CN106018022A - 一种平面tem样品的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种平面TEM样品的制备方法，包括：步骤S1：将样品之截面制备至接近目标区域；步骤S2：将样品以截面为上，呈纵向放入聚焦离子束系统；步骤S3：根据位于硅化物之面向硅基衬底一侧的多晶硅厚度，控制聚焦离子束之电压，将所述多晶硅切割至预设剩余厚度，并使得预设剩余厚度之多晶硅恰好全部非晶化；步骤S4：对样品之异于非晶化的一侧进行背减至平面TEM样品厚度；步骤S5：完成平面TEM样品的制备。本发明通过控制聚焦离子束之电压，将多晶硅切割至预设剩余厚度，并使得在聚焦离子束之电压下，预设剩余厚度之多晶硅恰好全部非晶化，故基于多晶硅之杂乱的晶粒衬度影响硅基衬底上晶体管沟道中晶格缺陷的判断之缺陷便可避免。

Description

一种平面TEM样品的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种平面TEM样品的制备方法。
背景技术
透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)在包括集成电路的各个领域都有着极为广泛，且越来越重要的应用，而聚焦离子束(FIB)制样则是半导体领域最为主要的TEM样品制备的手段。
在半导体技术领域，除了截面TEM样品，更多的时候需要做平面的TEM分析，且平面TEM的样品亦同样采用FIB来完成。例如，MOS器件，其包括单晶的硅基衬底和栅氧层上的多晶硅栅极，晶体管沟道中的晶格缺陷一般多使用平面TEM的方式来分析。
作为本领域技术人员，容易知晓地，传统的平面TEM样品之制备方式虽然可以避免重金属材质硅化物对于沟道/AA形貌的影响，但对于观测晶体管沟道中的晶格缺陷效果很差，因为在平面TEM样品成像时，多晶硅之杂乱的晶粒衬度会极大的影响硅基衬底上晶体管沟道中晶格缺陷的判断。
故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种平面TEM样品的制备方法。
发明内容
本发明是针对现有技术中，传统的平面TEM样品之制备方式虽然可以避免重金属材质硅化物对于沟道/AA形貌的影响，但对于观测晶体管沟道中的晶格缺陷效果很差等缺陷提供一种平面TEM样品的制备方法。
为实现本发明之目的，本发明提供一种平面TEM样品的制备方法，所述平面TEM样品的制备方法，包括：
执行步骤S1：将样品之截面制备至接近目标区域；
执行步骤S2：将截面已制备至接近目标区域的样品，以截面为上，呈纵向放入聚焦离子束系统；
执行步骤S3：根据位于硅化物之面向硅基衬底一侧的多晶硅的厚度，控制聚焦离子束之电压，将所述多晶硅切割至预设剩余厚度，并使得在所述聚焦离子束之电压下，所述预设剩余厚度之多晶硅恰好全部非晶化；
执行步骤S4：对样品之异于所述非晶化的一侧进行背减至平面TEM样品厚度；
执行步骤S5：完成平面TEM样品的制备。
可选地，所述样品之截面制备至接近目标区域的方式为裂片或者研磨方式的其中之一。
可选地，所述截面之外侧与所述目标区域的距离为1～5μm。
可选地，所述预设剩余厚度为25～35nm时，所述聚焦离子束之电压为30KV。
可选地，所述预设剩余厚度为10～25nm时，所述聚焦离子束之电压为10～20KV。
可选地，所述预设剩余厚度为5nm时，所述聚焦离子束之电压为5KV。
可选地，所述预设剩余厚度为2nm时，所述聚焦离子束之电压为2KV。
可选地，所述平面TEM样品的厚度为80～200nm。
可选地，所述平面TEM样品用于观测晶体管沟道中硅单晶的晶格缺陷。
综上所述，本发明平面TEM样品的制备方法，通过控制聚焦离子束之电压，将所述多晶硅切割至预设剩余厚度，并使得在所述聚焦离子束之电压下，所述预设剩余厚度之多晶硅恰好全部非晶化，故基于所述多晶硅之杂乱的晶粒衬度影响硅基衬底上晶体管沟道中晶格缺陷的判断之缺陷便可避免。
附图说明
图1所示为本发明平面TEM样品的制备方法之流程图；
图2(a)～图2(e)所示为本发明平面TEM样品之制备阶段性示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)在包括集成电路的各个领域都有着极为广泛，且越来越重要的应用，而聚焦离子束(FIB)制样则是半导体领域最为主要的TEM样品制备的手段。
在半导体技术领域，除了截面TEM样品，更多的时候需要做平面的TEM分析，且平面TEM的样品亦同样采用FIB来完成。例如，MOS器件，其包括单晶的硅基衬底和栅氧层上的多晶硅栅极，晶体管沟道中的晶格缺陷一般多使用平面TEM的方式来分析。
作为本领域技术人员，容易知晓地，传统的平面TEM样品之制备方式虽然可以避免重金属材质硅化物对于沟道/AA形貌的影响，但对于观测晶体管沟道中的晶格缺陷效果很差，因为在平面TEM样品成像时，多晶硅之杂乱的晶粒衬度会极大的影响硅基衬底上晶体管沟道中晶格缺陷的判断。
请参阅图1，图1所示为本发明平面TEM样品的制备方法之流程图。所述平面TEM样品的制备方法，包括：
执行步骤S1：将样品之截面制备至接近目标区域；
执行步骤S2：将截面已制备至接近目标区域的样品，以截面为上，呈纵向放入聚焦离子束系统；
执行步骤S3：根据位于硅化物之面向硅基衬底一侧的多晶硅的厚度，控制聚焦离子束之电压，将所述多晶硅切割至预设剩余厚度，并使得在所述聚焦离子束之电压下，所述预设剩余厚度之多晶硅恰好全部非晶化；
执行步骤S4：对样品之异于所述非晶化的一侧进行背减至平面TEM样品厚度；
执行步骤S5：完成平面TEM样品的制备。
为了更直观的揭露本发明之技术方案，凸显本发明之有益效果，现结合具体实施方式，对所述平面TEM样品的制备方法和原理进行阐述。在具体实施方式中，所述平面TEM样品的制备之各工艺参数等仅为列举，不应视为对本发明技术方案的限制。
请参阅图2(a)～图2(e)，并结合参阅图1，图2(a)～图2(e)所示为本发明平面TEM样品之制备阶段性示意图。所述平面TEM样品的制备方法，包括：
执行步骤S1：将样品10之截面11制备至接近目标区域12；
其中，所述样品10之功能层包括但不限于硅基衬底101、浅沟槽隔离102、栅氧层103、多晶硅104、间隔物105、硅化物106，及其上层金属线107等。具体地，所述样品10之截面11制备至接近目标区域12的方式为裂片或者研磨方式的其中之一。所述截面11之外侧111与所述目标区域12的距离为1～5μm。
执行步骤S2：将截面11已制备至接近目标区域12的样品10，以截面11为上，呈纵向放入聚焦离子束系统(未图示)；
执行步骤S3：根据位于硅化物106之面向硅基衬底101一侧的多晶硅104的厚度，控制聚焦离子束之电压，将所述多晶硅104切割至预设剩余厚度x，并使得在所述聚焦离子束之电压下，所述预设剩余厚度x之多晶硅104恰好全部非晶化；
执行步骤S4：对样品10之异于所述非晶化的一侧进行背减至TEM样品13厚度；
执行步骤S5：完成TEM样品13的制备。
非限制性地，所述TEM样品13的厚度为80～200nm。所述TEM样品13用于观测晶体管沟道中硅单晶的晶格缺陷。
明显地，在所述步骤S3中，根据位于硅化物106之面向硅基衬底101一侧的多晶硅104的厚度，控制聚焦离子束之电压，将所述多晶硅104切割至预设剩余厚度x，并使得在所述聚焦离子束之电压下，所述预设剩余厚度x之多晶硅104恰好全部非晶化。故，基于所述多晶硅104之杂乱的晶粒衬度影响硅基衬底101上晶体管沟道中晶格缺陷的判断之缺陷便可避免。即，所述预设剩余厚度x之多晶硅104恰好全部非晶化，便可清楚的分辨和观测晶体管沟道中存在的位错缺陷，为失效分析提供强有力的证据。
作为具体的实施方式，更优选地，所述预设剩余厚度为25～35nm时，所述聚焦离子束之电压为30KV。所述预设剩余厚度为10～25nm时，所述聚焦离子束之电压为10～20KV。所述预设剩余厚度为5nm时，所述聚焦离子束之电压为5KV。所述预设剩余厚度为2nm时，所述聚焦离子束之电压为2KV。
综上所述，本发明平面TEM样品的制备方法，通过控制聚焦离子束之电压，将所述多晶硅切割至预设剩余厚度，并使得在所述聚焦离子束之电压下，所述预设剩余厚度之多晶硅恰好全部非晶化，故基于所述多晶硅之杂乱的晶粒衬度影响硅基衬底上晶体管沟道中晶格缺陷的判断之缺陷便可避免。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。

