CN113406359A - 用于背面平面视图薄片制备的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

用于背面平面视图薄片制备的方法和系统。平面视图薄片的背面由从工件中提取的样品制备。所述样品包括多个器件层和衬底层。在去除覆盖末级器件层的所述衬底层的至少一部分以获得样品表面之后，利用电子束交替扫描与所述样品表面相关的感兴趣区域（ROI）并自发蚀刻所述感兴趣区域，直到所述ROI内的所述末级器件层暴露为止。在所述末级器件层暴露以获得所述平面视图薄片的所述背面之后，可从所述样品背面去除一个或多个器件层。

Description

用于背面平面视图薄片制备的方法和系统
技术领域
本发明总体上涉及用于制备薄片的方法和系统，更具体地，涉及处理平面视图薄片的背面。
背景技术
透射电子显微镜（TEM）要求试样足够薄，使得通过试样透射的电子可用来形成图像。制备TEM样品的一种方法是通过使用聚焦离子束（FIB）铣削工件来提取样品。然后将提取的样品从正面和背面减薄，以形成薄TEM样品，即薄片。为了对微电子器件，如具有3D-NAND结构的微电子器件执行故障分析，可准备平面视图薄片。平面视图薄片具有平行于器件层延伸的正面和背面表面，并且可用来观察3D-NAND结构的特定层。
Franco等人在US 2018/0350558A1中公开了一种制备平面视图薄片的方法。其中，在具有或没有蚀刻辅助气体存在的情况下，使用FIB对提起样品的背面进行减薄。然而，申请人认识到，为了确保薄片背面平行于器件层，在利用FIB减薄之前形成的样品背面表面必须平行于器件层。确保样品背面表面平行于器件层的一种方法是使用如XeF2的蚀刻气体自发蚀刻样品背面。XeF2可在保留器件层的同时选择性地蚀刻硅衬底。然而，申请人认识到，当制备具有3D-NAND结构的样品时，XeF2可能会过度腐蚀器件层中的多晶硅。结果，蚀刻的表面可能是不平整的。此外，在蚀刻过程期间，与衬底层相邻的器件层可能被损坏。
发明内容
在一个实施例中，用于使用带电粒子束处理包括至少衬底层和器件层的样品的方法包含：去除衬底层的至少一部分以获得样品表面；利用电子束扫描与样品表面相关的感兴趣区域（ROI）；使第一气体流向ROI以自发蚀刻经扫描的ROI；以及响应于器件层未暴露在ROI中而利用电子束扫描经蚀刻的ROI。以这种方式，可由处理后的样品形成具有平坦背面表面的平面视图薄片。
应理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍在详细描述中进一步描述的一些概念。其并不意味着标识所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由详细描述之后的权利要求进行唯一地定义。此外，所要求的主题并不限于解决上文或本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了根据本发明的一些实施例的双束系统。
图2示出了用于形成薄片的方法。
图3A示出了具有多个器件层的工件。
图3B示出了从工件中提取的样品。
图3C示出了提取的样品。
图4示出了3D-NAND结构的器件层的一部分。
图5是用于处理从工件中提取的样品的背面的流程图。
图6是具有暴露的末级器件层的样品背面的图像。
图7示出了在减层过程期间接收到的信号。
贯穿图式的若干视图，相同的附图标记指代对应部分。
具体实施方式
以下描述涉及用于制备在透射电子显微镜（TEM）中成像的平面视图薄片的背面的系统和方法。所述准备可在图1所示的双束系统中执行。双束系统具有用于形成离子束的第一柱和用于形成电子束的第二柱。
可基于从工件制备的平面视图薄片的高分辨率TEM图像来检查工件的特定器件层。在一个示例中，具有3D-NAND结构的工件可包括在硅衬底上制造的数十层集成电路（IC）芯片。图4是示出3D-NAND结构的器件层的一部分的TEM图像。可在TEM图像中观察到多个竖直结构的x-y横截面。每个存储单元400包括同心的材料层，所述材料层包括二氧化硅、多晶硅和氮化硅。竖直结构在z方向上延伸。3D-NAND结构中的器件层可通过如二氧化硅的间隔材料彼此分离。特定器件层中的器件结构（如存储单元）的度量可从TEM图像确定。
