CN104122130B - 一种透射电镜样品的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种透射电镜样品的制备方法，包括硅衬底和绝缘层，在绝缘层上有通孔或者沟槽形式的目标结构，首先在绝缘层表面沉积一层金属导电层，并将金属导电层和硅衬底进行连接，且样品是直接放置在聚焦离子束系统的样品台上的，使硅衬底通过样品台接地，然后再在金属导电层上的目标结构部位沉积一层金属保护层，在样品切割时，金属保护层产生的电荷能被导到硅衬底，然后通过样品台接地，所以避免了目标结构中电荷积累的发生，防止出现电击穿破坏目标结构的问题；本发明能够使样品在切割制作中，避免电荷在目标结构中积累并击穿绝缘层问题的发生，以获得目标结构的真实和完整信息。

Description

一种透射电镜样品的制备方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，更具体地说，涉及一种半导体集成电路透射电镜样品的制备方法。

背景技术

在集成电路生产过程中，需要使用TEM(透射电镜)观测各种结构，比如第一层金属层刻蚀完成后的形貌等，所述形貌是指刻蚀中所形成的通孔或者沟槽等结构，对该结构的观测，需要对样品进行切割，如图1，图1为需要进行切割分析的样品结构示意图，图1中，硅衬底1表面为绝缘层2，绝缘层2上刻蚀有目标结构3，其硅衬底1一般有几百个μm(微米)厚，如果在聚焦离子束系统中直接用离子束对样品进行切割，则切割面会存在不平整问题，影响对目标结构的观察和分析。

在现有技术中，制备聚焦离子束样品或TEM样品时，目前业界的先进方法是，在样品表面沉积一层Pt(铂)等金属元素的金属保护层，以在离子束切割样品时保护样品，使切割的截面均匀平整，金属保护层的厚度在0.2～1μm左右，用的是聚焦离子束自身的气体辅助沉积系统，通过离子束分解含Pt的气体将Pt沉积在样品的目标结构表面，因为金属保护层一般只沉积在目标结构表面，所以其导电范围一般为几个平方微米。

然而，本领域技术人员清楚，目前的这种使用聚焦离子束进行TEM样品制备时所采用的常规方法，有时会发生由于电荷积累而产生电击穿的现象，如图2，图2为在需要进行切割分析的样品上直接沉积一层金属保护层的结构示意图，图2中，硅衬底1表面为绝缘层2，绝缘层2上刻蚀有目标结构3，目标结构3包括目标结构的底部4，在目标结构3处沉积有绝缘层表面的金属保护层5；但如果在样品上直接沉积一层金属保护层，则在离子束进行切割时，由于电荷会积累在目标结构的底部而产生电击穿的现象，造成样品被破坏而无法分析。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种透射电镜样品的制备方法，以在样品切割时，保护目标结构不受破坏。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于使样品在切割时，保护样品的目标结构不受破坏。

为实现上述目的，本发明提供了一种透射电镜样品的制备方法，其通过在样品表面沉积一层金属导电层，并将金属导电层和硅衬底进行接地连接，然后再在金属导电层上沉积一层金属保护层，以在样品切割时，将金属保护层产生的电荷导到硅衬底中，避免了目标结构中电荷积累的发生，防止出现电击穿破坏目标结构的问题；基于该方法，能够获得目标结构的真实和完整信息。本发明的技术方案如下：

一种透射电镜样品的制备方法，所述透射电镜样品至少包括硅衬底和绝缘层，所述绝缘层具有目标结构，所述目标结构为通孔或者沟槽，还包括如下步骤：

步骤S01：在所述样品表面以及所述目标结构内壁上沉积一层金属导电层；

步骤S02：在聚焦离子束系统中，使用离子束将所述金属导电层和所述硅衬底先打孔连通，并通过离子束含有的镓导通，然后再将硅衬底接地；

步骤S03：在所述样品的所述目标结构部位沉积一层金属保护层，所述金属保护层至少能覆盖所述目标结构在所述样品表面所在平面上的投影，且所述孔的所在部位在所述金属保护层的区域之外；

