CN108106890A - 镍金属硅化物的tem样品的制备方法 - Google Patents

镍金属硅化物的tem样品的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，包括步骤：步骤一、提供一芯片，镍金属硅化物形成于芯片的器件层和半导体衬底界面的选定区域中；步骤二、形成金属保护层将需要进行TEM分析的目标位置的区域完全覆盖；步骤三、采用离子束进行形成TEM分析的TEM样品的切割；步骤四、将芯片倾转一定的角度，采用离子束对TEM样品的半导体衬底层进行离子轰击并使得半导体衬底层完全非晶化。本发明能提高TEM样品的半导体衬底层和镍金属硅化物之间的TEM的衬度成像差异。能得到能在TEM模式下直接进行镍金属硅化物的清晰成像的TEM样品，从而能缩短样品的TEM观测时间，降低观测成本。

Description

镍金属硅化物的TEM样品的制备方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种镍金属硅化物的透射电子显微镜(TEM)样品的制备方法。
背景技术
TEM是材料科学研究中十分重要的分析工具，可以进行样品的形貌分析，结构分析和成分分析，在集成电路分析领域有着极为广泛且越来越重要的应用，而采用聚焦离子束(FIB)制样则是半导体领域最为主要的TEM样品制备方式。
随着芯片技术节点的提高，硅化镍合金即镍金属硅化物应用于集成电路制造工艺中，因硅化镍(NiSi)结构缺陷引起芯片失效的现象也越来越多。常规采用FIB制备 TEM样品方法，为避免样品扭曲，样品会保留一定厚度，约为80nm～120nm左右，在 TEM观测时由于成像和衬度的关系，无法清楚的观测NiSi形貌，导致无法达到准确的分析目的。如图1所示，是现有方法制备的镍金属硅化物的TEM样品的TEM照片；图 1中在半导体衬底如硅衬底101的表面形成有器件层，虚线圈102所示区域为一个MOS 晶体管器件的栅极结构，在栅极结构两侧的硅衬底101的表面形成有镍金属硅化物，在镍金属硅化物的顶部形成有接触孔103。由图1所示可知，从TEM照片仅能看出镍金属硅化物位于虚线圈104的区域范围内，但是并不能从硅衬底101中将镍金属硅化物区分开来，故无法实现对镍金属硅化物的结构缺陷分析。
现有方法只能通过扫描透射电子显微镜(STEM)高角环状暗场探测器(HAADF) 成像来进行NiSi形貌分析，但会大大提高了TEM观测成本，降低了机台的使用效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，能得到能在TEM模式下直接进行镍金属硅化物的清晰成像的TEM样品，从而能缩短样品的TEM观测时间，降低观测成本。
为解决上述技术问题，本发明提供的镍金属硅化物的TEM样品的制备方法包括如下步骤：
步骤一、提供一需要制作成TEM样品的芯片，所述芯片的器件层形成于半导体衬底表面上，镍金属硅化物形成于所述器件层和所述半导体衬底界面的选定区域中。
步骤二、在所述器件层的选定区域表面形成金属保护层，所述金属保护层的覆盖区域大于目标位置的区域且将所述目标位置的区域完全覆盖；所述目标位置对应于需要进行TEM分析的所述镍金属硅化物的形成区域。
步骤三、采用离子束对所述目标位置两侧的所述金属保护层、所述器件层和所述半导体衬底层进行垂直切割并最后切割减薄形成用于对所述镍金属硅化物进行TEM分析的TEM样品。
步骤四、将所述芯片倾转一定的角度，采用离子束对所述TEM样品的半导体衬底层进行离子轰击并使得所述半导体衬底层完全非晶化，用以提高所述TEM样品的所述半导体衬底层和所述镍金属硅化物之间的TEM的衬度成像差异。
进一步的改进是，步骤二中将所述芯片放置在FIB设备中，在FIB设备中形成所述金属保护层。
进一步的改进是，步骤二中在所述FIB设备中采用电子束(E-Beam)沉积或离子束(I-Beam)沉积方法形成所述金属保护层。
进一步的改进是，步骤三在所述FIB设备中进行。
进一步的改进是，步骤三中用于垂直切割的离子束的电压为30kV。
进一步的改进是，步骤三中用于垂直切割的离子束开始采用一初始电流进行切割，之后逐步降低离子束的电流直至将所述TEM样品切割到目标厚度。
进一步的改进是，所述TEM样品的目标厚度为80nm～100nm。
进一步的改进是，所述半导体衬底为单晶硅衬底。
进一步的改进是，步骤四在所述FIB设备中进行。
进一步的改进是，步骤四中对所述半导体衬底层进行非晶化的离子束的离子为镓离子。
进一步的改进是，步骤四之后将所述TEM样品进行TEM成像分析，利用所述半导体衬底层和所述镍金属硅化物之间的TEM的衬度成像差异得到清晰的所述镍金属硅化物的成像。
