深沟槽产品的物理分析结构及方法
【专利摘要】本发明公开了一种深沟槽产品的物理分析结构，形成于划片槽区，由一系列宽度依次减少、且平行放置的分析沟槽组成，用于为深沟槽在分析时提供深度标记。本发明还公开了一种深沟槽产品的物理分析方法。本发明能在深沟槽产品的结构分析或失效分析时为深沟槽的不同深度位置实现准确定位，能够实现对深沟槽产品的质量进行准确和快速的分析，能够提高结构分析或失效分析的质量和效率，从而也能提高产品的生长质量和效率。本发明的物理分析结构并不需要占用芯片区的面积，且物理分析结构的各分析沟槽采用和深沟槽的同一块掩膜板制作，工艺成本低。
【专利说明】深沟槽产品的物理分析结构及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种深沟槽产品的物理分析结构。本发明还涉及一种深沟槽产品的物理分析方法。
【背景技术】
[0002]深沟槽产品包括超级结器件等高压器件，深沟槽产品都需要用到深沟槽工艺。如图1A所示，是现有深沟槽产品的深沟槽结构示意图；现有深沟槽工艺中，需要先在硅衬底101上采用光刻刻蚀工艺形成深沟槽102，深沟槽102的深度根据器件性能需要，会从十微米到数十微米。如图1B所示，是现有深沟槽产品的深沟槽填充后的结构示意图；之后在深沟槽102中填充硅层103，硅层103和硅衬底101的掺杂类型相反，如当硅衬底101为N型掺杂时，硅层103为P型掺杂。这样通过深沟槽工艺能够在硅衬底101上形成P型薄层和N型薄层交替排列的结构。
[0003]当深沟槽产品发生失效或其它结构分析的需求时，需要将样品进行处理，实现指定的沟槽深度位置能够暴露到贴近表面的状态，例如，对50微米的沟槽，需要观察沟槽中距表面25微米深度位置处的结构情况。在物理外观表征上，如透光性、形貌等，深沟槽产品的深沟槽内的P型硅与深沟槽外的N型硅的主体材料都是硅，无法区分，所以想让深沟槽的指定深度面暴露在表面非常困难。
[0004]现有一种对深沟槽产品的进行失效分析时的剥离方法为:通过化学腐蚀到达指定深度位置附近，该方法的缺点是:
[0005]1、由产品的结构差异性，造成化学腐蚀时的不均匀，这会使暴露的表面不平整。
[0006]2、化学腐蚀会损伤原有深度处的缺陷，严重干扰原有缺陷的分析。
[0007]3、实际到达深度仍有偏差。
[0008]另外，对于深沟槽样品需定点深度透射电子显微镜(TEM)观察时，现有TEM样品制备方法包括采用离子减薄仪(PIPS)对样品进行减薄以及采用聚焦离子束(FIB)进行制备。但是离子减薄仪(PIPS)对样品进行减薄的工艺只适用于非定点的TEM样品制备，而FIB工艺方法只能制备出2微米?4微米深度的样品。所以上述两种方法都无法实现深沟槽的指定深度面暴露。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是提供一种深沟槽产品的物理分析结构，能在深沟槽产品的结构分析或失效分析时为深沟槽的不同深度位置实现准确定位，能够实现对深沟槽产品的质量进行准确和快速的分析，能够提高结构分析或失效分析的质量和效率，从而也能提高产品的生长质量和效率。本发明还提供一种深沟槽产品的物理分析方法。
[0010]为解决上述技术问题，本发明提供一种深沟槽产品的物理分析结构，在硅片上形成有芯片区和划片槽区，芯片产品的深沟槽形成于所述芯片区，物理分析结构形成于所述划片槽区，所述物理分析结构由一系列宽度依次减少、且平行放置的分析沟槽组成，所述物理分析结构用于为所述深沟槽在分析时提供深度标记。
[0011 ] 所述物理分析结构的各相邻的所述分析沟槽之间的间距相同、且该间距设置为两相邻所述深沟槽的间距。
[0012]所述物理分析结构的最深的所述分析沟槽的宽度和所述深沟槽的宽度相同、所述物理分析结构的最深的所述分析沟槽的深度和所述深沟槽的深度相同。
[0013]所述物理分析结构的各相邻的所述分析沟槽之间的深度差设置为相同，所述物理分析结构的所述分析沟槽的数量为所述深沟槽的深度和所述深度差的比值。
[0014]所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度根据其深度进行设置，所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度要求保证采用同一步刻蚀工艺就能实现各所述分析沟槽的深度以及所述深沟槽的深度同时达到要求值。
[0015]进一步的改进是，所述物理分析结构的各相邻的所述分析沟槽之间的深度差为4微米，所述物理分析结构的各所述分析沟槽的长度都大于10微米。
[0016]进一步的改进是，两相邻的各所述分析沟槽之间的间距都为15微米，所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度和深度的关系式为:
