CN103868777A - 透射电镜样品的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透射电镜样品的制备方法，包括提供待制样器件，选定需分析的目标区域；制备至少一个截面使其靠近目标区域；在目标区域的对应位置沉积保护层；对沉积有保护层的两个表面进行离子束切割；沿两个表面中任一表面相垂直的方向进行离子束切割时，若发现目标区域沿切割方向的上方具有孔洞，则停止该方向的切割，沿另一个表面相垂直的方向进行离子束切割，露出目标区域；完成对待制样器件尺寸要求的切割，制得样品。本发明可以有效避免因孔洞对目标区域形貌产生curtain效应的影响，防止缺陷的产生，提高样品分析的可靠性。

Description

透射电镜样品的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体器件分析技术领域，尤其涉及一种透射电镜样品的制备方法。
背景技术
透射电子显微镜（Transmission electron microscope，缩写TEM，简称透射电镜）由于具有超高的分辨率和极强的分析功能，目前已经成为先进工艺半导体晶圆厂进行结构和材料分析的最主要的工具。
目前，主要的透射电镜制样设备是集成了FIB（Focused ion beam，聚焦离子束）和SEM（Scanning electron microscope，扫描电子显微镜）的双束离子束***（DB-FIB），在离子束进行切割的同时，还可以用电子束同步观察，以保证制样位置的准确。
在半导体晶圆生产完成后，由于结构或工艺等各种原因会在晶圆内部形成一些小的孔洞（比如多晶硅侧墙之间的孔洞）。透射电镜的离子束在切割具有孔洞的位置时，切割速度的差异会造成孔洞下面的材料比其它位置切得更快，形成“curtain（窗帘）”效应。当晶圆需要分析的观测目标位于孔洞下方时，透射电镜的观测质量会受到curtain效应的影响而降低，甚至无法观测。
图1中样品内分析目标位置11的上方具有孔洞12，当离子束从上往下对样品进行切割时，由于孔洞12的存在，会对其下方产生影响区域13，导致分析目标位置11受损，如图2的样品透射电镜照片。
可见，如何在制备透射电镜样品的过程中，避免晶圆内部孔洞对分析目标区域产生的影响，是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种透射电镜样品的制备方法，通过改变切割方向，来改善切割过程中孔洞对分析目标区域的影响。
本发明提供的透射电镜样品的制备方法包括以下步骤：
步骤S01，提供待制样器件，选定需分析的目标区域；
步骤S02，制备该待制样器件的至少一个截面使其靠近目标区域；
步骤S03，对靠近该目标区域的截面及与该截面相邻的器件表面，在目标区域的对应位置沉积保护层；
步骤S04，对沉积有保护层的两个表面进行离子束切割；
步骤S05，沿两个表面中任一表面相垂直的方向进行离子束切割时，若发现目标区域沿切割方向的上方具有孔洞，则停止该方向的切割，沿另一个表面相垂直的方向进行离子束切割，露出目标区域；
步骤S06，完成对待制样器件尺寸要求的切割，制得样品。
进一步地，步骤S03中在目标区域对应位置的器件表面沉积两条相垂直的保护层，步骤S04和S05中切割方向是从垂直于器件表面向器件内部的方向。
进一步地，步骤S05中，切割过程中一旦发现露出目标区域正上方的孔洞，则立即停止该方向的切割，以避免孔洞对目标区域的影响。
进一步地，步骤S05还包括，若切割过程中未发现目标区域正上方有孔洞，则继续执行该切割动作。
进一步地，步骤S02中制备截面使其与目标区域的距离为1-10微米。
进一步地，步骤S02中制备截面的工艺包括裂片、切割或研磨。
进一步地，步骤S03至S06是通过FIB设备完成。
本发明提出了一种透射电镜样品的制备方法，通过在切割过程中发现目标区域沿切割方向的上方具有孔洞，立即停止该方向的切割，执行另一方向的切割，可以有效避免因孔洞对目标区域形貌产生curtain效应的影响，防止缺陷的产生，提高样品分析的可靠性。
附图说明
为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：
图1是现有技术制得透射电镜样品的剖面示意图；
图2是现有技术制得透射电镜样品的TEM照片；
图3是本发明制备透射电镜样品的流程示意图；
图4a-4f是本发明制备方法流程各步骤所对应的器件结构示意图；
图5是本发明方法制得透射电镜样品与现有技术的TEM照片对比图。
具体实施方式
第一实施例
请同时参阅图3、图4a-4f，本实施例中，透射电镜样品的制备方法包括以下步骤：
步骤S01，提供待制样器件，选定需分析的目标区域；
步骤S02，制备该待制样器件的一个截面使其靠近目标区域，如图4a所示；
步骤S03，对靠近该目标区域的截面及与该截面相邻的器件表面，在目标区域的对应位置沉积保护层；其中，该步骤包括步骤S031，将器件水平放入FIB设备中，在目标区域位置的器件上表面沉积一条宽度为120nm的保护层，如图4b所示；步骤S032，将器件垂直放入FIB设备中，在目标区域位置的器件上表面沉积一条宽度为120nm的保护层，形成互相垂直的L型保护层，如图4c所示；
步骤S04，对沉积有保护层的两个表面进行离子束切割，切割方向是从垂直于器件表面向器件内部的方向，如图4d所示的两个箭头方向；
步骤S05，逐渐切割减薄保护层两侧的器件，当切割到保护层所覆盖的区域，沿图4e中A箭头方向进行离子束切割时，发现目标区域沿切割方向的正上方具有孔洞（发现刚露出孔洞），则立即停止该方向的切割，转而沿B箭头方向进行离子束切割，直到露出待分析的目标区域；
步骤S06，完成对待制样器件尺寸要求的切割，制得样品尺寸为厚度100nm，高度10μm，宽度5μm。对该样品旋转90°后，拍摄常规观测方向的透射电镜照片，如图4f所示。
从图4e和4f可以看出，由于离子束切割方向的改变，孔洞产生的curtain效应影响区域有效避开了目标区域。
本实施例中，若切割过程中未发现目标区域正上方有孔洞，则继续执行该方向的切割动作；步骤S02中制备截面使其与目标区域的距离为8微米，以便于后续离子束切割，该工艺包括裂片、切割或研磨等常规手段；步骤S03至S06均是通过FIB设备完成。
请继续参阅图5，图中a所示本发明方法制得样品拍摄的TEM照片，b是现有技术制得样品拍摄的TEM照片，可见，本发明方法制得样品的目标区域未受孔洞影响，未在目标区域产生curtain效应，可以提供很好的参考价值，提高了产品分析的可靠性。

