CN106596225A - 制备透射电镜样品的方法 - Google Patents

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高慧敏
张顺勇
汤光敏
卢勤
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Abstract

本发明提供了一种制备透射电镜样品的方法，包括：提供待观测芯片，所述待观测芯片包含一待观测区域；对所述待观测芯片的正面和/或背面进行减薄，得到初样；将一空心环固定在所述初样正面，所述待观测区域位于所述空心环内；通过干法刻蚀对所述初样进行减薄，得到透射电镜样品。在本发明提供的制备透射电镜样品的方法中，将一空心环固定在减薄处理后的初样上，通过空心环来确定待观测区域，再通过干法刻蚀所述减薄后的初样，从而制备成适合透射电镜观测的样品，形成超大面积的观测区域，满足相关案例需求，填补失效分析技术空白，提高工作效率。

Description

制备透射电镜样品的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及制备透射电镜样品的方法。
背景技术
随着半导体制造技术的发展，元器件的尺寸日益微缩，半导体芯片在研制、生产和使用过程中不可避免的会出现失效的情况。随着现在半导体芯片对质量和可靠性要求的不断提高，失效分析工作也显得越来越重要，通过芯片失效分析，可以帮助芯片设计人员找到设计上的缺陷、工艺参数的不匹配或设计与操作中的不当等问题。对于芯片中单一比特失效的分析案例，产品失效分析工程师往往需要将这个比特从芯片里切割出来制成样品并放到透射电镜(Transmission Electron Microscope，TEM)中去观察该样品是否结构异常。
在半导体芯片的失效分析过程中，经常需要将芯片制备成样品薄片，然后用透射电镜观测分析样品薄片上的结构。现有制备样品薄片的方法主要包括两种，一种是用聚焦离子束(Focused Ion Beam，FIB)加工，另一种是用研磨并配合精密离子减薄仪(PrecisionIon Polishing System，PIPS)进行处理。用聚焦离子束制备的样品最多只能做到几十平方微米的面积；用研磨并配合精密离子减薄仪的方式最多只能制备几百平方微米的样品薄片。这两种方式都无法实现平方毫米面积的样品薄片制备，但是有一些特殊的分析要求在平方毫米面积的样品范围内进行。
因此，如何提供一种观测面积较大的透射电镜样品是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供制备透射电镜样品的方法，以解决现有技术的透射电镜样品观测面积较小的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种制备透射电镜样品的方法，包括：
提供待观测芯片，所述待观测芯片包含一待观测区域；
对所述待观测芯片的正面和/或背面进行减薄，得到初样；
将一空心环固定在所述初样正面，所述待观测区域位于所述空心环内；
通过干法刻蚀对所述初样进行减薄，得到透射电镜样品。
可选的，在所述制备透射电镜样品的方法中，采用研磨和/或刻蚀的方式对所述待观测芯片的正面和/或背面进行减薄。
可选的，在所述制备透射电镜样品的方法中，通过干法刻蚀对所述初样进行减薄包括：将所述初样的正面朝上放入快速反应等离子体蚀刻机台中，使用快速去除硅工艺对所述初样进行减薄。
可选的，在所述制备透射电镜样品的方法中，所述空心环内面积为1mm2～4mm2。
可选的，在所述制备透射电镜样品的方法中，所述空心环通过热凝胶固定在所述初样正面。
可选的，在所述制备透射电镜样品的方法中，所述空心环的材料为铜。
可选的，在所述制备透射电镜样品的方法中，所述待观测芯片包括衬底及位于所述衬底上的结构层，其中，所述衬底靠近所还是待观测芯片的背面，所述结构层靠近所述待观测芯片的正面。
可选的，在所述制备透射电镜样品的方法中，在减薄所述初样之前，还包括：测量所述初样衬底的厚度。
可选的，在所述制备透射电镜样品的方法中，通过扫描电镜测量所述初样衬底的厚度。
可选的，在所述制备透射电镜样品的方法中，对所述待观测芯片的正面和/或背面进行减薄，得到初样包括衬底，所述衬底的厚度为0～600nm。
综上所述，在本发明提供的制备透射电镜样品的方法中，将一空心环固定在减薄处理后的初样上，通过空心环来确定待观测区域，再通过干法刻蚀所述减薄后的初样，从而制备成适合透射电镜观测的样品，形成超大面积(平方毫米级别)的观测区域，满足相关案例需求，填补失效分析技术空白，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明实施例的制备透射电镜样品的方法的流程图；
图2是本发明实施例的初样的示意图；
图3是本发明实施例的设置有空心环的初样的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
如图1所示，本发明提供一种制备透射电镜样品的方法，包括：
S10、提供待观测芯片，所述待观测芯片包含一待观测区域；
S20、对所述待观测芯片的正面和/或背面进行减薄，得到初样；
S30、将一空心环固定在所述初样正面，所述待观测区域位于所述空心环内；
S40、通过干法刻蚀对所述初样进行减薄，得到透射电镜样品。
下面根据图1所示步骤更详细的介绍本发明的内容。
首先，如图2所示，提供待观测芯片10，所述待观测芯片为半导体芯片，通过切割或裁剪等处理方式形成一定大小具有待观测区域11的部分结构。