平面视图薄片可根据图2所示的方法形成。从工件中铣削并提取样品。如图3A-3B所示，提取的样品中的多个器件层平行于工件的表面延伸。提取的样品的正面表面，如图3C所示，是工件的顶表面的一部分。在提取的样品的背面，将末级或底部器件层嵌入至少一层衬底（如硅衬底）下面。在一些示例中，如二氧化硅层的间隔层可位于衬底层和末级器件层之间。在末级器件层和衬底层之间没有其它器件层。去除提取的样品的背面和正面上的材料以获得在感兴趣区域（ROI）内从背面和正面两者暴露的具有特定器件层的平面视图薄片。举例来说，为了获得平面视图薄片的背面，去除覆盖末级器件层的材料（如衬底层和间隔层）以暴露末级器件层。然后，可通过减层过程从样品背面去除一个或多个器件层。
为了形成具有平坦且大的ROI的平面视图薄片，暴露的末级器件层必须是平坦的且平行于器件层。一种去除衬底的方法是利用XeF2自发蚀刻样品背面。由于XeF2选择性地蚀刻硅，因此末级器件层的一部分可在蚀刻之后保留。然而，难以控制XeF2蚀刻的曝光时间：短曝光时间可使硅衬底蚀刻不足；而长曝光时间可过度蚀刻一些材料，如器件层中的多晶硅。蚀刻不足可减少暴露的末级器件层的面积，从而降低ROI。另一方面，过度蚀刻可导致器件层的不平整和损坏。举例来说，不能观察到靠近硅衬底的器件层，如远离硅衬底的0-5器件层。
图5中示出了一种用于制备平面视图薄片的背面的方法。样品背面可利用聚焦离子束（FIB）和/或利用蚀刻气体自发蚀刻进行整体变薄。当暴露的背面样品表面接近末级器件层时，利用高电流电子束交替扫描相对于样品背面的ROI并利用XeF2自发蚀刻。当从下部室中去除XeF2时执行电子束扫描，并且在不进行电子束照射的情况下执行XeF2蚀刻。可多次迭代执行扫描-蚀刻序列，直到ROI内的大多数末级器件层暴露为止。在此，当末级器件层中的器件或器件结构（例如3D-NAND结构中的存储单元）暴露时，末级器件层暴露。在一个示例中，当暴露在ROI中的末级器件层的面积和ROI的总面积之间的比率大于阈值比率时，可终止迭代。在另一个示例中，当暴露的末级器件层平整且平坦时，可终止迭代。在每次迭代内的自发蚀刻的持续时间可为恒定的且为预定的。扫描-蚀刻迭代去除了覆盖样品背面上的末级器件层的材料。如果在衬底层和末级器件层之间存在间隔层，则在迭代期间去除衬底层和间隔层两者。暴露末级器件层之后，可通过减层过程去除样品背面的一个或多个器件层以获得平面视图薄片背面。
在背面平面视图薄片制备期间，可拍摄样品背面的SEM图像，用于监控制备过程。用于SEM成像的束电流低于用于在扫描-蚀刻序列中扫描ROI的束电流。用于SEM成像的束电流可低于1 nA，而用于ROI扫描的束电流可高于1 nA。在一个示例中，用于SEM成像的束电流为100 pA至1 nA，并且用于ROI扫描的束电流为2-4 nA。此外，为了观察样品表面，用于SEM成像的束能量可低于用于在扫描-蚀刻序列中扫描ROI的束能量。举例来说，SEM成像的束能量低于10 kV（例如2-10 kV），而ROI扫描的束电流高于10 kV（例如10-20 kV）。
通过利用高电流电子束扫描ROI，可沉积ROI和/或掺杂有碳。在一些示例中，可在下部室中提供碳源。通过使用电子束沉积/掺杂ROI，在紧接扫描之后的蚀刻过程中，实现了器件层中的器件结构和其它层中的材料（如衬底层和间隔层）之间的优先蚀刻速率。举例来说，在XeF2蚀刻期间，硅衬底以比器件结构更高的速率蚀刻。与在电子束扫描期间相对均匀的衬底层相比，优先的蚀刻速率可由优先沉积在器件结构的不均匀器件材料上方的薄碳层引起。此外，电子束扫描可导致碳物质到器件层上的增强的吸附。这种增强的内在机制可能是由于材料差异、拓扑考虑因素或其组合。由于优先的蚀刻速率，覆盖末级器件层的材料（如衬底层和间隔层）可在扫描-蚀刻迭代期间选择性地去除，同时保留衬底层附近的器件结构。结果，大而平坦的末级器件层暴露在ROI中。
图6是具有暴露的末级器件层的样品背面的SEM图像。具有暴露的末级器件层的样品可在具有或没有蚀刻辅助气体的情况下使用FIB进行减层，以获得平面视图薄片背面。使用图2的方法形成的样品背面表面是平坦的且平行于器件层，这由以下图7所示的背面减层过程期间接收到的信号所反映。
转到图1，图1示出了双束系统110。双束系统包括相对于工件的平面竖直或倾斜几度的离子束以及具有相对于离子束的轴线也倾斜例如52度的轴线的电子束。在一些实施方式中，离子束和电子束是对准的，使得两个束的视场重合在几微米内。离子束和电子束两者可用来对试样进行成像和/或处理。
