CN103940643A - Tsv样品的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种TSV样品制备方法，通过将包含TSV结构径向剖面的待处理样品倾斜，使TSV结构径向剖面与所述FIB机台的夹角为钝角，缩短了FIB作用在研磨区域的有效深度，使得研磨深度控制在FIB机台能力范围之内，因而大大减少了拉痕、剥离等样品缺陷，提高了样品分析区域的形貌平整度，同时缩短了制备时间，提高制备效率。

Description

TSV样品的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种TSV样品的制备方法。 

背景技术

TSV(Through Silicon Via,穿过硅通孔)是三维集成电路中堆叠芯片实现的互连的一种新的技术，TSV技术具有能够使芯片在三维方向的密度大、芯片之间的互连线最短、外形尺寸最小、低能耗等众多优点，已成为了业内备受瞩目的技术之一。 

目前，TSV结构的深度一般达到130um左右或者更多，显然，这对FA（失效）分析提出了一个很大的挑战。 

现有技术中，TSV样品的制备方法包括化学抛光（Polish）法和聚焦离子束（FIB）法。 

其中，化学抛光法一般过程包括：切片、研磨、挖坑和抛光。然而，化学抛光法虽然能很好地展现TSV的形貌，但是在制备过程中很容易会引入一些缺陷（defect），诸如裂痕（crack）、剥离（peeling）等等，干扰正常分析。 

而聚焦离子束（FIB）方法中，聚焦离子束(FIB)机台可以在整片晶片（wafer）的局部区域完成样品的制备，其过程是将wafer作为样品水平放置在FIB机台的样品台上，从FIB机台的液态金属离子源(一般为镓(Ga))中抽取的离子束经过加速、质量分析、整形等处理之后形成具有一定束流和离子束斑直径的聚焦离子束(Ibeam)，聚焦在样品表面轰击wafer的局部区域，从而对wafer进行切割和微细加工，以制备样品。 

请参考图1，现有技术中应用FIB方法制备TSV样品，一般是将wafer100中的TSV结构101径向垂直于FIB机台放置，即沿Z向放置，并在TSV样品两侧选择区域，FIB垂直作用于选择区域进行研磨（Milling），即FIB沿TSV结构101径向作业，形成样品分析区域。由于TSV深度通常大于100um,宽度通 常大于10um，采用图1所示的这种FIB方法制备TSV样品的过程中，样品分析区域的深度已达FIB能力极限，FIB作用后，样品分析区域越深，拉痕、剥离等缺陷越严重，分析区域的形貌越不平整。而且制备样品非常耗时，例如样品分析区域为5~10um，深度5~10um左右时，制备过程耗时大概1小时。 

因此，需要一种新的TSV样品制备方法，能更快捷有效地制备样品，减少样品缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种TSV样品的制备方法，可以减少样品缺陷，提高制备效率。 

