半导体结构的漏电定位方法及漏电定位系统与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种半导体结构的漏电定位方法及漏电定位系统。


背景技术：

2.在目前的半导体结构(包括3d nand)失效原因分析中，需要对引起失效的位置进行定位。现有的分析手段通常采用thermal emmi(emission microscope，微光显微镜)以及laser obirch(optical beam induced resistance change，光诱导电阻变化)等抓取hotspots(热点区域)的方式进行失效位置的定位并通过pvc(passive voltage contrast，被动电压衬度)对比分析技术使失效结构的定位精确化。
3.pvc是半导体故障分析中功能强大的定位工具，它可以通过fib(focused ion beam，聚焦离子束)或sem(scanning electronic microscopy，扫描电子显微镜)来实现。pvc的原理是通过二次电子图像显示任何带电异常的位置。对于半导体器件，在大多数情况下，pvc离子束会对样品表面进行正电荷化，使表面的二次电子逸出，所有带有接地路径的金属结构都变亮，而浮动的金属结构相对变暗。任何电压衬度的不同都可表明金属及其连接发生异常。
4.应当理解，该背景技术部分描述的内容仅用于帮助理解本技术公开的技术方案，而并非一定属于本技术的申请日之前的现有技术。


技术实现要素：

5.本技术一方面提供了一种半导体结构的漏电定位方法，所述半导体结构包括半导体层、金属层以及沿第一方向贯穿所述半导体层的多个接触部，其中，所述接触部包括导电层和绝缘层，所述绝缘层绕所述第一方向包围所述导电层，所述导电层经由所述金属层电连接，其特征在于，所述方法包括：从所述半导体结构中提取包括漏电接触部的初始样品，其中，所述漏电接触部中的导电层与所述半导体层电连接；去除所述初始样品中的金属层制得检测样品，其中，所述检测样品中的半导体层接地；以及对所述检测样品中的接触部进行检测，并基于检测结果定位所述漏电接触部。
6.在一个实施方式中，去除所述初始样品中的金属层的步骤包括：沿所述第一方向和/或第一方向的反方向减薄所述初始样品以去除所述金属层，其中，减薄后的所述初始样品中接触部的相对两侧完全暴露。
7.在一个实施方式中，对所述检测样品中的接触部进行检测以及定位所述漏电接触部的步骤包括：采用聚焦离子束发射的离子束或扫描电子显微镜发射的电子束中的至少一种照射所述检测样品；获得所述检测样品中的接触部的电压对比图像；以及利用被动电压衬度定位所述电压对比图像中的所述漏电接触部。
8.在一个实施方式中，提取所述初始样品的步骤包括：通过光发射方法和光致阻变方法中的至少一种抓取所述半导体结构的热点，其中，所述漏电接触部位于所述热点内；对
所述热点进行标记；以及基于所述标记切割出所述初始样品。
9.在一个实施方式中，去除所述初始样品中的金属层，制得所述检测样品的步骤包括：将所述初始样品转移至载样台，其中，所述初始样品的半导体层与所述载样台连接，所述载样台接地；以及去除所述初始样品中的金属层，形成经由所述载样台接地的所述检测样品。
10.在一个实施方式中，所述载样台包括载样金属网，所述初始样品的半导体层位于所述载样金属网上并经由所述载样金属网接地。
11.在一个实施方式中，采用聚焦离子束切割法切割所述半导体结构得到所述初始样品。
12.在一个实施方式中，所述热点在与所述第一方向垂直的方向上的尺寸为1μm-20μm。
13.在一个实施方式中，所述聚焦离子束的加速电压为1kv-30kv。
14.在一个实施方式中，所述半导体结构为3d nand存储器。
15.本技术另一方面提供了一种漏电定位系统，其特征在于，包括：样品减薄装置，被配置为沿第一方向和/或第一方向的反方向减薄初始样品的至少一部分制得检测样品；以及载样台，被配置为将所述检测样品的至少部分接地。
16.在一个实施方式中，所述系统还包括：检测模块，被配置为通过聚焦离子束发射的离子束或扫描电子显微镜发射的电子束中的至少一种对所述检测样品进行电压检测；分析显示模块，被配置为记录和输出所述检测样品的电压对比图像；以及定位模块，被配置为通过所述电压对比图像中的衬度差定位所述样品中的漏电位置。
17.在一个实施方式中，所述初始样品包括半导体层、漏电接触部和金属层，所述漏电接触部沿所述第一方向贯穿所述半导体层，并包括导电层和绝缘层，所述绝缘层绕所述第一方向包围所述导电层的一部分，所述导电层未被所述绝缘层包围的部分与所述半导体层接触，所述导电层经由所述金属层电连接，所述样品减薄装置被配置为沿所述第一方向和/或所述第一方向的反方向去除所述金属层，以及所述载样台被配置为将所述半导体层接地。
18.本技术提供的半导体结构漏电定位方法可具有以下至少一个有益效果：
