CN104777024A - 一种透射电镜样品的制备方法及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透镜样品的制备方法及定位方法，其中，所述制备方法制作了两道紧挨的标记：第一标记和第二标记，且第一标记设置在具有缺陷点的目标位置区域，第二标记根据第一标记位置设置，因此能够设置在距离目标位置较近的位置；所述定位方法能够依据第二标记快速准确地定位目标位置，实现缺陷失效点的精确定位，因此，本发明的制备方法及定位方法简单，成本低，能够有效实现缺陷失效点的精确定位，保证TEM样品制备的成功率。

Description

一种透射电镜样品的制备方法及定位方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种透射电镜样品的制备方法及定位方法。

背景技术

在半导体生产工艺中，难免会出现部分半导体器件在衬底上形成的过程中出现问题的情况，比如在淀积过程中薄膜淀积厚度不均匀。因此有必要在生产过程中对半导体器件的内部结构进行实时检验，以去除有问题的器件或器件的一部分，并找到出问题的原因，以利于后续的生产。

目前常用的方法是，从衬底中提取出可供透射电镜(TEM，Transmission electron microscope)观测的样品，并通过TEM观测TEM样品的横截面寻找失效点的位置，以及失效位置产生的现象，并进行失效原因的分析。TEM是适用于检测组成器件的薄膜的形貌、尺寸及特性的一种重要工具，其工作原理是把需要检测的样品以切割、研磨、离子减薄等方式减薄到0.1μm左右，然后放入TEM样品室，以高压电子束照射样品，观察样品形貌，获得TEM影像，再进行后期的TEM数据分析。TEM的一个突出优点是具有较高的分辨率，可观测极薄的薄膜的形貌和尺寸。由于TEM的原理是电子衍射穿透样品成像，因此对TEM样品制备的要求很高，通常要求样品的厚度不超过0.1μm，因此样品制备是TEM分析技术非常重要的一环，实际工艺中，只有垂直检测面方向上的样品的厚度越薄，最后TEM成像才越清晰、越能反应样品的结构。

TEM样品的制备是整个TEM分析过程中非常重要的环节，因为样品制备的成功与否决定了整个分析的成功与否；而且，样品制备的好坏直接影响到分析结果的正确性与充分性。现有技术中TEM样品的制备方法有很多，较为有效的是采用FIB(聚焦离子束，Focused Ion beam)系统制备TEM样品。FIB系统是利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割仪器，它可以将液态金属离子源产生的离子束经过离子枪加速，聚焦后照射于样品表面产生二次电子信号取得电子像。通过FIB制备TEM样品是指用FIB在衬底特定位置作截面断层，其特点是从纳米或微米尺度的试样中直接切取可供透射电镜研究的薄膜。该技术可以制备研究界面结构的TEM试样，其重要特点是对原始组织损伤很小。现有技术中应用FIB技术制备TEM样品的方法包括：首先在待检样品上选定目标位置的区域；然后对待检样品进行切割分离，获得目标位置的区域，并且在U型切割的同时对目标位置做一个标记(FIB Mark)；对目标位置的区域进行减薄工艺后，获得TEM样品；之后，根据TEM样品中显示的标记对应位置的目标位置进行TEM样品检测。

然而，对于特殊样品的定位则直接影响到样品的观测以及判断，如图1所示，芯片表面异常，失效点(如箭头标注圆圈所示)的尺寸在纳米级，需要精确定位，才能保证制样的成功率。上述应用FIB技术制备TEM样品的方法中，由于仅仅制作了FIB Mark，而且FIB Mark距离目标位置比较远(如图2所示)，不好判断，无法保证样品制备的成功率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种透镜样品的制备方法及定位方法，能够在TEM样品制备过程以及分析过程实现缺陷失效点的精确定位，保证TEM样品制备的成功率。

