CN113295500A - 一种透射电镜平面样品的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种透射电镜平面样品的制备方法，应用于半导体领域。在本发明实施例中，提供一样品芯片，在所述样品芯片上确定目标截面，所述目标截面为所述透射电镜平面样品平行于第一平面的截面；从所述样品芯片中，提取包括所述目标截面的待制作样品；对所述待制作样品的侧面，在所述目标截面沿所述芯片厚度方向的两侧，分别进行离子束标记；对所述待制作样品的正面和背面进行刻蚀，直至暴露出所述目标截面两侧的离子束标记时，停止刻蚀，将刻蚀后得到的样品作为所述透射电镜平面样品。本发明在对具有特殊结构的样品进行制备时，可准确获取刻蚀停止位置，从而提高样品制备质量，进而便于精确地对样品失效位置进行定位。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种透射电镜平面样品的制备方法。
背景技术
聚焦离子束在半导体芯片制造行业的失效分析领域常用来制备透射电镜样品、标记以及进行线路修补。随着半导体制程的缩小和复杂化，芯片中许多结构也越来越精细，通过常规方法已难以精确定位失效位置。因此需要使用聚焦离子束将失效区域整体提取出，并进行离子减薄制备透射电镜平面样品，再利用透射电镜对所制备的平面样品进行观察，通过透射电镜的超高分辨率即可精确定位到失效位置。
一般情况下，在透射电镜平面样品制备过程中，可以通过正反面结构的变化来判断刻蚀停止位置，从而将平面样品厚度控制在100nm左右。但是对于一些具有高深宽比特征的特殊结构，其正反面结构变化无法判断，使得样品刻蚀停止位置有误，严重影响透射电镜拍摄质量，进而对失效位置的定位造成了很大干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透射电镜平面样品的制备方法，以在对具有特殊结构的样品进行制备时，可准确获取刻蚀停止位置，从而提高样品制备质量，进而便于精确地对样品失效位置进行定位。
为解决上述技术问题，本发明提供一种透射电镜平面样品的制备方法，包括：
S1：提供一样品芯片，在所述样品芯片上确定目标截面，所述目标截面为所述透射电镜平面样品平行于第一平面的截面，其中，第一平面为与所述样品芯片厚度方向垂直的平面；
S2：从所述样品芯片中，提取包括所述目标截面的待制作样品；
S3：对所述待制作样品的侧面，在所述目标截面沿所述芯片厚度方向的两侧，分别进行离子束标记；
S4：对所述待制作样品的正面和背面进行刻蚀，直至暴露出所述目标截面两侧的离子束标记时，停止刻蚀，将刻蚀后得到的样品作为所述透射电镜平面样品。
可选的，在所述S2中提取所述待制作样品前，还包括：在所述样品芯片的正面表面沉积第一保护层。
可选的，所述S2中得到的待制作样品的厚度为1um。
可选的，所述S2之后所述S3之前，所述方法还包括：S21，对所述待制作样品的侧面进行刻蚀，以清理所述待制作样品的侧面的表面附着的污染物，直至暴露所述目标截面所在位置的特征结构。
可选的，所述S3中对所述待制作样品进行离子束标记的离子束加速电压为30KV，离子束电流为1pA。
可选的，所述S3中，在所述目标截面沿所述芯片厚度方向的两侧得到的离子束标记分别与所述目标截面的距离相等。
可选的，所述S3之后所述S4之前，还包括：S31，在所述待制作样品的侧面沉积第二保护层，所述第二保护层用以在进行S4步骤时，对待制备得到的所述透射电镜平面样品和所述离子束标记进行保护。
可选的，所述S31中沉积第二保护层的离子束电流为26pA。
可选的，所述第一保护层和所述第二保护层的材料为碳。
可选的，所述透射电镜平面样品的厚度为100nm。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案至少具有如下有益效果之一：
在本发明提供了的一种透射电镜平面样品的制备方法中，通过在待制作样品的目标截面的两侧进行离子束标记，并对待制作样品进行正面和背面减薄，直至分别刻蚀至离子束标记所在的位置停止刻蚀，从而可准确得到刻蚀停止位置，提高透射电镜平面样品制备质量，进而便于精确地对样品失效位置进行定位。
