CN105445074A - 含有多个晶片样品的抛光样品及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了含有多个晶片样品的抛光样品及其制备方法。该抛光样品可提高对晶片样品进行抛光的效率和成功率，并减少材料的损耗。该抛光样品包括：承载结构；在承载结构上的梳子型水平框架、多个晶片样品、水平辅助结构，所述梳子型水平框架包括由相邻梳齿定义的多个晶片样品格；在梳子型水平框架、多个晶片样品和水平辅助结构之间的填充物；以及在梳子型水平框架、多个晶片样品和水平辅助结构之上的表面保护附加结构，其中多个晶片样品夹在梳子型水平框架和水平辅助结构之间，且多个晶片样品中的每一个紧靠所述多个晶片样品格中对应一个的角落，梳子型水平框架和所述水平辅助结构的高度小于或等于所述多个晶片样品的高度。

Description

含有多个晶片样品的抛光样品及制备方法

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及制备含有多个晶片样品的抛光样品的方法及通过该方法获得的结构。

背景技术

在半导体技术领域中，利用半导体工艺制造半导体器件时，由于半导体制造过程中的工艺缺陷，例如工艺中引入的金属微粒，会导致一些半导体器件存在缺陷，因此需要对半导体器件进行测试分析，以确定制造的半导体器件是否为合格产品。

目前微小样品的分析越来越多，而常规的样品制备方式通常无法满足样品分析要求。例如，目前通常利用专用全自动化的电镜样品减薄系统(SELA)来制备透射电子显微镜(TEM)或扫描电子显微镜(SEM)样品，从而观测其横截面或平面。然而，该系统的输入样品的最小尺寸通常约为10毫米。因此微小样品不符合该系统的样品规格，无法利用该系统制备微小样品。

FIB(聚焦离子束，FocusedIonbeam)，从纳米或微米尺度的试样中直接切取可供透射电镜或高分辨电镜研究的薄膜。该技术可以制备用于研究界面结构的透射电子扫描显微镜试样。然而，FIB的分析区域一般小于10微米。而对于带有凸点的微小样品，通常需要分析多个凸点的形貌，一个凸点的直径一般为100微米～200微米。因此，利用FIB方法的分析成本非常昂贵且非常费时。

利用抛光方法制备的样品的分析区域通常大于1毫米，这个优势是无法用其他方法取代的。

在通过抛光方法分析类似1mmX1mm、2mmX2mm、3mmX3mm等微小样品截面时，往往在制备分析样品阶段花费大量的时间，一个样品制备大约3小时，而其中1小时多花费在研磨之前的样品准备过程。

同时，每次分析需要研磨的样品数量往往超过2个。

图1示出了一种常规的抛光方法。

首先，在步骤101，对待分析晶片进行切割，以获得若干微小样品。然后，在步骤102，对切割后的各个样品进行清洗。例如，可利用丙酮进行冲洗。在步骤103，利用粘合剂将样品粘合在盖玻片上并进行烘焙以使粘合剂固化。

在步骤104，对样品和盖玻片层叠的切面进行粗抛，例如可利用型号为粗30至细1的钻石砂纸按先粗后细的顺序对样品和盖玻片层叠的侧面进行粗抛。然后，在步骤105，利用兰色研磨液对样品和盖玻片层叠的侧面进行细抛。然后，在步骤107，进行去离子水抛光。

最后，在步骤108，对抛光后的侧面进行扫描电子显微镜分析。

在上述的现有抛光方法中，由于样品非常小且易碎，在样品的拾取、转移和抛光过程中极易损坏样品，因此样品抛光成功率仅为50％。

另外，微小样品的平整粘合非常困难，并且一次只能制备一个样品。因此，对于选取多个样品的分析过程而言，需要多次重复上述过程，导致大量不必要的重复劳动。

为了提高抛光的效率和成功率，并减少材料的损耗，需要引入新的抛光样品制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种对多个待分析的微小样品进行抛光的结构和该结构的制备方法，从而提高微小样品抛光的成功率，提高制样效率，降低分析成本。