步骤S04：完成所述样品的切割和提取流程。

优选地，步骤S01中所采用的沉积方法是通过镀金机采用物理沉积Pt或Au(金)形成一层所述金属导电层的方法。

优选地，所述金属导电层的厚度为90～110埃。

优选地，所述样品是直接放置在聚焦离子束系统的样品台上的，所述硅衬底通过所述样品台接地。

优选地，步骤S02中所述孔位于所述样品上的所述目标结构旁边且沉积有所述金属导电层部位，所述孔从所述金属导电层延伸至所述硅衬底内部。

此处设计的目的在于，采用所述的沉积方法沉积的所述金属导电层是平方毫米级别，面积大于一个或多个目标结构上的平方微米级别的金属保护层，所以在所述金属导电层部位打一个孔，就能使所有的小面积的金属保护层得到接地保护，且该方法能使金属导电层覆盖了样品表面、目标结构的侧壁、底部等所有表面位置；所述打孔方法中由于离子束本身是导电金属的镓离子源，所以孔内会再沉积含镓的材质，以将样品表面的导电层和硅衬底连接起来；且在所打的孔的区域不沉积金属保护层，能避免金属保护层又在所打的孔内沉积，从而避免再次发生绝缘层被击穿的问题。

优选地，所述孔在所述硅衬底内部的深度为3～10μm。

优选地，所述孔在所述硅衬底内部的深度采用经验参数的方法控制，所述经验参数的方法是在同一规格的样品上，用不同的离子束电流、不同的时间打孔，然后切断面确认所述孔的深度，并记录所述孔的深度与所述离子束电流和所述时间之间的关系。

此处设计的目的在于，硅衬底一般为几百个μm厚，采用经验参数的方法控制，能避免所打的孔过深或者过浅；打孔的电流一般为几百至几千离子束电流，时间为几秒至几十秒。

优选地，所述孔的轴线垂直于所述样品表面。

优选地，步骤S03中所述沉积方法是使用聚焦离子束系统，只在所述目标结构在所述样品表面所在平面上的投影区域的所述金属导电层表面沉积一层所述金属保护层的方法。

此处设计的目的在于，所打的孔为圆孔，所述圆孔的直径一般为几十至几百nm(纳米)，所述孔的轴线垂直于所述样品表面，能避免所打的孔破坏目标结构。

从上述技术方案可以看出，本发明一种透射电镜样品的制备方法，通过在样品表面沉积一层金属导电层，并在聚焦离子束系统中，使用离子束的方法将金属导电层和硅衬底进行接地连接，然后再在金属导电层上沉积一层金属保护层，以在样品切割时，将金属保护层产生的电荷导到硅衬底中，避免了目标结构中电荷积累的发生，防止出现电击穿破坏目标结构的问题；所以使用该方法，能够使样品在切割制作中，避免电荷在目标结构中积累并击穿绝缘层问题的发生，以获得目标结构的真实和完整信息。

以下将结合附图对本发明的构思、具体流程及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为需要进行切割分析的样品结构示意图；

图2为在需要进行切割分析的样品上直接沉积一层金属保护层的结构示意图；

图3为本发明的样品制作流程框图；

图4为本发明中在样品上沉积一层金属导电层的结构示意图；

图5为本发明中将金属导电层和硅衬底进行接地连接的结构示意图；

图6为本发明中在样品的目标结构上沉积一层金属保护层的结构示意图。

图中，1为硅衬底，2为绝缘层，3为目标结构，4为目标结构的底部，5为绝缘层表面的金属保护层，6为金属导电层，7为孔，8为金属导电层表面的金属保护层。

具体实施方式

下面结合附图3～6，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述实施例中，以沟槽形式的目标结构为例进行说明。

请参阅图3，图3为本发明的样品制作流程框图；其说明了一种透射电镜样品的制备方法，所述透射电镜样品包括硅衬底1和绝缘层2，所述绝缘层2具有目标结构3，所述目标结构3为通孔或者沟槽，还包括如下步骤：

步骤S01：在所述样品表面以及所述目标结构3内壁上沉积一层金属导电层6；

请参阅图4，图4为本发明中在样品上沉积一层金属导电层的结构示意图，所采用的沉积方法是通过镀金机采用物理沉积Pt形成一层所述金属导电层6的方法，所述金属导电层6的厚度为100埃；

步骤S02：在聚焦离子束系统中，使用离子束将所述金属导电层6和所述硅衬底1先打孔7连通，并通过离子束含有的镓导通，然后再将硅衬底1接地；

请参阅图5，图5为本发明中将金属导电层和硅衬底进行接地连接的结构示意图，所述孔7位于所述样品上的所述目标结构3旁边且有所述金属导电层6部位，所述孔7从所述金属导电层6延伸至所述硅衬底1内部，在实施例中，所述孔7在所述硅衬底1内部的深度采用经验参数的方法控制，硅衬底1厚度为200μm，所述孔7在所述硅衬底1内部的深度为5μm；

