检测半导体器件的金属互连层的方法

摘要

本发明提供了一种检测半导体器件的金属互连层的方法，该方法包括：在具有金属互连层的半导体器件上要制作样品的区域内电镀铂Pt层；采用聚焦离子束FIB方式在半导体器件的金属互连层表面进行样品区域的切割，得到样品区域结构；对样品区域结构进行底部脱离后，从两边将样品的Pt层切断，在样品两边裸露出金属互连层；采用FIB方式对样品区域结构的厚度减薄及使得裸露出金属互连层中的金属互连线切断，得到样品；对得到的样品采用透射电子显微镜TEM进行检测，确定该样品代表的金属互连层是否为设计的结构。本发明提供的方法可以使得检测的样品结构准确的代表金属互连层结构。

权利要求

1.一种检测半导体器件的金属互连层的方法，该方法包括：在具有金属互连层的半导体器件上要制作样品的区域内电镀铂Pt层；

采用聚焦离子束FIB方式在半导体器件的金属互连层表面进行样品区域的切割，得到样品区域结构；

对样品区域结构进行底部脱离后，从两边将样品的Pt层切断，在样品两边裸露出金属互连层；

采用FIB方式对样品区域结构的厚度减薄及使得裸露出金属互连层中的金属互连线切断，得到样品；

对得到的样品采用透射电子显微镜TEM进行检测，确定该样品代表的金属互连层是否为设计的结构；

所述切断Pt层采用离子束切断Pt层，或者采用刻蚀方法切断Pt层。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到样品区域结构的过程为：采用7000皮安pA的大电流的离子束切割半导体器件上要制作样品的区域，在要制作样品的区域外围形成两个在长度方向上互相平行的长方形槽，然后对要制作样品的区域使用300pA的小电流的离子束在所形成的两个长方形槽之间进行细切割，得到样品区域结构。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切断Pt层之间的距离小于样品区域结构的长度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属互连层为铜金属互连层或铝金属互连层。

说明书

检测半导体器件的金属互连层的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种检测半导体器件的金属互连层的方法。

背景技术

[0002] 在半导体器件的后段(back-end-of-line，BEOL)工艺中，可根据不同需要在半导体衬底上生长多层金属互连层，每层金属互连层包括金属互连线和绝缘层，这就需要对上述绝缘层制造沟槽(trench)和连接孔，然后在上述沟槽和连接孔内沉积金属，沉积的金属即为金属互连线，一般选用铜或铝作为金属互连线材料。

[0003] 在制作完金属互连层后，常常需要采用聚焦离子束(FIB)方式对金属互连层结构进行切割得到样品后，在透射电子显微镜(TEM)下检测该样品，从而检测得到所述样品反应的金属互连层是否符合设计的金属互连层结构。因此，所检测样品的结构是否和金属互连层的结构相同，是精确检测金属互连层结构的关键所在，如果在制作样品或检测样品时，样品变形，与金属互连层结构有很大差异，就无法反应金属互连层结构。

[0004] 具体地来说，如图1所示，图1为现有技术检测半导体器件的金属互连层的方法流程图，其具体步骤为：

[0005] 步骤101、在制作好的具有金属互连层的半导体器件上要制作样品的区域内电镀铂(Pt)层；

[0006] 在本步骤中，该Pt层用于在后续的FIB过程中防止离子束对半导体器件的金属互连层表面的损伤；

[0007] 步骤102、采用FIB方式在半导体器件的金属互连层表面进行样品区域的切割，得到样品区域结构；

[0008] 在本步骤中，具体过程为：首先采用大约7000皮安(pA)的大电流的电子束切割半导体器件的样品区域，在样品区域的外围形成两个在长度方向上互相平行的宽为8微米长为15微米的长方形槽，然后对样品区域使用300pA的小电流的电子束在所形成的两个长方形槽之间(长度方向上)进行细切割，得到样品区域结构；

