CN110554063B - 一种tem样品以及制备tem样品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种TEM样品以及制备TEM样品的方法，包括：在待制备样品上形成保护层；沿所述保护层的两侧向所述待制备样品的中间部分减薄，并在其中一侧减薄至预设条件时，逐步缩小加工区域，以通过在墩子和薄区之间保留阶梯状的过渡区域来形成厚度均匀的薄区。由于墩子与薄区相连，且墩子位于薄区的两端，因此，通过保留阶梯状的过渡区域，可以逐步改变薄区边缘受到墩子拉力的受力点的位置，从而通过改变受力点位置可以减小薄区远离墩子的中间区域与靠近墩子的边缘区域的拉力差异，进而可以提高大范围薄区的均匀性，使得制备的TEM样品满足TEM自动拍图量测的要求。

Description

一种TEM样品以及制备TEM样品的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地说，涉及一种TEM样品以及制备TEM样品的方法。
背景技术
目前，透射电子显微镜(TEM)是检测组成半导体器件的薄膜的形貌、尺寸和特征等的重要工具。将TEM样品放入TEM观测室后，高能电子束穿透TEM样品，发生散射、吸收、干涉及衍射等现象，在成像平面形成衬度，从而形成TEM样品的图像，后续再对该TEM样品的图像进行观察、测量以及分析，即可获得该TEM样品中薄膜的形貌和尺寸等。
现有技术中，聚焦离子束(FIB)机台可以在整片晶片的局部区域完成TEM样品的制备。对于三维存储器(3D NAND)而言，在采用FIB机台制备TEM样品薄区时，为了实现TEM自动拍图、自动量测和量测数据的准确性，需要将TEM样品薄区的厚度制备得更薄，范围制备得更大，均匀性制备得更高。但是，由于传统的制样方式难以控制大范围的薄区的均匀性，因此，导致传统的制样方式无法满足TEM自动拍图量测的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种TEM样品以及制备TEM样品的方法，以提高制备的大范围的TEM样品薄区的均匀性，使得TEM样品满足TEM自动拍图量测的要求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种制备TEM样品的方法，包括：
在待制备样品上形成保护层；
沿所述保护层的两侧向所述待制备样品的中间部分减薄，并在其中一侧减薄至预设条件时，逐步缩小加工区域，以通过在墩子和薄区之间保留阶梯状的过渡区域来形成厚度均匀的薄区；
其中，所述墩子位于所述薄区的两端，所述过渡区域的阶梯状部分位于所述薄区的减薄一侧。
可选地，所述预设条件包括：所述保护层的中间区域出现凹陷。
可选地，判断所述保护层的中间区域是否出现凹陷包括：
判断所述薄区的厚度是否达到预设厚度；
若是，逐步缩小加工区域。
可选地，当所述待制备样品为三维存储器时，所述预设厚度的范围为150nm～250nm。
一种TEM样品，应用如上任一项所述的方法制备而成，包括：
薄区和墩子，所述墩子位于所述薄区的两端，所述薄区与所述墩子之间具有阶梯状的过渡区域；
其中，所述过渡区域的阶梯状部分位于所述薄区的减薄一侧，并且，在减薄方向上，所述阶梯状部分的宽度逐步增大。
一种制备TEM样品的方法，包括：
在待制备样品上形成保护层；
沿所述保护层的两侧向所述待制备样品的中间部分减薄，并在每一侧减薄至预设条件时，逐步缩小加工区域，以通过在墩子和薄区之间保留阶梯状的过渡区域来形成厚度均匀的薄区；
其中，所述墩子位于所述薄区的两端，所述过渡区域的阶梯状部分位于所述薄区的减薄两侧。
可选地，所述预设条件包括：所述保护层的中间区域出现凹陷。
可选地，判断所述保护层的中间区域是否出现凹陷包括：
判断所述薄区的厚度是否达到预设厚度；
若是，逐步缩小加工区域。
可选地，当所述待制备样品为三维存储器时，所述预设厚度的范围为150nm～250nm。
一种TEM样品，应用如上任一项所述的方法制备而成，包括：
薄区和墩子，所述墩子位于所述薄区的两端，所述薄区与所述墩子之间具有阶梯状的过渡区域；
其中，所述过渡区域的阶梯状部分位于所述薄区的减薄两侧，并且，在任一减薄方向上，所述阶梯状部分的宽度逐步增大。
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
本发明所提供的TEM样品以及制备TEM样品的方法，在向待制备样品的中间部分减薄的过程中，当减薄至预设条件时，逐步缩小加工区域，以通过在墩子和薄区之间保留阶梯状的过渡区域来形成厚度均匀的薄区，由于墩子与薄区相连，且墩子位于薄区的两端，因此，通过保留阶梯状的过渡区域，可以逐步改变薄区边缘受到墩子拉力的受力点的位置，从而通过改变受力点位置可以减小薄区远离墩子的中间区域与靠近墩子的边缘区域的拉力差异，进而可以提高大范围薄区的均匀性，使得制备的TEM样品满足TEM自动拍图量测的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为一种TEM样品薄区不均匀的情况示意图；