19.根据本技术的一些实施方式，可精确定位漏电接触部的位置，大大增加了半导体结构失效分析的成功率。
20.根据本技术的一些实施方式，在精准定位出漏电接触部后，只需对单个接触部进行失效分析，极大的降低了时间成本和机台成本，从而提高了分析效率并减少了花费。
附图说明
21.结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
22.图1是根据一些实施方式的半导体结构中的接触部的示意图；
23.图2是根据一些实施方式在半导体结构中抓取的热点示意图；
24.图3是根据本技术示例性实施方式的半导体结构漏电定位方法的流程图；
25.图4是根据本技术示例性实施方式的半导体结构中局部结构的示意图；
26.图5是具有本技术实施方式的半导体结构的芯片的示意图；
27.图6是根据本技术实施方式的半导体结构漏电定位方法的形成初始样品的示意图；
28.图7是根据本技术实施方式的半导体结构漏电定位方法的将初始样品转移至载样台上的示意图；
29.图8是根据本技术实施方式的半导体结构漏电定位方法的制备检测样品的示意图；
30.图9是根据本技术示例性实施方式的半导体结构漏电定位方法的定位漏电接触部的示意图；
31.图10是根据本技术实施方式的漏电定位方法对漏电接触部进行精确定位的扫描电镜图像；以及
32.图11是根据本技术示例性实施方式的漏电定位系统的示意图。
具体实施方式
33.为了更好地理解本技术，将参考附图对本技术的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本技术的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本技术的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
34.应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制，尤其不表示任何的先后顺序。因此，在未背离本技术的教导的情况下，本技术中讨论的第一方向也可称为第二方向，反之亦然。
35.在说明书中，对“一个实施方式”、“实施方式”、“示例实施方式”、“一些实施方式”等的引用指示所描述的实施方式可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施方式可以不一定包括该特定特征、结构或特性。此外，这些短语不一定是指相同的实施方式。此外，当结合实施方式描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施方式实现这种特征、结构或特性都将在相关领域技术人员的知识范围内。
36.在附图中，为了便于说明，已稍微调整了部件的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。例如，在本技术中附图绘制的半导体层的厚度并非按照实际生产中的比例。如在本文中使用的“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。
37.应当理解的是，诸如“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”等表述在本说明书中是开放性而非封闭性的表述，其表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合的存在。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，其修饰整列特征，而非仅仅修饰列表中的单独元件。此外，当描述本技术的实施方式时，使用“可”表示“本技术的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
38.还应理解的是，在本公开中的“上”、“上方”和“之上”的含义应该以最广泛的方式来解释，使得“上”不仅意味着“直接在某物上”，而且还包括“在某物上”并且其间具有中间
特征或层的含义，并且“上方”或“之上”不仅意味着在某物“上方”或“之上”的含义，而且还可以包括在某物“上方”或“之上”并且其间不具有中间特征或层(即，直接在某物上)的含义。
39.除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞(包括工程术语和科技术语)均具有与本技术所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本技术中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。