Claims (9)

1.一种平面TEM样品的制备方法，其特征在于，所述平面TEM样品的制备方法，包括：
执行步骤S1：将样品之截面制备至接近目标区域；
执行步骤S2：将截面已制备至接近目标区域的样品，以截面为上，呈纵向放入聚焦离子束系统；
执行步骤S3：根据位于硅化物之面向硅基衬底一侧的多晶硅的厚度，控制聚焦离子束之电压，将所述多晶硅切割至预设剩余厚度，并使得在所述聚焦离子束之电压下，所述预设剩余厚度之多晶硅恰好全部非晶化；
执行步骤S4：对样品之异于所述非晶化的一侧进行背减至平面TEM样品厚度；
执行步骤S5：完成平面TEM样品的制备。
2.如权利要求1所述平面TEM样品的制备方法，其特征在于，所述样品之截面制备至接近目标区域的方式为裂片或者研磨方式的其中之一。
3.如权利要求1所述平面TEM样品的制备方法，其特征在于，所述截面之外侧与所述目标区域的距离为1～5μm。
4.如权利要求1所述平面TEM样品的制备方法，其特征在于，所述预设剩余厚度为25～35nm时，所述聚焦离子束之电压为30KV。
5.如权利要求1所述平面TEM样品的制备方法，其特征在于，所述预设剩余厚度为10～25nm时，所述聚焦离子束之电压为10～20KV。
6.如权利要求1所述的平面TEM样品的制备方法，其特征在于，所述预设剩余厚度为5nm时，所述聚焦离子束之电压为5KV。
7.如权利要求1所述平面TEM样品的制备方法，其特征在于，所述预设剩余厚度为2nm时，所述聚焦离子束之电压为2KV。
8.如权利要求1所述平面TEM样品的制备方法，其特征在于，所述平面TEM样品的厚度为80～200nm。
9.如权利要求1所述平面TEM样品的制备方法，其特征在于，所述平面TEM样品用于观测晶体管沟道中硅单晶的晶格缺陷。
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