CN104297037A - 一种tem样品的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种TEM样品的制备方法；通过将一个初始样品上下反转固定在基体上，然后进行聚焦离子束的切割以制备TEM样品；该技术方案改变传统的TEM样品制备过程中聚焦离子束对初始样品的切割方向，使得聚焦离子束的切割方向由硅衬底至接触孔，进而完全消除传统制备TEM样品时，其接触孔与硅衬底交界处的界面层出现水滴效应，因此可以得到相当清晰的TEM图片，以便于后续对接触孔与硅衬底交界处的界面层进行缺陷分析。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种TEM样品的制备方法。
背景技术
在半导体的生产工艺中，透射电子显微镜(Transmission electronmicroscope，简称TEM)是用于检测器件的薄膜的形貌、尺寸以及特征的一个重要的电子显微镜工具，它的工作原理是将样品进行切割、研磨以及减薄等方式后放入TEM观察室，并以高压加速的电子束照射样品，将样品的形貌放大，最终形成TEM样品的图像，以及对TEM样品图像进行观察、量测和分析。
对于TEM样品的制备方法有多种，其中较为常见的是采用聚焦离子束(Focused Ion Beam，简称FIB)制备TEM样品，传统的制备方法是通过VC定位目标区域之后，采用FIB的方法在原始样品表面镀一定厚度的Pt层，然后通过聚焦离子束垂直于原始样品表面进行切割、加工以形成TEM样品。在形成TEM样品之后往往需要对其进行观察、分析以及检测等步骤以保证TEM样品质量的可靠性，例如对于TEM样品中的接触孔(CT)的底部与硅衬底的界面层Layer如较薄的OX Layer(一般厚度小于2nm)的观测和元素的分析。
然而，现有技术中，由于受到样品的本身结构、材料和传统样品制备方法的限制，采用聚焦离子束制备具有CT2的TEM样品的过程中，聚焦离子束的切割方向是从CT2的顶部至硅衬底1(其中，箭头所指示的方向即聚焦离子束的切割方向)，如图1所示，其中CT2位于介质层3中，且该TEM样品具有金属互连层4。因聚焦离子束会受到CT2本身材料的影响改变了离子束的能量，当样品的厚度较薄时(一般小于40nm)，这种制备方式不可避免的会在CT2底部与硅衬底1的交界处产生水滴效应，如图2所示。其中，区域5即水滴效应形成区域，因此很难看清CT2底部与硅衬底1交界处的界面层的状况，从而影响到对异常界面层的观测与缺陷分析，而且本领域技术人员目前对该缺陷还未提出合适的改良方案，以消除CT与硅衬底交界处的水滴效应。
因此，需要提供一种新的TEM样品的制备方法成为本领域技术人员日益研究的方向。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种TEM样品的制备方法，以解决现有技术中无法消除FIB制备TEM样品过程中产生水滴效应的缺陷。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种TEM样品的制备方法，其中，所述方法包括：
步骤S1、提供一初始样品，所述初始样品具有硅衬底、位于硅衬底之上的若干接触孔和覆盖所述接触孔的金属互连层，所述接触孔中填充有金属；
步骤S2、将所述初始样品固定放置在一基体之上，且所述初始样品具有所述金属互连层的一面与所述基体的上表面接触；
步骤S3、将放置有初始样品的所述基体传送至FIB机台中，通过聚焦离子束切割所述初始样品以形成TEM样品。
较佳的，上述的TEM样品的制备方法，其中，所述方法还包括：
步骤S4、观察所述TEM样品中的接触孔与硅衬底交界处的界面层。
较佳的，上述的TEM样品的制备方法，其中，采用透射电子显微镜观察所述TEM样品。
较佳的，上述的TEM样品的制备方法，其中，还包括：
采用聚焦离子束切割所述初始样品之后，将其固定放置在所述基体之上。
较佳的，上述的TEM样品的制备方法，其中，所述初始样品还包括介质层，所述介质层位于所述硅衬底的上表面，所述介质层中设置有所述若干接触孔。
较佳的，上述的TEM样品的制备方法，其中，所述步骤S2中，
在基体的上表面粘附一层AB胶；
通过一透射电子显微镜样品拾取系统将所述初始样品中具有金属互连层的一面接触至所述基体的上表面；
在一热盘上进行AB胶的固化，以固定所述初始样品和所述基体。
较佳的，上述的TEM样品的制备方法，其中，步骤S3中，所述聚焦离子束的切割方向由所述硅衬底至所述接触孔。
较佳的，上述的TEM样品的制备方法，其中，所述基体为载体硅片。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明公开了一种TEM样品的制备方法，通过将一个初始样品上下反转固定在基体上，然后进行聚焦离子束的切割以制备TEM样品；该技术方案改变传统的TEM样品制备过程中聚焦离子束对初始样品的切割方向，使得聚焦离子束的切割方向由硅衬底至接触孔，进而完全消除传统制备TEM样品时，其接触孔与硅衬底交界处的界面层出现水滴效应，因此可以得到相当清晰的TEM图片，以便于后续对接触孔与硅衬底交界处的界面层进行缺陷分析。
具体附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是现有技术中TEM样品的制备方法示意图；
图2是现有技术中CT与硅衬底交界处的水滴效应示意图；
图3～图5是本发明中TEM样品的制备方法流程示意图；
图6是本发明中CT与硅衬底交界处未出现水滴效应示意图。
具体实施方式
本发明的核心思想是改变初始样品相对于聚焦离子束的切割方位，使得在制备TEM样品的过程中聚焦离子束的切割方向由硅衬底至CT，以完全消除水滴效应。
