專利名稱：透射電鏡樣品制備方法及透射電鏡樣品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體技術領域，尤其涉及透射電鏡樣品制備方法及透射電鏡樣品。
背景技術：
透射電鏡(Transmission Electron Microscopy,TEM)是 IC行業(yè)觀測微觀結構非常重要的工具和手段。在線檢測的很多關鍵尺寸都需要和透射電鏡的測量值做比較，同時也是解決在線檢測很多問題的一個重要方式。通常，技術人員通過觀測透射電鏡圖像的襯度來分析各個關注區(qū)域，襯度是分析TEM圖像時，圖像的亮暗差別。隨著半導體行業(yè)的先進制程的開發(fā)，關鍵尺寸越來越小，當制程到65nm的時候， CD (critical dimension，關鍵尺寸)或Spacer (柵極側壁上的側間隙壁)的寬度小于透射電鏡樣品的橫向厚度；當制程到45nm的時候，CD與Spacer的寬度之和小于透射電鏡樣品的橫向厚度。使用FIB(R)CUs Ion Beam，聚焦離子束)方法制備透射電鏡樣品時，如果圖案的尺寸與樣品橫向厚度相近，則樣品內可能會包含前后層的信息，表現(xiàn)在TEM照片中就是前后圖形的疊影，影響尺寸的量測以及形貌的判斷。透射電鏡樣品制備十分復雜，F(xiàn)IB是一種能夠精確定位切割的制備透射電鏡樣品的方法，樣品的橫向厚度一般只能做到IOOnm左右， 目前的樣品制備方式很難使樣品更薄。用研磨方式制備透射電鏡樣品其樣品厚度能減薄，但是不易精確定位所關注的區(qū)域。在透射電鏡樣品中，其金屬硅化物(silicide)的尺寸遠小于透射電鏡樣品橫向厚度。所以當所關注區(qū)域樣品的縱向高度高出其周圍結構的時候，透射電鏡圖像重影現(xiàn)象特別明顯，甚至無法得到清晰準確的圖像。當使用傳統(tǒng)的FIB方法制備透射電鏡樣品時，通常會先沉積一層鉬(Pt)，該沉積的鉬會填入淺溝道隔離區(qū)(Shallow Trench Isolation，淺溝道隔離)形成的凹槽。如圖1所示，該區(qū)域的有源區(qū)(Active Area, AA) 1大大高于淺溝道隔離區(qū)2，在有源區(qū)1間隙間形成有淺溝道隔離區(qū)凹槽。鉬4也可以用鎢(W)代替。由于有源區(qū)1尺寸很小，F(xiàn)IB制樣最終截取包含所需有源區(qū)1，淺溝道隔離區(qū)2，以及金屬硅化物層3的約IOOnm橫向厚度的樣品5，其橫向方向上同時包含有源區(qū)1，淺溝道隔離區(qū)2，金屬硅化物3和鉬4。由于樣品5制備十分復雜，樣品5的橫向厚度一般只能做到IOOnm左右， 而窄小的有源區(qū)1橫向尺寸小于70nm。當用透射電鏡檢測透射電鏡樣品時，透射電鏡發(fā)出的高能入射電子與透射電鏡樣品作用，故透射電鏡收集到的透射電子能夠反應樣品5整個厚度內的信息。也就是說，在透射電鏡圖像中，同時包含金屬硅化物3和鉬4的襯度，由于兩者在透射電鏡圖像中的襯度很相近，所形成的重影導致無法清晰準確地表征金屬硅化物 3。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的技術問題是，減小透射電鏡圖像中的重影現(xiàn)象，使得關注區(qū)域的圖
