CN105510092B - Tem样品的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种TEM样品的制备方法，包括：提供一半导体芯片，所述半导体芯片包括一待测结构；进行第一次切割，露出所述待测结构的一面；在所述待测结构的一面上制备一电子束透明层；进行第二次切割，露出所述待测结构的另一面，所述待测结构的另一面与一面相对，形成所述TEM样品。采用本发明提供的TEM样品的制备方法制备的TEM样品中，可以避免干扰结构对所述待测结构的影响，提高检测的准确性。

Description

TEM样品的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体测试分析技术领域，特别是涉及一种TEM样品的制备方法。

背景技术

半导体制造是一个工艺极其复杂的过程，在整个半导体制造过程中，需要对所制造产品进行各种检测，以确定所制造产品是否符合设计要求，进而保证半导体产品的质量。

EM(Electron Microscope，电子显微镜)是检测、分析半导体器件以及薄膜材料的常用工具，其可以用来检测样品的形貌、尺寸、特性等所需要的信息。常用的EM包括TEM(Transmission Electron Microscope，透射电子显微镜，简称透射电镜)和SEM(ScanningElectron Microscope，扫描电子显微镜，简称扫描电镜)。

利用TEM或者SEM进行样品检测之前，需要进行样品的制备，所制备样品的好坏会直接影响到检测结果。因此样品的制备是TEM或者SEM的检测、分析过程的至关重要的环节。对于TEM而言，所制备的TEM样品一般在100nm～200nm的厚度进行观察检测。

在现有技术中，当器件的特征尺寸比较大(例如工艺节点为90nm以上)时，待测结构的尺寸比较大，此时制得的TEM样品如图1所示。在图1中，TEM样品1的厚度T1为100nm～200nm，TEM样品1中具有待测结构11以及支撑层12(一般为介质层或保护层)，电子束20从TEM样品1的一侧照射TEM样品1。此时，TEM的荧光屏出现如图2所示的图形，在图2中，荧光屏30上显示出待测结构11的投射图案11’。

然而，随着半导体工艺的发展，器件的特征尺寸越来越小，待测结构的尺寸也随之减小，特别当工艺节点发展为65nm以下时，所制备的TEM样品中可能会出现干扰结构。如图3所示，采用现有的制备方法的到的TEM样品2中，会同时存在待测结构11和干扰结构13，当电子束20进行照射时，TEM的荧光屏出现如图4所示的图形。在图4中，荧光屏30上显示出待测结构11的投射图案11’和干扰结构13的投射图案13’，投射图案11’和投射图案13’会出现重叠，形成重叠图案14，从而无法获得完整的待测结构11的投射图案11’，影响对待测结构11的分析。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种TEM样品的制备方法，能制备出不含有干扰结构的TEM样品，从而避免干扰结构对所述待测结构的影响，提高检测的准确性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种TEM样品的制备方法，包括：