Claims (7)

1.一种透射电镜样品的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤S01，提供待制样器件，选定需分析的目标区域；
步骤S02，制备该待制样器件的至少一个截面使其靠近目标区域；
步骤S03，对靠近该目标区域的截面及与该截面相邻的器件表面，在目标区域的对应位置沉积保护层；
步骤S04，对沉积有保护层的两个表面进行离子束切割；
步骤S05，沿两个表面中任一表面相垂直的方向进行离子束切割时，若发现目标区域沿切割方向的上方具有孔洞，则停止该方向的切割，沿另一个表面相垂直的方向进行离子束切割，露出目标区域；
步骤S06，完成对待制样器件尺寸要求的切割，制得样品。
2.根据权利要求1所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于：步骤S03中在目标区域对应位置的器件表面沉积两条相垂直的保护层，步骤S04和S05中切割方向是从垂直于器件表面向器件内部的方向。
3.根据权利要求2所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于：步骤S05中，切割过程中一旦发现露出目标区域正上方的孔洞，则立即停止该方向的切割，以避免孔洞对目标区域的影响。
4.根据权利要求3所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于：步骤S05还包括，若切割过程中未发现目标区域正上方有孔洞，则继续执行该切割动作。
5.根据权利要求1至4任一项所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于：步骤S02中制备截面使其与目标区域的距离为1-10微米。
6.根据权利要求5所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于：步骤S02中制备截面的工艺包括裂片、切割或研磨。
7.根据权利要求1至4任一项所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于：步骤S03至S06是通过FIB设备完成。
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