3像清晰準確。為解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種透射電鏡樣品的制備方法，包括如下步驟提供襯底，所述襯底上形成有關注區(qū)域；在所述關注區(qū)域及所述襯底上形成介質層；在所述介質層上形成金屬層，其中，所述介質層的襯度與所述關注區(qū)的襯度差值大于預定值；截取透射電鏡樣品，所述透射電鏡樣品包括所述關注區(qū)域、所述介質層以及所述
^^^J^l J^ O可選的，所述的透射電鏡樣品的制備方法中，所述介質層為非晶態(tài)薄膜?？蛇x的，所述的透射電鏡樣品的制備方法中，所述關注區(qū)域為晶體薄膜?？蛇x的，所述的透射電鏡樣品的制備方法中，所述關注區(qū)域的材料為金屬硅化物。可選的，所述的透射電鏡樣品的制備方法中，所述金屬層為金屬鉬層或金屬鎢層?？蛇x的，所述的透射電鏡樣品的制備方法中，所述關注區(qū)域和所述介質層都為非晶態(tài)薄膜?？蛇x的，所述的透射電鏡樣品的制備方法中，所述關注區(qū)域的材料為二氧化硅?？蛇x的，所述的透射電鏡樣品的制備方法中，所述介質層為氮化硅層。本發(fā)明還提供一種透射電鏡樣品，包括襯底，位于襯底上的關注區(qū)域，在所述襯底和所述關注區(qū)域上依次形成有介質層和金屬層，所述介質層的襯度與所述關注區(qū)的襯度差值大于預定值。可選的，在所述的透射電鏡樣品中，所述介質層為非晶態(tài)薄膜?？蛇x的，在所述的透射電鏡樣品中，所述關注區(qū)域為晶體薄膜?？蛇x的，在所述的透射電鏡樣品中，所述關注區(qū)域的材料為金屬硅化物。可選的，在所述的透射電鏡樣品中，所述金屬層為金屬鉬層或金屬鎢層。可選的，在所述的透射電鏡樣品中，所述關注區(qū)域和所述介質層都為非晶態(tài)薄膜?？蛇x的，在所述的透射電鏡樣品中，所述關注區(qū)域的材料為二氧化硅?？蛇x的，在所述的透射電鏡樣品中，所述介質層為氮化硅層。本發(fā)明的透射電鏡樣品和透射電鏡樣品的制備方法中，在所述關注區(qū)域和所述金屬層之間形成一層介質層，且所述介質層的襯度和所述關注區(qū)域的襯度之間的差值大于預定值，可以減少甚至完全消除透射電鏡樣品中的重影現(xiàn)象，從而得到更清晰準確的透射電鏡圖像。


圖1是采用現(xiàn)有技術制備的透射電鏡樣品的剖面示意圖；圖2是本發(fā)明一個實施例制備的透射電鏡樣品的剖面示意圖；圖3是本發(fā)明另一個實施例制備的透射電鏡樣品的剖面示意圖；圖4是本發(fā)明又一個實施例制備的透射電鏡樣品的剖面示意圖；圖5是本發(fā)明又一個實施例制備的透射電鏡樣品的剖面示意圖。圖中
1—有源區(qū)2—淺溝道隔離區(qū)3—金屬硅化物層4—鉬(Pt)層5—透射電鏡樣品6—周圍結構7—關注區(qū)域13、8-—非晶態(tài)薄膜9-—介質層 10-—金屬硅化物11—多晶娃12—第一非晶態(tài)薄膜14—第二非晶態(tài)薄膜
具體實施例方式為了使本發(fā)明的保護范圍更加清楚、易懂，下面結合附圖以較佳實施例對本發(fā)明進行說明。本發(fā)明的核心思想在于，通過在關注區(qū)域與金屬層之間增加介質層，且保證所述介質層的襯度與所述關注區(qū)的襯度之間的差值大于預定值，即能夠達到人眼的分辨能力， 使能夠分辨出所述關注區(qū)域與所述介質層之間的邊界，從而解決關注區(qū)域與金屬層之間襯度相近，在透射電鏡樣品中不能分辨所述關注區(qū)域的問題。如，在MOS器件中，所述關注區(qū)域可以是有源區(qū)的金屬硅化物，所述介質層為氮化硅層。