提供一半导体芯片，所述半导体芯片包括一待测结构；

进行第一次切割，露出所述待测结构的一面；

在所述待测结构的一面上制备一电子束透明层；

进行第二次切割，露出所述待测结构的另一面，所述待测结构的另一面与一面相对，形成所述TEM样品。

可选的，所述第一次切割和第二次切割均采用聚焦离子束进行切割。

可选的，所述第一次切割的步骤包括：

采用聚焦离子束进行第一次粗切，在所述半导体芯片上形成第一挖槽；

采用聚焦离子束进行第一次细切，使所述第一挖槽露出所述待测结构的一面。

可选的，在所述待测结构的一面上制备一电子束透明层的步骤包括：

在所述第一挖槽内填充电子束透明材料；

采用聚焦离子束对所述电子束透明材料进行减薄切割，使得所述电子束透明材料在所述待测结构的一面形成具有第一预定厚度的所述电子束透明层。

可选的，所述第二次切割的步骤包括：

采用聚焦离子束进行第二次粗切，在所述半导体芯片上形成第二挖槽；

采用聚焦离子束进行第二次细切，使所述第二挖槽露出所述待测结构的另一面，所述待测结构具有第二预定厚度。

可选的，在提供一半导体芯片的步骤和进行第一次切割的步骤之间，还包括：

在所述第一次切割的切割面上形成第一保护层，所述第一保护层用于在进行所述第一次切割时保护所述待测结构。

可选的，所述第一保护层的材料为金属铂。

可选的，在所述待测结构的一面上制备一电子束透明层的步骤和进行第二次切割的步骤之间，还包括：

在所述第二次切割的切割面上形成第二保护层，所述第二保护层用于在进行所述第二次切割时保护所述待测结构和电子束透明层。

可选的，所述第二保护层的材料为金属铂。

可选的，所述电子束透明层的材料为氧化硅或树脂。

可选的，所述TEM样品的厚度为100nm～200nm。

与现有技术相比，本发明提供的TEM样品的制备方法具有以下优点：

在本发明提供的TEM样品的制备方法中，进行第一次切割，露出所述待测结构的一面，以清除所述待测结构的一面处的干扰结构；在所述待测结构的一面上制备一电子束透明层，所述电子束透明层可以保证之中的TEM样品具有特定厚度，所述电子束透明层相对TEM的电子束透明，不会影响所述待测结构的投射图案；进行第二次切割，露出所述待测结构的另一面，所述待测结构的另一面与一面相对，以清除所述待测结构的另一面处的干扰结构，从而使得所形成的所述TEM样品中，不含有干扰结构，当利用电子束对所述TEM样品进行照射时，TEM的荧光屏只出现所述待测结构的投射图案，提高检测的准确性。

附图说明

图1为现有技术中电子束穿透大尺寸待测结构时TEM样品的剖面图；

图2为现有技术中电子束穿透大尺寸待测结构时荧光屏的示意图；

图3为现有技术中电子束穿透小尺寸待测结构时TEM样品的剖面图；

图4为现有技术中电子束穿透小尺寸待测结构时荧光屏的示意图；

图5为本发明一实施例中TEM样品的制备方法的流程图；

图6为本发明一实施例中半导体芯片的示意图；

图7A-图7C为图6的半导体芯片采用现有技术的制备方法得到的TEM样品的示意图；

图8-图15为本发明一实施例的TEM样品的制备方法的在制备过程中样品的示意图；

图16为采用本发明一实施例的TEM样品的制备方法得到的TEM样品的示意图；

图17为电子束穿透图16的TEM样品时荧光屏的示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的TEM样品的制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供一种TEM样品的制备方法，包括：

步骤S11：提供一半导体芯片，所述半导体芯片包括一待测结构；

步骤S12：进行第一次切割，露出所述待测结构的一面；

步骤S13：在所述待测结构的一面上制备一电子束透明层；

步骤S14：进行第二次切割，露出所述待测结构的另一面，所述待测结构的另一面与一面相对，形成所述TEM样品。

其中，进行步骤S12，以清除所述待测结构的一面处的干扰结构；步骤S13制备的所述电子束透明层可以保证之中的TEM样品具有特定厚度，所述电子束透明层相对TEM的电子束透明，不会影响所述待测结构的投射图案；进行步骤S14，所述待测结构的另一面与一面相对，以清除所述待测结构的另一面处的干扰结构，从而使得所形成的所述TEM样品中，不含有干扰结构，当利用电子束对所述TEM样品进行照射时，TEM的荧光屏只出现所述待测结构的投射图案，提高检测的准确性。

以下，请参阅图5-图17具体说明本发明的TEM样品的制备方法。

首先，如图5所示，进行步骤S11，提供一半导体芯片，所述半导体芯片包括一待测结构。在本实施例中，以所述待测结构为栅极为例进行说明。如图6所示，所述半导体芯片100包括衬底110以及位于所述衬底110一侧的介质层120，其中，所述衬底110中可以包括有源区等结构，所述介质层120中包括所述待测结构131(栅极)，所述待测结构131的两侧具有金属塞(plug)132，所述半导体芯片100还可以包括金属层133等互连结构。