双束系统110包括用于生成离子束的离子柱111。离子柱111包括离子源114、萃取电极115、静电光学系统117和静电偏转板120。由离子源114生成的离子束118在照射工件122之前被静电偏转器120偏转。工件122位于下部室126内的可移动X-Y-Z平台124上。下部室126可在泵送控制器130的控制下利用涡轮分子和机械泵送系统168抽空。真空系统在下部室126内提供例如大约5×10-8托和5×10-4托之间的真空。当使用蚀刻辅助、蚀刻延迟或沉积前驱气体时，室背景压力可升高，例如，上升至约1×10-5托。
高压电源134连接到离子源114以及离子柱111中的适当电极，用于形成离子束118并将其向下引导。根据由图案生成器138提供的规定图案操作的偏转控制器和放大器136与偏转板120联接，由此可控制离子束118在工件122上描出对应的图案。在一些系统中，偏转板放置在末级透镜之前。
离子源114通常提供镓的金属离子束，但是也可使用其它离子源，如多尖峰或其它等离子体离子源。离子源114典型地能够在工件122处聚焦成亚十分之一微米宽的束，用于通过离子铣削、增强蚀刻、材料沉积来修饰工件122，或者用于对工件122进行成像。用于检测二次离子的带电粒子倍增器140——或者例如作为用于检测用于成像的二次电子发射的二次电子检测器140连接到信号处理器142，在信号处理器中，来自带电粒子倍增器140的信号被放大，转换为数字信号信号，并进行信号处理。所得的数字信号将在监控器144上显示工件122的图像。
电子柱141连同电源和控制单元145也与双电子束系统110一起提供。通过在阴极152和阳极154之间施加电压，电子束143从阴极152发射。电子束143借助于聚光透镜156和物镜158聚焦到细点。电子束143借助于偏转线圈160在工件上进行二维扫描。聚光透镜156、物镜158和偏转线圈160的操作由电源和控制单元145控制。当电子束143中的电子击中工件122的表面时，发射二次电子和反向散射电子。相应地，这些电子由SE检测器1240或反向散射电子检测器162检测。由SE检测器140或反向散射电子检测器162产生的模拟信号被信号处理器单元142放大并转换为数字亮度值。所得的数字信号可作为工件122的图像显示在监控器144上。
显微操纵器147可包含精密电动机148，以提供对位于真空室内的部分149的X、Y、Z和θ控制。显微操纵器147可装配有不同的末端执行器，用于操纵小物体，如提起从工件122上切下的样品。在本文所述的实施例中，末端执行器是细探针150。
打开门170，用于将工件122插到X-Y平台124上，所述平台可被加热或冷却，并且如果使用的话，还用于维护内部供气贮器。将门互锁，以致如果系统处于真空下，则无法将门打开。气体递送系统146延伸到下部室126中，用于将气态蒸汽引入并导向工件122。
系统控制器119控制双束系统110的各个部分的操作。通过系统控制器119，用户可通过输入到用户界面（未示出）中的命令使离子束118或电子束143以所需方式进行扫描。系统控制器119还可包含计算机可读存储器121，并且可根据存储在存储器121中的数据或计算机可读指令来控制双束系统110，以实施本文描述的方法。
上述的装置和系统可利用高精度束放置方法来进行局部导航。此外，应认识到，要素、方面或实施例可经由计算机硬件或软件或两者的组合来实施。所述方法可在计算机程序中使用标准编程技术——包括配置有计算机程序的计算机可读存储介质来实施，其中如此配置的存储介质——根据本说明书中描述的方法和附图——使得计算机以特定和预定义的方式操作。每个程序可用高级程序化或面向对象的编程语言实施，以与计算机系统通信。然而，如果需要，所述程序可用汇编语言或机器语言实施。在任何情况下，所述语言均可为编译语言或解释语言。而且，所述程序可在为此目的编程的专用集成电路上运行。
此外，方法可在任何类型的计算平台中实施，包括但不限于个人计算机、微型计算机、主机、工作站、网络或分布式计算环境，与带电粒子工具或其它成像器件分离、集成或通信的计算机平台等。各方面可在存储在存储介质或器件上的机器可读代码中实施，所述存储介质或器件无论是可移动的还是与计算平台集成的，如硬盘、光学读出和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得存储介质或器件可被可编程计算机读取，用于当计算机读取存储介质或器件时配置和操作计算机以执行本文所述的过程。而且，机器可读代码或其部分可通过有线或无线网络传输。当此类介质含有用于连同微处理器或其它数据处理器一起实施上述步骤的指令或程序时，本文所述的实施方式可包括这些和其它各种类型的计算机可读存储介质。当根据本文所述的方法和技术进行编程时，实施方式还可包括计算机本身。
