CN104616953A - 一种承载装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种承载装置及其制备方法，通过在硅基体和金属层中设置有贯穿的通孔，使用时只需将TEM样品的待检测区放置在通孔之上，以进行后续的检测工艺即可；本发明技术方案可以避免传统承载装置中的铜元素和碳支持膜对TEM样品的观察和分析的干扰，大大提高了对TEM样品进行检测的准确率和效率。

Description

一种承载装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种承载装置及其制备方法。

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，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，当TEM样品在进行检测时必须要获取正的TEM样品图像，其中必然与TEM样品的承载装置有密不可分的关系。

现有技术中普遍采用的TEM样品的承载装置—铜栅来放置TEM样品，如图1所示，该铜栅包括铜骨架1和碳支持膜2，TEM样品3粘附在碳支持膜2上，以此将载有TEM样品3的铜栅置于透射电镜中对TEM样品3进行检测、分析。具体的，通过FIB的聚焦离子束制备TEM样品，然后用Pick up系统提取TEM样品，将其放置于一个铜栅上，最后将铜栅放置于TEM机台中对TEM样品进行失效或缺陷的观察和分析。

但是，在对TEM样品进行失效或缺陷分析时会受到铜栅本身材料和结构的影响，一方面由于铜栅骨架为铜，由于铜栅的干扰会影响对铜元素分析的结果判断，另一方面，对于一些需要获得高分辨率图像的TEM样品，因为TEM样品是放置于铜栅的碳支持膜上，透射电子束除了穿过样品还会穿过碳支持膜，这样会影响清晰高分辨图片的获得和解析。

综上，亟需提供一种新的承载装置，避免铜栅的铜元素和碳支持膜对TEM样品的观察和分析的干扰，以提高对TEM样品进行失效或缺陷分析的准确率。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种承载装置及其制备方法，以解决现有技术中无法避免铜栅的铜元素和碳支持膜对TEM样品的观察和分析的干扰，使对TEM样品进行失效或缺陷分析的准确率降低的缺陷。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种承载装置，其中，应用于对TEM样品的检测工艺中，所述TEM样品具有待检测区及支撑区，所述承载装置包括：

硅基体，具有上表面及相对于该上表面的下表面；

金属层，具有上表面及相对于该上表面的下表面，且该金属层覆盖在所述硅基体的上表面上；

通孔，从所述金属层的上表面贯穿该金属层及所述硅基体至该硅基体的下表面；

其中，对所述TEM样品进行检测工艺时，将所述TEM样品的所述支撑区固定在所述金属层上，以将所述待检测区对准放置于所述通孔上。

较佳的，上述的承载装置，其中，所述金属层中的化学元素与位于所述待检测区中的TEM样品中的化学元素均不同。

较佳的，上述的承载装置，其中，所述装置还包括加固条，所述待检测区对准放置于所述通孔上时，所述加固条覆盖所述支撑区以将所述TEM样品固定在所述金属层上。

较佳的，上述的承载装置，其中，所述加固条的材质为Pt。

较佳的，上述的承载装置，其中，所述通孔为梯形结构，所述梯形结构的上表面积小于其下表面积。

较佳的，上述的承载装置，其中，所述TEM样品的待检测区面积小于所述通孔的上表面积。

一种承载装置的制备方法，其中，应用于对TEM样品的检测工艺中，所述TEM样品具有待检测区及支撑区，所述方法包括：

步骤S1、提供一载体，所述载体包括硅基体以及位于所述硅基体之上的金属层；

步骤S2、利用一激光器垂直对准所述载体的硅基体的一面进行切割，以形成贯穿该硅基体和所述金属层的通孔；

步骤S3、将所述TEM样品的所述支撑区固定在所述金属层上，以将所述待检测区对准放置于所述通孔上；

步骤S4、对所述TEM样品的待检测区进行所述检测工艺。

较佳的，上述的承载装置的制备方法，其中，所述方法还包括：

采用金刚砂纸对所述硅基体进行减薄处理后，再进行所述通孔的制备。

较佳的，上述的承载装置的制备方法，其中，步骤S2具体包括：

步骤S21、将所述硅基体和所述激光器垂直对准后，通过所述激光器切割形成贯穿该硅基体和所述金属层的孔洞；

步骤S22、对所述硅基体中的所述孔洞进行CMP工艺处理，并对所述金属层中的所述孔洞进行FIB编辑处理以形成所述通孔。

较佳的，上述的承载装置的制备方法，其中，步骤S3还包括：

通过一加固条覆盖所述支撑区，以将所述TEM样品的所述支撑区固定在所述金属层上。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明公开了一种承载装置及其制备方法，应用于对TEM样品的待检测区进行检测的工艺中，通过在硅基体和金属层中设置有贯穿的通孔，使用时只需将TEM样品的待检测区覆盖在通孔之上后进行后续的检测工艺即可；本发明技术方案可以避免传统承载装置中的铜元素和碳支持膜对TEM样品的观察和分析的干扰，大大提高了对TEM样品进行检测的准确率和效率。

