Tem樣品的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種TEM樣品制備方法，通過預(yù)先將保護(hù)層覆蓋的晶片區(qū)域劃分成相間隔的多個(gè)子區(qū)域，對每個(gè)子區(qū)域進(jìn)行樣品兩側(cè)壁的細(xì)拋減薄，可以在一次TEM樣品制備流程中制備出多個(gè)TEM樣品，極大地節(jié)省了靜態(tài)存儲(chǔ)器等半導(dǎo)體器件的NMOS、PMOS的TEM樣品的制備時(shí)間。
【專利說明】TEM樣品的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種TEM樣品的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，透射電子顯微鏡(TEM)是電子顯微學(xué)的重要工具，TEM通常用于檢測組成半導(dǎo)體器件的薄膜的形貌、尺寸和特征等。將TEM樣品放入TEM觀測室后，TEM的主要工作原理為:高能電子束穿透TEM樣品時(shí)發(fā)生散射、吸收、干涉及衍射等現(xiàn)象，使得在成像平面形成襯度，從而形成TEM樣品的圖像，后續(xù)再對所述TEM樣品的圖像進(jìn)行觀察、測量以及分析。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，聚焦尚子束(FIB)機(jī)臺(tái)可以在整片晶片(wafer)的局部區(qū)域完成TEM樣品的制備，其過程是將wafer作為樣品水平放置在FIB機(jī)臺(tái)的樣品臺(tái)上，從FIB機(jī)臺(tái)的液態(tài)金屬離子源(一般為鎵Ga)中抽取的離子束經(jīng)過加速、質(zhì)量分析、整形等處理之后形成具有一定束流和離子束斑直徑的聚焦離子束(Ibeam)，聚焦在樣品表面轟擊wafer的局部區(qū)域，從而對wafer進(jìn)行切割和微細(xì)加工，以制備TEM樣品。
[0004]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中，在FIB機(jī)臺(tái)上制備TEM樣品的方法，用于同時(shí)制備邏輯IC電路的NMOS和PMOS的TEM樣品，包括:
[0005]步驟S101，提供一晶片，在晶片上表面形成保護(hù)層；
[0006]在現(xiàn)有技術(shù)中，TEM樣品的形成主要是利用聚焦離子束(FIB)的切割作用，為了防止后續(xù)的FIB對TEM樣品的上表面造成損傷，參考圖2A，需要通過I beam (聚焦離子束)和E beam (聚焦電子束)預(yù)先在提供的晶片10的上表面鍍一層金屬鉬(Pt)作為保護(hù)層11，且保護(hù)層11位于預(yù)設(shè)的TEM樣品的上方，沉積的保護(hù)層11的分布區(qū)域通常為1*5μπι。
[0007]步驟S102，在所述保護(hù)層兩側(cè)形成兩個(gè)洞；
[0008]參考圖2Β，采用FIB晶片10進(jìn)行初步切割，在FIB的切割過程中，高壓加速的離子束對晶片10和保護(hù)層11進(jìn)行轟擊，在保護(hù)層11兩側(cè)形成兩個(gè)洞(或凹槽)12、13，大小為5*15 μ m，兩個(gè)洞12、13之間的部分為包含保護(hù)層11的樣品。
[0009]步驟S103，在兩個(gè)洞的底部分別形成U型開口；
[0010]參考圖2C，首先定義遠(yuǎn)離洞底部的樣品面為樣品表面、在靠近洞底部的樣品上先切出一條與樣品表面平行的橫向開口，該橫向開口的長度與凹槽長度相當(dāng)，隔開了保護(hù)層11與晶片10 ;再分別以橫向開口的兩端作為起點(diǎn)切出兩條垂直于橫向開口方向的縱向開口。其中，縱向開口的長度要求低于樣品的高度，使得切出縱向開口之后，樣品仍然連接在晶片10上未脫離。如圖2c所示，橫向開口和兩條縱向開口組合形成U型開口 14。
[0011]步驟S104，從保護(hù)層兩側(cè)細(xì)拋每個(gè)洞中靠近樣品的側(cè)壁；
[0012]請參考圖2D，用I beam分別細(xì)切每個(gè)洞12、13中靠近樣品的側(cè)壁，用E beam觀察樣品圖像，即從樣品兩側(cè)削薄樣品厚度，直到包含保護(hù)層11的樣品的厚度達(dá)到0.1微米以下，以滿足作為TEM樣品的厚度要求。
[0013]步驟S105，切斷樣品與晶片的連接部分，取出樣品即為TEM樣品。
[0014]現(xiàn)有的邏輯集成電路中，NMOS和PMOS的TEM樣品是分析靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)等半導(dǎo)體器件性能的關(guān)鍵所在，但是按照上述現(xiàn)有的TEM樣品制備方法，只能分別制備NMOS和PMOS的TEM樣品，非常耗時(shí)耗力，影響測試進(jìn)程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于提供一種TEM樣品的制備方法，可以同時(shí)制備兩個(gè)TEM樣品，節(jié)約時(shí)間成本。