计算机程序可应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而变换输入数据以生成输出数据。将输出信息应用于一个或多个输出器件，如显示监控器。在一些实施方式中，变换后的数据可表示物理和有形物体，包括在显示器上产生物理和有形物体的特定视觉描绘。
如所指示，一些实施方式还可利用带电粒子束，如离子束或电子束，以便使用粒子束对样品进行成像。用来对样品进行成像的这类带电粒子可与样品固有地相互作用，从而导致某种程度的物理变换。此外，在整个本说明书中，利用如“计算”、“确定”、“测量”、“生成”、“检测”、“形成”等术语的论述也涉及计算机系统或类似的电子器件的操作和过程，所述计算机系统或类似的电子器件操纵表示为计算机系统内的物理量的数据并将其变换为类似地表示为计算机系统或其它信息存储器、传输或显示器件内的物理量的其它数据。
离子束和电子束在本文中被描述为用于对工件进行成像或处理的带电粒子束的示例。可使用其它带电粒子束，例如激光束，或一些其它形状的离子束，例如来自液态金属离子源的离子束。
图2示出了使用图1的双束系统制备平面视图薄片的方法200。平面视图薄片是为检查包括多个器件层的工件的器件层而制备的。器件层可具有3D-NAND结构。
在202，从工件中提取样品。可首先使用FIB从工件铣削样品，然后使用显微操纵器（如图1的显微操纵器147）从工件提起/提取样品，以进行进一步处理。图3A-3C示出了样品提取的过程。
在图3A-3B中，工件310被定向成长度和宽度在x-y平面上延伸，并且高度沿z轴线延伸。工件包括在衬底307上方制造的一个或多个器件层。衬底307可为硅。器件层在x-y平面上延伸。器件层可通过间隔层彼此分离。间隔层可由二氧化硅形成。在图3A中，示出了三个器件层（301-303）作为示例。对于3D-NAND结构，器件层的数目可为几十层或大于一百层。工件310在正面上的顶表面308平行于器件层。在一个示例中，末级或底部器件层303与衬底307直接接触。在另一个示例中，末级器件层303通过间隔层与衬底307分离。工件的正面由箭头305（z方向）指示，而工件的背面由箭头306（与z方向相反）指示。
图3B示出了用于从工件310上切割样品330的一种方法。工件310首先由两个相交的离子束切口321和322从相反的方向进行底切。然后，离子束切割侧面323和324。样品330可通过探针从工件310中提起以进行进一步处理。
图3C示出了提取的或提起的样品330。样品330包括正面305上的多个器件层（331-333）。提取样品的正面表面是工件310的顶表面308的一部分。样品330包括背面306上的至少一个衬底层334。楔形衬底层334必须被去除以暴露末级器件层。具有暴露的末级器件层的样品还可减层以从正面和/或背面去除一个或多个器件层，以获得平面视图薄片。
转回图2，在204，对提取的样品的背面进行处理，以形成平面视图薄片的背面。背面处理去除楔形衬底层（如图3C的衬底层334），并且暴露与衬底层相邻的末级器件层（如图3C的末级器件层333）。薄片背面制备还可包括在具有或没有蚀刻辅助气体的情况下使用FIB从样品背面减层一个或多个器件层。背面处理的细节在图5中描述。
在206，对提取的样品的正面进行处理以形成平面视图薄片的正面。正面处理可包括使用FIB从正面减少或去除预定数目的器件层。蚀刻辅助气体可任选地与FIB一起提供。在一个示例中，去除预定数目的器件层以使用面对式FIB暴露嵌入样品中的特定器件层。
在一些示例中，省略步骤206且仅处理样品背面以检查顶部器件层。
在208，获取平面视图薄片的高分辨率TEM图像。可基于TEM图像确定特定器件层的度量。TEM图像可在图1的双束系统中，或者另选地在不同的TEM系统中获取。
以这种方式，平面视图薄片中的器件层平行于薄片的背面表面和薄片的正面表面。平面视图薄片提供了较大的ROI，可在其中对特定的器件层进行成像。此外，特定器件层可为靠近衬底层的器件层。