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
为消除FIB制备TEM样品过程中产生的水滴效应，本发明提供一种TEM样品的制备方法。
步骤S1、提供一传统的初始样品，该初始样品具有图1所示的硅衬底1以及位于硅衬底上表面的若干接触孔CT2，该若干接触孔中均填充有一种或者多种金属材料，在该接触孔的上表面还覆盖有一金属互连层4，以连接填充有金属材料的各接触孔。
在该初始样品中的硅衬底1上表面还覆盖有介质层3，上述若干接触孔2均设置在介质层3中；其中，图3是图1的俯视图。
在本发明的实施例中，为清晰、更明显的示出本发明的主旨，本实施例中的初始样品只示出部分结构。
步骤S2、将初始样品固定设置在一个基体6的表面，为了改变初始样品相对于聚焦离子束切割的方位，本发明中将初始样品中具有金属互连层的一面(定义为上表面)倒置，并固定接触在该基体6的上表面，如图5所示。
其中，在本发明的实施例中，执行步骤S2之前，还需要对初始样品进行处理，具体的将该初始样品放置于FIB机台，通过聚焦离子束对初始样品中的某一目标区域进行切割，该目标区域的初始样品作为后续用于制备TEM样品，如图4所示，其中箭头的方向即为聚焦离子束的对初始样品的切割方向。
在一可选但非限制性的实施例中，如图5所示，首先在一个预备的基体6的上表面粘附一层AB胶7，所谓AB胶7是指以A剂和B剂两种单独的方式分开储存，使用时将A剂和B剂按规定的比例混合后进行粘附的胶水，也称双组分胶，当然，本领技术人员应当理解为也可采用其他种类的胶进行粘附。
然后通过一个透射电子显微镜样品拾取系统系统(Pick-up系统)将该初始样品的上表面放置在具有粘附AB胶7的基体6的上表面，以便于固定该初始样品。
最后在一热平台(hot-plat)上通过一定温度的控制将AB胶7进行固化，使得初始样品与基体6良好固定。
优选的，所述基体6为一个载体硅片，作为上述初始样品的承载装置。
步骤S3、将放置有初始样品的基体传送至FIB机台中，通过聚焦离子束切割该初始样品进行制备TEM样品。
在该过程中，因初始样品的上下表面倒置设置在基体6上，所以此时FIB机台中的聚焦离子束的切割方向沿初始样品的原始下表面至上表面，即由初始样品的硅衬底1至CT2的方向对初始样品进行切割，最终形成TEM样品，如图5所示，其中，箭头的方向即为聚焦离子束的切割方向。
步骤S4、将上述TEM样品放置在透射电子显微镜机台中，观察所述TEM样品中的CT2与硅衬底1交界处的界面层；因本发明中改变初始样品相对于聚焦离子束的切割方位，使得在制备TEM样品的过程中聚焦离子束的切割方向由硅衬底1至CT2，大大避免了聚焦离子束切割时受CT2本身材料的影响，进而可以完全消除水滴效应，如图6所示的区域8并未发生水滴效应，以便于后续对CT2和硅衬底1异常的界面层Layer进行缺陷分析。
综上所述，本发明公开了一种TEM样品的制备方法，通过将一个初始样品上下反转固定在基体上，然后进行聚焦离子束的切割以制备TEM样品；该技术方案改变传统的TEM样品制备过程中聚焦离子束对初始样品的切割方向，使得聚焦离子束的切割方向由硅衬底至接触孔，进而完全消除传统制备TEM样品时，其接触孔与硅衬底交界处的界面层出现水滴效应，因此可以得到相当清晰的TEM图片，以便于后续对接触孔与硅衬底交界处的界面层进行缺陷分析。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种TEM样品的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1、提供一初始样品，所述初始样品具有硅衬底、位于硅衬底之上的若干接触孔和覆盖所述接触孔的金属互连层，所述接触孔中填充有金属；
步骤S2、将所述初始样品固定放置在一基体之上，且所述初始样品具有所述金属互连层的一面与所述基体的上表面接触；
步骤S3、将放置有初始样品的所述基体传送至FIB机台中，通过聚焦离子束切割所述初始样品以形成TEM样品。
2.如权利要求1所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤S4、观察所述TEM样品中的接触孔与硅衬底交界处的界面层。
3.如权利要求2所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，采用透射电子显微镜观察所述TEM样品。
4.如权利要求1所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，还包括：
采用聚焦离子束切割所述初始样品之后，将其固定放置在所述基体之上。
5.如权利要求1所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，所述初始样品还包括介质层，所述介质层位于所述硅衬底的上表面，所述介质层中设置有所述若干接触孔。
6.如权利要求1所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，
在基体的上表面粘附一层AB胶；
通过一透射电子显微镜样品拾取系统将所述初始样品中具有金属互连层的一面接触至所述基体的上表面；
在一热盘上进行AB胶的固化，以固定所述初始样品和所述基体。
7.如权利要求1所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述聚焦离子束的切割方向由所述硅衬底至所述接触孔。
8.如权利要求1所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，所述基体为载体硅片。
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