CN104198241B - 一种制备tem样品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种制备TEM样品的方法，通过在获取失效芯片的失效点位置以及非失效芯片的失效分析参考点的位置后，将失效芯片沿垂直于选定侧面的方向抛光至失效点的附近，并将非失效芯片沿垂直于该选定侧面的方向抛光至失效分析参考点的附近，之后将失效芯片的正面和非失效芯片的正面粘合在一起形成一待测结构，并将待测结构的抛光面朝上放入FIB机台进行TEM样品的制备工艺，从而可以快速的制备出TEM样品，且可以在拍摄高分辨率图片时找到最合适的厚度，确保高分辨率图片的质量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种制备TEM样品的方法。
背景技术
目前，透射电子显微镜(TEM)是电子显微学的重要工具，TEM可以用于检测组成半导体器件的薄膜的形貌、尺寸和特征等。将TEM样品放入TEM观测室后，TEM的主要工作原理为：高能电子束穿透TEM样品时发生散射、吸收、干涉及衍射等现象，使得在成像平面形成衬度，从而形成TEM样品的图像，后续再对该TEM样品的图像进行观察、测量以及分析。
现有技术中，聚焦离子束(FIB)机台可以在整片晶片的局部区域完成TEM样品的制备，在使用FIB制备TEM样品的过程中，如图1和图2所示，其中，1表示待制备样品区域，通常都是在芯片的待制备样品区域上方镀上保护层2，然后在保护层2两侧垂直粗挖大坑，形成标识坑3，之后再沿着保护层2两面逐步减薄，直到样品达到一定的薄度。对于一般的只需要拍照单层失效结构的透射电镜(TEM)样品，全部制备流程只需40分钟就可以做出一个完美的样品，可以拍到较完美的TEM图片。但是对于有需要拍照多层结构且厚度达到3微米以上结构的超大高度样品制备，就需要从芯片表面粗挖较大深度的大坑形成标识坑，后面的减薄也不能少于2μm，由于切挖深度比制备一般的TEM样品多了一倍，整个过程就会非常吃力且耗时。而且制备出的样品往往由于离子束的均匀性不足而不够完美，这是本领域技术人员所不愿见到的。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明公开一种制备TEM样品的方法。
一种制备TEM样品的方法，其中，包括如下步骤：
提供一半导体器件结构的失效芯片和非失效芯片，所述失效芯片中设置有失效器件结构，且所述失效芯片和所述非失效芯片均具有一正面及相对该正面的若干侧面；
沿垂直于所述正面的方向对所述失效芯片进行减薄，并停止在距离所述失效器件结构为第一距离的位置处，以获取所述失效器件结构上的失效点在所述失效芯片上的位置；
根据所述失效点的位置设定所述非失效芯片上一失效分析参考点，继续沿垂直于所述正面的方向对所述非失效芯片进行减薄，并停止在距离所述失效分析参考点所在的器件结构为所述第一距离的位置处；
根据所述失效点在所述失效芯片上的位置选定一侧面，并沿垂直于该选定侧面的方向对所述失效芯片进行抛光，并停止在距离所述失效点的位置为第二距离的位置处，以形成待测单元；
沿与所述失效芯片抛光方向相同的方向对所述非失效芯片进行抛光，以形成与所述待测单元具有相同图形结构的参考单元；
将所述待测单元的减薄面粘合至所述参考单元的减薄面上，以形成一待测结构，并将所述待测结构的抛光面朝上放入FIB机台，以进行TEM样品的制备工艺；
其中，所述待测结构中所述失效点与所述失效分析参考点以所述失效芯片与所述非失效芯片的粘合面为参考呈镜面对称分布。
上述的制备TEM样品的方法，其中，所述第一距离为50-150nm。
上述的制备TEM样品的方法，其中，所述第二距离为1-2μm。
上述的制备TEM样品的方法，其中，采用研磨机沿垂直于该选定侧面的方向对所述失效芯片进行抛光，并沿与所述失效芯片抛光方向相同的方向对所述非失效芯片进行抛光。
上述的制备TEM样品的方法，其中，所述失效芯片和所述非失效芯片的厚度均大于3μm。