[0009] 步骤103、对样品区域结构进行底部脱离，也就是将半导体器件的金属互连层下的器件层(包括栅极及有源区部分)进行U形切断；

[0010] 步骤104、使用大约300pA的小电流的电子束继续对样品区域结构的厚度减薄，得到样品；

[0011] 在本步骤中，对长为5微米宽为2微米的样品区域的厚度减薄，使得最终得到的样品厚度为100纳米以下；

[0012] 在本步骤中，在减薄的过程中，为了在TEM下检测的需要，一般使得样品的中间薄，两边厚；

[0013] 步骤104、将最终得到的样品两边切断，得到如图2所示的样品结构剖面示意图；

[0014] 从图2可以看出，该样品包括了金属互连层，以及在表面保护的Pt层，在金属互连层中，金属互连线通过通孔连接；

[0015] 步骤105、对得到的样品采用TEM进行检测，确定该样品代表的金属互连层是否为设计的结构；

[0016] 在本步骤中，采用TEM进行检测的过程为：生成电子束穿过所制成的样品后，形成图像并放大到屏幕上进行检测。

[0017] 采用上述方式虽然可以完成对金属互连层的检测，但是由于在检测过程中，样品的变形，所以无法真实反应所代表的金属互连层结构。这是因为，按照步骤101～104所制作的样品两边厚中间薄，所以在采用TEM检测时，受到电子束的照射后，金属互连层中的金属材质就会沿着从两边到中间的方向顺着金属互连线流动，导致所检测的样品变形，如图3所示，图3为TEM所检测的样品结构剖面示意图，相比于图2来说，金属材质顺着金属互连线的两边向中心流动，使得样品变形，无法反应金属互连层结构。图4为现有技术在TEM检测铝金属互连层时发生的金属流动图像示意图，其中的方框显示了金属材质沿着金属互连线流动示意，图5为现有技术在TEM检测铜金属互连层时发生的金属流动图像示意图，其中的方框显示了金属材质沿着金属互连线流动示意，从图4和图5可以看出，在进行TEM检测时，都由于电子束的照射，发生了金属互连线上的金属材质流动现象，造成了所检测的样品无法真实反应金属互连层结构。

发明内容

[0018] 有鉴于此，本发明提供了一种检测半导体器件的金属互连层的方法，该方法能够使得检测的样品结构准确的代表金属互连层结构。

[0019] 根据上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0020] 一种检测半导体器件的金属互连层的方法，该方法包括：

[0021] 在具有金属互连层的半导体器件上要制作样品的区域内电镀铂Pt层；

[0022] 采用聚焦离子束FIB方式在半导体器件的金属互连层表面进行样品区域的切割，得到样品区域结构；

[0023] 对样品区域结构进行底部脱离后，从两边将样品的Pt层切断，在样品两边裸露出金属互连层；

[0024] 采用FIB方式对样品区域结构的厚度减薄及使得裸露出金属互连层中的金属互连线切断，得到样品；

[0025] 对得到的样品采用透射电子显微镜TEM进行检测，确定该样品代表的金属互连层是否为设计的结构。

[0026] 所述得到样品区域结构的过程为：

[0027] 采用7000皮安pA的大电流的离子束切割半导体器件上要制作样品的区域，在要制作样品的区域外围形成两个在长度方向上互相平行的长方形槽，然后对要制作样品的区域使用300pA的小电流的离子束在所形成的两个长方形槽之间进行细切割，得到样品区域结构。

[0028] 所述切断Pt层采用离子束切断Pt层，或者采用刻蚀方法切断Pt层。

[0029] 所述切断Pt层之间的距离小于样品区域结构的长度。

[0030] 从上述方案可以看出，本发明在采用FIB制备样品的过程中，将金属互连线的中间部分和两边部分切断，使得在TEM检测该样品过程中，阻挡金属材质沿着金属互连线流动的通道，从而在电子束照射该样品时，样品上不会出现金属材质沿着金属互连线两边向中间流动的情况，样品不会出现变形，准确反应金属互连层的结构。因此，本发明提供的方法使得检测的样品结构准确的代表金属互连层结构。

