CN102374942A

CN102374942A - 透射电镜样品制备方法及透射电镜样品

Info

Publication number: CN102374942A
Application number: CN2010102633157A
Authority: CN
Inventors: 庞凌华; 段淑卿; 陈玉华
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2012-03-14

Abstract

本发明的透射电镜样品，包括：衬底，位于所述衬底上的关注区域，在所述衬底和所述关注区域上依次形成有介质层和金属层，所述介质层的衬度与所述关注区的衬度差值大于预定值。透射电镜样品的制备方法，包括：提供衬底，所述衬底上形成有关注区域；在所述关注区域及所述衬底上形成介质层；在所述介质层上形成金属层，其中，所述介质层的衬度与所述关注区的衬度差值大于预定值；截取透射电镜样品，所述透射电镜样品包括所述关注区域、所述介质层以及所述金属层。本发明透射电镜样品的制备方法简单易行，透射电镜样品可以得到更清晰准确的透射电镜图像。

Description

透射电镜样品制备方法及透射电镜样品

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及透射电镜样品制备方法及透射电镜样品。

背景技术

透射电镜(Transmission Electron Microscopy，TEM)是IC行业观测微观结构非常重要的工具和手段。在线检测的很多关键尺寸都需要和透射电镜的测量值做比较，同时也是解决在线检测很多问题的一个重要方式。通常，技术人员通过观测透射电镜图像的衬度来分析各个关注区域，衬度是分析TEM图像时，图像的亮暗差别。

随着半导体行业的先进制程的开发，关键尺寸越来越小，当制程到65nm的时候，CD(critical dimension，关键尺寸)或Spacer(栅极侧壁上的侧间隙壁)的宽度小于透射电镜样品的横向厚度；当制程到45nm的时候，CD与Spacer的宽度之和小于透射电镜样品的横向厚度。

使用FIB(Focus Ion Beam，聚焦离子束)方法制备透射电镜样品时，如果图案的尺寸与样品横向厚度相近，则样品内可能会包含前后层的信息，表现在TEM照片中就是前后图形的叠影，影响尺寸的量测以及形貌的判断。透射电镜样品制备十分复杂，FIB是一种能够精确定位切割的制备透射电镜样品的方法，样品的横向厚度一般只能做到100nm左右，目前的样品制备方式很难使样品更薄。

用研磨方式制备透射电镜样品其样品厚度能减薄，但是不易精确定位所关注的区域。

在透射电镜样品中，其金属硅化物(silicide)的尺寸远小于透射电镜样品横向厚度。所以当所关注区域样品的纵向高度高出其周围结构的时候，透射电镜图像重影现象特别明显，甚至无法得到清晰准确的图像。当使用传统的FIB方法制备透射电镜样品时，通常会先沉积一层铂(Pt)，该沉积的铂会填入浅沟道隔离区(Shallow Trench Isolation，浅沟道隔离)形成的凹槽。如图1所示，该区域的有源区(Active Area，AA)1大大高于浅沟道隔离区2，在有源区1间隙间形成有浅沟道隔离区凹槽。铂4也可以用钨(W)代替。由于有源区1尺寸很小，FIB制样最终截取包含所需有源区1，浅沟道隔离区2，以及金属硅化物层3的约100nm横向厚度的样品5，其横向方向上同时包含有源区1，浅沟道隔离区2，金属硅化物3和铂4。由于样品5制备十分复杂，样品5的横向厚度一般只能做到100nm左右，而窄小的有源区1横向尺寸小于70nm。当用透射电镜检测透射电镜样品时，透射电镜发出的高能入射电子与透射电镜样品作用，故透射电镜收集到的透射电子能够反应样品5整个厚度内的信息。也就是说，在透射电镜图像中，同时包含金属硅化物3和铂4的衬度，由于两者在透射电镜图像中的衬度很相近，所形成的重影导致无法清晰准确地表征金属硅化物3。