所述待测结构131的特征尺寸(Critical Dimension，简称CD)小于等于65nm，例如在本实施例中CD为45nm，一般的，所述金属塞132与所述待测结构131(栅极)的距离D1和D2比较小，小于等于40nm，例如在本实施例中D1＝D2＝10nm，所以，D1+CD+D2＝65nm，小于TEM样品的厚度T1。如果采用现有技术的TEM样品制备方法，可能会得到如图7A、图7B或图7C所示的TEM样品结构，在图7所示的三种TEM样品结构中，均包含所述金属塞132，当利用电子束对所述TEM样品进行照射时，TEM的荧光屏只出现所述金属塞132的投射图案，影响对所述待测结构131的分析。

较佳的，在步骤S11和步骤S12之间，在所述第一次切割的切割面上形成第一保护层，所述第一保护层用于在进行所述第一次切割时保护所述待测结构131。在本实施例中，所述第一次切割的切割面为所述介质层120背离所述衬底110的一面，所以，如图8所示，在所述介质层120背离所述衬底110的一面形成所述第一保护层200，所述第一保护层200位于所述待测结构131的上方，可以保护所述待测结构131。较佳的，所述第一保护层200的材料为金属铂，此外，所述第一保护层200的材料还可以为金属金等材料。

接着，进行步骤S12：进行第一次切割，露出所述待测结构的一面。在本实施例中，所述第一次切割采用聚焦离子束进行切割，在本发明的其它实施例中，所述第一次切割还可以采用研磨等方法进行，此为本领域的技术人员可以理解的，在此不作赘述。

较佳的，所述步骤S12包括子步骤S121和子步骤S122：

进行子步骤S121：采用聚焦离子束进行第一次粗切，以定位所述待测结构131的位置，如图9所示，在所述半导体芯片上形成第一挖槽140，所述第一挖槽140的深度要保证比所述待测结构131深，以方便在子步骤S122中露出所述待测结构131；

进行子步骤S122：采用聚焦离子束进行第一次细切，如图10所示，使所述第一挖槽140露出所述待测结构131的一面131a，以保证所述待测结构131的一面处无所述金属塞132等干扰结构。

然后，进行步骤S13：在所述待测结构131的一面131a上制备一电子束透明层。由于在本实施例中，采用聚焦离子束形成了所述第一挖槽140，所以，步骤S13包括子步骤S131和子步骤S132：

进行子步骤S131：如图11所示，在所述第一挖槽140内填充所述电子束透明材料300’，其中，所述电子束透明材料300’为在电子束下透明的材料，如氧化硅或树脂等等，不会影响所述待测结构131的投射图案；

较佳的，在所述第二次切割的切割面上形成第二保护层，所述第二保护层用于在进行所述第二次切割时保护所述待测结构131和所述电子束透明层。在本实施例中，所述第二次切割的切割面为所述介质层120背离所述衬底110的一面，所以，如图12所示，在所述电子束透明材料300’和第一保护层200背离所述衬底110的一面形成所述第二保护层400，所述第二保护层400位于所述待测结构131的上方，可以保护所述待测结构131。较佳的，所述第二保护层400的材料为金属铂，此外，所述第二保护层400的材料还可以为金属金等等。

进行子步骤S132：如图13所示，采用聚焦离子束对所述电子束透明材料300’进行减薄切割，使得在所述待测结构131的一面131a形成具有第一预定厚度H1的所述电子束透明层300，所述第一预定厚度H1可以根据具体的需要进行选择，例如50nm～200nm，具体可以根据TEM样品的厚度T1和所述待测结构131的特征尺寸CD进行选择。

随后，进行步骤S14：进行第二次切割，露出所述待测结构131的另一面，所述待测结构131的另一面与一面131a相对，形成所述TEM样品。在本实施例中，所述第二次切割采用聚焦离子束进行切割，在本发明的其它实施例中，所述第二次切割还可以采用研磨等方法进行，此为本领域的技术人员可以理解的，在此不作赘述。

较佳的，所述步骤S14包括子步骤S141和子步骤S142：

进行子步骤S141：采用聚焦离子束进行第二次粗切，以定位所述待测结构131的位置，如图14所示，在所述半导体芯片上形成第二挖槽150，所述第二挖槽150的深度要保证比所述待测结构131深，以方便在子步骤S142中露出所述待测结构131。其中，步骤S141和步骤S132可以同时进行；