40.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，除非明确限定或与上下文相矛盾，否则本技术所记载的方法中包含的具体步骤不必限于所记载的顺序，而可以任意顺序执行或并行地执行。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本技术。
41.以下对本技术的特征、原理和其它方面进行详细描述。
42.本技术的发明人发现，在半导体结构中，有一种特殊结构的接触部。这种接触部通过在导电层表面包裹一层绝缘材料以将导电层与其外侧的导电基底隔开。在一些实施方式中，该导电层周围的绝缘层在形成过程中会存在例如空隙等缺陷；此外，导电层和与其连接的导电柱之间的压差也可能造成绝缘层的破裂缺陷。空隙缺陷和破裂缺陷严重时会导致半导体结构的导电接触部异常漏电。在失效定位技术中，通常采用抓取热点的方式对失效位置进行定位，但是这种定位方式在上述接触部的应用中存在一些弊端。
43.例如图1所示，因半导体结构中存在大量重复互连的接触部，无法通过被动电压衬度直接判断失效位置；当通过抓取热点的方式进行缺陷定位时，即使得到一个较为收敛的热点区域，操作者需要观察的范围也包含数十根接触部，无法进行精确定位(如图2所示)；此外，通过fib和sem机台寻找漏电位置，大大增加了失效分析的时间成本和机台成本。
44.本技术提出了一种半导体结构的漏电定位方法，可以至少部分改善或解决上述问题。可精确定位漏电接触部的位置，大大增加了半导体结构失效分析的成功率。在精准定位出漏电接触部后，只需对单个接触部进行失效分析，极大的降低了时间成本和机台成本，从而提高了分析效率并减少了花费。
45.图3是根据本技术实施方式的半导体结构的漏电定位方法1000的流程图。如图3所示，本技术提供一种半导体结构的漏电定位方法1000包括：
46.步骤s1100，从半导体结构中提取包括漏电接触部的初始样品，其中，漏电接触部中的导电层与半导体层电连接；
47.步骤s1200，去除初始样品中的金属层制得检测样品，其中，检测样品中的半导体层接地；以及
48.步骤s1300，对检测样品中的接触部进行检测，并基于检测结果定位漏电接触部。
49.应理解的是，方法1000中所示的步骤不是排它性的，还可以在所示步骤中的任何步骤之前、之后或之间执行其它步骤。此外，所示步骤中的一些步骤可以是同时执行的或者可以是按照不同于图3所示的顺序执行的。
50.图5至图9是根据本技术实施方式的半导体结构的漏电定位方法1000的工艺示意图。下面结合图5至图9进一步地描述上述步骤s1100至s1300。
51.步骤s1100，从半导体结构中提取包括漏电接触部的初始样品，其中，漏电接触部
中的导电层与半导体层电连接。
52.图4是根据本技术实施方式的半导体结构中局部结构100的示意图。如图4所示，局部结构100可包括半导体层110、接触部121以及金属层，该金属层可包括第一金属层130、第二金属层140或第一金属层130和第二金属层140的组合。接触部121沿第一方向(z的反方向)贯穿半导体层110。接触部121可包括导电层123和绝缘层122，绝缘层122绕z轴方向包围导电层123。导电层123与第一金属层140连接，从而使多个接触部121在电场中彼此电连接。需要说明的是，本技术实施方式中的半导体结构包括3d nand存储器。
53.在一些实施方式中，局部结构100还包括介质层150，接触部121还包括导电柱160。第一金属层130位于半导体层110上侧(沿z方向)，介质层150和第二金属层140依次排列于半导体层110的下侧。接触部121通过导电层123与第一金属层130连接。导电柱160贯穿介质层150并延伸至第二金属层140，导电柱160的上端与导电层123的下表面连接，且其在x方向上的尺寸小于或等于导电层123在同方向上的尺寸。导电柱160可作为第二金属层140和导电层123连接的连接结构，从而使同时与第二金属层140连接的多个接触部121在电场中也彼此电连接。
54.图5是具有本技术实施方式的半导体结构的芯片200的示意图。如图5所示，第一金属层130可以位于芯片200的边缘，其平面形状不局限为一种。结合图4和图5所示，接触部121存在于芯片200边缘处的第一金属层130的下方并与第一金属层130连接。
55.需要说明的，接触部121的数量包括多个，多个接触部121可与同一第一金属层130连接，从而彼此形成电连接。第一金属层130可以由铝或铜构成，并且在封装过程中起着键合焊盘的作用。
56.图6是根据本技术实施方式的半导体结构形成初始样品300的示意图。如图6所示，可通过光发射方法和光致阻方法中的至少一种抓取半导体结构中的热点区域，漏电接触部120’位于该热点内；之后可对热点所在的位置进行标记，形成标记310；最后基于标记310切割出如图6所示的初始样品300。示例性地，热点区域在x方向上的尺寸为1μm至20μm，可采用聚焦离子束切割法切割出初始样品300以备后续失效区域定位使用。需要说明的，由于fib可对半导体器件进行多维度精细化切削、离子注入、改性、沉积以及提供pvc观察等，其已经成为包括半导体集成电路的修改、离子注入、切割和故障分析等有力的手段。
