CN113865915B - 一种切片样品的检测方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种切片样品的检测方法，所述切片样品包括切割面，所述方法包括：测量所述切割面的目标区域的能量损失谱；从所述能量损失谱获得所述目标区域的元素种类或元素信号；以及根据所述目标区域获得的元素种类或元素信号和预期元素种类或元素信号的偏差，估计所述切片样品的偏移程度。本发明通过对切片样品目标区域内的元素种类或元素信号进行分析，从而判断所述切片样品的偏移程度。

Description

一种切片样品的检测方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种切片样品的检测方法。
背景技术
半导体器件中的金属连接线是非常重要的导电通道。其生长质量直接影响器件工作的稳定性。因此对金属连接线的生长监控是至关重要的。
半导体器件金属连接线的监测主要包括金属连接线的生长轮廓以及金属连接线底部界面氧化程度等。通常制备金属连接线的横截面切片，然后用透射电子显微镜(Transmission electron microscope，TEM)确认其生长质量。
但是由于金属连接线是柱状的，特别是直径为纳米级为，制样非常容易发生偏移，会对样品后续金属连接线的监测造成影响。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种切片样品的检测方法，通过对切片样品目标区域内的元素种类或元素信号进行分析，从而判断所述切片样品的偏移程度。
本发明提供一种切片样品的检测方法，所述切片样品包括切割面，所述方法包括：
测量所述切割面的目标区域的能量损失谱；
从所述能量损失谱获得所述目标区域的元素种类或元素信号；以及
根据所述目标区域获得的元素种类或元素信号和预期元素种类或元素信号的偏差，估计所述切片样品的偏移程度。
优选地，所述切片样品为金属连接线，所述金属连接线包括芯部以及围绕所述芯部的绝缘层，所述切割面为所述金属连接线的纵向截面。
优选地，所述芯部对应的元素种类或元素信号为预期元素种类或元素信号。
优选地，所述芯部的绝缘层外部围绕有介质层。
优选地，所述切片样品目标区域获得的元素种类或元素信号和预期元素种类或元素信号没有偏差时，所述切片样品没有发生偏移。
优选地，所述目标区域获得的元素种类或元素信号和预期元素种类或元素信号存在偏差，则切片样片发生偏移。
优选地，所述目标区域获得的元素种类或元素信号和预期元素种类或元素信号偏差一种元素种类或元素信号时，所述切片样片发生轻度偏移。
优选地，所述目标区域获得的元素种类或元素信号和预期元素种类或元素信号偏差一种以上元素种类或元素信号时，所述切片样品发生重度偏移。
优选地，所述切片样品为片状。
优选地，所述切片样品通过聚焦离子束方法制备。
本发明提供的切片样品的检测方法，通过获取切片样品的能量损失谱，来分析目标区域的元素种类或元素信号，并根据目标区域内的元素种类或元素信号判断所述切片样品的偏移程度，以筛选符合要求的切片样品。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出了半导体器件的在不同标尺下的透射电镜图；
图2示出了金属连接线的切片样品切割示意图；
图3示出了对切片样品的切割面进行踩谱的结构示意图；
图4示出了EELS的原理图；
图5示出了没有切偏的切片样品的俯视结构示意图；
图6示出了轻度切偏的切片样品的俯视结构示意图；
图7示出了严重切偏的切片样品的俯视结构示意图；
图8示出了在第一切片样品上进行踩谱得到的电子能量损失谱；
图9示出了在第二切片样品上进行踩谱得到的电子能量损失谱；
图10示出了在第三切片样品上进行踩谱得到的电子能量损失谱。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一区域“下面”或“下方”。
如果为了描述直接位于另一层、另一区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
金属连接线为半导体器件的重要导电通道，其通常形成于半导体器件的介质层。图1示出了一半导体器件的在不同标尺下的透射电镜图，其中图1(a)为标尺为1000nm的透射电镜图，图1(b)为标尺为长度为100nm的透射电镜图，图1(c)为标尺为20nm的透射电镜图；如图1所示，金属连接线100包括芯部110，以及围绕所述芯部110的绝缘层120，所述绝缘层120外部围绕有介质层200。所述金属连接线100为柱状，其芯部110的直径通常为纳米级，如图3所示，该金属连接线100的芯部110直径为40nm。
对金属连接线100的生长进行监测，主要是对芯部110的生长轮廓进行监测，需要制备体现所述芯部110以及绝缘层120的剖面结构的切片样品300。
所述切片样品300通过聚焦离子束(FIB)方法来制备。图2示出了金属连接线的切片样品300切割示意图。如图2所示，从所述金属连接线100的端面向其柱体方向进行切割，形成切片样品300。所述切片样品300为片状，包括横向截面310以及与所述横向截面310垂直的纵向截面320，其中纵向截面320为切割面，体现所述金属连接线100的剖面结构。