根据本发明的一个实施例，提供一种含有多个晶片样品的抛光样品，包括：承载结构；在承载结构上的梳子型水平框架、多个晶片样品、水平辅助结构，所述梳子型水平框架包括由相邻梳齿定义的多个晶片样品格；在梳子型水平框架、多个晶片样品和水平辅助结构之间的填充物；以及在梳子型水平框架、多个晶片样品和水平辅助结构之上的表面保护附加结构，其中多个晶片样品夹在梳子型水平框架和水平辅助结构之间，且多个晶片样品中的每一个紧靠多个晶片样品格中对应一个的角落，梳子型水平框架和水平辅助结构的高度小于或等于多个晶片样品的高度。

在一个实施例中，表面保护附加结构覆盖全部样品。梳子型水平框架的梳齿间距大于或等于所述晶片样品的边长。填充物可以是粘合剂。晶片样品的边长＜3毫米。

根据本发明的一个实施例，提供一种制备含有多个晶片样品的抛光样品的方法，包括：提供承载结构；将梳子型水平框架固定在所述承载结构的表面上，梳子型水平框架的高度高于多个晶片样品，梳子型水平框架包括由相邻梳齿定义的多个晶片样品格；将多个晶片样品中的每一个紧靠多个晶片样品格中对应一个的角落固定在承载结构的表面上；将水平辅助结构紧靠多个晶片样品的和梳子型水平框架相对的另一侧面固定在承载结构上，梳子型水平框架和水平辅助结构的高度小于或等于多个样品的高度；填充梳子型水平框架和水平辅助结构之间以及多个晶片样品之间的空隙；以及将表面附加结构覆盖在多个晶片样品上，得到抛光样品。

在一个实施例中，利用粘合剂填充梳子型水平框架和所述水平辅助结构之间以及多个晶片样品之间的空隙。对抛光样品结构进行加热，以使粘合剂固化。表面附加结构的厚度可为100至200微米。对承载结构、梳子型水平框架、多个样品、水平辅助结构和表面保护附加结构进行表面清洗。晶片样品的边长＜3毫米。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

提高微小样品抛光的成功率。样品的制备完全手动，并且具有三维保护，因此抛光的成功率从50％可以提升至接近100％。

提高制样效率。与现有技术平制备一个样品相比，本发明的方法可利用基本相同的步骤一次制备多个(例如，2～5个)样品。即，从现有技术平均3小时制备一个样品提高至3小时制备多个样品，效率大幅提高。

且由于效率的提高，所以大幅度节约人力成本和耗材成本。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其他优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，放大了层和区域的厚度。相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出了根据现有技术的抛光方法的流程图。

图2示出根据本发明的一个实施例的含有多个微小样品的抛光结构的制备方法的流程图。

图3示出根据本发明的一个实施例的承载结构、梳子型水平框架、待分析的微小样品、水平辅助材料和表面保护附加结构的结构示意图。

图4-8示出根据图2所示方法形成用于抛光分析的多个微小样品的过程的俯视图和侧视图。

图9示出抛光后的层叠测试结构的侧视图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

图2示出根据本发明的一个实施例的多个微小样品的抛光方法的流程图。

首先，在步骤201，提供承载结构、梳子型水平框架、多个待分析的微小样品、水平辅助结构和表面保护附加结构。

图3示出根据本发明的一个实施例的承载结构301、梳子型水平框架302、待分析的微小样品303、水平辅助结构304和表面保护附加结构305的结构示意图。

承载结构301可由表面平整且提供机械支撑的任何适当材料形成，包括例如通常用于半导体器件制造的衬底晶片、载玻片等。

在一个实施例中，承载结构301的材料为硅晶片，其厚度约为0.8毫米、长度约为5毫米～25毫米，宽度约为5毫米～10毫米。承载结构301的具体尺寸可根据待分析样品的数量及大小来确定。