附图说明

[0031] 图1为现有技术检测半导体器件的金属互连层的方法流程图；

[0032] 图2为现有技术得到的样品结构剖面示意图；

[0033] 图3为现有技术的TEM所检测的样品结构剖面示意图；

[0034] 图4为现有技术在TEM检测铝金属互连层时发生的金属流动图像示意图；

[0035] 图5为现有技术在TEM检测铜金属互连层时发生的金属流动图像示意图；

[0036] 图6为本发明提供的检测半导体器件的金属互连层的方法流程图；

[0037] 图7为本发明提供的样品结构剖面示意图；

[0038] 图8为本发明在TEM检测金属互连层时的样品图像示意图。

具体实施方式

[0039] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

[0040] 从现有技术可以看出，导致TEM所检测的样品无法准确反应所代表的金属互连层结构的原因为：采用FIB方式所制作的样品两边厚中间薄，在采用TEM检测时，电子束照射该样品，就会使得该样品中的金属材质沿着金属互连线从两边流向中间，导致所检测的样品变形，无法反义所代表的金属互连层结构。

[0041] 为了克服上述缺陷，本发明在采用FIB制备样品的过程中，将样品的金属互连线的中间部分分别和两边部分切断，使得在TEM检测该样品过程中，阻挡金属材质沿着金属互连线流动的通道，从而在电子束照射该样品时，不会出现金属材质从样品的金属互连线的两边到中间的流动的情况，样品不会出现变形，准确反应金属互连层的结构。

[0042] 图6为本发明提供的检测半导体器件的金属互连层的方法流程图，其具体步骤为：

[0043] 步骤601、在制作好的具有金属互连层的半导体器件上要制作样品的区域内电镀Pt层；

[0044] 在本步骤中，该Pt层用于在后续的FIB过程中防止离子束对半导体器件的金属互连层表面的损伤；

[0045] 步骤602、采用FIB方式在半导体器件的金属互连层表面进行样品区域的切割，得到样品区域结构；

[0046] 在本步骤中，具体过程为：首先采用大约7000pA的大电流的离子束切割半导体器件的样品区域，在样品区域的外围形成两个在长度方向上互相平行的宽为8微米长为15微米的长方形槽，然后对样品区域使用300pA的小电流的离子束在所形成的两个长方形槽之间(长度方向上)进行细切割，得到样品区域结构；

[0047] 在本步骤中，可以得到长为5微米宽为2微米的样品区域；

[0048] 步骤603、对样品区域结构进行底部脱离，也就是将半导体器件的金属互连层下的器件层(包括栅极及有源区部分)进行U形切断；

[0049] 步骤604、在样品区域结构中，在长度方向上从两边将样品的Pt层切断，在样品两边裸露出金属互连层；

[0050] 在本步骤中，可以采用多种方法切断Pt层，比如采用大电流的离子束切断Pt层，也可以采用刻蚀方法切断Pt层；

[0051] 在本步骤中，在长度方式下从两边切断样品的Pt层，切断之间的距离小于样品区域结构的长度，比如相距小于5微米之处；

[0052] 步骤605、使用大约300pA的小电流的离子束，继续对样品区域结构的厚度减薄，得到样品；

[0053] 在本步骤中，对长为5微米宽为2微米的样品区域的厚度减薄，使得最终得到的样品厚度为100纳米以下；

[0054] 在本步骤中，在样品区域减薄的过程中，由于样品区域结构中的两边切断的Pt层部分没有Pt层保护，所以离子束在切断Pt层部分切割速度比较大，使得样品区域结构中的金属互连线截断；

[0055] 在本步骤中，得到的样品如图7所示，图7为本发明提供的样品结构剖面示意图，可以看出，从Pt层开始切断，直到深于金属互连层中的金属互连线，已经将金属互连层中的金属互连线切断了；

[0056] 步骤606、对得到的样品采用TEM进行检测，确定该样品代表的金属互连层是否为设计的结构；

[0057] 在本步骤中，采用TEM进行检测的过程为：生成电子束穿过所制成的样品后，形成图像并放大到屏幕上进行检测。

[0058] 图8为本发明在TEM检测金属互连层时的样品图像示意图，可以看出，由于样品中的金属互连线从两边被切断，所以在进行TEM检测时电子束的照射下，金属材质无法从金属互连线的两边向中心流动，所以所检测的样品未出现变形，真实反应了所代表的金属互连层结构。

[0059] 本发明所采用的方法可以应用于铝金属互连层的检测及铜金属互连层的检测。

[0060] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。