图2为本发明一个实施例提供的一种制备TEM样品的方法的流程图；
图3为本发明一个实施例提供的待制备样品的立体结构示意图；
图4为图3所示的待制备样品的俯视结构示意图；
图5为本发明一个实施例提供的待制备样品的切割机台示意图；
图6为本发明一个实施例提供的另一种薄区和墩子的结构示意图；
图7为本发明另一个实施例提供的一种制备TEM样品的方法的流程图；
图8为本发明另一个实施例提供的一种薄区和墩子的结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，传统的制样方式难以控制大范围的薄区的均匀性，无法满足TEM自动拍图量测的要求。采用传统的制样方式对TEM样品进行减薄以后，如图1所示，会出现薄区10中间薄两边厚的情况，影响TEM样品的均匀性。
发明人研究发现，造成这种问题的原因主要是，当薄区10减薄到一定程度以后，越靠近墩子11的地方，薄区10受到的拉力越大，减薄速度越慢，厚度越厚，并且，薄区10的长度越长即范围越大，薄区10上远离墩子11的区域与靠近墩子11的区域的拉力差异越大，从而导致薄区10出现图1所示的不均匀的情况。
基于此，本发明提供了一种制备TEM样品的方法，以克服现有技术存在的上述问题，包括：
在待制备样品上形成保护层；
沿所述保护层的两侧向所述待制备样品的中间部分减薄，并在其中一侧减薄至预设条件时，逐步缩小加工区域，以通过在墩子和薄区之间保留阶梯状的过渡区域来形成厚度均匀的薄区；
其中，所述墩子位于所述薄区的两端，所述过渡区域的阶梯状部分位于所述薄区的减薄一侧。
本发明提供的TEM样品以及制备TEM样品的方法，在向待制备样品的中间部分减薄的过程中，当减薄至预设条件时，逐步缩小加工区域，以通过在墩子和薄区之间保留阶梯状的过渡区域来形成厚度均匀的薄区，由于墩子与薄区相连，且墩子位于薄区的两端，因此，通过保留阶梯状的过渡区域，可以逐步改变薄区受到墩子拉力的受力点的位置，从而通过改变受力点位置可以减小加工区域内薄区远离墩子的区域与靠近墩子的区域的拉力差异，进而可以提高大范围薄区的均匀性，使得制备的TEM样品满足TEM自动拍图量测的要求。
以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种制备TEM样品的方法，如图2所示，包括：
S101：在待制备样品上形成保护层；
如图3所示，先对待TEM检测的半导体器件2进行切割形成待制备样品20，其中待制备样品20包含待TEM检测的区域201，并且，可选地，待制备样品20为方形样品，待TEM检测的区域201位于待制备样品20的中间部分。当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，待制备样品20也可以为圆形或三角形等样品。此外，待TEM检测的区域201也可以位于待制备样品20的侧边，本发明实施例中仅以待TEM检测的区域201位于待制备样品20的中间区域为例进行说明。
之后，如图4所示，在待制备样品20上形成保护层202，保护层202覆盖待TEM检测的区域201，以使待TEM检测的区域201具有清晰的边界，便于对待制备样品20进行切割，去除待制备样品20上待TEM检测的区域201之外的部分。其中，保护层202可以为金属材质，如铂金，当然，本发明并不仅限于此。
S102：沿所述保护层的两侧向所述待制备样品的中间部分减薄，并在其中一侧减薄至预设条件时，逐步缩小加工区域，以通过在墩子和薄区之间保留阶梯状的过渡区域来形成厚度均匀的薄区；其中，所述墩子位于所述薄区的两端，所述过渡区域的阶梯状部分位于所述薄区的减薄一侧。
在对待制备样品20进行切割之前，如图5所示，需将待制备样品20粘贴在机台上，并且，机台上与待TEM检测的区域201即薄区22对应的区域镂空，防止切割或刻蚀掉的材料反溅到待制备样品20上。可选地，待制备样品20右侧的区域还具有硅衍射区域，在此不再赘述。
如图6所示，沿保护层202的两侧A1和A2向待制备样品20的中间部分减薄，即先沿一侧A1从下往上向待制备样品20的中间部分减薄，减薄至预设厚度时，再沿另一侧A2从上往下向待制备样品20的中间部分减薄，在沿另一侧A2减薄的过程中，在减薄至预设条件时，逐步缩小加工区域，即缩小薄区22长度方向上的加工区域，以通过在墩子21和薄区22之间保留阶梯状的过渡区域23来形成厚度均匀的薄区22。其中，墩子21位于薄区22的两端，过渡区域23的阶梯状部分位于薄区22的减薄一侧。