发明内容

本发明解决的技术问题是，减小透射电镜图像中的重影现象，使得关注区域的图像清晰准确。

为解决上述技术问题，本发明提出一种透射电镜样品的制备方法，包括如下步骤：

提供衬底，所述衬底上形成有关注区域；

在所述关注区域及所述衬底上形成介质层；

在所述介质层上形成金属层，其中，所述介质层的衬度与所述关注区的衬度差值大于预定值；

截取透射电镜样品，所述透射电镜样品包括所述关注区域、所述介质层以及所述金属层。

可选的，所述的透射电镜样品的制备方法中，所述介质层为非晶态薄膜。

可选的，所述的透射电镜样品的制备方法中，所述关注区域为晶体薄膜。

可选的，所述的透射电镜样品的制备方法中，所述关注区域的材料为金属硅化物。

可选的，所述的透射电镜样品的制备方法中，所述金属层为金属铂层或金属钨层。

可选的，所述的透射电镜样品的制备方法中，所述关注区域和所述介质层都为非晶态薄膜。

可选的，所述的透射电镜样品的制备方法中，所述关注区域的材料为二氧化硅。

可选的，所述的透射电镜样品的制备方法中，所述介质层为氮化硅层。

本发明还提供一种透射电镜样品，包括：衬底，位于衬底上的关注区域，在所述衬底和所述关注区域上依次形成有介质层和金属层，所述介质层的衬度与所述关注区的衬度差值大于预定值。

可选的，在所述的透射电镜样品中，所述介质层为非晶态薄膜。

可选的，在所述的透射电镜样品中，所述关注区域为晶体薄膜。

可选的，在所述的透射电镜样品中，所述关注区域的材料为金属硅化物。

可选的，在所述的透射电镜样品中，所述金属层为金属铂层或金属钨层。

可选的，在所述的透射电镜样品中，所述关注区域和所述介质层都为非晶态薄膜。

可选的，在所述的透射电镜样品中，所述关注区域的材料为二氧化硅。

可选的，在所述的透射电镜样品中，所述介质层为氮化硅层。

本发明的透射电镜样品和透射电镜样品的制备方法中，在所述关注区域和所述金属层之间形成一层介质层，且所述介质层的衬度和所述关注区域的衬度之间的差值大于预定值，可以减少甚至完全消除透射电镜样品中的重影现象，从而得到更清晰准确的透射电镜图像。

附图说明

图1是采用现有技术制备的透射电镜样品的剖面示意图；

图2是本发明一个实施例制备的透射电镜样品的剖面示意图；

图3是本发明另一个实施例制备的透射电镜样品的剖面示意图；

图4是本发明又一个实施例制备的透射电镜样品的剖面示意图；

图5是本发明又一个实施例制备的透射电镜样品的剖面示意图。

图中：

1---有源区 2---浅沟道隔离区 3---金属硅化物层 4---铂(Pt)层

5---透射电镜样品 6---周围结构 7---关注区域

13、8---非晶态薄膜 9---介质层 10---金属硅化物

11---多晶硅 12---第一非晶态薄膜 14---第二非晶态薄膜

具体实施方式

为了使本发明的保护范围更加清楚、易懂，下面结合附图以较佳实施例对本发明进行说明。

本发明的核心思想在于，通过在关注区域与金属层之间增加介质层，且保证所述介质层的衬度与所述关注区的衬度之间的差值大于预定值，即能够达到人眼的分辨能力，使能够分辨出所述关注区域与所述介质层之间的边界，从而解决关注区域与金属层之间衬度相近，在透射电镜样品中不能分辨所述关注区域的问题。如，在MOS器件中，所述关注区域可以是有源区的金属硅化物，所述介质层为氮化硅层。

实施例1

图2是本发明一个实施例制备的透射电镜样品的剖面示意图；参照图2所示，在本是实例中，所述透射电镜样品包括关注区域7，该透射电镜样品的横向方向尺寸小于100nm，且所述关注区域7纵向方向上的位置高于所述关注区域周围结构6，所述关注区域上淀积有一层非晶态薄膜8，所述非晶态薄膜8填平该周围结构6低于该关注区域7的部分并覆盖所述关注区域7，在所述非晶态薄膜8上还淀积有一层铂或钨薄膜(未图示)，且所述非晶态薄膜8与所述关注区域7在透射电镜图像中的衬度差异大于所述关注区域7与铂或钨在透射电镜图像中的衬度差异，所述关注区域7与所述非晶态薄膜8之间的衬度差异越大，越容易观察所述关注区域7的形貌。

