CN103698170B - Tem样品的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TEM样品的制备方法，其结合了现有技术中使用离子减薄和聚焦离子束两种方法的优势，利用聚焦离子束得到指定区域的样品，节省现有技术中机械研磨所需的时间，实现了定点样品制备；由离子减薄去除成像端面的非晶态层，以解决由聚焦离子束对成像端面造成的损伤，且进一步减小了TEM样品的厚度，避免了重影现象的产生，因此本发明所提供的TEM样品的制备方法可实现快速的定点样品制备的同时，解决了切割时非晶态端面以及重影对成像造成不良影响的问题。

Description

TEM样品的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种TEM（Transmission ElectronMicroscope，透射电子显微镜）样品的制备方法。

背景技术

在半导体制造业中，有各种各样的检测设备，其中电子显微镜是用于检测组成期间的薄膜的形貌、尺寸及特征的一个重要工具。常用的电子显微镜包括TEM（Transmission Electron Microscope，透射电子显微镜）和SEM（Scanning ElectronMicroscope，扫描电子显微镜）。TEM的工作原理是将需检测的样品放入TEM观测室，以高压加速的电子束照射样片，将样品形貌放大、投影到屏幕上，照相，然后进行分析，TEM的一个突出优点是具有较高的分辨率，可观测极薄薄膜的形貌及尺寸。

样品制备是TEM分析技术中非常重要的一环，现有技术通常通过两种方法进行样品制备，其中一种方法通过切割将初级样品从晶圆中截取出来，然后初级样品经机械研磨（polishing）之后放入PIPS机台（Precision ion polishing system），对初级样品进行离子减薄（ion milling）形成TEM样品，由该方法制备的TEM样品较薄，TEM样品的前后两个成像端面非晶态很少，不会影响成像质量，具有较高的分辨率，但是该方法所需时间比较长，并且不适用定点位置的样品制备；还有一种方法利用聚焦离子束（Focused Ion Beam，FIB）机台进行切割得到样品，可以在整片晶圆的局部区域完成TEM样品的制备，其过程是使用经高压加速的离子束聚焦在晶圆的局部区域，从而直接对晶圆进行切割而得到TEM样品，图1a和图1b展示了使用聚焦离子束制备形成有高介电层晶体管的晶圆TEM样品的扫描图，如图1a所示，晶圆1上形成有多个高介电层晶体管2，高介电层晶体管2之间形成有STI（浅沟槽隔离）区域3，利用聚焦离子束对目标区域A进行切割，以得到如图1b所示的样品成像端面。

由于使用高压加速的离子束进行轰击，所以对TEM样品容易造成损伤，使得TEM样品在厚度方向上的前后两个成像端面由晶态变成非晶态，影响成像质量；并且，由于技术的限制，使用聚焦离子束制备样品时，目标区域A的厚度范围一般为80-100nm，随着半导体技术的发展，半导体器件的特征尺寸已经缩小至45nm甚至更小，因此，使用聚焦离子束切割得到的TEM样品厚度大于器件的特征尺寸，而较厚的TEM样品在成像时容易导致重影（overlap）现象，如图1c所示，仍以高介电晶体管为例，当TEM样品厚度大于器件的特征尺寸时，如图1a所示的目标区域A内就会有一部分不被期望的STI区域3的形貌保留在TEM样品中，当该不被期望的STI区域3存在的过多时，且由于STI区域3上的高介电层要高于晶体管2有源区内高介电层5的厚度，在成像时即形成了重影6，进而使得高介电层晶体管2的栅极4高度和高介电层5的高度无法准确测量。