需要说明的是，本实施例中，在沿保护层202的两侧A1和A2向待制备样品20的中间部分减薄时，过渡区域23的阶梯状部分优选是在后减薄的一侧形成的。需要说明的是，本发明实施例中，通过两侧的墩子21和过渡区域23可以对薄区22进行牵制，减少薄区22的形变。
还需要说明的是，如图6所示，本发明实施例中的逐步缩小加工区域，是指在减薄方向A2上，加工区域的宽度S1小于加工区域的宽度S2，加工区域的宽度S2小于加工区域的宽度S3，以此类推。
本发明实施例中，预设条件包括：保护层202的中间区域出现凹陷。也就是说，在减薄的过程中，如果发现待制备样品20顶部保护层202的中间区域出现凹陷，说明此时薄区22出现了图1所示的不均匀的状况，此时，逐步缩小加工区域，使薄区22与墩子21之间的过渡区域23呈阶梯状。当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，预设条件还可以包括：薄区22的厚度达到预设厚度。
如图6所示，逐步缩小加工区域后，薄区22和墩子21之间会保留阶梯状的过渡区域23，每改变一次加工区域，薄区22的边缘受到拉力的受力点的位置都会发生改变，如从P1点的位置变为P2点的位置、从P2点的位置变为P3点的位置，由于越靠近墩子21的区域受到的拉力越大，越远离墩子21的区域受到的拉力越小，因此，当薄区22的边缘受力点的位置从P1点的位置变为P2点的位置、从P2点的位置变为P3点之后，薄区22的边缘受力点距离墩子21越来越远，受力点受到的拉力越来越小，这样就会使得薄区22中间区域受到的拉力与边缘区域受到的拉力差异越来越小，使得薄区22中间区域的厚度与边缘区域的厚度差异也越来越小，从而可以形成厚度均匀的薄区22。
需要说明的是，可以通过人眼观看FIB机台显示屏上显示的保护层202，来判断保护层202的中间区域是否出现凹陷，也可以通过判断薄区22的厚度D是否达到预设厚度，来判断保护层202的中间区域是否出现凹陷，若薄区22的厚度D达到预设厚度，则逐步缩小加工区域。其中，当待制备样品20为三维存储器时，预设厚度的范围为150nm～250nm。
本发明实施例提供的制备TEM样品的方法，不仅可以提高大范围薄区的均匀性，而且与其他提高薄区均匀性的方法相比，降低了制样难度，减少了操作者对经验和能力的依赖，并且不额外增加制样时间。
本发明实施例还提供了一种TEM样品，该TEM样品应用上述实施例提供的方法制备而成，如图6所示，该TEM样品包括薄区22和墩子21，墩子21位于薄区22的两端，所述薄区22与所述墩子21之间具有阶梯状的过渡区域23。
其中，所述过渡区域23的阶梯状部分位于所述薄区33的减薄一侧，如图7所示，所述过渡区域23的阶梯状部分位于薄区22的上方一侧。并且，在减薄方向A2上，过渡区域23的阶梯状部分的宽度L逐步增大。由于阶梯状的过渡区域23可以逐步改变薄区33边缘受到墩子21拉力的受力点的位置，因此，通过改变受力点位置可以减小薄区22远离墩子21的中间区域与靠近墩子21的边缘区域的拉力差异，进而可以提高大范围薄区22的均匀性，使得制备的TEM样品满足TEM自动拍图量测的要求。
本发明实施例还提供了一种制备TEM样品的方法，如图7所示，包括：
S201：在待制备样品上形成保护层；
同样，参考图3，先对待TEM检测的半导体器件2进行切割形成待制备样品20，其中待制备样品20包含待TEM检测的区域201。之后，参考图4，在待制备样品20上形成保护层202。
S102：沿所述保护层的两侧向所述待制备样品的中间部分减薄，并在每一侧减薄至预设条件时，逐步缩小加工区域，以通过在墩子和薄区之间保留阶梯状的过渡区域来形成厚度均匀的薄区；其中，所述墩子位于所述薄区的两端，所述过渡区域的阶梯状部分位于所述薄区的减薄两侧。
本实施例中，待TEM检测的区域201位于待制备样品20的中间区域，且沿保护层202的两侧A1和A2向待制备样品20的中间部分减薄，如图8所示，先沿一侧A1从下往上向待制备样品20的中间部分减薄，并在减薄至预设条件时，逐步缩小加工区域，即缩小薄区22长度方向上的加工区域，以在墩子21和薄区22之间保留阶梯状的过渡区域23，之后，再沿另一侧A2从上往下向待制备样品20的中间部分减薄，并在减薄至预设条件时，逐步缩小加工区域，以通过在墩子21和薄区22之间保留阶梯状的过渡区域23来形成厚度均匀的薄区。在图8所示的结构中，墩子21和过渡区域23位于薄区22的两端。
