本發(fā)明涉及半導(dǎo)體失效分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種測試樣品的制備方法以及測試方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體領(lǐng)域，對產(chǎn)品進(jìn)行失效分析時，首先通過去層分析到目標(biāo)地址層，制備成TEM(透射電子顯微鏡)薄片樣品，然后再使用TEM觀察目標(biāo)地址失效元器件的微觀結(jié)構(gòu)，從而判斷失效模式，找出失效的根源。對于通過去層分析不能精確確定失效元器件地址的樣品，需要借助Nanoprober(納米探針)來量測疑似失效元器件的電壓-電流特性，通過電壓-電流特性曲線判斷哪些元器件有問題，然后再通過TEM來觀察其微觀結(jié)構(gòu)，從而建立起元器件電性失效與物理缺陷之間的關(guān)系。無論是哪一種案例，TEM都是最后一道分析手段。

但是對于沒有確定地址、或者本身不是全制程產(chǎn)品(short loop)的失效案例，只能通過TEM的方式來進(jìn)行分析。然而，由于TEM的樣品為薄片樣品，即便TEM觀察到異常缺陷，薄片樣品無法進(jìn)一步評估該缺陷是否會對器件或者電路有影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種測試樣品的制備方法，所述測試樣品既可以進(jìn)行透射電子顯微鏡觀察，也可以用納米探針分析電壓-電流特性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種測試樣品的制備方法，包括：

提供一樣品，所述樣品具有正面以及與所述正面相對的背面，所述樣品包括襯底、柵極、介質(zhì)層、多個栓塞，所述襯底位于所述背面的一側(cè)，所述襯底面向所述正面的一側(cè)具有阱區(qū)，所述阱區(qū)中設(shè)置有源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)，所述柵極位于所述襯底面向所述正面的一側(cè)，所述介質(zhì)層位于所述襯底面向所述正面的一側(cè)，所述介質(zhì)層覆蓋所述襯底和柵極，所述栓塞位于所述介質(zhì)層中，多個所述栓塞分別導(dǎo)通所述柵極、源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)；

對所述樣品的正面進(jìn)行剝離至露出所述栓塞；

對所述樣品進(jìn)行截面研磨工藝，暴露出所述樣品的一縱截面；以及

分別對所述樣品的正面以及背面進(jìn)行細(xì)拋，對所述正面細(xì)拋至所述阱區(qū)上方，對所述背面細(xì)拋至所述阱區(qū)的下方，以得到所述測試樣品，所述測試樣品的厚度小于1.5μm。

進(jìn)一步的，在所述測試樣品的制備方法中，在對所述樣品進(jìn)行截面研磨工藝之前，所述制備方法還包括：

在剝離后所述樣品的正面確定一目標(biāo)地址。

進(jìn)一步的，在所述測試樣品的制備方法中，對所述樣品進(jìn)行截面研磨工藝后，所述縱截面具所述目標(biāo)地址的距離為2μm～10μm。

進(jìn)一步的，在所述測試樣品的制備方法中，采用聚焦離子束對所述樣品的正面以及背面進(jìn)行細(xì)拋。

進(jìn)一步的，在所述測試樣品的制備方法中，從所述縱截面對所述樣品的正面以及背面進(jìn)行細(xì)拋，并使用掃描電子顯微鏡觀察停刀位置。

進(jìn)一步的，在所述測試樣品的制備方法中，所述掃描電子顯微鏡的觀察電壓為0.5KV～2KV。

進(jìn)一步的，在所述測試樣品的制備方法中，所述掃描電子顯微鏡的觀察電壓為1KV、1.5KV。

進(jìn)一步的，在所述測試樣品的制備方法中，所述測試樣品的厚度為700nm～1μm。

進(jìn)一步的，在所述測試樣品的制備方法中，對所述正面細(xì)拋至所述柵極上方。

進(jìn)一步的，在所述測試樣品的制備方法中，對所述正面細(xì)拋至所述柵極上方50nm～100nm處。

進(jìn)一步的，在所述測試樣品的制備方法中，所述襯底面向所述正面的一側(cè)還具有淺槽隔離，對所述背面細(xì)拋至所述淺槽隔離的下方50nm～200nm處。