[0017]当X为O微米?3微米时，Υ=25.5X+1.63。
[0018]当X为3微米?7微米时，Υ=1.25Χ+31.6。
[0019]其中X为所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度，Y为所述物理分析结构的各所述分析沟槽的深度。
[0020]进一步的改进是，当所述物理分析结构的各所述分析沟槽的深度偏离所述关系式时，要通过对所述物理分析结构的各所述分析沟槽进行断面观察并测量各所述分析沟槽的实际深度值，根据所测量的实际深度值对所述关系式进行校正。
[0021]进一步的改进是，在所述物理分析结构的各所述分析沟槽中填充有氧化硅。
[0022]为解决上述技术问题，本发明提供的深沟槽产品的物理分析方法包括如下步骤:
[0023]步骤一、在版图设计及掩膜板订做时，在定义深沟槽产品的深沟槽图形的掩膜板一上定义出物理分析结构图形。
[0024]步骤二、利用所述掩膜板一的定义，采用光刻刻蚀工艺在硅片上的芯片区形成深沟槽产品的深沟槽，同时在所述硅片上的划片槽区形成物理分析结构；所述物理分析结构由一系列宽度依次减少、且平行放置的分析沟槽组成，所述物理分析结构用于为所述深沟槽在分析时提供深度标记。
[0025]所述物理分析结构的各相邻的所述分析沟槽之间的间距相同、且该间距设置为所要分析的两相邻所述深沟槽的间距。
[0026]所述物理分析结构的最深的所述分析沟槽的宽度和所述深沟槽的宽度相同、所述物理分析结构的最深的所述分析沟槽的深度和所述深沟槽的深度相同。
[0027]所述物理分析结构的各相邻的所述分析沟槽之间的深度差设置为相同，所述物理分析结构的所述分析沟槽的数量为所述深沟槽的深度和所述深度差的比值。
[0028]所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度根据其深度进行设置，所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度要求保证采用同一步刻蚀工艺就能实现各所述分析沟槽的深度以及所述深沟槽的深度同时达到要求值。
[0029]步骤三、当所述深沟槽产品的良率符合要求并量产时，不需要对所述深沟槽产品进行物理分析，此时所述物理分析结构的所述分析沟槽和所述深沟槽产品的深沟槽同时填充硅。
[0030]当所述深沟槽产品的良率降低，需要对所述深沟槽产品进行物理分析，此时需要单独在所述物理分析结构的所述分析沟槽中填充氧化硅，填充氧化硅时采用定义所述硅片上的划片槽区的第零次掩膜板进行定义；之后对所述深沟槽产品的深沟槽进行硅填充。
[0031]步骤四、对在所述物理分析结构的所述分析沟槽中填充有氧化硅的硅片进行表面剥层处理，剥层时用所述物理分析结构的不同深度的所述分析沟槽标记出所述深沟槽的深度位置，对剥层处理后所暴露出来的不同深度位置的所述深沟槽表面进行分析。
[0032]进一步的改进是，所述物理分析结构的各相邻的所述分析沟槽之间的深度差为4微米，所述物理分析结构的各所述分析沟槽的长度都大于10微米。
[0033]进一步的改进是，步骤二中两相邻的各所述分析沟槽之间的间距都为15微米，所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度和深度的关系式为:
[0034]当X为O微米?3微米时，Υ=25.5X+1.63。
[0035]当X为3微米?7微米时，Y=L 25X+3L 6。
[0036]其中X为所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度，Y为所述物理分析结构的各所述分析沟槽的深度。
[0037]进一步的改进是，步骤二中形成所述物理分析结构之后，通过对所述物理分析结构的各所述分析沟槽断面观察测量出所述物理分析结构的各所述分析沟槽的实际深度值，当实际深度值偏离所述关系式时，需要根据所测量的实际深度值对所述关系式进行校正。
[0038]进一步的改进是，步骤四中采用化学机械研磨工艺进行所述剥层处理。
[0039]本发明的物理分析结构中的深度不同的分析沟槽能在深沟槽产品的结构分析或失效分析时为深沟槽的不同深度位置实现准确定位，从而能够方便结构分析或失效分析时的分析样品制作，使制作的分析样品所暴露出的表面正好为深度不同的各分析沟槽所定义的深沟槽的深度位置处，从而能够实现对深沟槽产品的质量进行准确和快速的分析，能够提高结构分析或失效分析的质量和效率，从而也能提高产品的生长质量和效率。