[0016]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種TEM樣品的制備方法，包括以下步驟:
[0017]提供一晶片，在所述晶片上表面形成保護(hù)層；
[0018]在所述保護(hù)層兩側(cè)形成兩個(gè)洞；
[0019]在所述兩個(gè)洞的底部分別形成開口 ；
[0020]將所述保護(hù)層覆蓋的區(qū)域劃分為多個(gè)相互間隔的子區(qū)域，在所述兩個(gè)洞中分別對每個(gè)子區(qū)域的晶片側(cè)壁細(xì)拋；
[0021]切斷每個(gè)子區(qū)域與所述晶片的連接部分，形成多個(gè)TEM樣品。
[0022]進(jìn)一步的，所述保護(hù)層的材質(zhì)為鉬和/或鎢。
[0023]進(jìn)一步的，所述保護(hù)層的形狀為長條狀。
[0024]進(jìn)一步的， 所述晶片上表面形成的保護(hù)層的長度為5~15μπι。
[0025]進(jìn)一步的，所述晶片上表面形成的保護(hù)層的寬度為0.5^5 μ m0
[0026]進(jìn)一步的，所述洞的長度至少大于所述晶片上表面形成的保護(hù)層的長度。
[0027]進(jìn)一步的，所述洞的寬度3~ΙΟμπι。
[0028]進(jìn)一步的,所述TEM樣品的厚度小于0.1 μ mo
[0029]進(jìn)一步的，相鄰兩個(gè)子區(qū)域的間隔為0.5~2μπι。
[0030]進(jìn)一步的，細(xì)拋后的相鄰兩個(gè)字區(qū)域的同側(cè)側(cè)壁不在同一條直線上。
[0031]進(jìn)一步的，細(xì)拋后的相鄰兩個(gè)字區(qū)域的同側(cè)側(cè)壁在同一條直線上。
[0032]進(jìn)一步的，所述開口為U型開口。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的TEM樣品制備方法，通過預(yù)先將保護(hù)層覆蓋的晶片區(qū)域劃分成相間隔的多個(gè)子區(qū)域，對每個(gè)子區(qū)域進(jìn)行樣品兩側(cè)壁的細(xì)拋減薄，可以在一次TEM樣品制備流程中制備出多個(gè)TEM樣品，極大地節(jié)省了靜態(tài)存儲(chǔ)器等半導(dǎo)體器件的NM0S、PMOS的TEM樣品的制備時(shí)間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中TEM樣品的制備方法流程圖；
[0035]圖2Α至2D是現(xiàn)有技術(shù)中TEM樣品的制備過程中的器件結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0036]圖3是本發(fā)明的TEM樣品的制備方法流程圖；
[0037]圖4Α至4Ε是本發(fā)明具體實(shí)施例的TEM樣品的制備過程中的器件結(jié)構(gòu)俯視圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0038]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的TEM樣品的制備方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0039]請參考圖3，本發(fā)明提供一種TEM樣品的制備方法，包括以下步驟:[0040]S301，提供一晶片，在所述晶片上表面形成保護(hù)層；
[0041]S302，在所述保護(hù)層兩側(cè)形成兩個(gè)洞；
[0042]S303，在所述兩個(gè)洞的底部分別形成U型開口；
[0043]S304，將所述保護(hù)層覆蓋的區(qū)域劃分為多個(gè)相互間隔的子區(qū)域，在所述兩個(gè)洞中分別對每個(gè)子區(qū)域的晶片側(cè)壁細(xì)拋；
[0044]S305,切斷每個(gè)子區(qū)域與所述晶片的連接部分，形成多個(gè)TEM樣品。
[0045]請參考圖4A，在步驟S301中，將晶片40水平放置于FIB機(jī)臺(tái)的樣品臺(tái)上，通過Ibeam (聚焦離子束)和E beam (聚焦電子束)預(yù)先在提供的晶片40的上表面形成保護(hù)層41，所述保護(hù)層41的材質(zhì)例如是金屬鉬(Pt)和/或鎢(W)，且保護(hù)層41位于預(yù)設(shè)的TEM樣品的上方，所述保護(hù)層41例如是長條狀，所述保護(hù)層41的長度為5?15 μ m,例如是5.5 μ m、6ym、6.6ym、7ym、7.5ym、8ym、8.5ym、8.8ym、9ym、9.5ym、10ym、10.5ym、10.8ym、llym、11.5ym、12ym、12.5ym、12.8ym、13ym、13.5ym、13.6ym、14ym、14.4ym、14.5 μ m,寬度為 0.5?5 μ m,例如是 0.6 μ m、0.9 μ m、1.5 μ m、1.8 μ m、2 μ m、2.5 μ m、3 μ m、3.5 μ m、3.6 μ m、4 μ m、4.5 μ m、4.8 μ m。本實(shí)施例中，保護(hù)層41的分布區(qū)域?yàn)?*5 μ m。