進(jìn)一步的，在所述測試樣品的制備方法中，采用研磨工藝對所述樣品的正面進(jìn)行剝離至露出所述栓塞。

根據(jù)本發(fā)明的另一面，還提供一種測試方法，包括：

提供一測試樣品，所述測試樣品采用如上任意一項所述測試樣品的制備方法得到；

將所述測試樣品放到透射電子顯微鏡中，對所述測試樣品的正面進(jìn)行觀察；

將所述測試樣品放到一基體上，所述測試樣品的正面位于背離所述基體；以及

將所述基體放到納米探針樣品臺上，使用納米探針對所述測試樣品進(jìn)行測試。

進(jìn)一步的，在所述測試方法中，將所述測試樣品放到一基體上的步驟包括：

在所述基體上制備一凹坑；

將所述測試樣品放到所述凹坑中。

進(jìn)一步的，在所述測試方法中，所述凹坑的深度是所述測試樣品的厚度的1/4～3/4。

進(jìn)一步的，在所述測試方法中，所述凹坑和測試樣品均為方形，所述凹坑的長度是所述測試樣品的長度的1.1～1.3倍，所述凹坑的寬度是所述測試樣品的寬度的1.1～1.3倍。

進(jìn)一步的，在所述測試方法中，通過熱固性膠將所述測試樣品固定到所述凹坑中。

進(jìn)一步的，在所述測試方法中，所述基體的材料和所述襯底的材料相同。

進(jìn)一步的，在所述測試方法中，所述基體為方形，所述基體的尺寸為5mm×5mm～15mm×15mm。

進(jìn)一步的，在所述測試方法中，使用納米探針對所述測試樣品進(jìn)行測試時，所述納米探針分別接觸與所述源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)相導(dǎo)通的栓塞；或，對所述正面細(xì)拋至所述柵極上方，所述納米探針分別接觸與所述柵極、源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)相導(dǎo)通的栓塞。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的測試樣品的制備方法以及測試方法具有以下優(yōu)點：

在本發(fā)明提供的測試樣品的制備方法中，先提供一樣品，所述樣品具有正面以及與所述正面相對的背面，所述樣品包括襯底、柵極、介質(zhì)層、多個栓塞，所述襯底位于所述背面的一側(cè)，所述襯底面向所述正面的一側(cè)具有阱區(qū)，所述阱區(qū)中設(shè)置有源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)，所述柵極位于所述襯底面向所述正面的一側(cè)，所述介質(zhì)層位于所述襯底面向所述正面的一側(cè)，所述介質(zhì)層覆蓋所述襯底和柵極，所述栓塞位于所述介質(zhì)層中，多個所述栓塞分別導(dǎo)通所述柵極、源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)；然后，對所述樣品的正面進(jìn)行剝離至露出所述栓塞；接著，對所述樣品進(jìn)行截面研磨工藝，暴露出所述樣品的一縱截面；之后，分別對所述樣品的正面以及背面進(jìn)行細(xì)拋，對所述正面細(xì)拋至所述阱區(qū)上方，對所述背面細(xì)拋至所述阱區(qū)的下方，以得到所述測試樣品，所述測試樣品的厚度小于1.5μm。由于所述測試樣品的厚度小于1.5μm，所以，所述測試樣品可以放入透射電子顯微鏡中進(jìn)行觀察；并且，在所述測試樣品中保留了所述源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)相導(dǎo)通的栓塞，所述測試樣品還可以也用納米探針分析電壓-電流特性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中一實施例測試樣品的制備方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明中一實施例測試樣品的制備方法的流程圖；

圖3-圖8為本發(fā)明一實施例的測試樣品在制備過程中的示意圖；

圖9為本發(fā)明中一實施例測試樣品放置在所述基體上的示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)有技術(shù)中的TEM的樣品為薄片樣品，在進(jìn)行TEM觀察看，所述薄片樣品不能在進(jìn)行納米探針的測試。發(fā)明人對現(xiàn)有技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，常見的器件都是四端器件，只要柵極、源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)的結(jié)構(gòu)完整，那么該器件的電壓-電流特性就可以進(jìn)行分析；而對于分析PN結(jié)電壓-電流特性的情況，只要保證源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)的結(jié)構(gòu)完整即可。