进一步地，在本发明提供的制备方法中，在提取待制作样品时，在样品芯片顶端沉积碳保护层，可防止待制作样品的损坏，以及在位置标记两侧进行离子束标记之后，在离子束标记上方沉积碳保护层，可防止在对待制作样品进行观察和减薄处理时损伤离子束标记，并且在离子束标记和沉积保护层时，通过对离子束参数进行精确控制，提高了离子束标记的准确性，并避免了对离子束标记的损伤。
附图说明
图1-图3为现有的针对高深宽比结构制备透射电镜平面样品示意图；
图4为本发明提供的一种透射电镜平面样品的制备方法流程图；
图5-图10为本发明提供的透射电镜平面样品制备过程示意图；
图11-图19为本发明提供的透射电镜平面样品制备具体过程示意图。
其中，附图标记如下：
100-半导体衬底；200-高深宽比结构；300-第一保护层；400-离子束标记；500-第二保护层。
具体实施方式
承如背景技术所述，目前，聚焦离子束在半导体芯片制造行业的失效分析领域常用来制备透射电镜样品、标记以及进行线路修补。随着半导体制程的缩小和复杂化，芯片中许多结构也越来越精细，通过常规方法已难以精确定位失效位置。因此需要使用聚焦离子束将失效区域整体提取出，并进行离子减薄制备透射电镜平面样品，再利用透射电镜对所制备的平面样品进行观察，通过透射电镜的超高分辨率即可精确定位到失效位置。
一般情况下，在透射电镜平面样品制备过程中，可以通过正反面结构的变化来判断刻蚀停止位置，从而将平面样品厚度控制在100nm左右。但是，对于图1中一些具有高深宽比特征的特殊结构，其正反面结构变化无法判断，使得样品刻蚀停止位置如图2-3所示存在刻蚀停止位置错误，从而严重影响透射电镜拍摄质量，进而对失效位置的定位造成了很大干扰。
为此，本发明提供了一种透射电镜平面样品的制备方法，以在对具有特殊结构的样品进行制备时，可准确获取刻蚀停止位置，从而提高样品制备质量，进而便于精确地对样品失效位置进行定位。
参考图4，图4为本发明实施例提供的一种透射电镜平面样品的制备方法的流程图。具体的，所述透射电镜平面样品的制备方法包括以下步骤：
步骤S1，提供一样品芯片，在所述样品芯片上确定目标截面，所述目标截面为所述透射电镜平面样品平行于第一平面的截面，其中，第一平面为与所述样品芯片厚度方向垂直的平面；
步骤S2，从所述样品芯片中，提取包括所述目标截面的待制作样品；
步骤S3：对所述待制作样品的侧面，在所述目标截面沿所述芯片厚度方向的两侧，分别进行离子束标记；
步骤S4：对所述待制作样品的正面和背面进行刻蚀，直至暴露出所述目标截面两侧的离子束标记时，停止刻蚀，将刻蚀后得到的样品作为所述透射电镜平面样品。
即，在本发明提供的透射电镜平面样品的制备方法中，通过在待制作样品的目标截面的两侧进行离子束标记，并对待制作样品进行正面和背面减薄，直至分别刻蚀至离子束标记所在的位置停止刻蚀，从而可准确得到刻蚀停止位置，提高透射电镜平面样品制备质量，进而便于精确地对样品失效位置进行定位。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的透射电镜平面样品的制备方法作进一步详细说明。根据下面说明，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。
图5～图10为本发明一实施例中的一种透射电镜平面样品的制备过程示意图。
在步骤S1中，具体参考图5所示，提供一样品芯片，在所述样品芯片上确定目标截面，所述目标截面为所述透射电镜平面样品平行于第一平面的截面，其中，第一平面为与所述样品芯片厚度方向垂直的平面。
具体地，提供一样品芯片，所述样品芯片包括半导体衬底100和高深宽比结构200。现需要在该高深宽比结构200中制备得到一透射电镜平面样品，所述透射电镜平面样品的厚度为100nm。请继续参照图5所示，首先，在样品芯片上确定一目标截面。所述目标截面的位置为图5中位于高深宽比结构200上一列灰色矩形标记与另一列白色矩形标记之间的正中心位置。可以理解的是，图5中确定的目标截面为所述透射电镜平面样品平行于第一平面的截面，所述第一平面为与所述样品芯片厚度方向垂直的平面，例如为半导体衬底100的底面。
在步骤S2中，具体参考图6所示，可从所述样品芯片中，提取包括所述目标截面的待制作样品。
