[发明专利]一种非接触式半导体电性故障分析法

说明书

本发明公开了一种非接触式半导体电性故障分析法，利用一包含探针、电流放大器、反馈控制器及计算机的扫描穿隧式显微镜以非接触方式半导体样品的表面方式进行电性故障分析，其特征在于扫描穿隧式显微镜的探针放置于相对于半导体样品表面的(+)Z轴方向，施加一偏压于扫描穿隧显微镜的探针与半导体样品之间以产生一穿隧电流后沿相对于半导体样品表面的X、Y轴方向进行扫描且同时侦测半导体样品的表面所量测到的穿隧电流，穿隧电流经放大后被送到计算机进行分析，便可获得半导体样品的表面的结构轮廓、判断半导体样品中的半导体组件的电性是否故障。

技术领域

本发明公开了一种半导体电性故障分析法，且特别是关于一种非接触式半导体电性故障分析法。

背景技术

针对半导体最下层晶体管电性故障分析，一般都先会使用接触式的导电原子力显微镜(Conductive Atomic Force Microscope；CAFM)进行确认，其原理主要是在导电原子力显微镜的探针与半导体试片之间施加一直流偏压，并利用探针轻轻接触半导体试片的表面，扫描半导体试片表面并侦测反馈电流。随着半导体制程尺寸不断缩小，受限于探针尖端的尺寸，利用导电原子力显微镜对半导体试片进行电性故障分析可能会造成半导体试片表面的实际结构没办法清楚呈现，且由于导电原子力显微镜的探针会接触半导体试片的表面，故半导体试片的表面结构会在探针在扫描过程中被刮伤，经过多次扫描后，半导体试片就无法再进行后续分析，且其表面分辨率只能达到数奈米的空间分辨率。

有鉴于此，一种可清楚呈现尺寸缩小化半导体试片的表面实际结构，可提供表面分辨率达到原子等级且不会刮伤其表面的非接触式半导体电性故障分析法乃目前半导体业界所殷切期盼。

发明内容

本发明公开一种非接触式半导体电性故障分析法，其特征在于，包括以下步骤：提供一半导体样品，前述半导体样品具有相对的一表面与一背面，其中前述表面包括至少一半导体组件；提供一扫描穿隧式显微镜，前述扫描穿隧显微镜包括一探针、一电流放大器、一反馈控制器以及一计算机，其中前述探针、前述电流放大器、前述反馈控制器以及前述计算机彼此电性连接；以及将前述扫描穿隧式显微镜的前述探针放置于相对于前述半导体样品的前述表面的(+)Z轴方向，并施加一偏压于前述扫描穿隧显微镜的前述探针与前述半导体样品之间以产生一穿隧电流，并利用前述扫描穿隧式显微镜的前述探针以不接触前述半导体样品的前述表面的方式，沿相对于前述半导体样品的前述表面的X轴方向与Y轴方向进行扫描且同时侦测前述半导体样品的前述表面所量测到的前述穿隧电流，前述穿隧电流经前述电流放大器放大后被送到前述计算机进行分析，以获得前述半导体样品的前述表面的结构轮廓，并且判断前述半导体样品中的前述至少一个半导体组件的电性是否故障；其中，当前述穿隧电流大于所设定的一电流阀值时，前述探针会在前述反馈控制器的控制下沿相对于前述半导体样品的前述表面的(+)Z轴方向收缩以远离前述半导体样品的前述表面，而当前述穿隧电流小于所设定的一电流阀值时，前述探针会在前述反馈控制器的控制下沿相对于前述半导体样品的前述表面的(-)Z轴方向伸长以靠近前述半导体样品的前述表面。

前述的的故障分析用的半导体试片的制备方法，其中前述第一、第二介电层为相同或相异介电材料所构成。

前述的非接触式半导体电性故障分析法，前述偏压为正偏压，前述穿隧电流自前述扫描穿隧显微镜的前述探针流向前述半导体样品。

前述的非接触式半导体电性故障分析法，前述偏压为负偏压，前述穿隧电流自前述半导体样品流向前述扫描穿隧显微镜的前述探针。

前述的非接触式半导体电性故障分析法，前述反馈控制器为压电反馈控制器。

前述的非接触式半导体电性故障分析法，前述探针的末端更包括一探针头，且前述探针头与前述半导体样品的前述表面之间的最小距离为d，1nm≤d≤10nm。

前述的非接触式半导体电性故障分析法，前述探针头的曲率直径R介于1～100微米之间。