上述的制备TEM样品的方法，其中，采用粘胶将所述待测单元的减薄面粘合至所述参考单元的减薄面上。
上述的制备TEM样品的方法，其中，所述TEM样品的制备工艺包括：
在位于所述失效点和所述失效分析参考点上方的抛光面上形成保护层；
于所述保护层的两侧形成标识坑；
继续沿所述保护层两侧逐渐减薄所述待测结构至预定厚度，形成所述TEM样品。
上述的制备TEM样品的方法，其中，所述预定厚度为50-100nm。
上述的制备TEM样品的方法，其中，所述标识坑的深度为1-2μm。
上述的制备TEM样品的方法，其中，所述保护层的材质为铂金。
上述发明具有如下优点或者有益效果：
本发明公开的制备TEM样品的方法，可应用于需要拍照多层结构且厚度达到3μm以上的结构，通过于获取失效芯片的失效点位置以及非失效芯片的失效分析参考点的位置后，将失效芯片沿垂直于选定侧面的方向抛光至失效点的附近(约1.5μm)，并将非失效芯片沿垂直于该选定侧面的方向抛光至失效分析参考点的附近(约1.5μm)，之后将失效芯片的正面和非失效芯片的正面粘合在一起形成一待测结构，并将待测结构的抛光面朝上放入FIB机台进行TEM样品的制备工艺，由于旋转角度后失效点或所需要的结构的深度最多为2微米，从而可以快速的制备出TEM样品(时间等同于常规样品)。
此外，更重要的是，由于离子束的均匀性的不足会使制备出的TEM样品从上至下有一个从最薄到较厚的渐进，旋转角度后，恰好借助这点使每一层结构从薄到厚，从而可以在拍摄高分辨率图片时能够找到一个最适合的厚度，进而可以在节约机台，时间和人力成本之外，确保高分辨率图片的质量，且可以同时观察失效芯片的失效点和非失效芯片相应的失效分析参考点以进行对比，从而进一步保证了失效分析的准确性。
具体附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是失效芯片或非失效芯片的结构示意图；
图2是采用传统技术制备TEM样品的结构示意图；
图3是将失效芯片或非失效芯片沿垂直于选定侧面的方向进行抛光的示意图；
图4是于待测结构上保护层的两侧形成标识坑的结构示意图；
图5是本发明实施例中制备出的TEM样品的结构示意图；
图6是本发明实施例中制备TEM样品的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
对于需要拍照多层结构且厚度达到3μm以上的待测结构，从待测结构正面下刀粗挖大坑，形成标识坑，并继续进行减薄，由于待测结构厚度达到3μm以上会导致非常耗时，因此本发明提供了一种制备TEM样品的方法，着重从侧面快速研磨至接近失效点后下刀开切样品，由于失效点或所需要的结构被旋转角度后深度最多切挖2μm，所以使用该发明制备样品的时间会等同于常规的制备时间，从而大大节约了机台，时间和人力成本，此外，采用本发明的方法，还可以同时观察失效芯片的失效点和非失效芯片相应的失效分析参考点以进行对比，从而进一步保证了失效分析的准确性。
如图6所示，本实施例提供了一种制备TEM样品的方法，具体包括如下步骤：
步骤一，提供一半导体器件结构的失效芯片和非失效芯片，即该失效芯片和非失效芯片具有相同的结构和尺寸形貌，其区别仅在于，该失效芯片中设置有失效器件结构，即该失效芯片中存在失效点，而非失效芯片为不存在失效点的良好芯片，且失效芯片和非失效芯片均具有一正面及相对该正面的若干侧面。在本发明的实施例中，该失效芯片和非失效芯片的厚度均大于3μm，由于失效点可位于失效芯片上半导体器件结构中的任一结构上，因此并未于图中标示，因此失效芯片和非失效芯片的结构均可为图1所示的结构。
步骤二，沿垂直于正面的方向对失效芯片进行减薄，并停止在距离失效器件结构为第一距离的位置处，以获取失效器件结构上的失效点在失效芯片上的位置；优选的，该第一距离可以根据后续观测需求设定，即以可以观测到失效点为准，例如，若失效点位于栅氧化层上，即栅氧化层为失效的器件结构，则将该失效芯片从正面研磨至(或沿垂直于正面的方向减薄至)栅氧化层的上层结构(对于栅氧化层来说，其上层结构为栅极)停止，则该第一距离为栅极的厚度，在本发明的实施例中，该第一距离为50-150nm(例如50nm、70nm、100nm或150nm等)。