为解决上述问题，本发明提出一种透镜样品的制备方法，包括：

将一具有缺陷的初始TEM样品放入FIB机台中，并选定目标位置区域；

在所述FIB机台中沉积第一保护层到所述目标位置区域，所述第一保护层为第一标记；

在所述FIB机台中采用所述FIB机台的离子束线切割第一保护层一侧的区域，形成第二标记；

在所述FIB机台中沉积第二保护层以覆盖所述第一标记和第二标记；

在所述FIB机台中采用所述FIB机台的离子束切割所述第二保护层的覆盖区域至第二标记；

在所述FIB机台中进行所述TEM样品的提取，获得TEM样品。

进一步的，所述第一保护层和/或第二保护层通过镀金机并用物理沉积Pt或Au形成。

进一步的，所述FIB机台为包括电子束E-beam和离子束I-beam的双束系统的离子束机台。

进一步的，在所述FIB机台的电子束E-beam下，沉积第一保护层到所述目标位置区域，所述第一标记为E-beam标记。

进一步的，在所述FIB机台的离子束I-beam下，采用离子束线切割所述第一保护层一侧的区域，形成第二标记，所述第二标记为I-beam标记，所述第二标记完全形成在目标位置区域内，或者完全形成目标位置区域外；或者部分形成在目标位置区域内。

进一步的，所述第二标记和第一标记形成同一直线上。

进一步的，在所述FIB机台的离子束I-beam下，沉积第二保护层以覆盖所述第一标记和第二标记。

进一步的，切割所述第二保护层的覆盖区域至第二标记的步骤包括：

在所述FIB机台的离子束I-beam下，以第一切割电流切割所述第二保护层的覆盖区域至第一标记处；

在所述FIB机台的离子束I-beam下，以小于第一切割电流的第二切割电流继续切割所述第二保护层的覆盖区域至第二标记处。

进一步的，所述第一标记与第二标记紧挨的边缘距离为0～5微米。

进一步的，所述方法在获得TEM样品之后，还包括：通过缺陷扫描机台扫描TEM样品，获得TEM样品缺陷扫描图像，其中，第二标记或第一、第二标记在TEM样品缺陷扫描图像以及由FIB机台显示的TEM样品形貌图像中可见。

本发明还提供一种透镜样品的定位方法，包括：

提供上述之一的透镜样品的制备方法制备的TEM样品；

将所述TEM样品放置到所述FIB机台中，并根据TEM样品的第二标记对TEM样品中的缺陷进行定位。

与现有技术相比，本发明的透镜样品的制备方法及定位方法，其中，所述制备方法制作了两道紧挨的标记：第一标记和第二标记，且第一标记设置在具有缺陷点的目标位置区域，第二标记根据第一标记位置设置，因此能够设置在距离目标位置较近的位置；所述定位方法能够依据第二标记快速准确地定位目标位置，实现缺陷失效点的精确定位，因此，本发明的制备方法及定位方法简单，成本低，能够有效实现缺陷失效点的精确定位，保证TEM样品制备的成功率。

附图说明

图1是现有技术中一芯片表面异常点的TEM图；

图2是传统的TEM样品图；

图3是本发明具体实施例的TEM样品的制备方法流程图；

图4A至图4D分别是图3所示的方法流程中的器件结构俯视图和剖面示意图；

图5是本发明具体实施例的TEM样品的TEM图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。

请参考图3，本发明提出一种透镜样品的定位方法，包括：

S1，将一具有缺陷的初始TEM样品放入FIB机台中，并选定目标位置区域；

S2，在所述FIB机台中沉积第一保护层到所述目标位置区域，所述第一保护层为第一标记；

S3，在所述FIB机台中采用所述FIB机台的离子束线切割第一保护层一侧的区域，形成第二标记；

S4，在所述FIB机台中沉积第二保护层以覆盖所述第一标记和第二标记；

S5，在所述FIB机台中采用所述FIB机台的离子束切割所述第二保护层的覆盖区域至第二标记；

S6，在所述FIB机台中进行所述TEM样品的提取，获得TEM样品。

请参考图4A，在步骤S1中，提供的初始TEM样品100具有衬底以及位于所述衬底上的待测目标(包含缺陷失效点)，其中，所述待测目标可以为栅极结构、通孔结构、互连结构或垫片结构等，具体不做限制；将初始TEM样品100放置到FIB机台的样品台上，所述FIB机台中为包括电子束E-beam和离子束I-beam的双束系统的离子束机台，使用FIB机台的聚焦电子束扫描初始TEM样品100，FIB机台的显示装置显示扫描形成的二次电子图像，根据二次电子图像在初始TEM样品100上选定包含目标位置(即缺陷失效点所在位置)的区域作为目标位置区域101，目标位置区域101完全覆盖目标位置处，可以等于或小于选定的目标位置区域，也可以包含目标位置区域。