进行子步骤S142：采用聚焦离子束进行第二次细切，如图15所示，使所述第二挖槽150露出所述待测结构131的另一面131b，以保证所述待测结构131的另一面131b处无所述金属塞132等干扰结构。经过第二次细切，所述待测结构131具有第二预定厚度H2，所述第二预定厚度H2可以根据需要进行选择，例如：10nm～45nm，其中，H1+H2≥T1。

如果，H1+H2＝T1，直接将所述衬底110断开，形成如图16所示的TEM样品3；如果H1+H2＞T1，可以先将所述电子束透明层300进行减薄，使得减薄后的所述电子束透明层300的厚度与所述第二预定厚度H2之和等于TEM样品的厚度T1，再将所述衬底110断开，形成如图16所示的TEM样品3。

当然，在本发明的其它实施中，采用研磨的方式进行第一次切割和第二次切割，则无需进行将所述衬底110断开的步骤，此为本领域的技术人员可以理解的，在此不作赘述。

在所述TEM样品3中，所述待测结构131的厚度H2不足T1，所述电子束透明层300可以填补不足的厚度，使得所述TEM样品3的厚度达到要求。当对所述TEM样品3进行电子束照射时，由于所述TEM样品3中没有所述金属塞等干扰结构，而所述电子束透明层300的材料为在电子束下透明，所以，当利用电子束对所述TEM样品进行照射时，如图17所示，TEM的荧光屏30只出现所述待测结构131的投射图案131’。

与现有技术相比，在本发明的TEM样品的制备方法中，进行步骤S12，以清除所述待测结构的一面处的干扰结构；步骤S13制备的所述电子束透明层可以保证之中的TEM样品具有特定厚度，所述电子束透明层相对TEM的电子束透明，不会影响所述待测结构的投射图案；进行步骤S14，所述待测结构的另一面与一面相对，以清除所述待测结构的另一面处的干扰结构，从而使得所形成的所述TEM样品中，不含有干扰结构，当利用电子束对所述TEM样品进行照射时，TEM的荧光屏只出现所述待测结构的投射图案，提高检测的准确性。

显然，本领域的技术人员可以对本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 (6)

1.一种TEM样品的制备方法，包括：

提供一半导体芯片，所述半导体芯片包括一待测结构；

进行第一次切割，以在所述半导体芯片上形成第一挖槽，所述第一挖槽的侧壁露出所述待测结构的一侧面，并且在进行所述第一次切割之前，还包括在所述第一次切割的切割面上形成第一保护层，所述第一保护层位于所述待测结构的上方，在执行所述第一次切割时从所述待测结构上方的切割面进行切割；

在所述待测结构的所述一侧面上制备一电子束透明层，制备所述电子束透明层的方法包括：在所述第一挖槽内填充电子束透明材料，并采用聚焦离子束对所述电子束透明材料进行减薄切割，使得所述电子束透明材料在所述待测结构的所述一侧面形成具有第一预定厚度的所述电子束透明层；

进行第二次切割，露出所述待测结构的另一侧面，所述待测结构的另一侧面与所述一侧面相对，形成所述TEM样品；

其中，所述第一次切割的步骤包括：采用聚焦离子束进行第一次粗切，在所述半导体芯片上形成第一挖槽；采用聚焦离子束进行第一次细切，使所述第一挖槽露出所述待测结构的所述一侧面；

以及，所述第二次切割的步骤包括：采用聚焦离子束进行第二次粗切，在所述半导体芯片上形成第二挖槽；采用聚焦离子束进行第二次细切，使所述第二挖槽露出所述待测结构的所述另一侧面，所述待测结构具有第二预定厚度。

2.如权利要求1所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，所述第一保护层的材料为金属铂。

3.如权利要求1-2中任意一项所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，在进行第二次切割的步骤之前，还包括：

在所述第二次切割的切割面上形成第二保护层，所述第二保护层用于在进行所述第二次切割时保护所述待测结构和电子束透明层。

4.如权利要求3所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，所述第二保护层的材料为金属铂。

5.如权利要求1所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，所述电子束透明层的材料为氧化硅或树脂。

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TEM样品的厚度为100nm～200nm。