實施例1圖2是本發(fā)明一個實施例制備的透射電鏡樣品的剖面示意圖；參照圖2所示， 在本是實例中，所述透射電鏡樣品包括關注區(qū)域7，該透射電鏡樣品的橫向方向尺寸小于 lOOnm，且所述關注區(qū)域7縱向方向上的位置高于所述關注區(qū)域周圍結構6，所述關注區(qū)域上淀積有一層非晶態(tài)薄膜8，所述非晶態(tài)薄膜8填平該周圍結構6低于該關注區(qū)域7的部分并覆蓋所述關注區(qū)域7，在所述非晶態(tài)薄膜8上還淀積有一層鉬或鎢薄膜(未圖示)，且所述非晶態(tài)薄膜8與所述關注區(qū)域7在透射電鏡圖像中的襯度差異大于所述關注區(qū)域7與鉬或鎢在透射電鏡圖像中的襯度差異，所述關注區(qū)域7與所述非晶態(tài)薄膜8之間的襯度差異越大，越容易觀察所述關注區(qū)域7的形貌。繼續(xù)參照圖2所示，本實施例的透射電鏡樣品的制備方法包括當透射電鏡樣品的橫向方向上的尺寸小于lOOnm，且所述關注區(qū)域7縱向方向上的位置高于其周圍結構6 時，在制備透射電鏡樣品之前，在所述關注區(qū)域7上淀積一層非晶態(tài)薄膜8，所述非晶態(tài)薄膜8覆蓋所述關注區(qū)域7及所述透射電鏡樣品的周圍結構6。所述非晶態(tài)薄膜8與所述關注區(qū)域7在透射電鏡圖像中的襯度差異大于所述關注區(qū)域樣品7與鉬4在透射電鏡圖像中的襯度差異。所述關注區(qū)域7可以為晶體薄膜，則所述非晶態(tài)薄膜8可以選自氧化硅、氧化氮， 碳氧化硅、氮化硅等；如果所述關注區(qū)域7為非晶態(tài)薄膜或者其他材質，則所述非晶態(tài)薄膜8選擇襯度差異較大的另一種非晶態(tài)薄膜，即所述非晶態(tài)薄膜8與所述關注區(qū)域7在透射電鏡圖像中的襯度差異大于所述關注區(qū)域的樣品7與鉬4在透射電鏡圖像中的襯度差異。實施例2當關注區(qū)域7為晶體薄膜時，對本發(fā)明所采用的透射電鏡樣品及其制備方法進行詳細描述。以其中一種晶體薄膜，即金屬硅化物為例，請參閱圖3，其為一種待制備為透射電鏡樣品5的結構，在襯底上形成有有源區(qū)1、淺溝道隔離區(qū)2，以及有源區(qū)1上的金屬硅化物層3。金屬硅化物層3，其橫向方向上的尺寸小于lOOnm，且金屬硅化物層3縱向方向上的位置高于周圍的淺溝道隔離區(qū)2。所述有源區(qū)1在橫向厚度的尺寸小于70nm，且都高于其周圍的淺溝道隔離區(qū)2。所述有源區(qū)1可以是多晶硅柵極或源漏極。利用本發(fā)明制備透射電鏡樣品5的方法來表征有源區(qū)1上的金屬硅化物層3的方法是(1)、在待制備為透射電鏡樣品5的結構上，先淀積一層介質層9，不僅需要填滿淺溝道隔離區(qū)2中的溝槽，還需要覆蓋金屬硅化物層3 ；其中，因為金屬硅化物層3在透射電鏡圖像中的襯度較深，故淀積的介質層9需要選擇透射電鏡圖像中的襯度較淺的氧化物， 例如非晶態(tài)薄膜，在本發(fā)明較佳實施例中，介質層9采用的是氮化硅(Si3N4)薄膜；(2)、然后，在所述介質層9上淀積一層鉬4 ；(3)、最終，截取透射電鏡樣品5，所述透射電鏡樣品5在其橫向方向上包含部分有源區(qū)1，淺溝道隔離區(qū)2，金屬硅化物3和制樣前淀積的介質層9，且透射電鏡樣品5橫向方向的尺寸小于或者等于lOOnm。用透射電鏡檢測透射電鏡樣品5時，透射電鏡發(fā)出的高能入射電子與透射電鏡樣品5作用，透射電鏡通過收集到的透射電子獲取透射電鏡樣品5的圖像。透射電鏡圖像中同時包含金屬硅化物層3和氮化硅的介質層9的襯度，但是由于氮化硅9的襯度與金屬硅化物3差異很大，并且相對較亮，所以在透射電鏡圖像中主要顯示金屬硅化物3的襯度，從而能夠清晰的表征出金屬硅化物3的形貌尺寸。