发明内容

鉴于现有技术的问题，本发明提供了一种TEM样品的制备方法，以实现快速的定点样品制备的同时，避免切割时非晶态端面以及重影对成像的影响。

本发明采用的技术方案如下：一种TEM样品的制备方法，包括：

通过切割从晶圆中截取初级样品；

对截取的所述初级样品进行激光标记以指定目标区域；

将初级样品放入聚焦等离子机台对指定的目标区域进行聚焦离子束切割，以得到在厚度方向上具有前后两个成像端面的样品；

对聚焦离子束切割后的样品进行离子减薄。

进一步，对聚焦离子束切割后的样品进行离子减薄的步骤包括：

将聚焦离子束切割后的样品黏附于支架，其中所述聚焦离子束切割后的样品的一个成像端面的局部与支架通过镀钨或镀铂黏附于所述支架；

将黏附有聚焦离子束切割后的样品的支架放置于PIPS机台；

对所述聚焦离子束切割后的样品的两个成像端面进行离子减薄。

进一步，所述对聚焦离子束切割后的样品的两个成像端面进行离子减薄包括：

使用氩离子源，以与所述聚焦离子束切割后的样品的两个成像端面成大于0°小于等于6°的夹角，进行10至20秒的离子减薄。

采用在本发明所提供的TEM样品的制备方法，其结合了现有技术中使用离子减薄和聚焦离子束两种方法的优势，利用聚焦离子束得到指定区域的样品，节省现有技术中机械研磨所需的时间，实现了定点样品制备；由离子减薄去除成像端面的非晶态层，以解决由聚焦离子束对成像端面造成的损伤，且进一步减小了TEM样品的厚度，避免了重影现象的产生，因此本发明所提供的TEM样品的制备方法可实现快速的定点样品制备的同时，解决了切割时非晶态端面以及重影对成像造成不良影响的问题。

附图说明

图1a和图1b为使用聚焦离子束制备形成有高介电层晶体管的晶圆TEM样品的实际扫描图；

图1c为现有技术中使用聚焦离子束制备TEM样品时具有重影的实际扫描图；

图2本发明一种TEM样品制备方法的流程图；

图3为通过本发明提供的TEM样品制备方法所得到的TEM样品端面扫描图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

作为本发明一种TEM样品制备方法的典型实施例，如图2所示，包括：

通过切割从晶圆中截取初级样品，并对截取的初级样品进行激光标记以指定目标区域；

将初级样品放入聚焦等离子机台对指定的目标区域进行聚焦离子束切割，以得到在厚度方向上具有前后两个成像端面的样品；

对聚焦离子束切割后的样品进行离子减薄的步骤，其包括：将聚焦离子束切割后的样品黏附于支架，其中聚焦离子束切割后的样品的一个成像端面的局部与支架通过镀钨或镀铂黏附于支架；

将黏附有聚焦离子束切割后的样品的支架放置于PIPS机台；

对所述聚焦离子束切割后的样品的两个成像端面进行离子减薄，作为优选的，该离子减薄的工艺包括使用氩离子源，以与聚焦离子束切割后的样品的两个成像端面成大于0°小于等于6°的夹角，进行10至20秒的离子减薄；由于氩离子的能量小，束斑大，并且以小角度对两个成像断面进行可以去除使用聚焦离子束切割时在样品前后两个成像端面形成的非晶态层，并适当减薄样品的厚度，减小不被期望的其他结构对所成像端面产生影响。

需要说明的是，对于离子减薄工艺的具体参数选择，本领域技术人员可根据具体所需成像的端面及器件在上述范围内进行自行选择，或通过有限次实验得出具体的参数。

使用本发明所提供的TEM样品制备方法，仍以图1a~图1c所选取的高介电层晶体管2的成像端面为例，如图3所示，由于离子减薄去除成像端面的非晶态层，以解决由聚焦离子束对成像端面造成的损伤，且进一步减小了TEM样品的厚度，以减少不被期望的STI区域，进而如图3中区域B所示，避免了重影现象的产生；并且，利用聚焦离子束切割，可以形成指定区域的样品，并节省现有技术中机械研磨所需的时间；因此本发明所提供的TEM样品的制备方法可实现快速的定点样品制备的同时，解决了切割时非晶态端面以及重影对成像造成不良影响的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种TEM样品的制备方法，包括：

通过切割从晶圆中截取初级样品；

对截取的所述初级样品进行激光标记以指定目标区域；

将初级样品放入聚焦等离子机台对指定的目标区域进行聚焦离子束切割，以得到在厚度方向上具有前后两个成像端面的样品；

对聚焦离子束切割后的样品进行离子减薄，以去除所述成像端面的非晶态层，并进一步减小样品的厚度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对聚焦离子束切割后的样品进行离子减薄的步骤包括：

将聚焦离子束切割后的样品黏附于支架，其中所述聚焦离子束切割后的样品的一个成像端面的局部与支架通过镀钨或镀铂黏附于所述支架；

将黏附有聚焦离子束切割后的样品的支架放置于PIPS机台；

对所述聚焦离子束切割后的样品的两个成像端面进行离子减薄。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对聚焦离子束切割后的样品的两个成像端面进行离子减薄包括：

使用氩离子源，以与所述聚焦离子束切割后的样品的两个成像端面成大于0°小于等于6°的夹角，进行10至20秒的离子减薄。