继续参照图2所示，本实施例的透射电镜样品的制备方法包括：当透射电镜样品的横向方向上的尺寸小于100nm，且所述关注区域7纵向方向上的位置高于其周围结构6时，在制备透射电镜样品之前，在所述关注区域7上淀积一层非晶态薄膜8，所述非晶态薄膜8覆盖所述关注区域7及所述透射电镜样品的周围结构6。所述非晶态薄膜8与所述关注区域7在透射电镜图像中的衬度差异大于所述关注区域样品7与铂4在透射电镜图像中的衬度差异。

所述关注区域7可以为晶体薄膜，则所述非晶态薄膜8可以选自：氧化硅、氧化氮，碳氧化硅、氮化硅等；

如果所述关注区域7为非晶态薄膜或者其他材质，则所述非晶态薄膜8选择衬度差异较大的另一种非晶态薄膜，即所述非晶态薄膜8与所述关注区域7在透射电镜图像中的衬度差异大于所述关注区域的样品7与铂4在透射电镜图像中的衬度差异。

实施例2

当关注区域7为晶体薄膜时，对本发明所采用的透射电镜样品及其制备方法进行详细描述。

以其中一种晶体薄膜，即金属硅化物为例，请参阅图3，其为一种待制备为透射电镜样品5的结构，在衬底上形成有有源区1、浅沟道隔离区2，以及有源区1上的金属硅化物层3。金属硅化物层3，其横向方向上的尺寸小于100nm，且金属硅化物层3纵向方向上的位置高于周围的浅沟道隔离区2。所述有源区1在横向厚度的尺寸小于70nm，且都高于其周围的浅沟道隔离区2。所述有源区1可以是多晶硅栅极或源漏极。

利用本发明制备透射电镜样品5的方法来表征有源区1上的金属硅化物层3的方法是：

(1)、在待制备为透射电镜样品5的结构上，先淀积一层介质层9，不仅需要填满浅沟道隔离区2中的沟槽，还需要覆盖金属硅化物层3；其中，因为金属硅化物层3在透射电镜图像中的衬度较深，故淀积的介质层9需要选择透射电镜图像中的衬度较浅的氧化物，例如非晶态薄膜，在本发明较佳实施例中，介质层9采用的是氮化硅(Si₃N₄)薄膜；

(2)、然后，在所述介质层9上淀积一层铂4；

(3)、最终，截取透射电镜样品5，所述透射电镜样品5在其横向方向上包含部分有源区1，浅沟道隔离区2，金属硅化物3和制样前淀积的介质层9，且透射电镜样品5横向方向的尺寸小于或者等于100nm。

用透射电镜检测透射电镜样品5时，透射电镜发出的高能入射电子与透射电镜样品5作用，透射电镜通过收集到的透射电子获取透射电镜样品5的图像。透射电镜图像中同时包含金属硅化物层3和氮化硅的介质层9的衬度，但是由于氮化硅9的衬度与金属硅化物3差异很大，并且相对较亮，所以在透射电镜图像中主要显示金属硅化物3的衬度，从而能够清晰的表征出金属硅化物3的形貌尺寸。金属铂层的衬度和金属硅化物层3的衬度很接近，如果不形成介质层9则无法看清楚金属硅化物层3。

实施例3

请参阅图4，本发明提供一种待制备为透射电镜样品5的结构，包括多晶硅11、金属硅化物10及浅沟道隔离区2。其中所述关注区域为多晶硅11上的金属硅化物10，其横向方向上的尺寸小于200nm，金属硅化物10纵向方向上的位置高于周围结构浅沟道隔离区2。