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样品的承载装置的结构示意图；

图2～图10是本发明中的承载装置的结构制备的流程示意图。

具体实施方式

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。

为提高对TEM样品中透射区域进行检测的准确率，本发明提供了一种承载装置。

具体的，该承载装置的主体为一个硅基体和金属层，该基体中和金属层中均贯穿设置有一个通孔，当对一TEM样品进行检测时，只需要将TEM样品中用于检测的待检测区(即图10中的薄区部分)对准覆盖在通孔之上，进行良好固定后，再进行对TEM样品的待检测区进行检测工艺。下面结合具体的附图以对上述基体进行详细的说明。

如图8所示，该TEM样品(包括有部分用于检测的待检测区，以及位于待检测区两侧的支撑区)15的承载装置包括有：

硅基体12，该硅基体具有上表面及相对于该上表面的下表面；

金属层11，具有上表面及相对于该上表面的下表面，且该金属层11覆盖在硅基体12的上表面上；

通孔14，从金属层11的上表面贯穿该金属层11及硅基体12至该硅基体12的下表面；

在本发明的实施例中，因该通孔14主要用于对TEM样品15进行检测，因此对该通孔的形状和大小进行了部分限定，即该通孔为一个上窄下宽的梯形结构，具体的该梯形结构的上表面积小于其下表面积，如图9所示。

其中，该梯形结构的通孔具体的大小或具体位置可根据工艺或TEM样品的结构要求进行对应的设计，但是该TEM样品中用于检测的待检测区的面积必须小于该通孔的上表面积(即位于金属层中的通孔顶部一侧)，以保证后续通过FIB对TEM样品进行检测工艺时，避免影响基体对高分辨图像的获取以及解析。

在本发明的实施例中，因本发明装置主要作为TEM样品的一个承载工具，因此金属层中的化学元素与位于待检测区中的TEM样品中的化学元素均不同，以尽量避免化学元素的因素对后续TEM样品进行检测的影响。

在本发明的实施例中，优选的，该承载装置为一个矩形结构，如图8所示，其具体规格(长×宽×高)为3mm×3mm×0.2mm，在现有技术的基础上，该矩形结构的承载装置可由一个废弃芯片载体通过化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP)工艺进行制备，以形成上述结构的承载装置，以便于在后续其尺寸规格可以放置入FIB机台中，当然该承载装置的形状只为一优选的方案，本领域技术人员可根据具体的工艺选择其他形状的承载装置，如正方形结构，菱形结构等。

当然，上述的承载装置还包括有一个加固条(如金属Pt)16，在使用时，将TEM样品15的支撑区固定在金属层上，以将待检测区对准放置在通孔14上。当待检测区对准放置于通孔上时，加固条16覆盖支撑区以将TEM样品固定在金属层上，以进一步的进行后续的检测工艺，如图10所示。

针对上述的承载装置，本发明实施例还具体提供了一种承载装置的制备方法。

步骤S1、提供一个载体；

优选的，可提供一个废弃的载体芯片，其主要包括有上述的硅基体12和金属层11。对该废弃的载体芯片进行化学机械抛光处理工艺，并将该废弃的载体芯片表面研磨至金属层11后停止，进而得到表面平整光滑的芯片载体，优选的，该芯片载体的规格(长×宽×高)为3mm×3mm×0.9mm，如图2所示。

之后，对该芯片载体的硅基体进行减薄处理，即采用金刚砂纸将硅基体12由0.9mm减薄至0.2mm，最终得到一个规格(长×宽×高)为3mm×3mm×0.2mm的载体，如图3所示。

步骤S2、利用一激光器垂直对准载体的硅基体的一面进行切割，以形成贯穿该硅基体金属层的通孔。

具体的，该步骤主要包括：

在上述获取的载体中，将硅基体12和激光器垂直对准后，通过激光器切割形成一个贯穿金属层11和硅基体12的不规则的孔洞13，如图4所示。其中，金属层11在进行切割的过程中会被激光器造成损伤，因此，针对该缺陷，我们优选将硅基体12对准激光器，以避免该损伤。