具体地，可从整块样品芯片中提取得到图6中所示的厚度为1um的待制作样品，以在该待制作样品上制备得到厚度为100nm的所述透射电镜平面样品。所述待制作样品包括半导体衬底100和高深宽比结构200。
需要说明的是，在所述步骤S2中提取所述待制作样品前，还包括：在所述样品芯片的正面表面沉积第一保护层300，以在提取所述待制作样品时，对所述待制作样品进行保护处理，所述第一保护层300的材料优选为碳材料。
进一步地，在提取得到所述待制作样品之后，即，所述S2之后所述S3之前，所述方法还包括：S21，对所述待制作样品的侧面进行刻蚀，以清理所述待制作样品的侧面的表面附着的污染物，直至暴露所述目标截面所在位置的特征结构。
具体地，在提取得到所述待制作样品之后，将所述待制作样品焊接在水平放置的碳膜铜网即样品载体上，然后对所述目标截面所在位置的一侧面进行刻蚀，以清理该侧面上附着的污染物。所述侧面即为图6中具有灰色矩形标记和白色矩形标记的侧面。当刻蚀清洗至暴露所述目标截面所在位置的特征结构时，停止刻蚀操作。
在步骤S3中，具体参考图7所示，对所述待制作样品的侧面，在所述目标截面沿所述芯片厚度方向的两侧，分别进行离子束标记。
请继续参考图7所示，将碳膜铜网即样品载体旋转至竖直状态，并用小电流对所述待制作样品的侧面，在所述目标截面沿所述芯片厚度方向的两侧打入两条图7所示的离子束标记400。
其中，对所述待制作样品进行离子束标记的离子束加速电压为30KV，离子束电流为1pA。本实施例通过对离子束参数进行精确控制，可提高离子束标记的准确性。
优选的，为便于在后续对待制作样品进行减薄处理以较为精确刻蚀到离子束标记所在位置时，可使所述目标截面沿所述芯片厚度方向的两侧得到的离子束标记分别与所述目标截面的距离相等，即在选取目标截面时，选取最后的透射电镜平面样品平行于所述第一平面的中轴面作为目标截面，然后往两侧例如50nm的等距位置处打入离子束标记。
当然，两个离子束标记所在的位置距离目标截面的距离也可以不相等，在选取目标截面时，可以任意选取最后的透射电镜平面样品平行于所述第一平面的任一截面，此时，可在所述目标截面沿所述芯片厚度方向的一侧，距离所述目标截面第一预设距离打入第一离子束标记400，在所述目标截面沿所述芯片厚度方向的另一侧，距离所述目标截面第二预设距离打入第二离子束标记400，并且使得第一预设距离和第二预设距离之和达到所述透射电镜平面样品的厚度100nm即可。
作为一个示例，在所述目标截面沿所述芯片厚度方向并且朝向所述待制作样品正面的一侧，且距离所述目标截面第一预设距离为80nm处打入第一离子束标记400，然后在所述目标截面沿所述芯片厚度方向并且朝向所述待制作样品背面或半导体衬底100的一侧，且距离所述目标截面第二预设距离为20nm处打入第二离子束标记400，以使所述透射电镜平面样品的厚度为100nm。
进一步地，参考图8所示，在所述S3之后所述S4之前，还包括：S31，在所述待制作样品的侧面沉积第二保护层500，所述第二保护层500用以在进行S4步骤时，对待制备得到的所述透射电镜平面样品和所述离子束标记进行保护。
具体地，在打入离子束标记400之后，需要对所述待制作样品进行减薄处理，为保护所述离子束标记400和所述即将制备得到的透射电镜平面样品，可在所述S31中，通过控制离子束电流参数，以在所述待制作样品的侧面沉积第二保护层500。优选的，沉积第二保护层500的离子束电流为26pA，所述第二保护层500的材料为碳材料。
在步骤S4中，具体参考图9-图10所示，对所述待制作样品的正面和背面进行刻蚀，直至暴露出所述目标截面两侧的离子束标记时，停止刻蚀，将刻蚀后得到的样品作为所述透射电镜平面样品。
需要说明的是，可采用回刻蚀工艺对所述待制作样品的正面和背面进行减薄处理。所述待制作样品的正面为所述第一保护层300的上表面，所述待制作样品的背面为所述半导体衬底100的底面。
为了清楚地描述本发明提出的透射电镜平面样品的制备方法，本申请结合如下具体实施例作进一步详细说明：
参考图11所示，使Grid(碳膜铜网)处于水平状态，使用举起装置将提取得到的待制作样品提起并粘接在Gird上。再将待制作样品固定在样品台上。然后，将样品台倾转至共聚焦状态，使用离子束对待制作样品的侧面进行刻蚀，同时使用电子束观察侧面，如图12所示，直至目标截面所在的特征结构露出。