采用上述待制备的结构用来制备透射电镜样品的方法，包括如下步骤：

(1)、在金属硅化物10上淀积非晶态薄膜13，

(2)、截取透射电镜样品，所述透射电镜样品在其横向方向上包含部分金属硅化物10，多晶硅11，以及非晶态薄膜13，且所述透射电镜样品在横向方向上的尺寸小于100nm。

由于非晶态薄膜13的衬度与金属硅化物10差异很大，并且相对较亮，所以在透射电镜图像中主要显示金属硅化物10的衬度，从而能够清晰地表征出金属硅化物10的形貌尺寸。在本发明较佳实施例中，非晶态薄膜可选用氮化硅或者氧化硅。

本发明方法简单易行，可以减少甚至完全消除精细结构的透射电镜样品中的重影现象，从而得到更清晰准确的透射电镜图像。

实施例4

请参阅图5，本发明提供一种待制备为透射电镜样品5的结构，包括有源区1以及覆盖在有源区1上的第一非晶态薄膜12；其中所关注区域为第一非晶态薄膜12，且第一非晶态薄膜12在横向方向上的尺寸小于100nm，且第一非晶态薄膜12在纵向方向的位置高于有源区1。

(1)、在待制备的结构上淀积一层与第一非晶态薄膜12衬度差异较大的第二非晶态薄膜14；

(2)、截取透射电镜样品，所述透射电镜样品在其横向方向上包含部分有源区1、第一非晶态薄膜12以及第二非晶态薄膜14，且所述透射电镜样品在横向方向上的尺寸小于100nm。

因为所述第二非晶态薄膜14与第一非晶态薄膜12在透射电镜图像中衬度相异较大，故在透射电镜图像中可以清晰显示出第一非晶态薄膜14(即关注区域)的具体形貌尺寸。在本发明较佳实施例中，第一非晶态薄膜12采用二氧化硅，则与二氧化硅衬度相异较大的第二非晶态薄膜14可选用氮化硅。

在上述实施例中，非晶态薄膜8、非晶态介质层9、非晶态薄膜13以及第二非晶态薄膜14与都起同样的作用，就是为了在透射电镜图像中，使得关注区域的形貌尺寸更加清楚。

制备的透射电镜样品越薄，则在透射电镜图像中更容易观察到关注区域的形态，在本发明的较佳实施例中，透射电镜样品在横向方向上的尺寸小于100nm时，透射电镜图像中观察到关注区域样品具体形貌尺寸更清楚。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种透射电镜样品的制备方法，包括如下步骤：

提供衬底，所述衬底上形成有关注区域；

在所述关注区域及所述衬底上形成介质层；

2.如权利要求1所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于，所述介质层为非晶态薄膜。

3.如权利要求1所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于，所述关注区域为晶体薄膜。

4.如权利要求3所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于，所述关注区域的材料为金属硅化物。

5.如权利要求1所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于，所述金属层为金属铂层或金属钨层。

6.如权利要求1所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于，所述关注区域和所述介质层都为非晶态薄膜。

7.如权利要求6所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于，所述关注区域的材料为二氧化硅。

8.如权利要求7所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于，所述介质层为氮化硅层。

9.一种透射电镜样品，其特征在于，包括：衬底，位于所述衬底上的关注区域，在所述衬底和所述关注区域上依次形成有介质层和金属层，所述介质层的衬度与所述关注区的衬度差值大于预定值。

10.如权利要求9所述的透射电镜样品，其特征在于，所述介质层为非晶态薄膜。

11.如权利要求9所述的透射电镜样品，其特征在于，所述关注区域为晶体薄膜。

12.如权利要求11所述的透射电镜样品，其特征在于，所述关注区域的材料为金属硅化物。

13.如权利要求9所述的透射电镜样品，其特征在于，所述金属层为金属铂层或金属钨层。

14.如权利要求9所述的透射电镜样品，其特征在于，所述关注区域和所述介质层都为非晶态薄膜。

15.如权利要求14所述的透射电镜样品，其特征在于，所述关注区域的材料为二氧化硅。

16.如权利要求15所述的透射电镜样品，其特征在于，所述介质层为氮化硅层。