57.在一些实施方式中，采用fib进行初始样品300切割的步骤包括：首先，以标记310区域为中心沉积一定尺寸和厚度的金属铂保护层以避免后续样品制备过程中fib对标记310区域损伤；之后，利用fib将想要获得的目标样品(即初始样品300)的两侧掏空，并对底部和侧面进行同样的切割操作将其断，从而形成u型切断，此时，目标样品仅剩下一端与半导体器件连接，悬挂于半导体器件上，此操作中形成u型切断的目的是便于后续采用例如机械纳米手臂(easylift)等设备提取该目标样品；最后，将机械纳米手臂与目标样品悬空的一端粘连以提供支撑，用fib切断目标样品与半导体器件的连接形成初始样品300。
58.步骤s1200，去除初始样品中的金属层制得检测样品，其中，检测样品中的半导体层接地。
59.如图7所示，可将初始样品300转移至载样台320上，初始样品300中的半导体层330与载样台320连接。在一些实施方式中，载样台320可通过例如fib和sem等检测设备接地，可以理解的，初始样品300经由载样台320接地。
60.示例性地，载样台320作为广泛使用的样品提取工艺中的消耗性产品，其可为包括铜网或硅网中至少一种的载样金属网。在一些实施方式中，可以用半导体晶圆加工成载样硅网。在一些实施方式中，载样台320在xy平面内的形状包括半圆形、圆形或其他形状，载样台320上可具有基底和用于放置初始样品300的附着部。附着部可连接于基底上，初始样品300在附着部上的放置方式例如包括导电粘合。可通过例如导电胶等实现初始样品300和附着部的导电粘合。附着部的与初始样品300粘合的表面可以与fib发射的离子束平行，也可以与该离子束呈一定的夹角θ(0＜θ＜180
°
)，以使得fib可对初始样品300实施正切、斜切、正斜切等多种切割方式。
61.图8a至图8b是根据本技术实施方式的半导体结构漏电定位方法的制备检测样品的工艺示意图。如图8a和图8b所示，分别沿第一方向(z方向)和第一方向的反方向去除初始样品300的一部分，将其减薄至暴露初始样品300中的接触部121的相对两侧(图8b中上表面121a和下表面121b)，从而形成检测样品340。需要说明的，在去除初始样品300的一部分的过程中，fib离子束的发射方向可与y方向平行。在去除掉初始样品300的该部分后，接触部121的上侧121a和下侧121b可与
62.在一些实施方式中，初始样品300被去除的部分可包括第一金属层130、第二金属层140、介质层150以及导电柱160。去除该部分后获得的检测样品340中的导电层123相对的上下(z方向)两侧被完全暴露，接触部121’未被去除的部分不再经由金属层电连接。此时，接触部121保留部分的上表面121a/下表面121b可分别与半导体层330的上表面/下表面共平面。
63.在另一些实施方式中，初始样品300被去除的部分只包括第一金属层130和第二金属层140，此时，检测样品340中的接触部121的上表面和导电柱160的下表面被完全暴露，接触部121保留部分的上表面121a/下表面121b可分别与半导体层330的上表面/介质层150下表面共平面。初始样品300中的多个接触部121’之间的电连接被去除，在完成此工艺后，接触部121’未被去除的部分也不再经由金属层电连接，得以相互电隔离。
64.需要说明的，在完成上述工艺后，漏电接触部120’的相对两侧也会暴露，但其与半导体层330存在短接的情况，因此在施加电场时多个漏电接触部120’彼此之间并不是电隔离的关系。
65.在一些实施方式中，可藉由fib精细铣削初始样品300以获得检测样品340。fib离子束的切割方向可与载样台320的基底垂直，其可沿例如y方向对初始样品300进行铣削。在完成第一面(例如上表面121a)的切削后对载样台320旋转一定角度(例如旋转180
°
)，并继续完成第二面(例如下表面121b)的切削，从而形成检测样品340。示例性地，可通过设置载样台320附着部的样品粘结面与载样台320基底之间的夹角，来调节fib离子束对初始样品300的正切、斜切、正斜切等不同的切削方式。
66.步骤s1300，对检测样品中的接触部进行检测，并基于检测结果定位漏电接触部。
67.在fib铣削初始样品300制得检测样品340后，可采用例如fib和sem等手段中的至少一种对检测样品340检测分析，并通过例如显示设备记录并输出如图9所示的图像。由于漏电接触部120’与半导体层330连接，半导体层330经由载样台320接地，当具有一定能量的电子或离子束发射到检测样品340表面时，接地的漏电接触部120’相较于正常接触部121’会有更多的二次电子散射出去，因此在图像中衬度显示更亮，从而可通过电压衬度的差异