进一步的改进是，直接在TEM模式下进行所述TEM样品的TEM成像分析。
进一步的改进是，所述芯片的器件层包括MOS晶体管，在所述MOS晶体管的源漏区表面形成有所述镍金属硅化物，在所述镍金属硅化物的顶部形成有接触孔。
进一步的改进是，所述MOS晶体管包括NMOS晶体管和PMOS晶体管。
针对TEM分析的目标位置为镍金属硅化物的形成区域的TEM样品，本发明仅通过在TEM样品制备之后增加一步通过离子束对TEM样品的半导体衬底进行完全非晶化的步骤，利用非晶化后的半导体衬底的TEM成像的衬度会改变且能改变为和镍金属硅化物的成像衬度不同的特征，使得最后能提高TEM样品的半导体衬底层和镍金属硅化物之间的TEM的衬度成像差异，能实现直接在TEM模式下进行TEM样品的TEM成像分析，相对于现有技术中只能通过STEM HAAADF模式进行清晰的镍金属硅化物成像分析，本发明能大大缩短样品观测时间，降低观测成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有方法制备的镍金属硅化物的TEM样品的TEM照片；
图2是本发明实施例镍金属硅化物的TEM样品的制备方法的流程图；
图3A-图3C是本发明实施例方法的流程图；
图4是本发明实施例方法制备的镍金属硅化物的TEM样品的TEM照片。
具体实施方式
如图2所示，是本发明实施例镍金属硅化物的TEM样品201的制备方法的流程图；如图3A至图3C所示，是本发明实施例方法的流程图；本发明实施例镍金属硅化物的 TEM样品201的制备方法包括如下步骤：
步骤一、如图3A所示，提供一需要制作成TEM样品201的芯片，所述芯片的器件层2形成于半导体衬底1表面上，镍金属硅化物形成于所述器件层2和所述半导体衬底1界面的选定区域中。本发明实施例方法中，所述半导体衬底1为单晶硅衬底。
步骤二、如图3A所示，在所述器件层2的选定区域表面形成金属保护层4，所述金属保护层4的覆盖区域大于目标位置3的区域且将所述目标位置3的区域完全覆盖；所述目标位置3对应于需要进行TEM分析的所述镍金属硅化物的形成区域。图3A中的目标位置3对应于出现缺陷的区域位置，而在采用了镍金属硅化物的工艺中，缺陷往往由镍金属硅化物产生，故目标位置3通常处于镍金属硅化物的形成区域，也即在做TEM分析之前，目标位置3是清楚的，本发明实施例方法中目标位置3是镍金属硅化物的形成区域。
本发明实施例方法中，TEM样品201的制备是在FIB设备中进行，故在步骤二中需要先将所述芯片放置在FIB设备中，之后在FIB设备中形成所述金属保护层4。后续的步骤三和四也都在FEB设备中进行。
较佳为，步骤二中在所述FIB设备中采用电子束沉积或离子束沉积方法形成所述金属保护层4。
步骤三、如图3B所示，采用离子束202对所述目标位置3两侧的所述金属保护层4、所述器件层2和所述半导体衬底1层进行垂直切割并最后切割减薄形成用于对所述镍金属硅化物进行TEM分析的TEM样品201。
本发明实施例方法中，用于垂直切割的离子束的电压为30kV。用于垂直切割的离子束开始采用一初始电流进行切割，之后逐步降低离子束的电流直至将所述TEM样品 201切割到目标厚度。也即初始电流为一大电流，这样能在初始切割时进行较快速率的切割，而之后逐步降低电流则能实现对所述TEM样品201的厚度的精确控制。较佳为，所述TEM样品201的目标厚度为80nm～100nm。
步骤四、如图3C所示，将所述芯片倾转一定的角度，采用离子束203对所述TEM 样品201的半导体衬底1层进行离子轰击并使得所述半导体衬底1层完全非晶化，用以提高所述TEM样品201的所述半导体衬底1层和所述镍金属硅化物之间的TEM的衬度成像差异。
步骤四中对所述半导体衬底1层进行非晶化的离子束的离子为镓离子即Ga+。
之后将所述TEM样品201进行TEM成像分析，利用所述半导体衬底1层和所述镍金属硅化物之间的TEM的衬度成像差异得到清晰的所述镍金属硅化物的成像。较佳为，本发明实施例方法形成的TEM样品201能直接在TEM模式下进行所述TEM样品201的 TEM成像分析。相对于现有技术中只能通过STEM HAAADF模式进行清晰的镍金属硅化物成像分析，本发明实施例方法能大大缩短样品观测时间，降低观测成本。
