[发明专利]多层铜互连布线结构的检测方法

说明书

本发明涉及一种多层铜互连布线结构的检测方法，包括如下步骤：采用开封方法获取多层铜互连布线结构的裸芯片；清除所述裸芯片表面的残留物；采用反应离子蚀刻法去除所述裸芯片表面的保护膜；采用热熔蜡将去除保护膜后的芯片固定于研磨抛光夹具；根据失效分析的结果，对所述芯片的缺陷区域进行平行抛光剥层操作；利用显微观察监测平行抛光进度直至达到目标层。本发明的多层铜互连布线结构的检测方法，可实现芯片中多层铜互连布线结构的逐层去除，实现密集多层铜互连布线结构中各层次形貌的平面观察，对多层铜互连布线结构芯片的失效机理确认、提高集成电路的使用可靠性有重要的意义。

技术领域

本发明涉及微电子芯片的检测分析技术领域，特别是涉及一种多层铜互连布线结构的检测方法。

背景技术

随着微电子技术的高速发展，集成电路的规模越来越大，集成电路向多层结构的方向发展，铜金属也已取代铝金属成为半导体工艺的主流互连线材料。集成电路芯片的失效往往发生在多层结构下层的层间金属化或有源区，对芯片进行失效分析必须解决多层结构下层的可观察性，这就需要对芯片进行剥层处理。剥层处理主要包括：去钝化层、去金属化层、去层间介质等。

双大马士革工艺的铜金属互连中，铜通孔直接与上下层的铜布线相连接，而由于铜容易向硅或者介质层中扩散，为了防止铜扩散，铜互连工艺中加入了硬金属氮化钽(TaN)作为扩散阻挡层。这些材料上的变化，导致传统适用于铝金属互连工艺的剥层技术失去了效用。对采用铝金属以及钨作为金属层之间的通孔材料的集成电路，去钝化层、介质层通常用反应离子刻蚀法，去铝金属层通常用化学腐蚀法(30％HCL溶液或30％H₂SO₄溶液)。去铝金属布线时，化学腐蚀液不会对钨通孔造成影响，也不会影响下一层的金属。但传统的化学腐蚀法若直接应用到铜布线上来，则在去上层铜布线时，由于化学腐蚀液的流动性，腐蚀液会将铜通孔一并去除，甚至渗透入下层使下层金属受损。因此，化学腐蚀法的不足也凸现出来。TaN的材质同样不能用化学腐蚀法而去除。传统化学腐蚀法均无法满足铜金属互连结构的逐层剥层要求。

为了解决多层铜互连布线结构芯片剥层难的问题，需要一种新的样品制备方法及流程来实现，以弥补传统化学腐蚀法的不足，使此类失效器件的失效分析或物理分析得以顺利完成，确定其最终的失效原因及机理，防止失效的重复出现，提高器件的可靠性。

传统的研磨抛光法常用于制作金相切片，需用特制液态树脂将样品包裹固封，然后进行研磨抛光的一种制样方法，主要用于观察开裂分层、样品截面组织结构情况，如固态镀层或者焊点、连接部位的结合情况、开裂或缝隙等形貌的观察验证。但针对每层的厚度为纳米级或接近1μm的多层铜互连布线结构，用传统的研磨抛光方法进行去层，首先是精度达不到要求；其次是，传统研磨抛光方法需固封，固封之后的样品，进行扫描电子显微分析时，无法解决荷电效应而影响成像效果及形貌观察。综上所述，传统的研磨抛光法无法满足纳米级精确去层的需求，无法实现芯片中多层铜互连布线结构的逐层去除。

因此，针对纳米级的多层铜互连布线结构，急需开发一种新的行之有效的检测分析方法。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种能够实现多层铜互连布线结构逐层去除的检测方法。

具体的技术方案如下：

一种多层铜互连布线结构的检测方法，包括如下步骤：

采用开封方法获取多层铜互连布线结构的裸芯片；

清除所述裸芯片表面的残留物；

采用反应离子蚀刻法去除所述裸芯片表面的保护膜；

采用热熔蜡将去除保护膜后的芯片固定于研磨抛光夹具；