进一步地，将Grid旋转至竖直状态，将样品台倾转至共聚焦状态，使用30kV 1pA的离子束观察目标截面所在的特征结构。如图13-图14所示，在目标截面的两侧打上离子束标记。
参考图15所示，在共聚焦状态下使用26pA的离子束在待制作样品侧面的离子束标记上沉积保护层，然后去除待制作样品背面多余的衬底，并如图16所示，将样品台旋转180°，以进行正面减薄。
进一步地，如图17所示，对待制作样品的正面进行减薄，直至离子束标记出现，然后如图18所示，将样品台旋转180°，对待制作样品的另一面进行同样的减薄操作，直至背面离子束标记出现，从而透射电镜平面样品制备完成，效果如图19所示。
综上所述，在本发明提供了的一种透射电镜平面样品的制备方法中，通过在待制作样品的目标截面的两侧进行离子束标记，并对待制作样品进行正面和背面减薄，直至分别刻蚀至离子束标记所在的位置停止刻蚀，从而可准确得到刻蚀停止位置，提高透射电镜平面样品制备质量，进而便于精确地对样品失效位置进行定位。
进一步地，在本发明提供的制备方法中，在提取待制作样品时，在样品芯片顶端沉积碳保护层，可防止待制作样品的损坏，以及在位置标记两侧进行离子束标记之后，在离子束标记上方沉积碳保护层，可防止在对待制作样品进行观察和减薄处理时损伤离子束标记，并且在离子束标记和沉积保护层时，通过对离子束参数进行精确控制，提高了离子束标记的准确性，并避免了对离子束标记的损伤。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明保护范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明的保护范围。
需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种透射电镜平面样品的制备方法，其特征在于，包括：
S1：提供一样品芯片，在所述样品芯片上确定目标截面，所述目标截面为所述透射电镜平面样品平行于第一平面的截面，其中，第一平面为与所述样品芯片厚度方向垂直的平面；
S2：从所述样品芯片中，提取包括所述目标截面的待制作样品；
S3：对所述待制作样品的侧面，在所述目标截面沿所述芯片厚度方向的两侧，分别进行离子束标记；
S4：对所述待制作样品的正面和背面进行刻蚀，直至暴露出所述目标截面两侧的离子束标记时，停止刻蚀，将刻蚀后得到的样品作为所述透射电镜平面样品。
2.如权利要求1所述的透射电镜平面样品的制备方法，其特征在于，在所述S2中提取所述待制作样品前，还包括：在所述样品芯片的正面表面沉积第一保护层。
3.如权利要求1所述的透射电镜平面样品的制备方法，其特征在于，所述S2中得到的待制作样品的厚度为1um。
4.如权利要求1所述的透射电镜平面样品的制备方法，其特征在于，所述S2之后所述S3之前，所述方法还包括：
S21，对所述待制作样品的侧面进行刻蚀，以清理所述待制作样品的侧面的表面附着的污染物，直至暴露所述目标截面所在位置的特征结构。
5.如权利要求1所述的透射电镜平面样品的制备方法，其特征在于，所述S3中对所述待制作样品进行离子束标记的离子束加速电压为30KV，离子束电流为1pA。
6.如权利要求5所述的透射电镜平面样品的制备方法，其特征在于，所述S3中，在所述目标截面沿所述芯片厚度方向的两侧得到的离子束标记分别与所述目标截面的距离相等。
7.如权利要求1所述的透射电镜平面样品的制备方法，其特征在于，所述S3之后所述S4之前，还包括：
S31，在所述待制作样品的侧面沉积第二保护层，所述第二保护层用以在进行S4步骤时，对待制备得到的所述透射电镜平面样品和所述离子束标记进行保护。
8.如权利要求7所述的透射电镜平面样品的制备方法，其特征在于，所述S31中沉积第二保护层的离子束电流为26pA。
9.如权利要求2或权利要求8所述的透射电镜平面样品的制备方法，其特征在于，所述第一保护层和所述第二保护层的材料为碳。
10.如权利要求1所述的透射电镜平面样品的制备方法，其特征在于，所述透射电镜平面样品的厚度为100nm。
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