CN103280440B - 制备tem样品的半导体结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备TEM样品的半导体结构和方法，其中，所述半导体结构包括一衬底，且该衬底上设置有一测试层，所述测试层包括一测试结构，所述半导体结构还包括复制层，所述复制层包括一复制结构；所述复制结构位于所述测试结构的正上方，且该复制结构的上表面图案与该测试结构的上表面图案相同。所述方法为采用上述的半导体结构制备TEM样品，研磨所述半导体结构至所述复制层的上表面；根据所述复制层上表面的图案结构，制备所述测试结构的TEM样品。通过本发明能够提高TEM制样的效率和效果。

Description

制备TEM样品的半导体结构和方法

技术领域

本发明涉及一种半导体工艺方法和结构，尤其涉及一种制备TEM样品的半导体结构和方法。

背景技术

在半导体器件的制造过程中，经常需要进行各种检测来反应半导体器件在制造过程中，或设计过程中的问题，以便及时采取措施。TEM是检测过程中的一个重要工具，透射电子显微镜（Transmissionelectron microscope，简称TEM），简称透射电镜，工作原理是将加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影响。通常电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万至几百万倍，用于观察超微结构和亚显微结构。其具有较高的分辨率使得其常被用于观测极薄薄膜的形貌及尺寸，因此，在业界通常会将待测试的半导体器件的测试结构制成TEM样品后，采用TEM对其进行物性分析，以查看其工艺状况。

在现有的制备TEM样品的过程中，通常在测试结构层的上方分布有Dummy（虚设）结构，该虚设结构用于优化铜的化学机械研磨（Chemical Mechanical Polishing，简称CMP）工艺，但是正是由于该虚设结构的存在，当样品在聚焦离子束（Focused Ion Beam，简称FIB）中进行TEM制样时，位于上方的虚设结构会挡住下方的测试结构，以至于无法得到测试结构的准确位置。图1A是现有技术中TEM制样时的测试层以及上层结构的立体结构示意图；图1B是现有技术中TEM制样时的测试层以及上层结构的俯视结构示意图；图1C是现有技术中TEM制样时的测试层以及上层结构的侧视结构示意图。如图1A-1C所示，位于测试层中的测试结构2’的上方分布有多个虚设结构1’，该虚设结构1’呈不规则分布，位于该虚设结构1’下方的测试结构2’在竖直方向上被位于其上方的虚设结构1’所挡住，只能看见位于上层的虚设结构1’，而无法准确定位下层的测试结构2’的形状和位置，导致无法准确地进行TEM制样。

针对上述的问题，目前业界采用的是采用激光标记定位等方式对其进行定位，但是，该方法的精度较差，同时对器件的破坏性也较大。

中国专利（授权公告号：CN101644642B）公开了一种在聚焦离子束显微镜中进行快速样品制备的方法和装置，用于制备TEM样品架的样坯，其包括片材，所述片材包括TEM样品架模版。片材至少有一部分将TEM样品架模块与片材的其他部分相连。通过在压机中从样坯上切出TEM样品架模版而形成TEM样品架，所述切削将纳操作器末梢的针尖与所形成的TEM样品架相接合，所述探针的针尖上连接有样品，用于在TEM中进行检验。该专利仅解决了聚焦离子束显微镜中进行快速样品制备的问题，并没有涉及确定样品的测试结构位置的相关方法。

中国专利（公开号：CN102346109A）公开了一种透射电子显微镜的半导体样品的制备方法，该方法包括：在晶圆片上形成包含目标结构的样品并用FIB将样品切至1微米左右厚度，在样品底部切出一条长度至少完全隔离目标结构和晶片的横向开口；然后在目标结构上方保留保护层FIB去除样品内位于目标结构上方的晶圆片上层的半导体器件；最后将样品的两面侧壁进行细抛，直到包含目标结构区域的样品厚度满足TEM样品的要求。该专利中所公开的TEM样品制备方法主要是避免了由于目标结构与样品表面的距离引起的聚焦离子束能量损失和分布不均匀造成TEM样品厚度问题，但并未涉及如何避免上述提及的虚设结构挡住测试结构导致在进行制样时测试结构的位置确定不准确的问题的改进措施。

