[发明专利]一种纳米级静电保护器件失效微区的表征方法

说明书

本发明公开了一种纳米级静电保护器件失效微区的表征方法，选取一个静电失效的纳米级静电保护器件，该器件对比失效前，在工作电压下测得漏电流发生突增，此为失效样品；通过激光扫描该器件表面，利用光致电阻的变化，定位缺陷位置，得到失效热点；根据失效热点，原位切割器件，通过SEM窗口实时观察并调整适合的束流大小，得到最有分析价值的失效TEM样品；最后通过TEM完成对失效区域原子级的表征，综合分析，找出失效机理。本发明对纳米级静电保护器件的内部失效微区精确定位并得到失效的高分辨图像和元素的信息，可以对失效部位进行有效的失效分析，得到失效机理，最终达到改进器件性能的目的。

技术领域

本发明涉及纳米器件失效分析领域，尤其是纳米级静电保护器件失效微区的表征方法。

背景技术

随着工艺尺寸的不断缩小和电路规模的不断增大，静电放电对集成电路的影响也越来越显著。当静电放电现象发生时，约100ns的时间内泄放高电压时，巨大的能量耗散使得集成电路瞬间损毁且不可逆转。由于静电保护器件本身具有泄放大电流的能力，工业上在集成电路引脚或内部都配有静电保护器件或静电保护电路。所以，ESD防护成为提高集成电路可靠性的关键因素之一。

工艺制程的逐渐缩小导致静电保护器件设计窗口和应用条件越来越严苛，为满足应用需求，各种新型的静电保护器件层出不穷，这些新型的静电保护器件可靠性的研究多数依赖于仿真和建模，缺乏一套从微观的物理结构失效机制对器件性能研究的方法。此外，在纳米尺度下，精准定位和获取失效的透射电子显微镜样品是很困难的。“一种半导体激光器静电失效分析方法”(CN105425136A)是针对较大尺寸的半导体激光器所提出的静电失效方法，该专利可利用高分辨率的光学显微镜和扫描透射显微镜观测失效，分析失效原因，并不适用于表面无损伤的纳米级别的器件。如何在纳米尺度精确定位失效点、拍摄相应的高分辨图像以及分析失效机理是技术难题。因此，提出一种纳米级静电保护器件失效微区的表征方法是迫切需要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米级静电保护器件失效微区的表征方法，其中，先选取一个静电失效的纳米级静电保护器件，该器件表面无缺陷但其漏电流对比失效前已经发生突增，此为失效样品；通过光致电阻变化，在恒定的电压下电流变化的大小与所成像的像素亮度对应，叠加光学显微镜图得到失效点的位置；再利用双束聚焦离子束切割样品，得到超薄的透射电子显微镜样品；最后透射电子显微镜拍摄微观失效的物理形貌和捕捉化学元素变化是本发明方法的关键。利用该方法研究静电保护器件失效的起源效率高、延展性好、可准确定位失效位置和可视化物理失效的形貌。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种纳米级静电保护器件失效微区的表征方法，特点是该方法包括以下具体步骤：

步骤1：选取一个静电失效的纳米级静电保护器件，对比相同工作电压下未失效时的漏电流，该失效器件漏电流发生突增，表面无缺陷但是内部已经发生短路现象，此为失效样品；

步骤2：将步骤1中的失效样品置于激光束电阻异常侦测仪器中，正极接恒定电压，负极接地，构成回路；其中电压为0.1～0.6V；激光辐照失效样品的表面，激光部分能量被器件吸收转化为热量；器件内部缺陷导致的电阻值的变化会转化为电流的变化，此时电流变化的大小将转为所成像的像素亮度并记录，通过叠加像素变化的位置和同视角下光学显微镜图，得到失效热点；

步骤3：将失效样品放入双束聚焦离子束-扫描电子显微镜的仪器中，根据步骤2所得的失效热点的位置，在其表面沉积一层Pt保护层，其中长度是失效热点的8～10倍，宽度是失效热点的3～5倍，厚度为100～120nm；采用大束流在Pt保护层的两侧挖沟槽得到粗切后的样品；其中，电流值为50～70nA；

步骤4：从扫描电子显微镜的窗口实时观察由步骤3所得的粗切样品的两侧界面，当观察到一侧界面的金属层出现异常形貌时，则改用中束流切割样品；其中，电流值为20～50nA；