图5示出了用于处理提起样品的背面以形成平面视图薄片的背面的方法500。首先，通过铣削和/或蚀刻将提起样品整体减薄。当暴露的样品背面表面接近末级器件层时，使用高电流电子束交替扫描ROI内的样品背面并自发蚀刻，直到ROI内的大多数末级器件层暴露为止。然后，可任选地从样品背面去除一个或多个器件层。
在501，样品的背面被整体减薄以获得样品背面表面。样品可利用FIB铣削和/或自发蚀刻进行整体减薄。整体减薄过程可去除样品背面的大部分楔形衬底层（如图3C的衬底层334），并提供用于进一步处理的平坦表面。步骤502-508示出了用于整体减薄样品背面的示例工作流程。
在502，使用FIB铣削提取的样品的背面。铣削可利用边缘上FIB执行，其中入射离子束与样品表面的角度小于45度。样品背面可在具有或没有蚀刻辅助气体的情况下使用FIB铣削。铣削过程可基于样品背面的图像来监控。在一个示例中，图像由在铣削期间收集的二次电子形成。在另一个示例中，图像可在离子束扫描穿过样品的背面表面之后拍摄。FIB铣削可当铣削表面接近末级器件层时终止。举例来说，当铣削表面在距末级器件层的第一阈值距离内时，终止FIB铣削。在另一个示例中，FIB铣削在去除第一厚度的衬底之后终止。第一衬底的厚度可基于样品的总厚度和器件层的厚度确定。
在504，XeF2流动到样品背面，以在没有带电粒子束的辅助下自发蚀刻硅衬底。在一个示例中，XeF2的量和/或用于使XeF2流动的持续时间可基于待去除衬底的第二厚度确定。待去除衬底的第二厚度可基于去除衬底的厚度、总样品厚度以及器件层的厚度来估计。
在506，在使XeF2流动到样品之后，获取样品背面表面的SEM图像以监控自发蚀刻过程。SEM图像可利用低于1 nA的束电流拍摄。举例来说，用于SEM成像的束电流为100 pA。当降低室压力并从下部室中去除XeF2时，拍摄SEM图像。
在508，方法500基于在506获取的图像，确定暴露的样品背面是否在距末级器件层的第二阈值距离内。在502，第二阈值距离小于第一阈值距离。在一些示例中，第二阈值距离可为零。也就是说，由于XeF2蚀刻而暴露末级器件层的一部分。如果暴露的样品背面在距末级器件层的第二阈值距离内，则终止自发蚀刻。否则，提供XeF2以进一步蚀刻样品背面。
在510，方法500检查末级器件层是否暴露在与样品背面表面有关的ROI中。ROI的面积可小于样品背面表面的面积。举例来说，如图6所示，ROI 601的面积小于x-y平面上的工件的横截面积。因此，平面视图薄片具有至少一个厚的边缘，用于支撑薄片的薄减层区域。在一个示例中，ROI可基于样品背面表面的图像确定。ROI可为样品背面表面非均匀或不平整的区域。
当末级器件层的器件或器件结构未被衬底层或间隔层覆盖时，ROI内的末级器件层暴露。在一个示例中，当暴露在ROI中的末级器件层A器件层的面积和ROI AROI的总面积之间的比率大于阈值比率时，末级器件层暴露。当暴露在ROI中的末级器件层A器件层的面积和ROIAROI的总面积之间的比率不大于阈值比率时，不暴露末级器件层。ROI内暴露的末级器件层的面积可基于最近获取的样品背面的图像来估计。所述图像可为利用如低于1 nA的束电流的低束电流获取的SEM图像。图像可在步骤506或步骤516拍摄。在一个示例中，阈值比率大于90%。在另一个示例中，阈值比率大于95%。如果末级器件层暴露在ROI中，则方法500移至518以从样品背面进一步对一个或多个器件层进行减层。如果末级器件层未暴露在ROI中，则方法500移至512。利用高电流电子束交替扫描ROI并自发蚀刻，直到暴露大部分器件末级层为止。
在另一个示例中，当ROI内的末级器件层是平坦的时，末级器件层暴露。平坦度可基于最近获取的SEM图像确定。举例来说，在SEM图像中观察到的表面均匀性的任何变化均可指示不平整度。
在512，利用高电流电子束扫描与样品背面表面有关的ROI。通过利用电子束扫描ROI，可将碳沉积或掺杂到扫描区域。在506或516，用于扫描ROI的束电流高于用于SEM成像的电子束电流。举例来说，用于ROI扫描的束电流大于1 nA，而用于成像的束电流小于1 nA。作为一个示例，用于扫描ROI的电子束能量为10 kV，并且束电流为3.2 nA。在506和516，用于扫描ROI的束能量高于用于SEM成像的束能量。在506和516，用于扫描ROI的持续时间比用于获取SEM图像的持续时间长。在一个示例中，在不检测散射电子的情况下扫描ROI。也就是说，通过利用电子束扫描ROI没有形成SEM图像。在另一个示例中，基于在ROI扫描期间接收到的散射电子来获取ROI的SEM图像。
