高階芯片失效分析物理去層分析方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體技術領域,尤其是指一種高階芯片失效分析物理去層分析方法。
【背景技術】
[0002]由于半導體工藝的飛速發(fā)展,國內外高階28nm甚至更小工藝的芯片已廣泛推廣應用。高階芯片失效分析物理去層分析方法迎來了新的挑戰(zhàn)。
[0003]目前,28nm芯片的物理去層局部平坦化處理很難掌控。28nm芯片一般有10層金屬,與90nm工藝相比,氧化層使用1w-K材料且厚度比較薄,增加了物理方法去層的難度。而且頂層金屬即TM (Top Metal),M9 (Metal9),M8的平坦化處理掌控的好壞決定后續(xù)去層分析的成敗。
[0004]參閱圖1?圖3所示,圖1?圖3是現有技術中高階芯片失效分析物理法去層處理中刻蝕頂層金屬層至第八金屬層的步驟分解圖。28nm芯片去層目前的方法是:Stepl,用反應離子刻蝕法(RIE-Reactive 1n Etching)刻蝕頂層金屬層TM上的鈍化層時間約為5分鐘,再用研磨法研磨掉頂層金屬層TM ;Step2,用反應離子刻蝕法刻蝕第九金屬層M9上的氧化層2分鐘,再用研磨法去除第九金屬層M9 ;Step3,用反應離子刻蝕法刻蝕第八金屬層M8上的氧化層I分鐘,再用研磨法去除第八金屬層M8 ;Step4,去除完TM&M9&M8后,M7?Ml用研磨法去層即可。從圖1?圖3中可以看出,目前方法的反應離子刻蝕法能量不好控制,容易破壞下層金屬,如圖中a處所示,且平坦化不好掌控。
[0005]因此,在進行高階芯片失效分析物理去層的處理過程中,如何確保下層金屬不被破壞,是本領域亟待解決的難題。
【發(fā)明內容】
[0006]有鑒于上述問題,本發(fā)明提供了一種高階芯片失效分析物理去層分析方法,包括:
[0007]提供芯片及所述芯片上待進行物理去層的關注區(qū)域,所述芯片包括自下而上制備于襯底上的第一金屬層、第二金屬層、......、第N-2金屬層、第N-1金屬層以及第N金屬層,
其中,8彡N彡10 ;
[0008]自上而下依次刻蝕所述第N金屬層、所述第N-1金屬層、所述第N-2金屬層、……、所述第二金屬層以及所述第一金屬層;
[0009]其中,刻蝕所述第N-1金屬層,包括:
[0010]采用BOE刻蝕劑以第一刻蝕時間刻蝕所述關注區(qū)域內的所述第N-1金屬層上的氧化層;
[0011]采用反應離子刻蝕法以第二刻蝕時間刻蝕所述第N-1金屬層上的氧化層至所述關注區(qū)域內的所述第N-1金屬層露出金屬銅;
[0012]研磨所述金屬銅至所述關注區(qū)域內的所述第N-1金屬層完全去除。
[0013]本發(fā)明的高階芯片失效分析物理去層分析方法,由于高階芯片制程的每一層氧化層和金屬層都比較薄的原因,因此本發(fā)明在采用反應離子刻蝕法進行刻蝕之前,先采用BOE刻蝕劑刻蝕掉一部分氧化層,進而減少采用反應離子刻蝕法(即干法刻蝕)進行刻蝕的時間,可以控制使芯片的關注區(qū)域平整,而且不容易破壞到下一層的金屬。
[0014]本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法的進一步改進在于,所述第N-1金屬層上的氧化層的厚度是600nm?700nm,所述第一刻蝕時間為2分鐘,所述第二刻蝕時間為30秒。
[0015]本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法的進一步改進在于,刻蝕所述第N金屬層,包括:
[0016]采用反應離子刻蝕法刻蝕所述第N金屬層上的鈍化層至所述關注區(qū)域內的所述第N金屬層露出金屬鋁;
[0017]采用第一刻蝕劑刻蝕所述金屬鋁至所述關注區(qū)域內的所述第N金屬層完全去除。
[0018]本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法的進一步改進在于,采用反應離子刻蝕法刻蝕所述第N金屬層上的鈍化層至所述關注區(qū)域內的所述第N金屬層露出金屬鋁的刻蝕時間為3分鐘。
[0019]本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法的進一步改進在于,所述第一刻蝕劑為氫氧化鈉溶液。
[0020]本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法的進一步改進在于,刻蝕所述第N-2金屬層,包括:
[0021]采用BOE刻蝕劑以第三刻蝕時間刻蝕所述關注區(qū)域內的所述第N-2金屬層上的氧化層;
[0022]采用反應離子刻蝕法以第四刻蝕時間刻蝕所述第N-2金屬層上的氧化層至所述關注區(qū)域內的所述第N-2金屬層露出金屬銅;
[0023]研磨所述金屬銅至所述關注區(qū)域內的所述第N-2金屬層完全去除。
[0024]本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法的進一步改進在于,所述第N-2金屬層上的氧化層的厚度是400nm?500nm,所述第三刻蝕時間為I分鐘,所述第四刻蝕時間為15秒。
[0025]本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法的進一步改進在于,所述第一金屬層下方制備有氮化鉭層,刻蝕所述第一金屬層,包括:
[0026]采用第二刻蝕劑刻蝕所述第一金屬層至所述關注區(qū)域內的所述第一金屬層下方的氮化坦層露出;
