知道失效模式才能有效解决问题，要想确定失效模式必须先找到失效位置，然后再进行失效分析。

图1是链式通孔测试结构剖面示意图，如图1所示，链式通孔测试结构包括：形成于介质层150中的第一沟槽、通孔以及与通孔连通的第二沟槽，形成于所述第一沟槽中的第一金属层100，形成于所述通孔以及第二沟槽侧壁的钽层140，形成于所述通孔中且位于所述钽层140上的插塞110，形成于所述第二沟槽中且位于钽层140上的第二金属层120，所述插塞110上下两端分别与所述第二金属层120和第一金属层100相连接，从而形成链式通孔结构。所述链式通孔结构还包括与所述第二金属层120和第一金属层100电连接的金属焊垫130，通过所述金属焊垫130接地以进行测试。其中，所述插塞110、第一金属层100和第二金属层120均为同一种金属，所述插塞110和第二金属层120通过一步电镀工艺填充沟槽和通孔形成，所述钽层140包括金属钽。

常规失效分析时，需要先处理测试样品，也就是先将样品去层(De-l20yer)，研磨直至暴露第二金属层120，然后对该结构一端的金属焊垫130进行接地处理，再使用聚焦离子束显微镜(FIB)进行电压对比度(Voltage Contrast，简称VC)测试。

图2是现有技术中使用聚焦离子束显微镜进行电压对比度测试的链式通孔结构的失效位置定位示意图，如图2所示，当聚焦离子束显微镜的离子束打到第二金属层120时，通过金属焊垫130接地的第二金属层120上积累的离子直接导走，在聚焦离子束显微镜中显示为白色，由于某个通孔和第一金属层100开路，导致后段的金属层上的离子无法被导走，积累在金属层上，显现为黑色，这样失效位置就确定在黑白交界处，如图2虚线框所示，对失效位置进行标注，以便最后进行物性失效解析验证。

实际工作中，铝制程链式通孔使用此方法测试比较方便，但对于铜工艺结构的链式通孔，特别是器件工艺尺寸到90nm以下，由于第二金属层120中的铜金属线间的间距相对铝制程工艺的铝金属线间的距离很小，使用研磨方法去层，研磨到第二金属层120时，由于铜的延展性，研磨产生的铜颗粒经常会造成相邻金属线间短路，甚至一大片金属线短路，当使用聚焦离子束显微镜进行电压对比度测试，离子束打到第二金属层120，由于第二金属层120短路导致电压对比度无异常点，也就是在聚焦离子束显微镜下显示全部为白色，找不到黑白交界处，从而无法确定失效位置。

为解决这一问题，需要找到一种链式通孔结构失效定位的样品处理方法，使得链式通孔结构样品处理后不会发生铜金属线短路，通过使用聚焦离子束显微镜进行电压对比度测试有效定位失效位置。

发明内容

本发明的目的在于解决研磨到第二金属层后造成的金属线短路而无法使用聚焦离子束显微镜进行电压对比度测试，进而不能定位失效位置的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种链式通孔结构样品处理方法，包括:提供一链式通孔结构初始样品，所述链式通孔结构初始样品包括形成于介质层中的第一沟槽、第二沟槽以及通孔，形成于所述第一沟槽中的第一铜金属层，形成于所述通孔以及第二沟槽侧壁的钽层，形成于所述通孔中且位于所述钽层上的铜插塞，形成于所述第二沟槽中且位于钽层上的第二铜金属层，所述铜插塞与所述第二铜金属层和第一铜金属层连接；

对所述链式通孔结构初始样品进行研磨，直至暴露所述第二铜金属层；

采用湿法刻蚀工艺去除所述第二铜金属层和所述铜插塞，形成链式通孔结构测试样品。

可选的，在链式通孔结构样品处理方法中，所述湿法刻蚀工艺采用的溶液为氨水与过氧化氢的混合液。

可选的，在链式通孔结构样品处理方法中，所述氨水与过氧化氢的体积比为1:1～1:1.2。

可选的，在链式通孔结构样品处理方法中，所述湿法刻蚀工艺采用的溶液为硝酸。

可选的，在链式通孔结构样品处理方法中,所述硝酸的浓度为60～80％。

可选的，在链式通孔结构样品处理方法中,所述链式通孔结构初始样品还包括形成于所述通孔以及第二沟槽侧壁的氮化钽层，所述钽层覆盖于所述氮化钽层。