在514，自发蚀刻经扫描的ROI。经扫描的ROI利用XeF2自发蚀刻达预定的持续时间。蚀刻过程的持续时间可通过XeF2分子与衬底材料的相互作用截面确定。在一个示例中，利用高电流电子束将ROI扫描一分钟。随后将经扫描的ROI自发蚀刻一分钟。步骤514中XeF2流的持续时间可短于504中的XeF2流量的持续时间。
在516，拍摄包括经蚀刻ROI的图像。所述图像可为以类似于在506获取的SEM图像的参数获取的SEM图像。举例来说，电子束电流和能量低于512中的用于ROI扫描的束电流和能量。降低束能量以减小电子穿透深度，从而激发更多的表面电子以更好地观察蚀刻表面。
在518，任选地利用FIB减少ROI内的器件层以去除预定数目的层。减层过程可通过在具有或不具有蚀刻辅助气体的情况下利用面对式FIB扫描ROI来执行。面对式FIB和ROI内的裸露样品表面之间的角度大于45度。蚀刻辅助气体可为硝基乙酸甲酯（MNA）或类MNA气体。在一个示例中，蚀刻辅助气体包含硝基乙酸甲酯。在其它示例中，蚀刻辅助气体是乙酸甲酯、乙酸乙酯、硝基乙酸乙酯、乙酸丙酯、硝基乙酸丙酯、乙酸硝基乙酯、甲基氧代乙酸甲酯或甲基氧代乙酰氯中的一种或多种的组合。减层过程可基于在ROI的每次FIB扫描期间记录的二次电子或级电流来监控。
以这种方式，可暴露大面积的末级器件层。由于碳沉积/掺杂表面的选择性蚀刻，暴露的末级器件层是平坦的。此外，防止了对靠近衬底层的器件层的损坏。
图6示出了在多次扫描-蚀刻迭代（图5的步骤510-514）之后具有暴露在ROI 601中的3D-NAND结构的末级器件层的样品背面的SEM图像。可在大面积的ROI中以高对比度看到末级器件层的图案。箭头602指向靠近被硅衬底覆盖的ROI 601的边缘的区域。可在ROI 601内进一步执行减层，以去除一个或多个器件层。
图7示出了基于二次电子和在减层过程期间从样品背面收集的级电流生成的曲线图。样品包括3D-NAND结构的多个器件层。从末级器件层开始使用FIB去除器件层。灰度曲线701是由二次电子形成的图像的总灰度级。灰度级越高，对应于收集的二次电子数目越少。级电流曲线702是在ROI上方的FIB的每次扫描期间感测到的总级电流。
灰度曲线701和级电流曲线702两者从4秒的时间点的第一峰值开始减小，然后从60秒的时间点左右再次增加。4秒时间点左右的第一峰值对应于对末级器件层进行减层。80秒时间点左右的第二峰值对应于对下一个到末级器件层进行减层。随着减层过程在末级器件层中进行，曲线701和702从4秒减少到23秒。从23秒到65秒的低灰度级和级电流指示3D-NAND结构的间隔层正在被去除。两条曲线从60秒到80秒平滑上升到第二峰值均指示样品表面是平坦的且平行于器件层。
在自发蚀刻样品之前利用电子束扫描ROI的技术效果是降低了器件层的至少一部分的蚀刻速率，并且防止了末级器件层的过度蚀刻。利用高电流电子束扫描ROI的技术效果是利用碳沉积/掺杂ROI。在薄板背面处理期间利用低能电子束对样品表面进行成像的技术效果是获取低穿透深度的图像。重复进行扫描-蚀刻工艺的技术效果是，在将器件保留在器件层中的同时选择性地蚀刻了衬底层。
在一个实施例中，用于使用带电粒子束来处理包括至少衬底层和器件层的样品的方法，所述方法包括：去除衬底层的一部分以获得样品表面；利用电子束扫描与样品表面相关的感兴趣区域（ROI）；使第一气体流向ROI以自发蚀刻经扫描的ROI；以及响应于器件层未暴露在ROI中而利用电子束扫描经蚀刻的ROI。在所述方法的第一示例中，所述方法还包括获取包括经蚀刻的ROI的样品图像，并基于样品图像确定器件层未暴露在ROI中。所述方法的第二示例任选地包括第一示例，并且还包括，其中样品图像是扫描电子显微镜（SEM）图像，并且用于扫描ROI的电子束的束电流高于用于获取样品图像的束电流。所述方法的第三示例任选地包括第一和第二示例中的一个或多个，并且还包括，其中样品图像是SEM图像，并且用于扫描ROI的电子束的束能量高于用于获取样品图像的束能量。所述方法的第四示例任选地包括第一至第三示例中的一个或多个，并且还包括，其中用于扫描ROI的持续时间比用于获取样品图像的持续时间长。所述方法的第五示例任选地包括第一至第四示例中的一个或多个，并且还包括，其中基于样品图像确定器件层未暴露在ROI中包括基于样品图像确定经蚀刻的ROI不平坦。