请继续参考图4A，在步骤S2中，继续在FIB机台的聚焦电子束E-beam的扫描下，即采用电子束辅助沉积(E-beam assisted deposition)的方法，沉积第一保护层102到所述目标位置区域101，所述第一保护层102为第一标记(Mark)，即E-beam标记，其面积可以小于等于选定的目标位置区域面积，也可以略大于选定的目标位置区域面，只要能完全覆盖目标位置(即缺陷失效点)即可，其中，所述第一保护层102可以是通过镀金机采用物理沉积Pt或Au形成的金属保护层。优选的，第一保护层102呈块状，厚度在1微米以下，既保护了缺陷失效点，又同时起到了Mark的作用。

请继续参考图4A，在步骤S3中，采用所述FIB机台的I-beam线切割第一保护层101一侧的区域，形成第二标记103，即I-beam标记(Mark)。显然，第二标记103的位置是根据第一标记102的位置和大小选取的，因此第二标记103的位置距离目标位置较近。优选的，第二标记103可以与第一标记102并排，处于同一直线上，第二标记103与第一标记102紧挨的边缘之间距离为0～5微米。因此第二标记103可以完全形成在目标位置区域内，或者完全形成目标位置区域外，或者部分形成在目标位置区域内。且形成在目标区域内时，可以形成在第一保护层102上，也可以形成在第一保护层102外侧的初始TEM样品表面。步骤S3的目的是形成距离目标位置较近的标记：第二标记103。

请参考图4B，在步骤S4中，在FIB机台的聚焦离子束I-beam的扫描辅助下，沉积第二保护层104以覆盖第一标记102和第二标记103上，其中，所述第二保护层104可以是通过镀金机采用物理沉积Pt或Au形成的金属保护层。优选的，第二保护层104呈块状，厚度大于第一保护层102厚度，以防止所述目标位置区域在后续切割时因两端先被减薄而卷曲。

请参考图4C和4D，在步骤S5中，首先，采用离子束I-beam以及对第一切割电流在第二保护层104两侧区域进行U型切割，直至切割掉部分第二保护层104切口侧面暴露出第一标记102，即挖出侧壁能够暴露第一标记102的凹坑105，凹坑105的长度大于等于第二保护层104，宽度在2微米～20微米，且在凹坑105侧壁能够暴露出第一标记102的侧面，这一步属于粗切割，采用的第一切割电流相对较大；接着，更换比第一切割电流小的第二切割电流，继续精细切割，直至凹坑105侧壁暴露出第二标记103的侧面，停止切割。由于第二标记103是线切割形成的窄线槽，因此更换切割电流的目的是防止在露出第二标记103的切割过程中切过，毁坏第二标记103。由此可见最终制备TEM样品厚度决定了第二标记103的初始线宽和最终线宽，步骤S5的目的是对初始TEM样品进行减薄并暴露出FIB机台识别的标记：第二标记103。

请继续参考图4D，在步骤S6中，可以对凹坑105所夹持初始TEM样品区域先进行底部切割分离再进行两端切割分离，也可以先进行两端切割分离再进行底部切割分离，从而从凹坑105中提取所述凹坑105所夹持初始TEM样品区域，完成TEM样品的制备。其中，对凹坑105所夹持初始TEM样品区域先进行底部切割分离再进行两端切割分离的过程，具体如下：

首先，于所述第二保护层104的两端预留支撑目标位置区域101、第一标记102和第二标记103的支撑区域，并进行凹坑105所夹持初始TEM样品区域的底部切割，使除所述支撑区域以外的凹坑105所夹持初始TEM样品区域的底部与初始TEM样品100分离。作为示例，采用聚焦离子束进行切割，使除所述支撑区域以外的凹坑105所夹持初始TEM样品区域的底部与初始TEM样品100分离。优选的，所述支撑区域的宽度大于或等于上述第二保护块104的宽度。预留支撑区域可以防止直接将凹坑105所夹持初始TEM样品区域的底部切断而容易导致凹坑105所夹持初始TEM样品区域倒塌在凹坑105中的问题；然后，对所述凹坑105所夹持初始TEM样品区域的两端进行切割，以使得凹坑105所夹持初始TEM样品区域与所述支撑区域分离，从凹坑105中提取所述凹坑105所夹持初始TEM样品区域，完成TEM样品的制备。