發(fā)明人進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，如果TEM的樣品可以保證柵極、源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)的結(jié)構(gòu)完整，那么TEM的樣品則可以使用納米探針檢測電壓-電流特性。但是TEM的樣品不能太厚，否則TEM的電子無法穿透所述TEM的樣品。如果所述測試樣品的厚度小于1.5μm，則測試樣品可以放入透射電子顯微鏡中進(jìn)行觀察。

根據(jù)上述研究，本發(fā)明的核心思想在于，提供一種測試樣品的制備方法，如圖1所示，包括：

步驟S11、提供一樣品，所述樣品具有正面以及與所述正面相對的背面，所述樣品包括襯底、柵極、介質(zhì)層、多個栓塞，所述襯底位于所述背面的一側(cè)，所述襯底面向所述正面的一側(cè)具有阱區(qū)，所述阱區(qū)中設(shè)置有源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)，所述柵極位于所述襯底面向所述正面的一側(cè)，所述介質(zhì)層位于所述襯底面向所述正面的一側(cè)，所述介質(zhì)層覆蓋所述襯底和柵極，所述栓塞位于所述介質(zhì)層中，多個所述栓塞分別導(dǎo)通所述柵極、源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)；

步驟S12、對所述樣品的正面進(jìn)行剝離至露出所述栓塞；

步驟S13、對所述樣品進(jìn)行截面研磨工藝，暴露出所述樣品的一縱截面；以及

步驟S14、分別對所述樣品的正面以及背面進(jìn)行細(xì)拋，對所述正面細(xì)拋至所述阱區(qū)上方，對所述背面細(xì)拋至所述阱區(qū)的下方，以得到所述測試樣品，所述測試樣品的厚度小于1.5μm。

由于所述測試樣品的厚度小于1.5μm，所以，所述測試樣品可以放入透射電子顯微鏡中進(jìn)行觀察；并且，在所述測試樣品中保留了所述源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)相導(dǎo)通的栓塞，所述測試樣品還可以也用納米探針分析電壓-電流特性。

根據(jù)本發(fā)明的核心思想，本發(fā)明還提供一種測試方法，如圖2所示，包括：

步驟S21、提供一測試樣品，所述測試樣品采用如上任意一項所述測試樣品的制備方法得到；

步驟S22、將所述測試樣品放到透射電子顯微鏡中，對所述測試樣品的正面進(jìn)行觀察；

步驟S23、將所述測試樣品放到一基體上，所述測試樣品的正面位于背離所述基體；以及

步驟S24、將所述基體放到納米探針樣品臺上，使用納米探針對所述測試樣品進(jìn)行測試。

下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的測試樣品的制備方法以及測試方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。

為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細(xì)節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

以下請參閱圖3-圖9具體說明本發(fā)明的測試樣品的制備方法以及測試方法。

首先，進(jìn)行步驟S11，如圖3所示，圖3為所述樣品的剖面圖，提供一樣品，所述樣品具有正面Z以及與所述正面Z相對的背面B，所述樣品包括襯底100，所述襯底100為半導(dǎo)體襯底，在本實施例中，所述襯底100為硅襯底。所述襯底100位于所述背面B的一側(cè)，所述襯底100面向所述正面Z的一側(cè)具有阱區(qū)110，所述阱區(qū)110中設(shè)置有源極區(qū)112、漏極區(qū)111和體區(qū)113，所述源極區(qū)112、漏極區(qū)111和體區(qū)113均位于所述阱區(qū)110面向所述正面Z的一側(cè)。所述襯底100面向所述正面Z的一面上具有柵極114，所述柵極114位于所述源極區(qū)112和漏極區(qū)111之間。所述柵極114的材料可以是多晶硅或金屬。所述襯底100面向所述正面Z的一面上設(shè)置有介質(zhì)層120，所述介質(zhì)層120覆蓋所述襯底100和柵極114，所述介質(zhì)層120的材料一般為氧化硅等電介質(zhì)。所述介質(zhì)層120中設(shè)置有多個栓塞121，多個所述栓塞121分別導(dǎo)通所述柵極114、源極區(qū)112、漏極區(qū)111和體區(qū)113。所述栓塞121的材料可以是金屬鎢等等。

