CN106323713B - 一种锗硅tem样品的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锗硅TEM样品的制备方法，包括：提供一含有锗硅区域的半导体器件衬底，将衬底放入FIB反应腔中，找到含有锗硅区域的目标区域；在目标区域上沉积金属保护层；设置I‑Beam电压、电流参数，将衬底进行翻转，采用所设定的离子束轰击目标区域的两侧；逐渐减小I‑Beam轰击样品的电流来切割减薄目标区域两侧，直至目标区域的硅衬底全部为非晶状态，而锗硅区域的状态保持不变，从而得到减薄后的锗硅TEM样品，本发明可以有效避免硅衬底区域的衍射衬度对锗硅区域形貌的影响。

Description

一种锗硅TEM样品的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种锗硅TEM样品的制备方法。
背景技术
TEM(透射电子显微镜)在包括集成电路分析在内的各个领域都有着极为广泛且越来越重要的应用，而双束FIB(聚焦离子束)制样则是半导体领域最为主要的TEM样品制备手段。
虽然硅在半导体技术中占据主导地位，但是由于其载流子的迁移率和饱和漂移速度较低，而且具有间接跃迁能带结构，限制了它的应用。因此，在许多模拟电子技术领域，特别是在高频、高速方面，往往是GaAs、InP等化合物半导体起主要作用。然而，化合物半导体技术难以大规模集成，同时，加工不便、成本较高，而SiGe技术在很大程度上满足了这种需求。SiGe技术既能够在硅片上通过能带工程和应变工程改善硅的性能，同时又能够采用娴熟和廉价的硅工艺技术来加工，晶体管速度提升了200％-300％，锗硅材质有着很大的研究前景。
采用FIB制备TEM样品时，样品会保留一定厚度，避免衬底非晶。传统方法制备锗硅材质的样品，样品厚度在80～150nm之间，在TEM观测时由于成像和衬度的关系，如图1所示，箭头所示为锗硅区域，可以发现，无法通过TEM BF(明场像)图像清楚地观测锗硅形貌，导致无法完成后续的量测工作，只能通过STEM(扫描透射电子显微镜)、HAADF(高角度环形暗场像)像来观测锗硅形貌，这显然加剧了TEM观测成本，导致设备的使用效率降低。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在一种锗硅TEM样品的制备方法，从而避免样品观察面中衬底区域的衍射衬度对锗硅区域形貌的影响。
为了达到上述目的，本发明提供了一种锗硅TEM样品的制备方法，包括以下步骤：
步骤01：提供一含有锗硅区域的硅衬底，将衬底放入FIB反应腔中，找到含有锗硅区域的目标区域；
步骤02：在目标区域上沉积金属保护层；
步骤03：设置I-Beam电压参数、电流参数，将硅衬底进行翻转，采用所设定的电流轰击目标区域的两侧；
步骤04：逐渐减小I-Beam轰击样品的电流来切割减薄目标区域两侧，直至目标区域的硅衬底全部为非晶状态，而锗硅区域的状态保持不变，从而得到减薄后的锗硅TEM样品。
优选地，所述步骤04中，具体包括：逐渐减小I-Beam轰击样品电流来切割减薄目标区域两侧，使目标区域的厚度达到第一厚度；然后，继续逐渐减小I-Beam轰击样品电流来继续切割减薄目标区域两侧，直至目标区域的衬底全部为非晶状态；再在E-Beam下观测锗硅TEM样品，通过样品透光度判断样品是否达到所设定的目标厚度；若未达到，则继续逐渐减小I-Beam轰击样品电流来继续切割减薄目标区域两侧。
优选地，所述第一厚度为1～1.5μm。
优选地，所述目标厚度为40～55nm。
优选地，所述锗硅TEM样品应用于TEM的明场模式下直接观测样品。
优选地，所述步骤03中，所设置的I-Beam电压为20～40KV。
优选地，所述步骤03中，所设定的电流不小于4nA。
优选地，所述步骤03中，将硅衬底翻转的角度为50～55°。
优选地，所述步骤04中，所述锗硅TEM样品的厚度为40～60nm。
优选地，所述步骤02中，在E-Beam和I-Beam条件下在目标区域上沉积金属保护层。
本发明的锗硅TEM样品的制备方法，由于样品量测的硅衬底区域处于非晶态，因此，可以避免TEM明场模式下硅衬底区域的衍射衬度对锗硅区域的形貌的影响，可以直接在TEM明场模式下通过质厚衬度成像观测锗硅TEM样品的形貌，缩短了样品观测时间，降低了观测成本。
附图说明
图1为采用传统方法制备的锗硅TEM样品的TEM BF图像
图2为本发明的一个较佳实施例的锗硅TEM样品的制备方法的流程示意图
图3-6为本发明的一个较佳实施例的锗硅TEM样品的各制备步骤示意图
图7为本发明的一个较佳实施例的锗硅TEM样品的TEM BF图像
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
以下结合附图2-7和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图2，本实施例的锗硅TEM样品的制备方法，其包括以下步骤：
步骤01：请参阅图3，提供一含有锗硅区域02的硅衬底00，将硅衬底00放入FIB反应腔中，找到含有锗硅区域02的目标区域；
具体的，硅衬底00中可以具有各种前道工艺结构，例如、栅极03、源漏区、浅沟槽隔离结构等，在源漏区表面具有锗硅区域02。这里找到含有锗硅区域02的硅衬底00部分作为目标区域。
步骤02：请参阅图4，在目标区域上沉积金属保护层；
具体的，图4-6为与图3垂直方向的截面结构示意图，图4中虚线框所表示的区域为目标区域，在E-Beam和I-Beam条件下来沉积金属保护层01，金属保护层01的沉积可以但不限于采用气相沉积法，金属保护层01的材料可以但不限于为铂。
步骤03：请参阅图5，设置I-Beam电压参数、电流参数，将硅衬底进行翻转，采用所设定的电流轰击目标区域的两侧；
具体的，图5中虚线框所表示的为目标区域，所设置的I-Beam电压为20～40KV，所设定的电流不小于4nA，将硅衬底00翻转的角度为50～55°，例如，设定I-Beam电压为30KV，电流5nA，将硅衬底00翻转51°。采用大电流来轰击目标区域两侧，得到如图5中虚线框所示的目标区域。
步骤04：请参阅图6，逐渐减小I-Beam轰击样品的电流来切割减薄目标区域两侧，直至目标区域的硅衬底00全部为非晶状态，而锗硅区域的状态保持不变，从而得到减薄后的锗硅TEM样品。
具体的，包括：逐渐减小I-Beam轰击样品电流来切割减薄目标区域两侧，使目标区域的厚度达到第一厚度；然后，继续逐渐减小I-Beam轰击样品电流来继续切割减薄目标区域两侧，直至目标区域的硅衬底全部为非晶状态；再在E-Beam下观测锗硅TEM样品，通过样品透光度判断样品是否达到所设定的目标厚度；若未达到，则继续逐渐减小I-Beam轰击样品电流来继续切割减薄目标区域两侧。如图6中虚线框所示，目标区域的厚度得到减薄，较佳的，目标厚度为第一厚度的1/75至1/20；这里，第一厚度为1～1.5μm，目标厚度为40～50nm，较佳的，锗硅TEM样品的厚度为40～60nm。
本实施例的锗硅TEM样品应用于TEM的明场模式下直接观测样品，如图7所示，箭头所示为锗硅区域，该锗硅区域的形貌很清晰的表现出来。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (9)