步骤三，根据失效点的位置设定非失效芯片上一失效分析参考点，继续沿垂直于该正面的方向对非失效芯片进行减薄，并停止在距离失效分析参考点所在的器件结构为第一距离的位置处。在步骤二中若失效点位于栅氧化层上，则该失效分析参考点位于非失效芯片上相同位置的栅氧化层上，则将该非失效芯片从正面研磨至(或沿垂直于正面的方向减薄至)栅氧化层的上层结构(对于栅氧化层来说，其上层结构为栅极)停止，则该第一距离为栅极的厚度。
步骤四，根据失效点在失效芯片上的位置选定一侧面，并沿垂直于该选定侧面的方向对失效芯片进行抛光，并停止在距离失效点的位置为第二距离的位置处，以形成待测单元；在本发明的实施例中，若失效点位于栅氧化层上，则根据失效点位于栅氧化层的具***置选择从哪一侧抛光该失效芯片，以易于后续制备TEM样品，在本发明的实施例中，该第二距离为1-2μm(例如1μm、1.2μm、1.5μm或2μm等)，即将失效点芯片沿垂直于该选定侧面的方向抛光至失效点的附近(大约距离失效点1.5μm)，将失效芯片沿垂直于选定侧面的方向进行抛光的结构如图3所示。
步骤五，继续沿与失效芯片抛光方向相同的方向对非失效芯片进行抛光，以形成与待测单元具有相同图形结构的参考单元；即沿垂直于与失效芯片中选定侧面相应侧面的方向对该非失效芯片进行抛光，并停止在失效分析参考点的附近(大约距离失效分析参考点1.5μm)，以形成参考单元；具体的，将非失效芯片沿与失效芯片抛光方向相同的方向进行抛光的结构也可以参照图3所示。
进一步的，采用研磨机将失效芯片沿垂直于该选定侧面的方向抛光至距离失效点的位置为1-2μm处，并将非失效芯片从沿与失效芯片抛光方向相同的方向抛光至距离失效分析参考点的位置为1-2μm处。
步骤六，将待测单元的减薄面(即该待测单元的正面)粘合至参考单元的减薄面(即该参考单元的正面)上，以形成一待测结构，并将待测结构的抛光面朝上放入FIB机台，以进行TEM样品的制备工艺，具体的，即将经过步骤四抛光后的失效芯片的正面(即步骤二中失效芯片被减薄的正面)和经过步骤五抛光后的非失效芯片的正面(即步骤三中非失效芯片被减薄的正面)粘合在一起形成一待测结构，且待测结构中失效点与失效分析参考点以失效芯片与非失效芯片的粘合面为参考呈镜面对称分布，形成如图4所示的结构，并将待测结构的抛光面朝上(即步骤四中被抛光的失效芯片的选定侧面和步骤五中非失效芯片的选定侧面朝上)放入FIB机台，进行TEM样品的制备工艺。
具体的，参照如图4所示，采用粘胶4将待测单元200的减薄面粘合至参考单元100的减薄面上，并于将待测结构的抛光面朝上放入FIB机台后，在位于失效点和失效分析参考点上方的抛光面上形成保护层2，优选的，通过I beam(聚焦离子束)和E beam(聚焦电子束)在该抛光面的上表面镀一层金属作为保护层2；之后于保护层2的两侧形成标识坑3；继续沿保护层两侧逐渐减薄该待测结构至预定厚度，形成TEM样品，形成的TEM样品的结构如图5所示。
优选的，上述预定厚度为50-100nm(例如50nm、60nm、80nm或100nm等)。
优选的，上述标识坑的深度为1-2μm。
优选的，上述保护层的材质为铂金。