[0040]另外，本发明的物理分析结构是形成于硅片的划片槽区，并不需要占用芯片区的面积，本发明的物理分析结构不会增加芯片的面积开支；本发明的物理分析结构的各分析沟槽是采用和深沟槽的同一块掩膜板制作，在产品量产时并不需要在深沟槽中填充氧化层；本发明仅需当产品质量出现问题时才增加一个工艺步骤来在深沟槽中填充氧化层，所以本发明工艺成本低，几乎在不增加额外的工艺成本的条件下就能提高结构分析或失效分析的质量和效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0042]图1A是现有深沟槽产品的深沟槽结构示意图；
[0043]图1B是现有深沟槽产品的深沟槽填充后的结构示意图；
[0044]图2Α是本发明实施例的深沟槽产品的俯视图；
[0045]图2Β是本发明实施例的深沟槽产品的物理分析结构的俯视图；
[0046]图2C是本发明实施例的深沟槽产品的物理分析结构的剖面图；[0047]图2D是本发明实施例的深沟槽产品的物理分析结构的分析沟槽中填充氧化硅后的剖面图。
【具体实施方式】
[0048]如图2A所示，是本发明实施例的深沟槽产品的俯视图。本发明实施例深沟槽产品的硅片I上形成有芯片区和划片槽区，芯片产品2的深沟槽形成于所述芯片区，物理分析结构3形成于所述划片槽区。
[0049]如图2B所示，是本发明实施例的深沟槽产品的物理分析结构3的俯视图，如图2C所示，本发明实施例的深沟槽产品的物理分析结构的剖面图；每一个所述物理分析结构3由一系列宽度依次减少、且平行放置的分析沟槽4组成，每一个所述物理分析结构3用于为所述深沟槽在分析时提供深度标记。
[0050]所述物理分析结构3的各相邻的所述分析沟槽4之间的间距D相同、且该间距D设置为所要分析的两相邻所述深沟槽的间距。
[0051]所述物理分析结构3的最深的所述分析沟槽4的宽度W和所述深沟槽的宽度相同、所述物理分析结构3的最深的所述分析沟槽4的深度H和所述深沟槽的深度相同。
[0052]所述物理分析结构3的各所述分析沟槽4的长度L都大于10微米。长度L大于10微米的设置有利于深沟槽产品工艺完成后制备扫描电子显微镜(SEM)样品，判断实际槽深。
[0053]所述物理分析结构3的各相邻的所述分析沟槽4之间的深度差设置为相同，较佳为，所述物理分析结构3的各相邻的所述分析沟槽4之间的深度差为4微米，4微米是比较适宜的用FIB制备的TEM样品的极限深度，即用每个分析沟槽代表4微米左右的深度区间。
[0054]所述物理分析结构3的所述分析沟槽4的数量为所述深沟槽的深度和所述深度差的比值，以深沟槽的深度为40微米为例，这时需要用到40微米/4微米=10个数量的所述分析沟槽4。
[0055]所述物理分析结构3的各所述分析沟槽4的宽度根据其深度进行设置，所述物理分析结构3的各所述分析沟槽4的宽度要求保证采用同一步刻蚀工艺就能实现各所述分析沟槽4的深度以及所述深沟槽的深度同时达到要求值。
[0056]较佳实施例中，两相邻的各所述分析沟槽之间的间距都为15微米，所述物理分析结构3的各所述分析沟槽4的宽度和深度的关系式为:
[0057]当X为O微米?3微米时，Υ=25.5Χ+1.63 ；
[0058]当X为3微米?7微米时，Υ=1.25Χ+31.6 ；
[0059]其中X为所述物理分析结构3的各所述分析沟槽4的宽度，Y为所述物理分析结构3的各所述分析沟槽4的深度。
[0060]以深沟槽的深度为40微米，所述深度差为4微米为例，各所述分析沟槽4的宽度和深度的取值可以为表一所示:
[0061]表一
[0062]
【权利要求】
1.一种深沟槽产品的物理分析结构，在硅片上形成有芯片区和划片槽区，芯片产品的深沟槽形成于所述芯片区，其特征在于:物理分析结构形成于所述划片槽区，所述物理分析结构由一系列宽度依次减少、且平行放置的分析沟槽组成，所述物理分析结构用于为所述深沟槽在分析时提供深度标记； 所述物理分析结构的各相邻的所述分析沟槽之间的间距相同、且该间距设置为两相邻所述深沟槽的间距； 所述物理分析结构的最深的所述分析沟槽的宽度和所述深沟槽的宽度相同、所述物理分析结构的最深的所述分析沟槽的深度和所述深沟槽的深度相同； 所述物理分析结构的各相邻的所述分析沟槽之间的深度差设置为相同，所述物理分析结构的所述分析沟槽的数量为所述深沟槽的深度和所述深度差的比值； 所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度根据其深度进行设置，所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度要求保证采用同一步刻蚀工艺就能实现各所述分析沟槽的深度以及所述深沟槽的深度同时达到要求值。
2.如权利要求1所述深沟槽产品的物理分析结构，其特征在于:所述物理分析结构的各相邻的所述分析沟槽之间的深度差为4微米，所述物理分析结构的各所述分析沟槽的长度都大于10微米。