提取出TEM样品后，可以把TEM样品倾斜一定角度，通过缺陷扫描机台或者SEM扫描电镜扫描TEM样品，获得TEM样品缺陷扫描图像，利用FIB机台获取TEM样品的图像，所述第二标记在TEM样品缺陷扫描图像以及由FIB机台显示的TEM样品形貌图像中可见；对第二标记103定位，即可找到缺陷位置。如图5所示的FIB机台获取的TEM样品的图像中，第一标记102和第二标记103均清晰可见，且两标记距离非常近，定位到第二标记103，即可找到缺陷106的位置，快速、简单、有效。

因此，本发明还提供一种透镜样品的定位方法，包括：

提供上述之一的透镜样品的制备方法制备的TEM样品；

将所述TEM样品放置到所述FIB机台中，并根据TEM样品的第二标记对TEM样品中的缺陷进行定位。

综上所述，本发明的透镜样品的制备方法及定位方法，其中，所述制备方法制作了两道紧挨的标记：第一标记和第二标记，且第一标记设置在具有缺陷点的目标位置区域，第二标记根据第一标记位置设置，因此能够设置在距离目标位置较近的位置；所述定位方法能够依据第二标记快速准确地定位目标位置，实现缺陷失效点的精确定位，因此，本发明的制备方法及定位方法简单，成本低，能够有效实现缺陷失效点的精确定位，保证TEM样品制备的成功率。

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)

1.一种透镜样品的制备方法，其特征在于，包括：

将一具有缺陷的初始TEM样品放入FIB机台中，并选定目标位置区域；

在所述FIB机台中沉积第一保护层到所述目标位置区域，所述第一保护层为第一标记；

在所述FIB机台中采用所述FIB机台的离子束线切割第一保护层一侧的区域，形成第二标记；

在所述FIB机台中沉积第二保护层以覆盖所述第一标记和第二标记；

在所述FIB机台中采用所述FIB机台的离子束切割所述第二保护层的覆盖区域至第二标记；

在所述FIB机台中进行所述TEM样品的提取，获得TEM样品。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一保护层和/或第二保护层通过镀金机并用物理沉积Pt或Au形成。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述FIB机台为包括电子束E-beam和离子束I-beam的双束系统的离子束机台。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述FIB机台的电子束E-beam下，沉积第一保护层到所述目标位置区域，所述第一标记为E-beam标记。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述FIB机台的离子束I-beam下，采用离子束线切割所述第一保护层一侧的区域，形成第二标记，所述第二标记为I-beam标记；所述第二标记完全形成在目标位置区域内，或者完全形成目标位置区域外；或者部分形成在目标位置区域内。

6.如权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二标记和第一标记形成同一直线上。

7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述FIB机台的离子束I-beam下，沉积第二保护层以覆盖所述第一标记和第二标记。

8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，切割所述第二保护层的覆盖区域至第二标记的步骤包括：

在所述FIB机台的离子束I-beam下，以第一切割电流切割所述第二保护层的覆盖区域至第一标记处；

在所述FIB机台的离子束I-beam下，以小于第一切割电流的第二切割电流继续切割所述第二保护层的覆盖区域至第二标记处。

9.如权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述方法在获得TEM样品之后，还包括：

通过缺陷扫描机台扫描TEM样品，获得TEM样品缺陷扫描图像，其中，第二标记或第一、第二标记在TEM样品缺陷扫描图像以及由FIB机台显示的TEM样品形貌图像中可见。

10.一种透镜样品的定位方法，其特征在于，包括：

提供如权利要求1至9所述的透镜样品的制备方法制备的TEM样品；

将所述TEM样品放置到所述FIB机台中，并根据TEM样品的第二标记对TEM样品中的缺陷进行定位。