为了降低分析测试的成本，梳子型水平框架302通常可为塑料结构，事先加工成一长条，例如，1m左右。并且按实际样品的多少来截取一定长度。

梳子型水平框架302的主要参数：图中所示的宽度a为1～2毫米；图中所示的梳齿间距b为2.5～3.5毫米；图中所示的梳齿宽度c为0.5mm。梳子型水平框架结构302的关键是高度，该高度不能超过微小样品的高度。即，梳子型水平框架结构302的高度必须小于或等于样品高度，否则容易导致样品制备失败。梳子型水平框架302的长度范围为5毫米～7毫米。梳子型水平框架302的相邻梳齿定义出一个用于放置微小样品303的格。

在本发明中，所提及的微小样品303一边的长度一般小于3毫米。这是因为小于该尺寸的样品，以常规手段制备待分析样品的过程非常困难，因而需要用到本发明所述的方法。

水平辅助结构304的材料可与承载结构301的材料相同或不同。在一个实施例中，水平辅助结构304为硅或者载玻片，其长度小于或等于承载结构301的长度。例如，水平辅助结构长度的范围约为4毫米～25毫米，宽度范围约为1毫米～3毫米。水平辅助结构304的关键是厚度，该厚度不能超过微小样品303的高度，即，小于或等于样品的高度，否则易导致制样失败。

表面保护附加结构305的材料可与承载结构301的材料相同或不同。在一个实施例中，表面保护附加结构305的材料为玻璃，其长度小于或等于承载结构301的长度。但表面保护附加结构305必须覆盖住全部的样品。表面保护附加结构305的厚度一般为100～200um。太薄或者太厚容易导致样品制备失败。

下面结合图2和4-7所示的俯视图和侧视图描述形成具有三维保护的多个微小待分析样品的过程。

在步骤202，可通过各种已知的清洗工艺，对图3所示的各结构进行表面清洗。

然后，在步骤203，将水平框架302固定在承载结构301的表面上。在一个实施例中，可利用粘合剂将水平框架302粘合到承载结构301的表面上。例如，该粘合剂可以是AB胶，A胶与B胶的比例是1:(6～9)。

在步骤204，将多个微小样品303中的每一个紧靠梳子型水平框架302中一格的角落固定在承载结构301的表面上。

在一个实施例中，首先，如图5A和5B所示，利用粘合剂将一个微小样品303的底面粘合在承载结构301的表面上，其两侧面紧靠梳子型水平框架302的第一格角落。该样品303的尺寸为1毫米X1毫米，小于梳子型水平框架302的第一格的宽度b。然后，重复此步骤，以将多个微小样品302粘合在梳子型水平框架302的各个格子里，如图6A和6B所示。在该实施例中，共粘贴四个微小样品，且所使用的粘合剂为AB胶，然而本发明不限于此。

接下来，在步骤205，将水平辅助结构304紧靠多个样品的另一侧面BB’固定在承载结构301上，如图7A和7B。同样，可利用粘合剂(例如，AB胶)将水平辅助结构304粘合在承载结构301上。

在步骤206，利用填充物充分填充梳子型水平框架302和水平辅助结构304之间以及样品之间的空隙。在一个实施例中，该填充物可以是粘合剂。

然后，在步骤207，将表面附加结构305覆盖在样品303上。覆盖过程应保证表面附加结构305与承载结构301之间没有气泡，如图8A和8B所示。

在步骤208，对所得结构整体加热以便使粘合剂固化，由此形成具有三维保护的多个微小样品测试结构。在一个实施例中，在步骤203-208中所使用的粘合剂是AB胶，加热温度控制在190℃至250℃。

图8B示出了热固化后的测试结构的侧视图。对该测试结构的侧面进行抛光。首先进行粗抛，例如可利用型号为粗30至细1的钻石砂纸按先粗后细的顺序对层叠测试结构的侧面进行粗抛，然后，利用研磨液进行细抛，再进行去离子水抛光。