为解决上述问题，本发明提出一种TSV样品的制备方法，包括以下步骤： 

从晶片上切割出包含TSV结构径向剖面的待处理样品； 

将待处理样品载入FIB机台，且TSV结构径向剖面朝上并与FIB机台平行； 

利用FIB在TSV结构径向剖面上做标记以确定TSV结构的位置； 

倾斜所述待处理样品，使TSV结构径向剖面与所述FIB机台的夹角为钝角； 

根据所述标记进行待处理样品的分析区域聚焦，并采用FIB研磨所述待处理样品的分析区域，以形成TSV样品。 

进一步的，利用FIB沉积或研磨的方法在TSV结构径向剖面上做标记。 

进一步的，所述钝角为130~140度。 

进一步的，通过对所述待处理样品倾斜50度并旋转-90度的方法来使TSV结构径向剖面与所述FIB机台的夹角为钝角。 

进一步的，根据所述标记进行待处理样品的分析区域聚焦后，采用束流为65nA的FIB研磨所述分析区域。 

进一步的，采用FIB研磨以形成TSV样品的步骤包括： 

用FIB初步研磨，在所述TSV结构的两侧的分析区域中形成两个洞，所述洞的深度能暴露出所述TSV结构的侧壁； 

用FIB在两个洞的底部分别形成开口； 

用FIB分别从每个洞中细抛所述TSV结构的侧壁，直到所述TSV结构的厚度达到预定义厚度。 

进一步的，所述洞的宽度3~10μm。 

进一步的，所述预定义厚度小于0.1μm。 

进一步的，所述开口为U型开口。 

进一步的，所述FIB机台还包括聚焦电子束结构，采用FIB研磨以形成TSV样品的过程中，采用聚焦电子束观察TSV样品形貌。 

与现有技术相比，本发明的TSV样品制备方法，通过将包含TSV结构径向剖面的待处理样品倾斜，使TSV结构径向剖面与所述FIB机台的夹角为钝角，缩短了FIB作用在研磨区域的有效深度，使得研磨深度控制在FIB机台能力范围之内，因而大大减少了拉痕、剥离等样品缺陷，提高了样品分析区域的形貌平整度，同时缩短了制备时间，提高制备效率。 

附图说明

图1是现有技术中制备TSV样品的FIB装置结构示意图； 

图2本发明的TSV样品的制备方法流程图； 

图3A至3C是本发明具体实施例的TSV样品的制备过程中的器件结构剖视图。 

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TSV样品的制备方法作进一步详细说明。 

请参考图2，本发明提供一种TSV样品的制备方法，包括以下步骤： 

S201，从晶片上切割出包含TSV结构径向剖面的待处理样品； 

S202，将待处理样品载入FIB机台，且TSV结构径向剖面朝上并与FIB机台平行； 

S203，利用FIB在TSV结构径向剖面上做标记以确定TSV结构的位置； 

S204，倾斜所述待处理样品，使TSV结构径向剖面与所述FIB机台的夹角为钝角； 

S205，根据所述标记进行待处理样品的分析区域聚焦，并采用FIB研磨所述待处理样品的分析区域，以形成TSV样品。 

请参考图3A，在步骤S201中，从晶片300上切割出包含TSV结构301径向剖面的待处理样品中，TSV结构301径向指的是TSV结构的深度方向，即图中Z向，显然此时TSV结构301径向剖面垂直于FIB机台。 

请参考图3B，在步骤S202中，将待处理样品载入FIB机台，且TSV结构301径向剖面朝上并与FIB机台平行,即TSV结构301径向剖面与X向、Y向组成的平面平行。 

请继续参考图3B，在步骤S203中，可以利用FIB机台的沉积或研磨功能在TSV结构301径向剖面上做标记（Mark）302，所述标记302可以标定TSV的位置，确定感兴趣的分析区域。其中，沉积方法形成标记302时，可以采用钨、铂、铜等金属材料在TSV结构301径向剖面上溅射。 

请参考图3C，在步骤S204中，倾斜所述待处理样品，使TSV结构301径向剖面与所述FIB机台的夹角为钝角，即TSV结构301径向剖面与X向、Y向组成的平面的二面角为钝角，所述钝角为130~140度。此时，TSV结构301的最大深度和最大宽度仅为孔的直径，显然，大大减小了后续用FIB作业时的样品分析区域的深度。 

本实施例中，所述FIB机台还包括聚焦电子束结构，为了在后续FIB研磨形成TSV样品的过程中，能够使得聚焦电子束可以很容易地观察到TSV样品形貌，采取对所述待处理样品倾斜50度并在X向、Y向组成的平面中旋转-90度的方法来使TSV结构301径向剖面与所述FIB机台的夹角为130度。 

请继续参考图3C，在步骤S205中，根据所述标记聚焦所述待处理样品的分析区域，然后采用一定束流的FIB303对所述分析区域进行研磨（milling），包括以下步骤： 

首先，初步研磨，在所述TSV结构的两侧的分析区域中形成两个洞，所述洞的深度能暴露出所述TSV结构的侧壁，优选的，所述洞的宽度3~10μm； 

然后，在两个洞的底部分别形成开口，优选的，所述开口为U型开口； 

接着，分别从每个洞中细抛所述TSV结构的侧壁，直到所述TSV结构的厚度达到预定义厚度，优选的，所述预定义厚度小于0.1μm。 

本实施例中，采用FIB的束流为60nA~80nA,例如是65nA。 

初步研磨过程中，首先，在与标记302标记的TSV结构相距2微米左右的 对称区域中，先用FIB轰击形成一个长度至少大于TSV结构径向的长度，宽度3～10μm，例如是3.6μm、4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm、7.5μm、8μm、8.5μm、9μm、9.5μm。高度为至少露出TSV结构的洞（或凹槽）。两个洞（或凹槽）之间的部分为包含TSV结构的样品。其中，所述TSV结构的位置通过之前的标记301确定，一个洞平行于TSV结构径向剖面的截面边缘上两点间的最大距离是该洞的长度，而该洞平行于TSV结构径向剖面的截面边缘上两点间的最小距离是该洞的宽度，若洞的截面为椭圆，则洞的长度为长轴长，宽度为短轴长；然后，再用FIB分别对称地粗切洞靠近样品A和B的侧壁部分，尤其是样品B的侧壁，使两洞之间的样品的厚度减小到1微米左右。 