3.如权利要求1所述深沟槽产品的物理分析结构，其特征在于:两相邻的各所述分析沟槽之间的间距都为15微米，所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度和深度的关系式为: 当X为O微米~3微米时，Υ=25.5Χ+1.63 ； 当X为3微米~7微米时，Y·=L 25Χ+31.6 ； 其中X为所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度，Y为所述物理分析结构的各所述分析沟槽的深度。
4.如权利要求3所述深沟槽产品的物理分析结构，其特征在于:当所述物理分析结构的各所述分析沟槽的深度偏离所述关系式时，要通过对所述物理分析结构的各所述分析沟槽进行断面观察并测量各所述分析沟槽的实际深度值，根据所测量的实际深度值对所述关系式进行校正。
5.如权利要求1所述深沟槽产品的物理分析结构，其特征在于:在所述物理分析结构的各所述分析沟槽中填充有氧化硅。
6.一种深沟槽产品的物理分析方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一、在版图设计及掩膜板订做时，在定义深沟槽产品的深沟槽图形的掩膜板一上定义出物理分析结构图形； 步骤二、利用所述掩膜板一的定义，采用光刻刻蚀工艺在硅片上的芯片区形成深沟槽产品的深沟槽，同时在所述硅片上的划片槽区形成物理分析结构；所述物理分析结构由一系列宽度依次减少、且平行放置的分析沟槽组成，所述物理分析结构用于为所述深沟槽在分析时提供深度标记； 所述物理分析结构的各相邻的所述分析沟槽之间的间距相同、且该间距设置为所要分析的两相邻所述深沟槽的间距； 所述物理分析结构的最深的所述分析沟槽的宽度和所述深沟槽的宽度相同、所述物理分析结构的最深的所述分析沟槽的深度和所述深沟槽的深度相同； 所述物理分析结构的各相邻的所述分析沟槽之间的深度差设置为相同，所述物理分析结构的所述分析沟槽的数量为所述深沟槽的深度和所述深度差的比值； 所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度根据其深度进行设置，所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度要求保证采用同一步刻蚀工艺就能实现各所述分析沟槽的深度以及所述深沟槽的深度同时达到要求值； 步骤三、当所述深沟槽产品的良率符合要求并量产时，不需要对所述深沟槽产品进行物理分析，此时所述物理分析结构的所述分析沟槽和所述深沟槽产品的深沟槽同时填充硅； 当所述深沟槽产品的良率降低，需要对所述深沟槽产品进行物理分析，此时需要单独在所述物理分析结构的所述分析沟槽中填充氧化硅，填充氧化硅时采用定义所述硅片上的划片槽区的第零次掩膜板进行定义；之后对所述深沟槽产品的深沟槽进行硅填充； 步骤四、对在所述物理分析结构的所述分析沟槽中填充有氧化硅的硅片进行表面剥层处理，剥层时用所述物理分析结构的不同深度的所述分析沟槽标记出所述深沟槽的深度位置，对剥层处理后所暴露出来的不同深度位置的所述深沟槽表面进行分析。
7.—种如权利要求6所述的方法，其特征在于:所述物理分析结构的各相邻的所述分析沟槽之间的深度差为4微米，所述物理分析结构的各所述分析沟槽的长度都大于10微米。
8.—种如权利要求6所述的方法，其特征在于:步骤二中两相邻的各所述分析沟槽之间的间距都为15微米，所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度和深度的关系式为: 当X为O微米~3微米时，Υ·=25.5Χ+1.63 ； 当X为3微米~7微米时，Y=L 25Χ+31.6 ； 其中X为所述物理分析结构的各所述分析沟槽的宽度，Y为所述物理分析结构的各所述分析沟槽的深度。
9.一种如权利要求8所述的方法，其特征在于:步骤二中形成所述物理分析结构之后，通过对所述物理分析结构的各所述分析沟槽断面观察测量出所述物理分析结构的各所述分析沟槽的实际深度值，当实际深度值偏离所述关系式时，需要根据所测量的实际深度值对所述关系式进行校正。
10.一种如权利要求6所述的方法，其特征在于:步骤四中采用化学机械研磨工艺进行所述剥层处理。
【文档编号】H01L21/66GK103855047SQ201210514146
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年12月4日 优先权日:2012年12月4日
【发明者】赖华平, 王飞, 芮志贤, 毛文铭, 吴志勇 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司