可见，目前对于现有技术中存在的上述问题，在业界还没有一个有效的解决方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种制备TEM样品的半导体结构和方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：

一种半导体结构，应用于TEM制样工艺中，所述半导体结构包括一衬底，且该衬底上设置有一测试层，所述测试层包括一测试结构，其中，所述半导体结构还包括复制层，所述复制层包括一复制结构；

所述复制结构位于所述测试结构的正上方，且该复制结构的上表面图案与该测试结构的上表面图案相同。

所述的半导体结构，其中，所述复制结构的厚度与所述测试结构的厚度相同。

所述的半导体结构，其中，所述复制层还包括虚设结构，所述虚设结构的上表面与所述复制结构的上表面位于同一平面内。

所述的半导体结构，其中，所述虚设结构的材质为金属。

所述的半导体结构，其中，所述复制结构的材质为金属。

所述的半导体结构，其中，所述测试结构为金属互联线。

所述的半导体结构，其中，所述半导体结构还包括上层结构，所述上层结构位于所述复制层上方。

一种制备TEM样品的方法，其中，应用于所述的半导体结构上，所述方法包括：

研磨所述半导体结构至所述复制层的上表面；

根据所述复制层上表面的图案结构，制备所述测试结构的TEM样品。

所述的制备TEM样品的方法，其中，采用聚焦离子束工艺设备制备所述测试结构的TEM样品。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明通过在半导体器件上的测试结构上形成一复制结构，以使得在对半导体器件上的测试结构进行TEM制样时，通过研磨至该测试结构的上一层时，恰好暴露出该复制结构，由于该复制结构的图案和下方的测试结构的图案相同，且该复制结构位于该测试结构的正上方，因此，通过该复制结构的图案形状以及位置即可准确判断其下方的测试结构的图案形状和位置，从而能够在TEM制样时，快速并且准确地进行制样，进而提高了TEM制样的精准度和速度。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1A是现有技术中TEM制样时的测试层以及上层结构的立体结构示意图；

图1B是现有技术中TEM制样时的测试层以及上层结构的俯视结构示意图；

图1C是现有技术中TEM制样时的测试层以及上层结构的侧视结构示意图；

图2A是本发明实施例中TEM制样时的测试层和复制层的立体结构示意图；

图2B是本发明实施例中TEM制样时的测试层和复制层的俯视结构示意图；

图2C是本发明实施例中TEM制样时的测试层和复制层的侧视结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种半导体器件加工工艺中防止硅损伤的方法，尤其是一种防止高能量注入区域的硅表面损伤的方法。本发明可用于技术节点为小于22nm、32/28nm、45/40nm、65/55nm、90nm以及大于130nm的工艺中；本发明可用于Logic、Memory、RF、HV、Analog/Power、MEMS、CIS、Flash、eFlash等技术平台中。

本发明提供一种半导体结构，尤其是一种应用于TEM制样工艺中的半导体结构。

下面对本发明中的半导体结构加以说明。

该半导体结构包括一衬底，该衬底上设置有一测试层，测试层上还设置有一复制层。

该测试层中包含有需要进行TEM制样的测试结构以及其余的非测试结构。

该复制层中包括若干个独立的虚设结构，以及复制结构。虚设结构位于非测试结构的上方，复制结构则位于测试结构的正上方。若干个独立的虚设结构的外形均呈立方体状，分布形式为不均匀分布，其主要起到在化学机械研磨（Chemical Mechanical Polishing，简称CMP,）中起到均匀研磨的作用；而复制结构的图案形状与位于其下方的测试结构的图案形状完全相同。