所述切片样品300制备的过程中，由于金属连接线100为柱状，且其直径通常为纳米级，在对纳米级的金属连接线100进行切割的过程中，很容易切偏。本发明实施例提供一种切片样品的检测方法，以判断切片样品的偏移程度。所述检测方法以下步骤。
S10：测量所述切割面的目标区域的能量损失谱。
本实施例中，所述目标区域为所述切割面的中心区域。具体地，图3示出了对切片样品的切割面进行踩谱的结构示意图，如图3所示，通过对所述切割面的中心区域进行踩谱，以获取目标区域的能量损失谱。
本实施例采用电子能量损失谱法(Electron Energy Loss Spectroscopy，EELS)，以获取切片样品目标区域内的电子能量损失谱。EELS作为透射电子显微镜(Transmissionelectron microscope，TEM)重要的元素分析手段，具有空间分辨率高、信号强等特点。
图4示出了EELS的原理图，如图4所示，EELS是把经加速和聚集的电子束投射到样品上，入射电子束在样品中发生非弹性散射，电子损失的能量直接反映了发生散射的机制、样品的化学组成以及厚度等信息，因而能够对薄试样微区的元素组成、化学键及电子结构等进行分析。相比能量色散X射线光谱仪(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy，EDX)等，EELS更适合做金属连接线切片样品这种比较薄的样品分析。
S20：从所述能量损失谱获得所述目标区域的元素种类或元素信号。
能量损失谱能够直接反应切片样品300目标区域内垂直所述切割面方向的元素种类或元素信号。在不同偏移状态下，切片样品300目标区域的能量损失谱获得的元素种类或元素信号不同。
具体地，图5-图7分别示出了切片样品不同偏移程度的俯视结构示意图；其中，图5为没有发生偏移的切片样品的俯视结构示意图，图6为轻度切偏的切片样品的俯视结构示意图，图5为严重切偏的切片样品的俯视结构示意图。
如图5所示，没有发生偏移的切片样品中，目标区域(图中方框处所示)内垂直于所述切割面方向只分布有芯部110；在该切片样品目标区域的能量损失谱只能获得芯部110对应的元素种类或元素信号。
如图6所示，轻度偏移的切片样品中，目标区域(图中方框处所示)内垂直于所述切割面方向分布有芯部110以及绝缘层120；在该切片样品目标区域的能量损失谱获得芯部110以及绝缘层120对应的元素种类或元素信号。
如图7所示，重度偏移的切片样品中，目标区域(图中方框处所示)内垂直于所述切割面方向分布有芯部110、绝缘层120以及介质层200；在该切片样品目标区域的能量损失谱获得芯部110、绝缘层120以及介质层200对应的元素种类或元素信号。
本实施例中，芯部110对应的元素种类或元素信号为W，绝缘层120对应的元素种类或元素信号为Ti，介质层200对应的元素种类或元素信号为O。
具体地，芯部110材料为钨(W)，其对应的元素种类或元素信号为W；绝缘层120的材料为TiN，其对应的元素种类或元素信号为Ti或N，本实施例选择其中一种元素种类或元素信号Ti作为绝缘层120对应的元素种类或元素信号，在其他的实施例中，也可以选择元素种类或元素信号N；介质层200的材料为SiO2，其元素种类或元素信号为Si或O，本实施例选择其中一种元素种类或元素信号O作为介质层200对应的元素种类或元素信号，在其他的实施例中，也可以选择元素种类或元素信号Si。
可以理解，本发明不限于此，芯部110材料还可以为铜等，绝缘层120的材料为Ti、Ta、TaN等，介质层200的材料为氮化硅等。可以根据需要选择各个结构对应的元素种类或元素信号。
S30：根据所述目标区域的预期元素种类或元素信号和获得元素种类或元素信号的偏差，估计所述切片样品的偏移程度。
本实施例中，所述切片样品目标区域获得的元素种类或元素信号和预期元素种类或元素信号没有偏差时，所述切片样品没有发生偏移。所述目标区域获得的元素种类或元素信号和预期元素种类或元素信号存在偏差，则切片样片发生偏移。
具体地，所述目标区域获得的元素种类或元素信号和预期元素种类或元素信号偏差一种元素种类或元素信号时，所述切片样片发生轻度偏移。所述目标区域获得的元素种类或元素信号和预期元素种类或元素信号偏差一种以上元素种类或元素信号时，所述切片样品发生重度偏移。
在一个具体的实施例中，分别对第一切片样品、第二切片样品以及第三切片样品进行检测，具体地，分别将入射电子束投射于第一切片样品、第二切片样品以及第三切片样品切割面的目标区域内，以获取第一切片样品、第二切片样品以及第三切片样品切割面目标区域内的能量损失谱。
图8(a)-图8(c)分别示出了在第一切片样品上进行踩谱得到的电子能量损失谱，踩谱参数为：能量分辨率0.15eV，光斑尺寸4(200PA)，扫描步长1nm。