所述方法的第六示例任选地包括第一至第五示例中的一个或多个，并且还包括，其中基于样品图像确定器件层未暴露在ROI中包括确定暴露在ROI中的器件层的面积和ROI的面积之间的比率不大于阈值比率。所述方法的第七示例任选地包括第一至第六示例中的一个或多个，并且还包括，其中利用电子束扫描ROI包括利用电子束扫描ROI以便利用碳沉积或掺杂ROI。所述方法的第八示例任选地包括第一至第七示例中的一个或多个，并且还包括，其中使第一气体流向样品表面包括使第一气体流动达预定的第一预定持续时间。所述方法的第九示例任选地包括第一至第八示例中的一个或多个，并且还包括，其中去除衬底层的一部分包括使第二气体流向样品表面达第二持续时间以蚀刻样品表面，第二持续时间比第一持续时间长。所述方法的第十示例任选地包括第一至第九示例中的一个或多个，并且还包括，其中去除衬底层的一部分包括利用聚焦离子束铣削衬底层。
在一个实施例中，使用带电粒子束制备平面视图薄片的方法，所述方法包括利用聚焦离子束从工件中提取样品，所述样品包括至少器件层和衬底层；从样品的背面去除衬底层的一部分以获得样品表面；以及利用电子束交替扫描与样品表面相关的感兴趣区域（ROI），并使气体流向经扫描的ROI，直到器件层暴露在ROI内为止，其中经扫描的ROI被气体自发蚀刻。在所述方法的第一示例中，所述方法还包括当暴露在ROI中的器件层的面积和ROI的面积之间的比率大于阈值比率时，确定器件层暴露在ROI内。所述方法的第二示例任选地包括第一示例，并且还包括，其中样品包括多个器件层，并且暴露的器件层是多个器件层中的末级器件层；并且所述方法还包含：在末级器件层暴露在ROI内之后，从样品的背面去除多个器件层中的至少一个器件层。所述方法的第三示例任选地包括第一和第二示例中的一个或多个，并且还包括，基于具有暴露的器件层的样品形成平面视图薄片；以及以透射电子显微镜对平面视图薄片进行成像。所述方法的第四示例任选地包括第一至第三示例中的一个或多个，并且还包括，从样品的正面去除多个器件层中的至少一个器件层，正面与背面相对。
在一个实施例中，用于处理包括至少衬底层和器件层的样品的系统，所述系统包括第一柱，其用于形成聚焦离子束；第二柱，其用于形成电子束；下部室，其与第一柱和第二柱两者联接；气体供应系统，其联接到下部室；以及控制器，其具有保存在非暂时性存储器中的指令，所述控制器被配置为：去除衬底层的一部分以获得样品表面；利用电子束扫描与样品表面相关的感兴趣区域（ROI）；经由气体供应系统使气体流向ROI，以自发蚀刻经扫描的ROI；以及响应于器件层未暴露在ROI中而利用电子束扫描经蚀刻的ROI。在所述系统的第一示例中，所述系统还包括，其中包括指令，以使得在去除衬底层的部分以获得样品表面之前，使用聚焦离子束进一步从工件切割样品。所述系统的第二示例任选地包括第一示例，并且还包括，其中样品包括多个器件层，器件层是与衬底层相邻的末级器件层，并且控制器还被配置为在暴露出ROI中的末级器件层之后，在存在蚀刻辅助气体的情况下利用聚焦离子束去除一个或多个器件层。所述系统的第三示例任选地包括第一和第二示例中的一个或多个，并且还包括，其中控制器还被配置为在利用电子束扫描经蚀刻的ROI之后使气体流向经扫描的ROI。

Claims (20)

1.一种用于使用带电粒子束处理包括至少衬底层和器件层的样品的方法，其包含：
去除所述衬底层的至少一部分以获得样品表面；
利用电子束扫描与所述样品表面相关的感兴趣区域（ROI）；
使第一气体流向所述ROI以自发蚀刻经扫描的ROI；以及
响应于所述器件层未暴露在所述ROI中而利用所述电子束扫描经蚀刻的ROI。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：获取包括所述经蚀刻的ROI的样品图像，以及基于所述样品图像确定所述器件层未暴露在所述ROI中。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述样品图像是扫描电子显微镜（SEM）图像，并且用于扫描所述ROI的所述电子束的束电流高于用于获取所述样品图像的束电流。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述样品图像是SEM图像，并且用于扫描所述ROI的所述电子束的束能量高于用于获取所述样品图像的束能量。