本发明还提供一种制备TEM样品的方法。

下面对该发明方法加以描述。

采用聚焦离子束（Focused Ion Beam，简称FIB）制备TEM样品，对上述的包含测试结构的半导体结构进行研磨，研磨至该半导体结构中测试层上方500nm～1000nm处，使该晶圆片的测试层的上一层的顶部恰好暴露，即研磨至复制层的顶部表面恰好暴露，这时，由于该复制层中的复制结构的位置是位于该半导体结构的测试层中的测试结构的正上方，同时，其外形也与下方的测试结构完全相同，因此，经过研磨后的半导体结构虽然不能直接看到其测试结构的形状和位置，但是可以通过该复制层中的复制结构的外形和位置来精确确定该测试结构的形状和位置，从而能够快速地使用FIB进行测试结构的TEM样品制备。

下面结合具体实施例对本发明的半导体结构以及TEM制样方法进行详细说明。

图2A是本发明实施例中的测试层和复制层的立体结构示意图；图2B是本发明实施例中的测试层和复制层的俯视结构示意图；图2C是本发明实施例中的测试层和复制层的侧视结构示意图。

本实施例中的测试结构是某一V1电迁移的测试结构，如图2A-2C所示，图中所绘示的结构是需要使用TEM进行分析的半导体结构中的测试层的一部分以及位于其上层的复制层的一部分。该测试层中包括：金属线M1、测试金属线M2和电极V1，其中，金属线M1和测试金属线M2通过电极V1连接，测试金属线M2位于金属线M1的上方，金属线M1和测试金属线M2位于两个平面内。该复制层包括：位于金属线M1上方的虚设结构1和位于测试金属线M2上方的复制结构M3。该复制结构M3的形状与测试金属线M2的形状相同，且M3位于M2的正上方。其中，虚设结构1和复制结构M3的材质均为金属。

当在FIB内进行测试结构的TEM制样时，先采用研磨的方法，将需要使用TEM进行分析的半导体结构去层次至复制层，使恰好暴露出该复制层的顶部的上表面，即暴露出虚设结构1和复制结构M3，此时，测试层被复制层挡住而不能直接看见，但是，由于复制结构M3位于测试金属线M2的正上方，且复制结构M3的外形与测试金属线M2的外形相同，因此，根据复制结构M3的外形与位置即可快速并准确地确定测试结构的位置和形状，从而能够快速而准确地对测试结构进行TEM制样。

综上所述，本发明通过采用复制的思想，针对待制样晶圆片的测试结构，将该测试结构复制至上一层中形成复制层，以使得在该复制层中的位于测试结构的正上方的区域内形成与测试结构图案形状相同的复制结构。这样的结构设计可以使得在采用FIB进行后续的TEM制样的过程中，对该晶圆片进行去层次后，依据该复制结构，准确快速地完成测试结构的制样，大大提高了TEM制样的效率和效果。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (8)

1.一种半导体结构，应用于TEM制样工艺中，所述半导体结构包括一衬底，且该衬底上设置有一测试层，所述测试层包括一测试结构，其特征在于，所述半导体结构还包括复制层，所述复制层包括一复制结构；

所述复制结构位于所述测试结构的正上方，且该复制结构的上表面图案与该测试结构的上表面图案相同；

所述复制层还包括虚设结构，所述虚设结构的上表面与所述复制结构的上表面位于同一平面内。

2.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述复制结构的厚度与所述测试结构的厚度相同。

3.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述虚设结构的材质为金属。

4.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述复制结构的材质为金属。

5.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述测试结构为金属互联线。

6.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构还包括上层结构，所述上层结构位于所述复制层上方。

7.一种制备TEM样品的方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6中任意一项所述的半导体结构上，所述方法包括：

研磨所述半导体结构至所述复制层的上表面；

根据所述复制层上表面的图案结构，制备所述测试结构的TEM样品。

8.如权利要求7所述的制备TEM样品的方法，其特征在于，采用聚焦离子束工艺设备制备所述测试结构的TEM样品。