然后，对所述待观测芯片10的正面和/或背面进行减薄，得到初样，通过减薄待观测芯片10处理掉多余的并可能影响观测的部分，可将待观测芯片10减薄至待观测区域11附近。可选的，采用研磨和/或刻蚀的方式对所述待观测芯片的正面和/或背面进行减薄，即可通过研磨和/或刻蚀的方式从待观测芯片的正面和/或背面多余的及影响观测的部分去掉，使得到的初样的厚度接近观测的要求，例如，可通过研磨进行物理打磨掉多余部分，或通过酸性溶液来去除金属层等，或反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，RIE)去除介质层等。
可选的，所述待观测芯片包括衬底及位于所述衬底上的结构层，其中，所述衬底靠近所还是待观测芯片的背面，所述结构层靠近所述待观测芯片的正面，即衬底所在一侧为待观测芯片的背面，待观测芯片的正面为衬底上结构层所在的一侧，在具体的实施方式中，所述正面可包括有源区和无源区，无源区包括交替沉积的金属层、金属互联线层和层间介质层等，有源区包括源区、漏区和栅区等结构区域。可选的，对所述待观测芯片的正面和/或背面进行减薄，得到初样包括衬底，所述衬底的厚度为0～600nm，当待观测区域在衬底上的结构层上时，可将衬底部分或全部去除，即全部去除衬底的厚度到0，当待观测区域在衬底上时，衬底部分支除后可保留例如600nm的厚度，以便于观测，通过待观测区域位于待观测芯片中的位置来确定保留衬底的厚度，由于在透射电镜下衬底具有相对纯净的观测面，所以以衬底为观测参照。
接着，如图3所示，将一空心环20固定在所述初样正面，所述待观测区域11位于所述空心环内，确保待观测区域11在空心环20内，空心环固定好后即确定了空心环内待观测区域的位置，当待测样品放置时，空心环朝下放置能够较好的起到支撑的作用。可选的，所述空心环20内面积为1mm2～4mm2，通过该面积范围较佳的确定观测区域。可选的，所述空心环20通过热凝胶固定在所述初样正面，热凝胶具有热凝效应，在高温环境下可较好凝固，防止制备的样品受到温度的影响致使空心环固定不稳等情况。可选的，所述空心环20的材料为铜。
然后，通过干法刻蚀对所述初样进行减薄，得到透射电镜样品，可选的，通过干法刻蚀对所述初样进行减薄包括：将所述初样的正面朝上放入快速反应等离子体蚀刻机台中，使用快速去除硅工艺对所述初样进行减薄，如果是观测有源区则通过控制时间使初样剩余一定厚度的硅衬底即可，如果是其他层则将硅衬底全部去除后再进行反向逐层剥离，直至达到需要观测的结构层，当将铜环与周围结构分离开来，此时整个铜环内部均为薄区，面积已达mm2级别，即实现了大面积透射电镜观测的效果。
在制备透射电镜样品的方法中，在减薄所述初样之前，还包括：测量所述初样衬底的厚度，从而根据衬底的厚度及观测的区域位置来进行后续的工艺。可选的，通过扫描电镜(Scanning Electron Microscope，SEM)测量所述样品衬底的厚度。
综上所述，在本发明提供的制备透射电镜样品的方法中，将一空心环固定在减薄处理后的初样上，通过空心环来确定待观测区域，再通过干法刻蚀所述减薄后的初样，从而制备成适合透射电镜观测的样品，形成超大面积(平方毫米级别)的待观测区域，满足相关案例需求，填补失效分析技术空白，提高工作效率。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种制备透射电镜样品的方法，其特征在于，所述制备透射电镜样品的方法包括：
提供待观测芯片，所述待观测芯片包含一待观测区域；
对所述待观测芯片的正面和/或背面进行减薄，得到初样；
将一空心环固定在所述初样正面，所述待观测区域位于所述空心环内；
通过干法刻蚀对所述初样进行减薄，得到透射电镜样品。
2.根据权利要求1所述制备透射电镜样品的方法，其特征在于，采用研磨和/或刻蚀的方式对所述待观测芯片的正面和/或背面进行减薄。
3.根据权利要求1所述制备透射电镜样品的方法，其特征在于，通过干法刻蚀对所述初样进行减薄包括：
将所述初样的正面朝上放入快速反应等离子体蚀刻机台中，使用快速去除硅工艺对所述初样进行减薄。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述制备透射电镜样品的方法，其特征在于，所述空心环内面积为1mm2～4mm2。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述制备透射电镜样品的方法，其特征在于，所述空心环通过热凝胶固定在所述初样正面。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述制备透射电镜样品的方法，其特征在于，所述空心环的材料为铜。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述制备透射电镜样品的方法，其特征在于，所述待观测芯片包括衬底及位于所述衬底上的结构层，其中，所述衬底靠近所还是待观测芯片的背面，所述结构层靠近所述待观测芯片的正面。
8.根据权利要求7所述制备透射电镜样品的方法，其特征在于，在减薄所述初样之前，还包括：测量所述初样衬底的厚度。
9.根据权利要求8所述制备透射电镜样品的方法，其特征在于，通过扫描电镜测量所述初样衬底的厚度。
10.根据权利要求7所述制备透射电镜样品的方法，其特征在于，对所述待观测芯片的正面和/或背面进行减薄，得到初样包括衬底，所述衬底的厚度为0～600nm。
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