1.一种锗硅TEM样品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤01：提供一含有锗硅区域的硅衬底，将硅衬底放入FIB反应腔中，找到含有锗硅区域的目标区域；
步骤02：在目标区域上沉积金属保护层；
步骤03：设置I-Beam电压、电流参数，将硅衬底进行翻转，采用所设定的电流轰击目标区域的两侧；
步骤04：逐渐减小I-Beam轰击样品的电流来切割减薄目标区域两侧，直至目标区域的硅衬底全部为非晶状态，而锗硅区域的状态保持不变，从而得到减薄后的锗硅TEM样品；具体包括：逐渐减小I-Beam轰击样品电流来切割减薄目标区域两侧，使目标区域的厚度达到第一厚度；然后，继续逐渐减小I-Beam轰击样品电流来继续切割减薄目标区域两侧，直至目标区域的衬底全部为非晶状态；再在E-Beam下观测锗硅TEM样品，通过样品透光度判断样品是否达到所设定的目标厚度；若未达到，则继续逐渐减小I-Beam轰击样品电流来继续切割减薄目标区域两侧。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一厚度为1～1.5μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述目标厚度为40～55nm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锗硅TEM样品应用于TEM的明场模式下直接观测样品。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤03中，所设置的I-Beam电压为20～40KV。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤03中，所设定的电流不小于4nA。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤03中，将硅衬底翻转的角度为50～55°。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤04中，所述锗硅TEM样品的厚度为40～60nm。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤02中，在E-Beam和I-Beam条件下在目标区域上沉积金属保护层。
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