[0046]參考圖4B，本實(shí)施例中，在步驟S302中，采用FIB晶片40進(jìn)行初步切割，在FIB的切割過程中，在和保護(hù)層41覆蓋的目標(biāo)TEM樣品結(jié)構(gòu)(即保護(hù)層41下方的目標(biāo)厚度的晶片，未圖示)相距2微米左右的上下對稱區(qū)域各用束流范圍是6000?8000皮安(pA)的Ibeam轟擊形成一個(gè)長度至少大于目標(biāo)TEM樣品結(jié)構(gòu)長度，寬度3?10 μ m,例如是3.6 μ m、4 μ m、4.5 μ m、5 μ m、5.5 μ m、6 μ m、6.5 μ m、7 μ m、7.5 μ m、8 μ m、8.5 μ m、9 μ m、9.5 μ m。
為至少露出整個(gè)目標(biāo)TEM樣品結(jié)構(gòu)的洞(或凹槽)42、43。兩個(gè)洞(或凹槽)42、43之間的部分為包含整個(gè)目標(biāo)TEM樣品結(jié)構(gòu)的樣品。其中，整個(gè)目標(biāo)TEM樣品結(jié)構(gòu)的位置在樣品制備前已經(jīng)確定，洞42 (43)截面邊緣上兩點(diǎn)間的最大距離是洞42 (43)的長度，洞42 (43)截面邊緣上兩點(diǎn)間的最小距離是洞42 (43)的寬度，若洞的截面為橢圓，則洞的長度為長軸長，，寬度為短軸長；然后，用束流范圍是2000?4000pA的I beam分別對稱地粗切洞42靠近樣品的側(cè)壁部分，使樣品厚度減小到I微米左右。本實(shí)施例中，經(jīng)先后兩次高壓加速的離子束(1-Beam)對晶片40和保護(hù)層41進(jìn)行轟擊后，在保護(hù)層41兩側(cè)形成兩個(gè)洞(或凹槽)大小為5*15 μ m，兩個(gè)洞42、43之間的部分為包含目標(biāo)TEM樣品結(jié)構(gòu)的樣品。
[0047]參考圖4C，在步驟S303中，首先定義遠(yuǎn)離洞底部的樣品面為樣品表面、在靠近洞底部的樣品上先切出一條與樣品表面平行的橫向開口，該橫向開口的長度與洞(或凹槽)42,43長度相當(dāng)，隔開了目標(biāo)TEM樣品結(jié)構(gòu)與晶片40 ;再分別以橫向開口的兩端作為起點(diǎn)，切出兩條垂直于橫向開口方向的縱向開口。其中，縱向開口的長度要求低于樣品的高度，使得切出縱向開口之后，樣品仍然連接在晶片40上未脫離，橫向開口和兩條縱向開口組合形成U型開口 44。
[0048]在步驟S304中，預(yù)先將整個(gè)保護(hù)層下方的晶片劃分為多個(gè)相互間隔的子區(qū)域，接著從兩個(gè)洞中分別對每個(gè)子區(qū)域的樣品進(jìn)行兩個(gè)側(cè)壁進(jìn)行細(xì)拋減薄，直至每個(gè)子區(qū)域的樣品厚度達(dá)到0.1 μ m以下。
[0049]請參考圖4D，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，從整個(gè)保護(hù)層41覆蓋的區(qū)域中劃分出兩個(gè)相互間隔的子區(qū)域，先將束流調(diào)整為300?IOOpA范圍，用I beam細(xì)拋洞(或凹槽)43中一個(gè)子區(qū)域靠近樣品的側(cè)壁，直到在E beam的觀察圖像中出現(xiàn)該子區(qū)域的目標(biāo)TEM樣品結(jié)構(gòu)，繼續(xù)用束流為300?IOOpA的I beam細(xì)拋洞(或凹槽)42中另一個(gè)子區(qū)域靠近樣品的側(cè)壁，直到在E beam的觀察圖像中出現(xiàn)該子區(qū)域的目標(biāo)TEM樣品結(jié)構(gòu)；然后，用束流為300?IOOpA的I beam分別細(xì)拋兩個(gè)子區(qū)域靠近樣品的另一側(cè)壁，直到處理的子區(qū)域的樣品厚度達(dá)到0.1 μ m以下，這樣就獲得了兩個(gè)子區(qū)域的目標(biāo)TEM樣品結(jié)構(gòu)41a、41b，本實(shí)施例中，兩個(gè)子區(qū)域的同側(cè)側(cè)壁不在同一條直線上,且兩個(gè)子區(qū)域的間隔41c的寬度W為0.5?2 μ m，例如是 0.6 μ m、0.7 μ m、0.75 μ m、0.8 μ m、0.9 μ m、I μ m、1.2 μ m、1.4 μ m、1.5 μ m、1.6 μ m、L 7 μ m、1.8 μ m0