所述芯片的器件层2包括MOS晶体管，在所述MOS晶体管的源漏区表面形成有所述镍金属硅化物，在所述镍金属硅化物的顶部形成有接触孔。所述MOS晶体管包括 NMOS晶体管和PMOS晶体管。如图4所示，是本发明实施例方法制备的镍金属硅化物的TEM样品的TEM照片，可以看出，半导体衬底1的表面形成有器件层2，器件层2 中虚线圈301所示的栅极结构，在栅极结构两侧形成有源漏区，在源漏区的顶部形成有接触孔302，接触孔302的底部和半导体衬底1的接触位置处杂形成有镍金属硅化物303，可以看出图4中的镍金属硅化物303的图像清晰可见，这是对图1的虚线圈 104所示区域的成像的大大改进。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、提供一需要制作成TEM样品的芯片，所述芯片的器件层形成于半导体衬底表面上，镍金属硅化物形成于所述器件层和所述半导体衬底界面的选定区域中；
步骤二、在所述器件层的选定区域表面形成金属保护层，所述金属保护层的覆盖区域大于目标位置的区域且将所述目标位置的区域完全覆盖；所述目标位置对应于需要进行TEM分析的所述镍金属硅化物的形成区域；
步骤三、采用离子束对所述目标位置两侧的所述金属保护层、所述器件层和所述半导体衬底层进行垂直切割并最后切割减薄形成用于对所述镍金属硅化物进行TEM分析的TEM样品；
步骤四、将所述芯片倾转一定的角度，采用离子束对所述TEM样品的半导体衬底层进行离子轰击并使得所述半导体衬底层完全非晶化，用以提高所述TEM样品的所述半导体衬底层和所述镍金属硅化物之间的TEM的衬度成像差异。
2.如权利要求1所述的镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，其特征在于：步骤二中将所述芯片放置在FIB设备中，在FIB设备中形成所述金属保护层。
3.如权利要求2所述的镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，其特征在于：步骤二中在所述FIB设备中采用电子束沉积或离子束沉积方法形成所述金属保护层。
4.如权利要求2所述的镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，其特征在于：步骤三在所述FIB设备中进行。
5.如权利要求4所述的镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，其特征在于：步骤三中用于垂直切割的离子束的电压为30kV。
6.如权利要求5所述的镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，其特征在于：步骤三中用于垂直切割的离子束开始采用一初始电流进行切割，之后逐步降低离子束的电流直至将所述TEM样品切割到目标厚度。
7.如权利要求1或6所述的镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，其特征在于：所述TEM样品的目标厚度为80nm～100nm。
8.如权利要求1所述的镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，其特征在于：所述半导体衬底为单晶硅衬底。
9.如权利要求2所述的镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，其特征在于：步骤四在所述FIB设备中进行。
10.如权利要求1或9所述的镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，其特征在于：步骤四中对所述半导体衬底层进行非晶化的离子束的离子为镓离子。
11.如权利要求1所述的镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，其特征在于：步骤四之后对所述TEM样品进行TEM成像分析，利用所述半导体衬底层和所述镍金属硅化物之间的TEM的衬度成像差异得到清晰的所述镍金属硅化物的成像。
12.如权利要求1所述的镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，其特征在于：直接在TEM模式下进行所述TEM样品的TEM成像分析。
13.如权利要求1或8所述的镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，其特征在于：所述芯片的器件层包括MOS晶体管，在所述MOS晶体管的源漏区表面形成有所述镍金属硅化物，在所述镍金属硅化物的顶部形成有接触孔。
14.如权利要求14所述的镍金属硅化物的TEM样品的制备方法，其特征在于：所述MOS晶体管包括NMOS晶体管和PMOS晶体管。
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