溝槽柵mos器件缺陷驗證方法
【專利摘要】本發明公開了一種溝槽柵MOS器件缺陷驗證方法，包含：第一步，對溝槽柵MOS器件樣品進行電學測試，掃描柵極對源極的漏電曲線；第二步，根據漏電曲線的特性，初步判定缺陷的大致位置；第三步，采用亮點定位工具，定位失效溝槽在芯片上的位置；第四步，結合第二步的判定結果，選擇對應的研磨或聚焦離子束方法進行制樣；采用KOH或NaOH溶液溶解殘留的柵極多晶硅，找到缺陷位置。
【專利說明】溝槽柵MOS器件缺陷驗證方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件設計及制造領域，特別是指一種溝槽柵MOS器件缺陷驗證方法。
【背景技術】
[0002]溝槽柵功率MOSFET作為一種新型垂直結構器件，擁有開關速度快、頻率性能好、輸入阻抗高、驅動功率小、溫度特性好、無二次擊穿問題等優點，已經在穩壓器、電源管理模塊、機電控制、顯示控制、汽車電子等領域得到了廣泛的應用。
[0003]對溝槽柵MOS管，其柵極是溝槽形式，溝道是垂直的，柵氧化層也是垂直的，如圖1所示，I是柵極，5是柵極接觸孔，6是源極接觸孔，7是襯底，柵氧化層可以分為3個部分:源區2的柵氧化層、基底區3的柵氧化層以及漏區4的柵氧化層。這種特殊結構決定了如果柵氧化層存在缺陷，失效分析會遇到以下的困難:
[0004]因為缺陷埋在溝槽里面，亮點出不來，大致位置都無法找到。
[0005]即使有亮點，如果不知道缺陷是在底部還是在側壁，如圖1中的A、B、C三處存在的缺陷，采用傳統的透射電鏡制樣或者聚焦離子束制樣，難度極大。
[0006]即使定位到缺陷在側壁或者底部，如何把缺陷制樣出來也是難題。比如氧化層存在針孔缺陷，針對平面性MOS管，一般采用化學腐蝕去除多晶硅，暴露出氧化層，從而平面觀察發現針孔。而對于溝槽M0S，側壁或者底部的針孔由于埋在溝槽內部，化學腐蝕難以深入，幾乎很難觀察到。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是提供一種溝槽柵MOS器件缺陷驗證方法。
[0008]為解決上述問題，本發明所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗證方法，包含:
[0009]第一步，對溝槽柵MOS器件樣品進行電學測試，掃描柵極對源極的漏電曲線；
[0010]第二步，根據漏電曲線的特性，初步判定缺陷的大致位置；
[0011]第三步，采用亮點定位工具，定位失效溝槽在芯片上的位置；
[0012]第四步，結合第二步的判定結果，選擇對應的研磨或聚焦離子束方法進行制樣；采用KOH或NaOH溶液溶解殘留的柵極多晶硅，找到缺陷位置。
[0013]進一步地，所述第二步，若漏電曲線表現為阻性，則判定缺陷存在于源區柵氧化層或基底區柵氧化層；若漏電曲線表現為二極管特性，則判定缺陷存在于漏極區柵氧化層。
[0014]進一步地，所述第三步的亮點定位工具采用如液晶、發光顯微鏡或者光致阻值變化顯微鏡；在亮點定位前，還需要采用鹽酸去除鋁層，只保留鈦/氮化鈦層，使亮點能夠透出。
[0015]進一步地，所述第四步，若結合第二步推測的缺陷位于漏極區柵氧化層，則從正面研磨此樣品。
[0016]進一步地，從正面研磨至柵極厚度殘留為10?10nm ;殘留的量取決于溝槽柵MOS工藝尺寸，以及后續失效分析機臺的解析度。
[0017]進一步地，所述第四步，若結合第二步漏電曲線判定的缺陷位于源區柵氧或者基底區柵氧化層，則采用聚焦離子束制樣。
[0018]進一步地，采用聚焦離子束制樣，在制樣目標區域兩側挖出凹坑，凹坑長度在10?20ym，寬度在2?20 μm，深度大于溝槽深度；制樣品長度在10?20ym，厚度在100?400nm，深度大于溝槽深度；殘留柵極多晶硅溶解之后，用SEM(掃描電子顯微鏡)把樣品傾斜一定角度，找到缺陷位置。
[0019]本發明所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗證方法，先采用電學定位定出缺陷區域，再通過亮點分析找到具體位置，最后采用對應的制樣方法找到缺陷位置，能夠解決溝槽柵MOS器件缺陷難以定位及制樣的難題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是溝槽柵MOS結構示意圖。
[0021]圖2A?2C是柵氧化層缺陷及對應電學曲線示意圖。
[0022]圖3是樣品正面研磨示意圖。
[0023]圖4是凹坑制樣剖面示意圖。
[0024]圖5是凹坑制樣平面示意圖。
[0025]圖6是本發明方法流程圖。
[0026]附圖標記說明
[0027]I是多晶硅柵極，2是源極，3是基底，4是漏極，5是柵極接觸孔，6是源極接觸孔，7是襯底，a是制樣長度，b是凹坑寬度，c是凹坑長度，d是制樣厚度，h是制樣深度。
【具體實施方式】
[0028]本發明所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗證方法，其具體的操作步驟如下:
[0029]第一步，首先對器件進行電學測試，掃描柵極對源極漏電曲線。缺陷可能存在于源區柵氧化層、基底區柵氧化層、漏端柵氧化層等三個位置，分別對應于如圖1中所示的A、B、C三個位置。這三個位置會表現出不同的柵氧漏電曲線:
[0030]如圖2A所示，是源區柵氧化層存在缺陷的等效示意圖以及對應的電學曲線，圖2B所示的是基底區柵氧化層存在缺陷的等效示意圖及對應的電學曲線，圖2C是漏極柵氧化層存在缺陷的等效示意圖及對應的電學曲線。
[0031]第二步，根據I中曲線，若曲線表現為阻性，即圖2A及2B所示的電學曲線，則基本斷定缺陷存在于源區柵氧化層或者基底區柵氧化層:若曲線表現為二極管特性，即圖2C所示的電學曲線，則基本斷定缺陷存在于漏極區柵氧化層。
[0032]第三步，采用亮點定位工具，一般采用LC (液晶),EMMI (發光顯微鏡)、0BIRCH(光致阻值變化顯微鏡)，定位出失效溝槽在芯片上的位置。在亮點定位前，需要采用鹽酸去除AL層，只留Ti/TiN層，以便亮點可以透出來。
[0033]第四步，結合第二步的分析結果，若推測缺陷存在于漏極區柵氧化層，從正面研磨此樣品，直至柵極厚度殘留10?100納米左右，如圖3所示。此柵極厚度要殘留多少，和溝槽柵MOS工藝尺寸，以及后續失效分析機臺解析度相關。采用KOH或者NaOH溶液，腐蝕掉殘留柵極多晶硅，找到缺陷位置。如采用KOH溶液，可采用室溫下10?15分鐘，KOH 23.40%,酒精 13.60%，水 63%。
[0034]結合第二步的分析結果，若缺陷存在于源區柵氧化層或者基底區柵氧化層，則采用FIB(聚焦離子束)制樣。如圖4、圖5所示。在制樣目標區域兩側挖出凹坑，凹坑長度c在10?20微米，寬度b在2?20微米，深度h以大于溝槽深度為宜。制樣長度a在10?20微米，厚度d在100?400納米。采用KOH溶液或者NaOH，腐蝕掉殘留柵極多晶硅。如采用KOH溶液，可采用室溫下10?15分鐘，KOH 23.40%，酒精13.60%，水63%。然后用SEM(掃描電鏡)，把樣品傾斜一定角度，即可找到缺陷位置。
[0035]以上僅為本發明的優選實施例，并不用于限定本發明。對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種溝槽柵MOS器件缺陷驗證方法，其特征在于:包含如下的步驟: 第一步，對溝槽柵MOS器件樣品進行電學測試，掃描柵極對源極的漏電曲線； 第二步，根據漏電曲線的特性，初步判定缺陷的大致位置； 第三步，采用亮點定位工具，定位失效溝槽在芯片上的位置； 第四步，結合第二步的判定結果，選擇對應的研磨或聚焦離子束方法進行制樣；采用KOH或NaOH溶液溶解殘留的柵極多晶硅，找到缺陷位置。
2.如權利要求1所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗證方法，其特征在于:所述第二步，若漏電曲線表現為阻性，則判定缺陷存在于源區柵氧或基底區柵氧；若漏電曲線表現為二極管特性，則判定缺陷存在于漏極區柵氧。
3.如權利要求1所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗證方法，其特征在于:所述第三步的亮點定位工具采用如液晶、發光顯微鏡或者光致阻值變化顯微鏡；在亮點定位前，還需要采用鹽酸去除鋁層，只保留鈦/氮化鈦層，使亮點能夠透出。
4.如權利要求1所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗證方法，其特征在于:所述第四步，若結合第二步推測的缺陷位于漏極區柵氧，則從正面研磨此樣品。
5.如權利要求4所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗證方法，其特征在于:從正面研磨至柵極厚度殘留為10?10nm ;殘留的量取決于溝槽柵MOS工藝尺寸以及后續失效分析機臺的解析度。
6.如權利要求1所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗證方法，其特征在于:所述第四步，若結合第二步漏電曲線判定的缺陷位于源區柵氧或者基底區柵氧，則采用聚焦離子束制樣。
7.如權利要求6所述的溝槽柵MOS器件缺陷驗證方法，其特征在于:采用聚焦離子束制樣，在制樣目標區域兩側挖出凹坑，凹坑長度在10?20 μ m，寬度在2?20 μ m，深度大于溝槽深度；制樣品長度在10?20 μ m，厚度在100?400nm，深度大于溝槽深度；殘留柵極多晶硅溶解之后，用掃描電子顯微鏡把樣品傾斜一定角度，找到缺陷位置。
【文檔編號】G01N1/32GK104483615SQ201410835941
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月24日 優先權日:2014年12月24日
【發明者】馬香柏 申請人:上海華虹宏力半導體制造有限公司