其中，图8(a)示出了在第一样品切片样品上进行踩谱的区域，图8(b)示出了图8(a)中踩谱区域内的高损失能量谱，图8(c)示出了第一切片样品在不同电子能量下的能量过滤像。由图8(a)所示，在第一切片样品的目标区域(图中方框处所示)进行踩谱，得到如图8(b)所述的高损失能量谱，图8(b)中，没有发现绝缘层120对应的元素种类或元素信号Ti和介质层200对应的元素种类或元素信号O，所述第一切片样品目标区域获得的元素种类或元素信号和预期元素种类或元素信号没有偏差，所述第一切片样品没有发生偏移；图8(c)分别示出了在O、Ti以及W的电子能量下的过滤像，以确定所述第一切片样品中存在芯部110、绝缘层120以及介质层200。
图9(a)-图9(c)分别示出了在第二切片样品上进行踩谱得到的电子能量损失谱，其中，图9(a)示出了在第二样品切片样品上进行踩谱的区域，图9(b)示出了图9(a)中踩谱区域内的高损失能量谱，图9(c)示出了第二切片样品在不同电子能量下的能量过滤像。由图9(a)所示，在第二切片样品的目标区域(图中方框处所示)进行踩谱，得到如图9(b)所述的高损失能量谱，图9(b)中发现绝缘层120对应的元素种类或元素信号Ti，没有发现介质层200对应的元素种类或元素信号O，所述第二切片样品发生了偏移，且只所述第二切片样品目标区域获得的元素种类或元素信号和预期元素种类或元素信号偏差一种元素种类或元素信号，所述第二切片样品发生轻度偏移；在该情况下可以通过对第二切片样品进行减薄处理，以减小第二切片样品偏移带来的影响。图9(c)分别示出了在O、Ti的电子能量下的过滤像，以确定所述第二切片样品中存在绝缘层120以及介质层200。
图10(a)-图10(c)分别示出了在第三切片样品上进行踩谱得到的电子能量损失谱，其中，图10(a)示出了在第三样品切片样品上进行踩谱的区域，图10(b)示出了图10(a)中踩谱区域内的高损失能量谱，图10(c)示出了第三切片样品在不同电子能量下的能量过滤像。由图10(a)所示，在第三切片样品的目标区域(图中方框处所示)进行踩谱，得到如图10(b)所述的高损失能量谱，图10(b)中发现了绝缘层120对应的元素种类或元素信号Ti以及介质层200对应的元素种类或元素信号O，该切片样品发生了偏移，且所述第三切片样品目标区域获得的元素种类或元素信号和预期元素种类或元素信号偏差一种以上元素种类或元素信号，所述第三切片样品发生重度偏移；在该情况下需要进行重新制样。图10(c)分别示出了在O、Ti的电子能量下的过滤像，以确定所述第三切片样品中存在绝缘层120以及介质层200。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种切片样品的检测方法，其特征在于，所述切片样品为金属连接线，所述金属连接线包括芯部、以及围绕所述芯部的绝缘层，从所述金属连接线的端面向其柱体方向进行切割，形成切片样品；所述切片样品为片状，包括横向截面以及与所述横向截面垂直的纵向截面，其中纵向截面为切割面，体现所述金属连接线的剖面结构，所述方法包括：
测量所述切割面的目标区域的能量损失谱，所述目标区域为所述切割面的中心区域；
从所述能量损失谱获得所述目标区域的元素种类或元素信号种类；以及
根据所述目标区域获得的元素种类或元素信号种类和预期元素种类或元素信号种类的偏差，估计所述切片样品的偏移程度。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，没有发生偏移的切片样品中，目标区域内垂直于所述切割面方向只分布有芯部。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述芯部对应的元素种类或元素信号种类为预期元素种类或元素信号种类。
4.根据权利要求1至3任一所述的检测方法，其特征在于，所述芯部的绝缘层外部围绕有介质层。
5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述切片样品目标区域获得的元素种类或元素信号种类和预期元素种类或元素信号种类没有偏差时，所述切片样品没有发生偏移。
6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述目标区域获得的元素种类或元素信号种类和预期元素种类或元素信号种类存在偏差，则切片样片发生偏移。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述目标区域获得的元素种类或元素信号种类和预期元素种类或元素信号种类偏差一种元素种类或元素信号种类时，所述切片样片发生轻度偏移。
8.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述目标区域获得的元素种类或元素信号种类和预期元素种类或元素信号种类偏差一种以上元素种类或元素信号种类时，所述切片样品发生重度偏移。
9.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述切片样品为片状。
10.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述切片样品通过聚焦离子束方法制备。
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