此外，所述樣品還可以包括位于所述介質(zhì)層120上的互連結(jié)構(gòu)。例如，所述介質(zhì)層120上設(shè)置有層間電介質(zhì)130，所述層間電介質(zhì)中形成有金屬層131、通孔132、金屬層133，所述通孔132同于導(dǎo)通金屬層131和金屬層133。在圖3中示出了兩層金屬層，分別為：金屬層131和金屬層133，在本發(fā)明的其它實施例中，所述互連層還可以包括更多層的金屬層，此為本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的，在此不作贅述。在本實施例中，所述襯底100面向所述正面Z的一側(cè)還具有淺槽隔離101。

接著，進(jìn)行步驟S12，如圖4所示，圖4為所述樣品的剖面圖，對所述樣品的正面Z進(jìn)行剝離至露出所述栓塞121，較佳的，采用研磨工藝對所述樣品的正面Z進(jìn)行剝離，直至露出所述栓塞121。如圖5所示，圖5為所述樣品的俯視圖，其中，圖4為圖5沿AA’面的剖面圖。

較佳的，在剝離后所述樣品的正面Z確定一目標(biāo)地址。具體的，在本實施例中，如圖6所示，所述目標(biāo)地址203的位置如圖6所示，則在所述樣品的正面Z分別標(biāo)記停止標(biāo)記201和位置標(biāo)記202，所述位置標(biāo)記202包括兩個相垂直的標(biāo)記，兩個所述位置標(biāo)記202的延伸相交處為所述目標(biāo)地址203，所述位置標(biāo)記202用于標(biāo)出所述目標(biāo)地址203的位置。所述停止標(biāo)記201用于標(biāo)識研磨停止的位置。

接著，進(jìn)行步驟S13，如圖7所示，對所述樣品進(jìn)行截面研磨工藝，暴露出所述樣品的一縱截面C，在本實施例中，所述縱截面C為圖6沿AA’面的剖面，較佳的，所述縱截面C具所述目標(biāo)地址203的距離為2μm～10μm，例如3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm。

然后，進(jìn)行步驟S14，如圖8所示，如8為所述縱截面C處的剖面圖。分別對所述樣品的正面Z以及背面B進(jìn)行細(xì)拋，對所述正面Z細(xì)拋至所述阱區(qū)110上方，對所述背面B細(xì)拋至所述阱區(qū)110的下方，從而得到所述測試樣品1。對所述正面Z細(xì)拋至所述阱區(qū)110上方，對所述背面B細(xì)拋至所述阱區(qū)110的下方，可以保證源極區(qū)112、漏極區(qū)111和體區(qū)113的結(jié)構(gòu)完整，從而可以使用納米探針對所述測試樣品檢測PN結(jié)電壓-電流特性。所述測試樣品的厚度H1小于1.5μm，可以保證TEM的電子無法穿透所述測試樣品。優(yōu)選的，所述測試樣品的厚度H1為700nm～1μm。

較佳的，對所述正面Z細(xì)拋至所述柵極114上方，可以保證所述柵極114的結(jié)構(gòu)完整，從而可以使用納米探針對所述測試樣品1檢測器件的電壓-電流特性。優(yōu)選的，對所述正面Z細(xì)拋至所述柵極114上方50nm～100nm處，即H2為50nm～100nm。在本實施例中，所述襯底100面向所述正面Z的一側(cè)還具有淺槽隔離101，較佳的，對所述背面B細(xì)拋至所述淺槽隔離101的下方50nm～200nm處，即H3為50nm～200nm。

