CN1150326A - 用于半导体器件缺陷调查的试验片的制造方法 - Google Patents

用于半导体器件缺陷调查的试验片的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种用于半导体器件缺陷调查的试验片制造方法，在衬底背面可观察半导体器件图形层底面发生的缺陷处。其工序包括：在图形层发生缺陷处的晶片(ゥェ—ハ)中，切断所述缺陷处附近部位，制作包括缺陷处的一定大小的试验片；在所述试验片的硅衬底上形成的图形层之上模制树脂成型；研磨所述硅衬底背面，使对图形层的水平面具有一定的斜度；用规定的腐蚀溶液蚀刻研磨面，使缺陷处露出。

Description

用于半导体器件缺陷调查的 试验片的制造方法
本发明涉及半导体器件的缺陷调查方法，尤其是涉及在衬底背面可观察半导体器件图形层底面发生的缺陷的半导体器件缺陷调查用试验片的制造方法。
伴随着半导体器件的高度集成，为了使器件的存储容量尽可能大，半导体器件各层结构发展成三维复杂排列。因此为了分析具有三维构造的半导体器件图形层中产生的缺陷，对于观察视点而言也要求多之化。
对于象在多层构造半导体器件衬底上形成的图形层上发生的接合金属断开故障的缺陷，由于不能用扫描电子显微镜作上面观察或倾斜观察等。所以为了调查这样的缺陷作出种种设想。比如其方法之一是采取背面蚀刻(Backside etching)技术。该方法是用机械研磨衬底背面直至露出图形层，然后对研磨面作化学处理，使图形层露出。
下面参考附图对已有的背面蚀刻技术进行说明。
如图5A所示，图形层上产生缺陷处的试验片以倒置状态模制树脂3，以防止在硅衬底1上形成的图形层2上因后续的研磨及蚀刻工序而产生图形层破损。这里，将模制层3、图形层2及硅衬底1作为整体表示为第一试验片6。
其次如图5B所示，模制树脂的第一试验片6被固定在旋转研磨机4上，硅衬底1的背面与研磨机4接触，由于研磨机的转动，使硅衬底1的背面被研磨。
然后，如图5C所示，当研磨工序终了，最后用HNO3+HF溶液湿式腐蚀研磨过的表面，则可得到用于测定图形层缺陷的第二试验片7。
然而，用已有方法的问题在于由于研磨不均匀而使图形露出区域不规则并非常窄小。具体来说如图5C所示，因研磨不均匀从而在湿式蚀刻之后在图形层表面留下硅衬底残余物5。该残余物成为图形面不能全露出的原因，所以难以正确把握缺陷的位置。在多种结构中，由于下层难于设定开始露出的终止点，所以有试验片制作的失败率高的缺点。此外，用上述研磨方法为了露出图形层，必须研磨整个硅衬底，既费时，也不合算。
本发明目的在于提供一种解决上述的半导体器件缺陷调查用试验片的制造方法，它可正确把握缺陷处位置。
根据本发明，首先切断缺陷发生的图形层的缺陷处附近部位，制作包括缺陷处的一定大小的第一试验片。其次，在上述第一试验片的硅衬底上形成的图形层上，为了防止由研磨及蚀刻工序产生的图形层损伤，模制了树脂，将该模制的试验片以倒置状态用研磨机沿硅衬底背面研磨，使其对图形层水平面具有一定的斜度。
另外在研磨工序中，从切断部位到缺陷处磨制以后还包括抛光过程。然后对研磨面用规定的腐蚀溶液作蚀刻，最后露出包括缺陷的图形层。
本发明的另一目的在于可弥补因难以设定终止点的背面蚀刻技术的缺点而产生的试验片制造失败。即在硅衬底背面从切断部位进行磨制，使相对图形层的水平面具有θ角的斜度，其后再实施蚀刻工序。从而，蚀刻了的试验片由于从其切断部位露出图形面、所以提供了可设定终止点的半导体器件的缺陷调查方法。
附图的简要说明：
图1A-图1B是说明本发明第一实施例的半导体器件缺陷调查试验片的制造方法的剖面图；
图2A是用于调查象金属层接触部位断开缺陷的试验片之剖面图；
图2B是利用本发明的方法沿缺陷调查用试验片，使缺陷处露出的半导体器件局部剖面图；
图3是用图2所示本发明方法，使第一金属布线露出，用扫描电子显微镜拍摄的照片；
图4是用图2所示本发明方法，使DRAM元件(DRAMセル)的位线用多晶硅和存储结触点(ストレ-ジノ-ドコンタクト)用多晶硅露出，通过扫描电子显微镜拍摄的照片；
图5A-图5C是说明已有技术的半导体器件的缺陷调查用试验片制造方法的剖面图。