利用本发明所公开的层叠测试结构尤其容易判断带有凸点的样品抛光终点。图9示出抛光后的层叠测试结构的侧视图，待测试样品902夹在承载面901和表面附加结构904之间，由于待测试样品上的凸点903通常为球形，且是待测试样品902的最高点，因此当观测到凸点903与表面附加结构904最接近时，到达样品抛光终点。

最后，对抛光后的侧面进行扫描电子显微镜分析。

技术效果

利用本发明公开的测试结构制造方法可提高微小样品抛光的成功率。样品的制备可完全手动进行，并且具有三维保护，因此抛光的成功率从50％可以提升至接近100％。

本发明提高了制样效率。与现有技术平制备一个样品相比，本发明的方法可利用基本相同的步骤一次制备多个(例如，2～5个)样品。即，从现有技术平均3小时制备一个样品提高至3小时制备多个样品。效率大幅提高。

本发明降低了成本。由于效率的提高，所以大幅度节约人力成本和耗材成本。

以上描述了本发明的若干实施例。然而，本发明可具体化为其它具体形式而不背离其精神或本质特征。所描述的实施例在所有方面都应被认为仅是说明性而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而非前述描述限定。落入权利要求书的等效方案的含义和范围内的所有改变被权利要求书的范围所涵盖。

Claims (11)

1.一种含有多个晶片样品的抛光样品，包括：

承载结构；

在所述承载结构上的梳子型水平框架、多个晶片样品、水平辅助结构，所述梳子型水平框架包括由相邻梳齿定义的多个晶片样品格；

在所述梳子型水平框架、多个晶片样品和水平辅助结构之间的填充物；以及

在所述梳子型水平框架、多个晶片样品和水平辅助结构之上的表面保护附加结构，

其中所述多个晶片样品夹在所述梳子型水平框架和所述水平辅助结构之间，且所述多个晶片样品中的每一个紧靠所述多个晶片样品格中对应一个的角落，所述梳子型水平框架和所述水平辅助结构的高度小于或等于所述多个晶片样品的高度。

2.如权利要求1所述的抛光样品，其特征在于，所述表面保护附加结构覆盖全部样品。

3.如权利要求1所述的抛光样品，其特征在于，所述梳子型水平框架的梳齿间距大于或等于所述晶片样品的边长。

4.如权利要求1所述的抛光样品，其特征在于，所述填充物为粘合剂。

5.如权利要求1所述的抛光样品，其特征在于，所述晶片样品的边长＜3毫米。

6.一种制备含有多个晶片样品的抛光样品的方法，包括：

提供承载结构；

将梳子型水平框架固定在所述承载结构的表面上，所述梳子型水平框架的高度高于所述多个晶片样品，所述梳子型水平框架包括由相邻梳齿定义的多个晶片样品格；

将所述多个晶片样品中的每一个紧靠所述多个晶片样品格中对应一个的角落固定在所述承载结构的表面上；

将水平辅助结构紧靠所述多个晶片样品的和梳子型水平框架相对的另一侧面固定在所述承载结构上，所述梳子型水平框架和所述水平辅助结构的高度小于或等于所述多个样品的高度；

填充所述梳子型水平框架和所述水平辅助结构之间以及所述多个晶片样品之间的空隙；以及

将表面附加结构覆盖在所述多个晶片样品上，得到抛光样品。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，利用粘合剂填充所述梳子型水平框架和所述水平辅助结构之间以及所述多个晶片样品之间的空隙。

8.如权利要求7所述的方法，还包括对所述抛光样品结构进行加热，以使粘合剂固化。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述表面附加结构的厚度为100至200微米。

10.如权利要求6所述的方法，还包括对所述承载结构、梳子型水平框架、多个样品、水平辅助结构和表面保护附加结构进行表面清洗。

11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述晶片样品的边长＜3毫米。