[0027]研磨所述第一金屬層下方的氮化坦層至所述關注區(qū)域內的所述第一金屬層下方的氮化坦層完全去除。
[0028]本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法的進一步改進在于,所述第二刻蝕劑為稀硝酸溶液。
【附圖說明】
[0029]圖1?圖3是現有技術中高階芯片失效分析去層方法中刻蝕頂層金屬層至第八金屬層的步驟分解圖。
[0030]圖4是本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法的流程圖。
[0031]圖5是本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法中刻蝕第N金屬層的具體流程圖。
[0032]圖6是本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法中刻蝕第N-1金屬層的具體流程圖。
[0033]圖7是本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法中刻蝕第N-2金屬層的具體流程圖。
[0034]圖8是本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法中刻蝕第一金屬層的具體流程圖。
[0035]圖9?圖11是本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法的較佳實施例中刻蝕第十金屬層至第八金屬層的步驟分解圖。
【具體實施方式】
[0036]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結合附圖及實施例,對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
[0037]配合參閱圖4所示,圖4是本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法的流程圖。本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法,包括:
[0038]步驟S101:提供芯片及所述芯片上待進行物理去層的關注區(qū)域,所述芯片包括自下而上制備于襯底上的第一金屬層、第二金屬層、......、第N-2金屬層、第N-1金屬層以及第N金屬層,其中,8 ^ 10 ;
[0039]步驟S102:自上而下依次刻蝕所述第N金屬層、所述第N-1金屬層、所述第N_2金屬層、......、所述第二金屬層以及所述第一金屬層;
[0040]具體地,結合圖5所示,圖5是本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法中刻蝕第N金屬層的具體流程圖。其中,刻蝕所述第N金屬層,包括:
[0041]步驟S201:采用反應離子刻蝕法刻蝕所述第N金屬層上的鈍化層至所述關注區(qū)域內的所述第N金屬層露出金屬鋁。優(yōu)選地,采用反應離子刻蝕法刻蝕所述第N金屬層上的鈍化層至所述關注區(qū)域內的所述第N金屬層露出金屬鋁的刻蝕時間為3分鐘。
[0042]步驟S202:采用第一刻蝕劑刻蝕所述金屬鋁至所述關注區(qū)域內的所述第N金屬層完全去除。優(yōu)選地,所述第一刻蝕劑為氫氧化鈉溶液。
[0043]結合圖6所示,圖6是本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法中刻蝕第N-1金屬層的具體流程圖。其中,刻蝕所述第N-1金屬層,包括:
[0044]步驟S301:采用BOE刻蝕劑以第一刻蝕時間刻蝕所述關注區(qū)域內的所述第N-1金屬層上的氧化層。其中,BOE (Buffered Oxide Etch)刻蝕劑即是HF溶液與NH4F溶液依不同比例混合而成。
[0045]步驟S302:采用反應離子刻蝕法以第二刻蝕時間刻蝕所述第N-1金屬層上的氧化層至所述關注區(qū)域內的所述第N-1金屬層露出金屬銅。優(yōu)選地,所述第N-1金屬層上的氧化層的厚度是600nm?700nm,所述第一刻蝕時間為2分鐘,所述第二刻蝕時間為30秒。
[0046]步驟S303:研磨所述金屬銅至所述關注區(qū)域內的所述第N-1金屬層完全去除。
[0047]結合圖7所示,圖7是本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法中刻蝕第N-2金屬層的具體流程圖。其中,刻蝕所述第N-2金屬層,包括:
[0048]步驟S401:采用BOE刻蝕劑以第三刻蝕時間刻蝕所述關注區(qū)域內的所述第N_2金屬層上的氧化層。
[0049]步驟S402:采用反應離子刻蝕法以第四刻蝕時間刻蝕所述第N-2金屬層上的氧化層至所述關注區(qū)域內的所述第N-2金屬層露出金屬銅。優(yōu)選地,所述第N-2金屬層上的氧化層的厚度是400nm?500nm,所述第三刻蝕時間為I分鐘,所述第四刻蝕時間為15秒。
[0050]步驟S403:研磨所述金屬銅至所述關注區(qū)域內的所述第N-2金屬層完全去除。
[0051]結合圖8所示,圖8是本發(fā)明高階芯片失效分析物理去層分析方法中刻蝕第一金屬層的具體流程圖。其中,所述第一金屬層下方制備有氮化鉭層,刻蝕所述第一金屬層,包括:
[0052]步驟S501:采用第二刻蝕劑刻蝕所述第一金屬層至所述關注區(qū)域內的所述第一金屬層下方的氮化坦層露出。優(yōu)選地,所述第二刻蝕劑為稀硝酸溶液。
[0053]步驟S502:研磨所述第一金屬層下方的氮