步骤S03：在所述样品的所述目标结构3部位沉积一层金属保护层8，所述金属保护层8至少能覆盖所述目标结构3在所述样品表面所在平面上的投影，且所述孔7的所在部位在所述金属保护层8的区域之外；

请参阅图6，图6为本发明中在样品的目标结构上沉积一层金属保护层的结构示意图，在实施例中，步骤S03中所述沉积方法是使用聚焦离子束系统，只在所述目标结构3在所述样品表面所在平面上的投影区域的所述金属导电层6表面沉积一层0.6μm的所述金属保护层8的方法；

步骤S04：完成所述样品的切割和提取流程。

因为沉积的金属导电层6是平方毫米级别，面积大于一个或多个目标结构3上的平方微米级别的金属保护层8，所以在所述金属导电层6部位打一个孔7，就能使所有的小面积的金属导电层表面的金属保护层8得到接地保护，且该方法能使金属导电层6覆盖了样品表面、目标结构3的侧壁、底部等所有表面位置；所述打孔7方法中由于离子束本身是导电金属的镓离子源，所以孔7内会再沉积含镓的材质，以将样品表面的导电层和硅衬底1连接起来；且在所打的孔7的区域不沉积金属保护层，能避免金属保护层又在所打的孔7内沉积，从而避免再次发生绝缘层2被击穿的问题。

在实施例中，所述样品是直接放置在聚焦离子束系统的样品台上的，所述硅衬底1通过所述样品台接地。

在实施例中，所述孔7的轴线垂直于所述样品表面。

所打的孔7为圆孔，所述圆孔的直径为80nm，所述孔7的轴线垂直于所述样品表面，能避免所打的孔7破坏目标结构3。

从上述技术方案可以看出，本发明一种透射电镜样品的制备方法，通过在样品表面沉积一层金属导电层6，并在聚焦离子束系统中，使用离子束的方法将金属导电层6和硅衬底1进行接地连接，然后再在金属导电层6上沉积一层金属保护层8，以在样品切割时，将金属保护层8产生的电荷导到硅衬底1中，避免了目标结构3中电荷积累的发生，防止出现电击穿破坏目标结构3的问题；所以使用该方法，能够使样品在切割制作中，避免电荷在目标结构3中积累并击穿绝缘层2问题的发生，以获得目标结构3的真实和完整信息。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种透射电镜样品的制备方法，所述透射电镜样品至少包括硅衬底和绝缘层，所述绝缘层具有目标结构，所述目标结构为通孔或者沟槽，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S01：在所述样品表面以及所述目标结构内壁上沉积一层金属导电层；

步骤S02：在聚焦离子束系统中，使用离子束将所述金属导电层和所述硅衬底先打孔(7)连通，并通过离子束含有的镓导通，然后再将硅衬底接地；

步骤S03：在所述样品的所述目标结构部位沉积一层金属保护层，所述金属保护层至少能覆盖所述目标结构在所述样品表面所在平面上的投影，且所述孔(7)的所在部位在所述金属保护层的区域之外；

步骤S04：完成所述样品的切割和提取流程。

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，步骤S01中所采用的沉积方法是通过镀金机采用物理沉积Pt或Au形成一层所述金属导电层的方法。

3.如权利要求2所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于，所述金属导电层的厚度为90～110埃。

4.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，所述样品是直接放置在聚焦离子束系统的样品台上的，所述硅衬底通过所述样品台接地。

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，步骤S02中所述孔位于所述样品上的所述目标结构旁边且沉积有所述金属导电层部位，所述孔从所述金属导电层延伸至所述硅衬底内部。

6.如权利要求5所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于，所述孔(7)在所述硅衬底内部的深度为3～10μm。

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，所述孔(7)在所述硅衬底内部的深度采用经验参数的方法控制，所述经验参数的方法是在同一规格的样品上，用不同的离子束电流、不同的时间打孔，然后切断面确认所述孔(7)的深度，并记录所述孔(7)的深度与所述离子束电流和所述时间之间的关系。

8.如权利要求1或5或6或7所述的透射电镜样品的制备方法，其特征在于，所述孔(7)的轴线垂直于所述样品表面。

9.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，步骤S03中所述沉积方法是使用聚焦离子束系统，只在所述目标结构在所述样品表面所在平面上的投影区域的所述金属导电层表面沉积一层所述金属保护层的方法。