CN103196713A

CN103196713A - 分析样品的制备方法

Info

Publication number: CN103196713A
Application number: CN2013100624960A
Authority: CN
Inventors: 陈强
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-07-10

Abstract

本发明提供了一种分析样品的制备方法，包括：步骤一：提供一样品衬底，所述样品衬底上包括目标观察区域，所述目标观察区域内至少有一个目标沟槽或通孔；以及步骤二：采用FIB，在所述目标沟槽或通孔内沉积填充物。采用上述分析样品的制备方法所制备的分析样品，因为目标沟槽或通孔内被填充物填满，因此在后续在沉积金属保护层上时，因此不会在目标沟槽或通孔内形成空洞，从根本上避免了由于空洞造成的切割拉痕，也避免了金属保护层厚度不足而产生的离子损伤，从而有效提高了分析样品的SEM/TEM分析质量。

Description

分析样品的制备方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种分析样品的制备方法。

背景技术

在半导体制造工艺中，经常需要对器件的结构和材料进行分析。通常，使用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）和透射电子显微镜（Transmission electron microscope，TEM）进行观察和分析需要分析的样品的微观状态。

SEM的工作原理是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关，次级电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。图像为立体形象，反映了样品的表面结构。为了使样品表面发射出次级电子，需要在样品表面喷涂上一层金属层，金属层在电子束的轰击下才能发出次级电子信号。为此，作为SEM观察的样品，需要在样品的表面形成一层金属保护层。

而TEM的工作原理是利用透射电子成像，通过对穿过样品受到散射的电子束进行分析了解样品表面结构或成分，因此需要被观察的样品极薄。同时，因为电子束会直接照射到样品表面，因此为了避免样品表面被电子束损伤，需要在在样品表面形成一定的保护层。

通常使用聚焦离子束系统（Focused Ion Beam,简称FIB）制作SEM或者TME观察样品。FIB是利用电子透镜离子束聚集成非常小尺寸的显微镜精细切割仪器。利用FIB可以以离子束的能力分解金属蒸汽，在局部区域作为导体沉积，常用的金属沉积有铂或钨。

随着半导体制造工艺的不断进步，半导体器件的尺寸变得越来越小。需要进行结构和材料分析的样品尺寸变得越来越小，因此需要制作尺寸更小的分析样品。通常，使用FIB制备SEM或TEM样品的方法是在样品上方使用FIB的GIS（气体辅助系统）直接沉积一块条状的金属保护层，然后再制备一抛光截面用作SEM或TEM分析观测用。但是采用上述样品制备方法，对于现在越来越常见的具有高深宽比的结构，如CT、Via或Trench等蚀刻后的形貌，在沉积保护层时，会在高深宽比的结构的开口处出现封口（overhang）效应，保护材料无法很好地填入该高深宽比结构而造成空洞的存在。

如图1所示，在FIB对样品切割时，因为空洞的质厚效应而造成一些拉痕。另外，因为空洞的边缘效应还会导致金属保护层的厚度不均一，在空洞存在区域的金属保护层的厚度相对较薄，导致对内部结构产生离子损伤，从而降低了SEM或TEM的分析质量。

为此，如何制作没有空洞的样品已经成为本领域技术人员丞待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分析样品的制备方法，以解决现有技术中的高深宽比结构的样品出现空洞的现象，从而导致分析样品的SEM或TEM的分析质量下降的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种分析样品的制备方法，包括：

步骤一：提供一样品衬底，所述样品衬底上包括目标观察区域，所述目标观察区域内至少有一个目标沟槽或通孔；以及

步骤二：采用FIB，在所述目标沟槽或通孔内沉积填充物。

可选的，在所述分析样品的制备方法中，在所述步骤二之后，还包括，在所述样品衬底的目标观察区域内形成一金属保护层，所述金属保护层覆盖所述目标沟槽或通孔以及目标沟槽或通孔内的沉积填充物。

可选的，在所述分析样品的制备方法中，所述金属保护层的长为5μm～10μm、宽1μm～2μm，厚0.5μm～1μm。

可选的，在所述分析样品的制备方法中，所述金属保护层材料为铂或钨。

可选的，在所述分析样品的制备方法中，所述填充物的材料为铂或钨。

可选的，在所述分析样品的制备方法中，在所述沟槽或通孔的深宽比大于等于2。

可选的，在所述分析样品的制备方法中，所述填充物充满所述目标沟槽或通孔。

可选的，在所述分析样品的制备方法中，所述步骤二包括：述填充物充满所述目标沟槽或通孔并部分伸出。

可选的，在所述分析样品的制备方法中，在所述步骤二中，采用FIB辅助扫描沉积方式，在所述目标沟槽或通孔内沉积填充物。

可选的，在所述分析样品的制备方法中，在所述步骤二中，所述辅助扫描的扫描区域小于所述目标沟槽或通孔的区域。

本发明提供的分析样品的制备方法包括：首先提供一样品衬底，所述样品衬底上包括目标观察区域，所述目标观察区域内至少有一个目标沟槽或通孔；然后采用FIB在所述目标沟槽或通孔内沉积填充物。也就是说，在后续沉积金属保护层前，目标沟槽或通孔内已经被填充物所填充，沉积金属保护层就相当于在没有沟槽或通孔的样品衬底表面进行，因此也就不会出现沟槽或通孔内的空洞了，从根本上避免了FIB切割时由于空洞的质厚效应而造成的拉痕，也避免了空洞带来的边缘效应，更避免了金属保护层厚度不足而产生的离子损伤，从而有效提高了分析样品的SEM/TEM分析质量。