精确定位出漏电位置和某一失效的接触部。示例性地，fib离子束对检测样品340检测分析时的加速电压可为1kv-30kv。需要说明的，fib离子束加速电压越大，离子束的能量越高，样品表面的二次电子相对逸出量也越高，相对电压衬度对比也越明显。但是，当离子束能量过高，例如超过30kv，样品表面上的电子与样品本体相互作用的充电区会产生微小的电势差，造成反射电子束的散开，损害分辨率。
68.图10a至图10d是根据本技术实施方式的漏电定位方法对漏电接触部进行精确定位的扫描电镜图像。从图10a至图10d可以看出，在对热点区域进行抓取，转移至载样金属网上并进行正反两面减薄后，通过观察检测样品电压衬度的明暗差异，可精确定位出某根失效的接触部，这极大的增加了半导体结构失效分析的成功率。其中，图10c清晰展示出了检测样品340正反两面在fib离子束轰击下，接触部121’和漏电接触部120’因二次电子逸出量的不同而造成的衬度差异，从而精确定位漏电接触部120’。在精准定位出漏电接触120’部后，只需对单个接触部进行失效分析(如图10d所示)，大大降低了时间成本和机台成本，从而提高了分析效率并减少了花费。
69.本技术另一方面还提供了一种漏电定位系统。该系统对上述半导体结构中的漏电接触部进行精确定位。
70.图11是根据本技术实施方式的漏电定位系统400的示意图。如图11所示，漏电定位系统400可包括样品减薄装置390以及载样台320，样品减薄装置390被配置为沿第一方向(z方向)和/或第一方向的反方向减薄初始样品300的至少一部分制得检测样品340(参考图8所示)；载样台320被配置为将检测样品300的至少部分接地。
71.在一些实施方式中，初始样品300包括半导体层330、漏电接触部120’和金属层(参考图4)。漏电接触部120’沿所述第一方向贯穿所述半导体层330，并包括导电层123和绝缘层122，绝缘层122绕第一方向包围导电层123的一部分，导电层123未被绝缘层122包围的部分与导体层330接触，导电层123经由金属层122电连接，样品减薄装置390被配置为沿第一方向和/或所述第一方向的反方向去除金属层，初始样品300去除金属层后形成检测样品340。在检测样品340中，漏电接触部120’的与xy平面平行的相对两侧暴露。载样台320被配置为将检测样品340中的半导体层330接地。
72.示例性地，载样台320在xy平面内的形状可为半圆形，其上具有附着部(未示出)320，用于放置检测样品340。载样台可为金属载样网，包括铜网和硅网中的至少一种。
73.在一些实施方式中，漏电定位系统400还包括接触部121’,其可沿第一方向贯穿半导体层330。接触部121’的结构与漏电接触部120’的结构类似，均由绝缘层122包裹导电层123构成。不同的是接触部121’的绝缘层122绕z轴方向将导电层123完全包覆，使其与半导体层330隔离。可以理解的，接触部121’的与xy平面平行的相对两侧也暴露。接触部121’和漏电接触部120’暴露的表面会在电子或离子束轰击时，释放不同数量的二次电子，从而使接触部121’和漏电接触部120’显示不同的电压衬度。
74.在一些实施方式中，检测样品340中还包括标记310，漏电接触部120’位于标记310的区域内。标记310在与第一方向垂直的方向上(例如，x方向)的尺寸可为1μm-20μm。
75.在一些实施方式中，漏电定位系统400还包括检测模块410。检测模块410可以为具体的检测设备，例如包括聚焦离子束、扫描电子显微镜等设备；检测模块410也可以为某种检测手段，例如包括聚焦离子束检测手段、聚焦离子束和扫描电子显微镜相结合的检测手
段等。
76.在一些实施方式中，漏电定位系统400还包括分析显示模块420。分析显示模块420可用于记录和输出检测样品340的电压对比图像，分析显示模块420与检测模块410连接，可接收检测模块传递的电信号并将电信号加工转化为电压对比图像进行输出。示例性地，分析显示模块420包括具有运算功能的计算机或计算机系统。
77.在一些实施方式中，漏电定位系统400还包括定位模块430。定位模块430通过判别电压对比图像中的电压衬度差来精确定位漏电接触部120’。示例性地，定位模块430可以与分析显示模块410通过电信号连接，并通过例如编译程序等完成漏电接触部120’的定位。定位模块430还可为为独立的部分，例如包括具有衬度分析判别能力的生物体以及人工智能等。
78.在一些实施方式中，可采用上述本技术实施方式中的任一漏电定位方法通过漏电定位系统400对漏电位置和漏电接触部120’进行精确定位。
79.以上描述仅为本技术的实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。