金屬鉬層的襯度和金屬硅化物層3的襯度很接近，如果不形成介質層9則無法看清楚金屬硅化物層3。實施例3請參閱圖4，本發(fā)明提供一種待制備為透射電鏡樣品5的結構，包括多晶硅11、金屬硅化物10及淺溝道隔離區(qū)2。其中所述關注區(qū)域為多晶硅11上的金屬硅化物10，其橫向方向上的尺寸小于200nm，金屬硅化物10縱向方向上的位置高于周圍結構淺溝道隔離區(qū) 2。采用上述待制備的結構用來制備透射電鏡樣品的方法，包括如下步驟(1)、在金屬硅化物10上淀積非晶態(tài)薄膜13，O)、截取透射電鏡樣品，所述透射電鏡樣品在其橫向方向上包含部分金屬硅化物 10，多晶硅11，以及非晶態(tài)薄膜13，且所述透射電鏡樣品在橫向方向上的尺寸小于lOOnm。由于非晶態(tài)薄膜13的襯度與金屬硅化物10差異很大，并且相對較亮，所以在透射電鏡圖像中主要顯示金屬硅化物10的襯度，從而能夠清晰地表征出金屬硅化物10的形貌尺寸。在本發(fā)明較佳實施例中，非晶態(tài)薄膜可選用氮化硅或者氧化硅。本發(fā)明方法簡單易行，可以減少甚至完全消除精細結構的透射電鏡樣品中的重影現(xiàn)象，從而得到更清晰準確的透射電鏡圖像。實施例4請參閱圖5，本發(fā)明提供一種待制備為透射電鏡樣品5的結構，包括有源區(qū)1以及覆蓋在有源區(qū)1上的第一非晶態(tài)薄膜12 ；其中所關注區(qū)域為第一非晶態(tài)薄膜12，且第一非晶態(tài)薄膜12在橫向方向上的尺寸小于lOOnm，且第一非晶態(tài)薄膜12在縱向方向的位置高于有源區(qū)1。采用上述待制備的結構用來制備透射電鏡樣品的方法，包括如下步驟(1)、在待制備的結構上淀積一層與第一非晶態(tài)薄膜12襯度差異較大的第二非晶態(tài)薄膜14 ；O)、截取透射電鏡樣品，所述透射電鏡樣品在其橫向方向上包含部分有源區(qū)1、第一非晶態(tài)薄膜12以及第二非晶態(tài)薄膜14，且所述透射電鏡樣品在橫向方向上的尺寸小于 IOOnm0因為所述第二非晶態(tài)薄膜14與第一非晶態(tài)薄膜12在透射電鏡圖像中襯度相異較大，故在透射電鏡圖像中可以清晰顯示出第一非晶態(tài)薄膜14(即關注區(qū)域)的具體形貌尺寸。在本發(fā)明較佳實施例中，第一非晶態(tài)薄膜12采用二氧化硅，則與二氧化硅襯度相異較大的第二非晶態(tài)薄膜14可選用氮化硅。在上述實施例中，非晶態(tài)薄膜8、非晶態(tài)介質層9、非晶態(tài)薄膜13以及第二非晶態(tài)薄膜14與都起同樣的作用，就是為了在透射電鏡圖像中，使得關注區(qū)域的形貌尺寸更加清林疋。制備的透射電鏡樣品越薄，則在透射電鏡圖像中更容易觀察到關注區(qū)域的形態(tài)， 在本發(fā)明的較佳實施例中，透射電鏡樣品在橫向方向上的尺寸小于IOOnm時，透射電鏡圖像中觀察到關注區(qū)域樣品具體形貌尺寸更清楚。當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種透射電鏡樣品的制備方法，包括如下步驟 提供襯底，所述襯底上形成有關注區(qū)域； 在所述關注區(qū)域及所述襯底上形成介質層；在所述介質層上形成金屬層，其中，所述介質層的襯度與所述關注區(qū)的襯度差值大于預定值；截取透射電鏡樣品，所述透射電鏡樣品包括所述關注區(qū)域、所述介質層以及所述金屬層。