附图说明

图1是现有的分析样品断面的SEM图片；

图2为本发明一实施例的分析样品制备方法的流程图；

图3至图6为本发明一实施例分析样品制备方法中各步骤中样品的结构示意图；

图7本发明一实施例的分析样品断面的SEM图片。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的分析样品制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，先在目标沟槽或通孔内形成填充物以后，再在目标观察区域内形成金属保护层。因为，在沉积金属保护层前，目标沟槽或通孔内已经被填充物所填充，沉积金属保护层就相当于在没有沟槽或通孔的样品衬底表面进行，因此也就不会出现沟槽或通孔内的空洞了，从而避免了FIB切割时由于空洞的质厚效应而造成的拉痕，也避免了空洞带来的边缘效应，更避免了金属保护层厚度不足而产生的离子损伤，从而有效提高了分析样品的SEM/TEM分析质量。

下面结合附图2至图5详细说明本发明一实施例的分析样品制备方法。图2为本发明一实施例的分析样品制备方法的流程图。

步骤一：提供一样品衬底；

如图3和图4所示，所述样品衬底100上包括目标观察区域101，所述目标观察区域101内至少有一个目标沟槽或通孔102。当然，在所述目标观察区域101内还可以包括还包括至少一个参考沟槽或通孔103。也就是说，后续需要利用SEM或TEM分析的目标是目标沟槽或通孔102，参考沟槽或通孔103的形貌并不影响分析结果。

此外，采用本发明的分析样品制备方法对于防止高深宽比的沟槽或通孔出现空洞的效果尤其明显，例如，深宽比大于等于2的沟槽或通孔。

步骤二：采用FIB，在所述目标沟槽或通孔内沉积填充物；

如图5所示，采用FIB辅助扫描沉积方式，在所述目标沟槽或通孔102内沉积填充物104。相对于电子束辅助扫描的扫描区域，FIB辅助扫描形成的填充物104的体积的会略微膨胀，也就是说，填充物104的体积略大于实际的扫描区域。因此为了避免填充物104出现封口效应，可以将电子束的扫描区域设置为略小于所述目标沟槽或通孔102的实际图形。为了保证填充效果，优选的，所述填充物104充满所述目标沟槽或通孔102。当然，在沉积填充物时，通常难以控制填充物104正好充满目标沟槽或通孔102，也可以采用过沉积的方式，使填充物104充满所述目标沟槽或通孔102并部分伸出（图中示出的是填充物正好充满目标沟槽或通孔）。通常，填充物104的材料为铂或钨。

为了避免所述参考沟槽或通孔103内出现空洞，导致对后续样品切割的影响。在本发明的另一实施例中，在步骤二中，也可以采用相同的方法在所述参考沟槽或通孔103内沉积填充物，在此不做赘述。

步骤三：在所述样品衬底的目标观察区域内形成一金属保护层。

如图6所示，在所述样品衬底的目标观察区域101内形成一金属保护层105，所述金属保护层105覆盖所述目标沟槽或通孔102以及目标沟槽或通孔内102的沉积填充物104。对于金属保护层105的形状不做具体的限制，可以为条形、圆形或不规则图形。但为了方便制备，在本实施例中，所述金属保护层105为条状，金属保护层105长为5μm～10μm、宽1μm～2μm，厚0.5μm～1μm。优选的，所述金属保护层的材料为铂或钨。

图7为采用上述分析样品制备方法制备的分析样品的断面的SEM图，从图7中，可以看出，沉积了填充物104的目标沟槽或通孔102内不存在空洞，而在参考沟槽或通孔103内因为没有沉积填充物104，因此在参考沟槽或通孔103内的下面部分出现了空洞。

综上所述，采用上述分析样品制备方法，先在目标沟槽或通孔内形成填充物以后，再在目标观察区域内形成金属保护层。因为，在沉积金属保护层前，目标沟槽或通孔内已经被填充物所填充，沉积金属保护层就相当于在没有沟槽或通孔的样品衬底表面进行，因此也就不会出现沟槽或通孔内的空洞了，从而避免了FIB切割时由于空洞的质厚效应而造成的拉痕，也避免了空洞带来的边缘效应，更避免了金属保护层厚度不足而产生的离子损伤，从而有效提高了分析样品的SEM/TEM分析质量。

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

1.一种分析样品的制备方法，包括：

步骤二：采用FIB在所述目标沟槽或通孔内沉积填充物。

2.如权利要求1所述的分析样品的制备方法，其特征在于，在所述步骤二之后，还包括，在所述样品衬底的目标观察区域内形成一金属保护层，所述金属保护层覆盖所述目标沟槽或通孔以及目标沟槽或通孔内的沉积填充物。

3.如权利要求2所述的分析样品的制备方法，其特征在于，所述金属保护层的长为5μm～10μm、宽1μm～2μm，厚0.5μm～1μm。

4.如权利要求2所述的分析样品的制备方法，其特征在于，所述金属保护层的材料为铂或钨。

5.如权利要求1所述的分析样品的制备方法，其特征在于，所述填充物的材料为铂或钨。

6.如权利要求1所述的分析样品的制备方法，其特征在于，在所述沟槽或通孔的深宽比大于等于2。

7.如权利要求1所述的分析样品的制备方法，其特征在于，所述填充物充满所述目标沟槽或通孔。

8.如权利要求1所述的分析样品的制备方法，其特征在于，所述填充物充满所述目标沟槽或通孔并部分伸出。

9.如权利要求1所述的分析样品的制备方法，其特征在于，在所述步骤二中，采用FIB辅助扫描沉积方式，在所述目标沟槽或通孔内沉积填充物。

10.如权利要求9所述的分析样品的制备方法，其特征在于，所述FIB辅助扫描的扫描区域小于所述目标沟槽或通孔的区域。