5.根据权利要求2所述的方法，其中用于扫描所述ROI的持续时间比用于获取所述样品图像的持续时间更长。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中基于所述样品图像确定所述器件层未暴露在所述ROI中包括基于所述样品图像确定所述经蚀刻的ROI不平坦。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中基于所述样品图像确定所述器件层未暴露在所述ROI中包括确定暴露在所述ROI中的所述器件层的面积和所述ROI的面积之间的比率不大于阈值比率。
8.根据权利要求1所述的方法，其中利用所述电子束扫描所述ROI包括利用所述电子束扫描所述ROI以便利用碳沉积或掺杂所述ROI。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其中使所述第一气体流向所述样品表面包括使所述第一气体流动预定的第一预定持续时间。
10.根据权利要求9所述的方法，其中去除所述衬底层的至少一部分包括使第二气体朝向所述样品表面流动第二持续时间以蚀刻所述样品表面，所述第二持续时间比所述第一持续时间长。
11.根据权利要求1所述的方法，其中去除所述衬底层的至少一部分包括利用聚焦离子束铣削所述衬底层。
12.一种用于使用带电粒子束制备平面视图薄片的方法，其包含：
利用聚焦离子束从工件提取样品，所述样品包括至少器件层和衬底层；
从所述样品的背面去除所述衬底层的至少一部分以获得样品表面；以及
利用电子束交替扫描与所述样品表面相关的感兴趣区域（ROI），并使气体流向经扫描的ROI，直到所述器件层暴露在所述ROI内为止，其中所述经扫描的ROI被所述气体自发蚀刻。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含：响应于暴露在所述ROI中的所述器件层的面积和所述ROI的面积之间的比率大于阈值比率而确定所述器件层暴露在所述ROI内。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述样品包括多个器件层，并且暴露的器件层是所述多个器件层中的末级器件层；并且所述方法进一步包含：在所述末级器件层暴露在所述ROI内之后，从所述样品的所述背面去除所述多个器件层中的至少一个器件层。
15.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含：基于具有暴露的所述器件层的所述样品形成所述平面视图薄片；以及利用透射电子显微镜对所述平面视图薄片进行成像。
16.根据权利要求12或15所述的方法，其进一步包含：从所述样品的正面去除所述多个器件层中的至少一个器件层，所述正面与所述背面相对。
17.一种用于处理包括至少衬底层和器件层的样品的系统，其包含：
第一柱，其用于形成聚焦离子束；
第二柱，其用于形成电子束；
下部室，其与所述第一柱和所述第二柱两者联接；
气体供应系统，其联接到所述下部室；以及
控制器，其具有保存在非暂时性存储器中的指令，所述控制器被配置为：
去除所述衬底层的至少一部分以获得样品表面；
利用所述电子束扫描与所述样品表面相关的感兴趣区域（ROI）；
经由所述气体供应系统使气体流向所述ROI，以自发蚀刻经扫描的ROI；并且
响应于所述器件层未暴露在所述ROI中而利用所述电子束扫描经蚀刻的ROI。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述控制器包括指令，以使得在去除所述衬底层的所述至少一部分以获得所述样品表面之前，使用所述聚焦离子束进一步从工件铣削所述样品。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述样品包括多个器件层，所述器件层是与所述衬底层相邻的末级器件层，并且所述控制器进一步被配置为在所述ROI中的所述末级器件层暴露之后，在存在蚀刻辅助气体的情况下利用所述聚焦离子束去除一个或多个器件层。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的系统，其中所述控制器进一步被配置为在利用所述电子束扫描所述经蚀刻的ROI之后使所述气体流向所述经扫描的ROI。
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