2.如權利要求1所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，所述介質層為非晶態(tài)薄膜。
3.如權利要求1所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，所述關注區(qū)域為晶體薄膜。
4.如權利要求3所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，所述關注區(qū)域的材料為金屬硅化物。
5.如權利要求1所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，所述金屬層為金屬鉬層或金屬鎢層。
6.如權利要求1所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，所述關注區(qū)域和所述介質層都為非晶態(tài)薄膜。
7.如權利要求6所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，所述關注區(qū)域的材料為二氧化硅。
8.如權利要求7所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，所述介質層為氮化硅層。
9.一種透射電鏡樣品，其特征在于，包括襯底，位于所述襯底上的關注區(qū)域，在所述襯底和所述關注區(qū)域上依次形成有介質層和金屬層，所述介質層的襯度與所述關注區(qū)的襯度差值大于預定值。
10.如權利要求9所述的透射電鏡樣品，其特征在于，所述介質層為非晶態(tài)薄膜。
11.如權利要求9所述的透射電鏡樣品，其特征在于，所述關注區(qū)域為晶體薄膜。
12.如權利要求11所述的透射電鏡樣品，其特征在于，所述關注區(qū)域的材料為金屬硅化物。
13.如權利要求9所述的透射電鏡樣品，其特征在于，所述金屬層為金屬鉬層或金屬鎢層。
14.如權利要求9所述的透射電鏡樣品，其特征在于，所述關注區(qū)域和所述介質層都為非晶態(tài)薄膜。
15.如權利要求14所述的透射電鏡樣品，其特征在于，所述關注區(qū)域的材料為二氧化娃。
16.如權利要求15所述的透射電鏡樣品，其特征在于，所述介質層為氮化硅層。
全文摘要
本發(fā)明的透射電鏡樣品，包括襯底，位于所述襯底上的關注區(qū)域，在所述襯底和所述關注區(qū)域上依次形成有介質層和金屬層，所述介質層的襯度與所述關注區(qū)的襯度差值大于預定值。透射電鏡樣品的制備方法，包括提供襯底，所述襯底上形成有關注區(qū)域；在所述關注區(qū)域及所述襯底上形成介質層；在所述介質層上形成金屬層，其中，所述介質層的襯度與所述關注區(qū)的襯度差值大于預定值；截取透射電鏡樣品，所述透射電鏡樣品包括所述關注區(qū)域、所述介質層以及所述金屬層。本發(fā)明透射電鏡樣品的制備方法簡單易行，透射電鏡樣品可以得到更清晰準確的透射電鏡圖像。
文檔編號G01N1/28GK102374942SQ20101026331
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月24日 優(yōu)先權日2010年8月24日
發(fā)明者龐凌華, 段淑卿, 陳玉華 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司