以下结合附图详述本发明的实施例：
图1A及图1B是说明有关本发明实施例的半导体器件缺陷调查用试验片的制造方法的工序图。
如图1A所示，首先，用金刚石划笔切断在硅衬底11上形成的包括缺陷处15的图形层12的附近部位，制作含有缺陷处的一定大小的第一试验片16，使该试验片以倒置的状态在图形层12上模制树脂13。这里为了防止在研磨和蚀刻工序损伤用背面腐蚀法露出的图形层12的表面。其中所用的模制溶液是ブエルラ--(Buehler)公司的制品，以サンプルクウイツク粉未(商品名：Sample Kwick Powder)：サンプルクウイツク液体(SampleKwick Liquid)＝1∶3的比例混合。
其后如图1B所示，在包括缺陷处的硅衬底11的背面，用具有小的端头的研磨机14从切断部位进行磨制，使对图形层12的水平面形成θ角的斜度。再抛光磨制后的研磨面，使观察部位变得很薄。象这样的研磨工艺，因上述θ角越小缺陷处越容易露出，所以后续工艺易于进行。
其后，在结束研磨工艺的第二试验片17上实施蚀刻工序。虽然用稀释了的KOH溶液作一次蚀刻，但该KOH液要用20mg的KOH和300ml的水混合，使其与水的比例为1∶15，这样的溶液特性是只在磨制和抛光过的硅衬底部位作腐蚀反应。
一旦一次蚀刻处理完成，则用HF∶HNO3＝4∶6的比例混合的蚀刻液作二次蚀刻。以此工序使图形层12露出。种用KOH液的腐蚀可除去一些在图形层12界面上露出的图形层12的氧化物。
另一方面，用于露出图形的腐蚀最好用如上述溶液通过两次进行，但在粗腐蚀中使用KOH液，在精腐蚀中也可使用代替上述HF+HNO3混合液的其他适当溶液。并且，在粗腐蚀中有用替换KOH液的其他适当溶液，在精腐蚀中也可使用HF+HNO3混合液。
本发明也可应用于在半导体器件中观察象金属接触断开和中空等缺陷的情况。图2A是表示在硅衬底21上蒸镀的铝金属层23在接触孔穴边缘部产生断开的缺陷情况的剖面图；而图2B是这样的剖面图，对于产生象同图A所示的缺陷的半导体器件，用本发明的方法切断缺陷处附近部位，制作包括缺陷处的试验片，在试验片的铝金属23上模制树脂24之后，经研磨和腐蚀工序露出缺陷的试验片。
为了观察象上述接触孔穴内产生的断开缺陷，在用前述本发明的方法露出缺陷处后，如图2B所示，为了易于观察缺陷处，用等离子装置除去部分绝缘层22之后再观察缺陷。
图3是用扫描电子显微镜拍摄的照片，利用上述背面腐蚀方法观察在第一金属布线上存在的孔穴，其中缺陷处为B部分。
此外图4也是用扫描电子显微镜拍摄的照片，通过上述背面腐蚀方法在DRAM元件的位线用多晶硅(用Poly 2表示)和存储结触点用多晶硅(Poly3表示)中发生的接触孔穴的缺陷，其中缺陷处为C部分。
根据上述发明，将研磨的部位限定在缺陷处附近，获得均匀的研磨面，以此缩短了试验片的制造工序，可减少制造时间。因此可直接应用于半导体器件的缺陷分析，可期待产生提高实用性和正确性的效果。
在此就本发明的特定实施情况作了图示及说明，但在本发明的权利要求范围内，同行者可作出种种变形。因此，只要在本发明构思原则下，可理解为权利要求包括所有修正及变形。

Claims (5)

1、一种用于半导体器件缺陷调查的试验片制造方法，其特征在于包括如下步骤：在图形层发生缺陷处的晶片(ウエ-ハ)上、切断所述缺陷处附近部位，制作包括缺陷处的一定大小的试验片；在所述试验片的硅衬底上形成的图形层之上模制树脂；研磨所述硅衬底背面，使对图形层的水平面具有一定的斜度；用规定的腐蚀溶液蚀刻研磨面，使缺陷处露出。
2、如权利要求1所述方法，其特征在于所述蚀刻工序由粗腐蚀和精腐蚀两个阶段组成。
3、如权利要求2所述方法，其特征在于在所述粗腐蚀中使用比例为KOH∶H2O＝1∶15的混合溶液。
4、如权利要求2所述方法，其特征在于在所述精腐蚀中使用比例为HF∶HNO3＝4∶6的混合溶液。
5、如权利要求2所述方法，其特征在于所述粗腐蚀使用KOH∶H2O＝1∶15的混合溶液；所精腐蚀使用HF∶HNO3＝4∶6的混合溶液。
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