在形成开口的过程中，首先在靠近洞底部的样品上先切出一条与TSV结构301径向剖面平行的横向开口，该横向开口的长度与洞（或凹槽）长度相当，隔开了要形成的TSV样品与TSV结构底部；再分别以横向开口的两端作为起点，切出两条垂直于横向开口方向的纵向开口。其中，纵向开口的长度要求低于样品的高度，使得切出纵向开口之后，要形成的TSV样品仍然连接在TSV结构上未脱离，横向开口和两条纵向开口组合形成U型开口。 

接着，用FIB分别细抛每个洞（或凹槽）中要形成的TSV样品的侧壁，直到在E beam（聚焦电子束）的观察图像中，该TSV样品结构厚度达到0.1μm以下。 

然后，切断TSV样品与TSV结构的连接部分，取出样品为TSV样品。 

由于milling的有效深度通过TSV结构301径向剖面的倾斜而减小，被完全控制在FIB机台的能力范围之内，因此FIB作用后的拉痕、剥离等缺陷也大大降低，分析区域的形貌平整度大大提高。而且milling的有效深度大大降低，样品研磨时间大大缩短，因此可以提高样品制备效率。 

综上所述，本发明提供一种TSV样品制备方法，通过将包含TSV结构径向剖面的待处理样品倾斜，使TSV结构径向剖面与所述FIB机台的夹角为钝角，缩短了FIB作用在研磨区域的有效深度，使得研磨深度控制在FIB机台能力范围之内，因而大大减少了拉痕、剥离等样品缺陷，提高了样品分析区域的形貌平整度，同时缩短了制备时间，提高制备效率。 

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明 的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 

Claims (10)

1.一种TSV样品的制备方法，其特征在于，包括：

从晶片上切割出包含TSV结构径向剖面的待处理样品；

将待处理样品载入FIB机台，且TSV结构径向剖面朝上并与FIB机台平行；

利用FIB在TSV结构径向剖面上做标记以确定TSV结构的位置；

倾斜所述待处理样品，使TSV结构径向剖面与所述FIB机台的夹角为钝角；

根据所述标记进行待处理样品的分析区域聚焦，并采用FIB研磨所述待处理样品的分析区域，以形成TSV样品。

2.如权利要求1所述的TSV样品的制备方法，其特征在于，利用FIB沉积或研磨的方法在TSV结构径向剖面上做标记。

3.如权利要求1所述的TSV样品的制备方法，其特征在于，所述钝角为130~140度。

4.如权利要求1或3所述的TSV样品的制备方法，其特征在于，通过对所述待处理样品倾斜50度并旋转-90度的方法来使TSV结构径向剖面与所述FIB机台的夹角为钝角。

5.如权利要求1所述的TSV样品的制备方法，其特征在于，根据所述标记进行待处理样品的分析区域聚焦后，采用束流为60nA~80nA的FIB研磨所述分析区域。

6.如权利要求1所述的TSV样品的制备方法，其特征在于，采用FIB研磨以形成TSV样品的步骤包括：

用FIB初步研磨，在所述TSV结构的两侧的分析区域中形成两个洞，所述洞的深度能暴露出所述TSV结构的侧壁；

用FIB在两个洞的底部分别形成开口；

用FIB分别从每个洞中细抛所述TSV结构的侧壁，直到所述TSV结构的厚度达到预定义厚度。

7.如权利要求6所述的TSV样品的制备方法，其特征在于，所述洞的宽度3~10μm。

8.如权利要求6所述的TSV样品的制备方法，其特征在于，所述预定义厚度小于0.1μm。

9.如权利要求6所述的TSV样品的制备方法，其特征在于，所述开口为U型开口。

10.如权利要求1或6所述的TSV样品的制备方法，其特征在于，所述FIB机台还包括聚焦电子束结构，采用FIB研磨以形成TSV样品的过程中，采用聚焦电子束观察TSV样品形貌。