較佳的，采用聚焦離子束對所述樣品的正面Z以及背面B進(jìn)行細(xì)拋。從所述縱截面C對所述樣品的正面Z以及背面B進(jìn)行細(xì)拋，并使用掃描電子顯微鏡觀察停刀位置。所述掃描電子顯微鏡的觀察電壓為0.5KV～2KV，例如1KV、1.5KV，可以從所述縱截面C看到所述樣品的結(jié)構(gòu)(包括柵極114、淺槽隔離101等)，從而方便的控制停刀位置。

以下具體說明所述測試樣品的測試方法。

首先，進(jìn)行步驟S21，提供所述測試樣品；

然后，進(jìn)行步驟S22，使用玻璃吸管將所述測試樣品放到透射電子顯微鏡的銅網(wǎng)上，所述測試樣品的正面Z向上，對所述測試樣品的正面Z進(jìn)行觀察；

之后，進(jìn)行步驟S23，如圖9所示，將所述測試樣品1放到一基體300上，所述測試樣品1的正面Z位于背離所述基體。所述基體的材料和所述襯底的材料相同，在本實施例中，所述基體300為純硅片。所述基體300為方形，所述基體300的尺寸為5mm×5mm～15mm×15mm。具體的：

在所述基體300上制備一凹坑301，所述凹坑301的深度是所述測試樣品1的厚度H1的1/4～3/4。所述凹坑301和測試樣品1均為方形，所述凹坑301的長度W2是所述測試樣品1的長度W1的1.1～1.3倍，所述凹坑301的寬度K2是所述測試樣品1的寬度K1的1.1～1.3倍。

然后使用移樣臺玻璃針針尖在挖好的坑里涂覆上熱固性膠(例如AB膠)，使用移樣臺將所述測試樣品1從銅網(wǎng)上轉(zhuǎn)移到已經(jīng)涂覆好熱固性膠的所述凹坑301里，使所述測試樣品1的背面B與所述基體300粘在一起；

最后，對粘有所述測試樣品1的所述基體300在180℃左右的溫度下加熱8min左右，使熱固性膠完全固化，所述測試樣品1平整的固定在所述凹坑301里。

之后，進(jìn)行步驟S24，將所述基體300放到納米探針樣品臺上，使用納米探針對所述測試樣品1進(jìn)行測試。具體的，使用納米探針對所述測試樣品1進(jìn)行測試時，所述納米探針分別接觸與所述源極區(qū)112、漏極區(qū)111和體區(qū)114相導(dǎo)通的栓塞121，以進(jìn)行測試。在本實施例中，由于對所述正面Z細(xì)拋至所述柵極114上方，所以，所述納米探針分別接觸與所述柵極114、源極區(qū)112、漏極區(qū)111和體區(qū)114相導(dǎo)通的栓塞121，以進(jìn)行測試。

綜上所述，本發(fā)明提出一種測試樣品的制備方法，先提供一樣品，所述樣品具有正面以及與所述正面相對的背面，所述樣品包括襯底、柵極、介質(zhì)層、多個栓塞，所述襯底位于所述背面的一側(cè)，所述襯底面向所述正面的一側(cè)具有阱區(qū)，所述阱區(qū)中設(shè)置有源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)，所述柵極位于所述襯底面向所述正面的一側(cè)，所述介質(zhì)層位于所述襯底面向所述正面的一側(cè)，所述介質(zhì)層覆蓋所述襯底和柵極，所述栓塞位于所述介質(zhì)層中，多個所述栓塞分別導(dǎo)通所述柵極、源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)；然后，對所述樣品的正面進(jìn)行剝離至露出所述栓塞；接著，對所述樣品進(jìn)行截面研磨工藝，暴露出所述樣品的一縱截面；之后，分別對所述樣品的正面以及背面進(jìn)行細(xì)拋，對所述正面細(xì)拋至所述阱區(qū)上方，對所述背面細(xì)拋至所述阱區(qū)的下方，以得到所述測試樣品，所述測試樣品的厚度小于1.5μm。

由于所述測試樣品的厚度小于1.5μm，所以，所述測試樣品可以放入透射電子顯微鏡中進(jìn)行觀察；并且，在所述測試樣品中保留了所述源極區(qū)、漏極區(qū)和體區(qū)相導(dǎo)通的栓塞，所述測試樣品還可以也用納米探針分析電壓-電流特性。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。