同样，本实施例中，预设条件包括：保护层202的中间区域出现凹陷。也就是说，在减薄的过程中，如果发现待制备样品20顶部保护层202的中间区域出现凹陷，说明此时薄区22出现了图1所示的不均匀的状况，此时，逐步缩小加工区域，使薄区22与墩子21之间的过渡区域23呈阶梯状，从而逐步减小薄区22远离墩子21的区域与靠近墩子21的边缘区域的拉力差异，进而可以提高薄区22的均匀性。当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，预设条件还可以包括：薄区22的厚度达到预设厚度。
需要说明的是，可以通过人眼观看FIB机台显示屏上显示的保护层202，来判断保护层202的中间区域是否出现凹陷，也可以通过判断薄区22的厚度D是否达到预设厚度，来判断保护层202的中间区域是否出现凹陷，若薄区22的厚度D达到预设厚度，则逐步缩小加工区域。其中，当待制备样品20为三维存储器时，预设厚度的范围为150nm～250nm。
本发明实施例还提供了一种TEM样品，该TEM样品应用上述实施例提供的方法制备而成，如图8所示，该TEM样品包括薄区22和墩子21，墩子21位于薄区22的两端，薄区22与墩子21之间具有阶梯状的过渡区域23。
其中，所述过渡区域23的阶梯状部分位于所述薄区22的减薄两侧，如图8所示，过渡区域23的阶梯状部分位于薄区22的上方和下方两侧。
并且，在减薄方向上，过渡区域23的阶梯状部分的宽度L逐步增大。如图8所示，在箭头所指的减薄方向A1上，过渡区域23的阶梯状部分的宽度L逐步增大，在箭头所指的减薄方向A2上，过渡区域23的阶梯状部分的宽度L逐步增大。
由于薄区22两侧均具有阶梯状的过渡区域23，因此，可以逐步均匀改变薄区33边缘受到墩子21拉力的受力点的位置，从而通过改变受力点位置可以减小薄区22远离墩子21的中间区域与靠近墩子21的边缘区域的拉力差异，进而可以提高大范围薄区22的均匀性，使得制备的TEM样品满足TEM自动拍图量测的要求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种制备TEM样品的方法，其特征在于，包括：
在待制备样品上形成保护层；
沿所述保护层的两侧向所述待制备样品的中间部分减薄，并在其中一侧减薄至预设条件时，逐步缩小加工区域，以通过在墩子和薄区之间保留阶梯状的过渡区域来形成厚度均匀的薄区；
其中，所述墩子位于所述薄区的两端，所述过渡区域的阶梯状部分位于所述薄区的减薄一侧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设条件包括：所述保护层的中间区域出现凹陷。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，判断所述保护层的中间区域是否出现凹陷包括：
判断所述薄区的厚度是否达到预设厚度；
若是，逐步缩小加工区域。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述待制备样品为三维存储器时，所述预设厚度的范围为150nm～250nm。
5.一种TEM样品，其特征在于，应用权利要求1至4任一项所述的方法制备而成，包括：
薄区和墩子，所述墩子位于所述薄区的两端，所述薄区与所述墩子之间具有阶梯状的过渡区域；
其中，所述过渡区域的阶梯状的部分位于所述薄区的减薄一侧，并且，在减薄方向上，所述阶梯状部分的宽度逐步增大。
6.一种制备TEM样品的方法，其特征在于，包括：
在待制备样品上形成保护层；
沿所述保护层的两侧向所述待制备样品的中间部分减薄，并在每一侧减薄至预设条件时，逐步缩小加工区域，以通过在墩子和薄区之间保留阶梯状的过渡区域来形成厚度均匀的薄区；
其中，所述墩子位于所述薄区的两端，所述过渡区域的阶梯状部分位于所述薄区的减薄两侧。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设条件包括：所述保护层的中间区域出现凹陷。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，判断所述保护层的中间区域是否出现凹陷包括：
判断所述薄区的厚度是否达到预设厚度；
若是，逐步缩小加工区域。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述待制备样品为三维存储器时，所述预设厚度的范围为150nm～250nm。
10.一种TEM样品，其特征在于，应用权利要求6至9任一项所述的方法制备而成，包括：
薄区和墩子，所述墩子位于所述薄区的两端，所述薄区与所述墩子之间具有阶梯状的过渡区域；
其中，所述过渡区域的阶梯状部分位于所述薄区的减薄两侧，并且，在任一减薄方向上，所述阶梯状部分的宽度逐步增大。
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