之后，将上述不规则的孔洞(具体为位于硅基体中的孔洞，其形状不规则，且内壁粗糙)13进行CMP工艺处理，最终使位于硅基体中的孔洞形成侧壁光滑的通孔14，如图5所示。

同样，将位于金属层11中的孔洞13进行FIB编辑处理，以获取通孔14，如图6和图7所示。其中经过若干次上述各步骤的孔洞形成、CMP工艺处理和FIB编辑处理工艺后最终形成如图8所示的结构。其中，图9为该图8的剖视图。

当然，在本发明的实施例中，优选的，在通孔14的制备工艺中，通过控制制备条件以形成上窄下宽的梯形结构的所述通孔14，并保证该通孔14的上表面积大于该TEM样品中用于检测的待检测区面积。

步骤S3、获取上述具有通孔的载体之后，将TEM样品15的支撑区固定在金属层11上，以使待检测区对准放置于所述通孔14上。

优选的，可以通过一加固条(Pt)16覆盖支撑区，以将TEM样品15的支撑区固定在金属层11上，如图10所示。

优选的，可利用一Pick—up系统将该TEM样品进行提取，并放置于通孔之上位置处。

步骤S4、对TEM样品15的待检测区进行检测工艺。

在该过程中，将整个装置全部放置于透射电镜机台中，通过透射电镜对TEM样品的待检测区进行检测工艺，以获取清晰高分辨图片，以便于后续对TEM样品的解析。

综上所述，本发明公开了一种承载装置及其制备方法，应用于对TEM样品的待检测区进行检测的工艺中，通过在硅基体和金属层中设置有贯穿的通孔，使用时只需将TEM样品的待检测区覆盖在通孔之上后进行后续的检测工艺即可；本发明技术方案可以避免传统承载装置中的铜元素和碳支持膜对TEM样品的观察和分析的干扰，大大提高了对TEM样品进行检测的准确率和效率。

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做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 (10)

1.一种承载装置，其特征在于，应用于对TEM样品的检测工艺中，所述TEM样品具有待检测区及支撑区，所述承载装置包括：

硅基体，具有上表面及相对于该上表面的下表面；

金属层，具有上表面及相对于该上表面的下表面，且该金属层覆盖在所述硅基体的上表面上；

通孔，从所述金属层的上表面贯穿该金属层及所述硅基体至该硅基体的下表面；

其中，对所述TEM样品进行检测工艺时，将所述TEM样品的所述支撑区固定在所述金属层上，以将所述待检测区对准放置于所述通孔上。

2.如权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述金属层中的化学元素与位于所述待检测区中的TEM样品中的化学元素均不同。

3.如权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述装置还包括加固条，所述待检测区对准放置于所述通孔上时，所述加固条覆盖所述支撑区以将所述TEM样品固定在所述金属层上。

4.如权利要求3所述的承载装置，其特征在于，所述加固条的材质为Pt。

5.如权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述通孔为梯形结构，所述梯形结构的上表面积小于其下表面积。

6.如权利要求5所述的承载装置，其特征在于，所述TEM样品的待检测区面积小于所述通孔的上表面积。

7.一种承载装置的制备方法，其特征在于，应用于对TEM样品的检测工艺中，所述TEM样品具有待检测区及支撑区，所述方法包括：

步骤S1、提供一载体，所述载体包括硅基体以及位于所述硅基体之上的金属层；

步骤S2、利用一激光器垂直对准所述载体的硅基体的一面进行切割，以形成贯穿该硅基体和所述金属层的通孔；

步骤S3、将所述TEM样品的所述支撑区固定在所述金属层上，以将所述待检测区对准放置于所述通孔上；

步骤S4、对所述TEM样品的待检测区进行所述检测工艺。

8.如权利要求7所述的承载装置的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

采用金刚砂纸对所述硅基体进行减薄处理后，再进行所述通孔的制备。

9.如权利要求7所述的承载装置的制备方法，其特征在于，步骤S2具体包括：

步骤S21、将所述硅基体和所述激光器垂直对准后，通过所述激光器切割形成贯穿该硅基体和所述金属层的孔洞；

步骤S22、对所述硅基体中的所述孔洞进行CMP工艺处理，并对所述金属层中的所述孔洞进行FIB编辑处理以形成所述通孔。

10.如权利要求7所述的承载装置的制备方法，其特征在于，步骤S3还包括：

通过一加固条覆盖所述支撑区，以将所述TEM样品的所述支撑区固定在所述金属层上。