[0050]參考圖4E，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，從整個(gè)保護(hù)層覆蓋的區(qū)域中劃分出三個(gè)相互間隔的子區(qū)域，先將束流調(diào)整為300?IOOpA范圍，用I beam分別細(xì)拋洞(或凹槽)43中每個(gè)子區(qū)域靠近樣品的側(cè)壁，直到分別在E beam的觀察圖像中出現(xiàn)相應(yīng)子區(qū)域的目標(biāo)TEM樣品結(jié)構(gòu)，繼續(xù)用束流為300?IOOpA的Ibeam分別細(xì)拋洞(或凹槽)42中每個(gè)子區(qū)域靠近樣品的側(cè)壁，直到每個(gè)子區(qū)域的樣品厚度達(dá)到0.1ym以下，這樣就獲得了三個(gè)子區(qū)域的目標(biāo)TEM樣品結(jié)構(gòu)41a、41b、41e，本實(shí)施例中，三個(gè)子區(qū)域的同側(cè)側(cè)壁在同一條直線上，目標(biāo)TEM樣品結(jié)構(gòu)41a和41b之間的間隔41c、目標(biāo)TEM樣品結(jié)構(gòu)41b和41d之間的間隔41e的寬度可以分別為0.5?2 μ m。
[0051]在步驟S305中，分別切斷每個(gè)子區(qū)域的樣品(即目標(biāo)TEM樣品)與晶片的連接部分，取出樣品為TEM樣品。
[0052]綜上所述，本發(fā)明的TEM樣品制備方法，通過預(yù)先將保護(hù)層覆蓋的晶片區(qū)域劃分成相間隔的多個(gè)子區(qū)域，對每個(gè)子區(qū)域進(jìn)行樣品兩側(cè)壁的細(xì)拋減薄，可以在一次TEM樣品制備流程中制備出多個(gè)TEM樣品，極大地節(jié)省了靜態(tài)存儲(chǔ)器等半導(dǎo)體器件的NMOS、PMOS的TEM樣品的制備時(shí)間。
[0053]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種TEM樣品的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供一晶片，在所述晶片上表面形成保護(hù)層； 在所述保護(hù)層兩側(cè)形成兩個(gè)洞； 在所述兩個(gè)洞的底部分別形成開口； 將所述保護(hù)層覆蓋的區(qū)域劃分為多個(gè)相互間隔的子區(qū)域，在所述兩個(gè)洞中分別對每個(gè)子區(qū)域的晶片側(cè)壁細(xì)拋； 切斷每個(gè)子區(qū)域與所述晶片的連接部分，形成多個(gè)TEM樣品。
2.如權(quán)利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述保護(hù)層的材質(zhì)為鉬和/或鶴。
3.如權(quán)利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述保護(hù)層的形狀為長條狀。
4.如權(quán)利要求3所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述保護(hù)層的長度為5?15 μ m0
5.如權(quán)利要求3所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述保護(hù)層的寬度為0.5?5 μ m0
6.如權(quán)利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述洞的長度至少大于所述保護(hù)層的長度。
7.如權(quán)利要求1或6所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述洞的寬度3?10μ m。
8.如權(quán)利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，相鄰兩個(gè)子區(qū)域的間隔為0.5?2 μ m。
9.如權(quán)利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述TEM樣品的厚度小于0.1 μ m。
10.如權(quán)利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，細(xì)拋后的相鄰兩個(gè)字區(qū)域的同側(cè)側(cè)壁不在同一條直線上。
11.如權(quán)利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，細(xì)拋后的相鄰兩個(gè)字區(qū)域的同側(cè)側(cè)壁在同一條直線上。
12.如權(quán)利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述開口為U型開口。
【文檔編號(hào)】G01N23/22GK103792114SQ201210435237
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月2日
【發(fā)明者】段淑卿, 陳柳, 齊瑞娟, 李明 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司