综上，本发明公开的制备TEM样品的方法，可应用于需要拍照多层结构且厚度达到3μm以上的结构，通过于获取失效芯片的失效点位置以及非失效芯片的失效分析参考点的位置后，将失效芯片沿垂直于选定侧面的方向抛光至失效点的附近(约1.5μm)，并将非失效芯片沿垂直于该选定侧面的方向抛光至失效分析参考点的附近(约1.5μm)，之后将失效芯片的正面和非失效芯片的正面粘合在一起形成一待测结构，并将待测结构的抛光面朝上放入FIB机台进行TEM样品的制备工艺，由于旋转角度后失效点或所需要的结构的深度最多为2微米，从而可以快速的制备出TEM样品(时间等同于常规样品)。且由于可以在拍摄高分辨率图片时能够找到一个最适合的厚度，进而可以在节约机台，时间和人力成本之外，确保高分辨率图片的质量，此外，本发明可以同时观察失效芯片的失效点和非失效芯片相应的失效分析参考点以进行相应对比，从而进一步保证了失效分析的准确性。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种制备TEM样品的方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一半导体器件结构的失效芯片和非失效芯片，所述失效芯片中设置有失效器件结构，且所述失效芯片和所述非失效芯片均具有一正面及相对该正面的若干侧面；
沿垂直于所述正面的方向对所述失效芯片进行减薄，并停止在距离所述失效器件结构为第一距离的位置处，以获取所述失效器件结构上的失效点在所述失效芯片上的位置，其中所述第一距离为50-150nm；
根据所述失效点的位置设定所述非失效芯片上一失效分析参考点，继续沿垂直于所述正面的方向对所述非失效芯片进行减薄，并停止在距离所述失效分析参考点所在的器件结构为所述第一距离的位置处；
根据所述失效点在所述失效芯片上的位置选定一侧面，并沿垂直于该选定侧面的方向对所述失效芯片进行抛光，并停止在距离所述失效点的位置为第二距离的位置处，以形成待测单元，其中所述第二距离为1-2μm；
沿与所述失效芯片抛光方向相同的方向对所述非失效芯片进行抛光，以形成与所述待测单元具有相同图形结构的参考单元；
将所述待测单元的减薄面粘合至所述参考单元的减薄面上，以形成一待测结构，并将所述待测结构的抛光面朝上放入FIB机台，以进行TEM样品的制备工艺；
其中，所述待测结构中所述失效点与所述失效分析参考点以所述失效芯片与所述非失效芯片的粘合面为参考呈镜面对称分布。
2.如权利要求1所述的制备TEM样品的方法，其特征在于，采用研磨机沿垂直于该选定侧面的方向对所述失效芯片进行抛光，并沿与所述失效芯片抛光方向相同的方向对所述非失效芯片进行抛光。
3.如权利要求1所述的制备TEM样品的方法，其特征在于，所述失效芯片和所述非失效芯片的厚度均大于3μm。
4.如权利要求1所述的制备TEM样品的方法，其特征在于，采用粘胶将所述待测单元的减薄面粘合至所述参考单元的减薄面上。
5.如权利要求1所述的制备TEM样品的方法，其特征在于，所述TEM样品的制备工艺包括：
在位于所述失效点和所述失效分析参考点上方的抛光面上形成保护层；
于所述保护层的两侧形成标识坑；
继续沿所述保护层两侧逐渐减薄所述待测结构至预定厚度，形成所述TEM样品。
6.如权利要求5所述的制备TEM样品的方法，其特征在于，所述预定厚度为50-100nm。
7.如权利要求5所述的制备TEM样品的方法，其特征在于，所述标识坑的深度为1-2μm。
8.如权利要求5所述的制备TEM样品的方法，其特征在于，所述保护层的材质为铂金。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No. 18 Nanxin Fourth Road, Donghu Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee after: Wuhan Xinxin Integrated Circuit Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: No. 18 Nanxin Fourth Road, Donghu Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee before: Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co.,Ltd. Country or region before: China |