CN117250067A - 一种能填满与保护半导体试片材料分析的样本制备方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能填满与保护半导体试片材料分析的样本制备方法与系统,所述样本制备方法具体步骤如下:S1:将需要保护的半导体试片放置在材料分析样品制备系统上;S2:将步骤S1中的材料分析样品制备系统进行抽真空处理;S3:逐步向半导体试片内的微小缝隙进行第一前驱物的填充;S4:逐步向半导体试片内的微小缝隙进行第二前驱物的填充;S5:重复步骤S3‑S4,直至目标分析物上的微小缝隙填充完毕。通过本发明所述的方法,有效保护原本有微小裂缝的半导体试片,提升试片制备的质量与成功率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体试片制备领域,具体涉及一种能填满与保护半导体试片材料分析的样本制备方法与系统。
背景技术
现有半导体制程的材料分析主要有TEM、SEM以及FIB三种,在分析前半导体试片都必须先制备成可以分析的样式。以FIB为例,试片必须利用高能量离子束,慢慢地切进目标区,再以SEM拍摄目标区清晰且高分辨率的影像;TEM分析前则必须先使用FIB将半导体试片制备成薄片,薄片的厚度根据分析需求/条件介于10-200 nm不等,TEM利用高能量电子束照射并通过此薄片,可以清楚解析先进芯片的内部结构与化学成分;截面SEM分析则需要先将试片制备成截面形式,再用SEM拍摄目标区清晰且高分辨率的影像。
以现有技术施作,无论是FIB、TEM、或是SEM,试片都必须有前制备的过程,过程中,免不了都会牵涉到外部机械应力(外力),如在制备截面的过程中会需要崩片,崩片就会有外部的机械应力施加在半导体试片上,如果处理不当,甚至会造成试片崩裂与毁损,而无法再分析。如果原先分析的位置附近已经有些微小裂缝,那在试片制备过程中,就更容易导致微小裂缝发展出更大的裂缝,甚至造成大面积毁损,影响最后分析结果。因为是微小裂缝,现有技术并没有办法解决上述的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种能填满与保护半导体试片材料分析的样本制备方法与系统。
为实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:一种能填满与保护半导体试片材料分析的样本制备方法,所述制备方法具体步骤如下:
S1:将需要保护的半导体试片放置在材料分析样品制备系统上。
将包含目标分析物的半导体试片放置在一有ALD功能的材料分析样品制备系统上;
所述目标分析物是指半导体试片内携带有微小缝隙的目标物;
所述半导体试片的基板为硅。
S2:将步骤S1中的材料分析样品制备系统进行抽真空处理。
S3:逐步向半导体试片内的微小缝隙进行第一前驱物的填充;
所述第一前驱物为含有金属的聚合物。
S4:步向半导体试片内的微小缝隙进行第二前驱物的填充;
在步骤S3中的第一前驱物对微小缝隙进行第一次填充后,用第二前驱物对第一前驱物的外侧在进行填充;
所述第二前驱物为高纯度水气。
S5:重复步骤S3-S4,直至目标分析物上的微小缝隙填充完毕。
较佳的,一种材料分析样品制备系统还包括外腔体;所述外腔体的中部设有加热平台;所述外腔体的侧端上还设有真空泵;所述真空泵与外腔体之间还设有真空阀门;所述外腔体的上端还设有真空计、第一前驱物注入口以及第二前驱物注入口;所述第一前驱物注入口以及第二前驱物注入口与所述外腔体之间还分别设有第一阀门以及第二阀门。
较佳的,所述外腔体上还设有氮气注入口;所述氮气注入口与所述外腔体之间还设有氮气阀门。
较佳的,所述加热平台的下方还设有可移动架。
较佳的,所述基板为GaAs,InP,GaN,SiC,玻璃,陶瓷,金属其中的一种。
较佳的,所述氮气注入口注入的是高纯度氮气。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:通过本发明所述的方法,有效保护原本有微小裂缝的半导体试片,提升试片制备的质量与成功率;同时,此发明对于半导体制程节点进入到更先进的3 nm以下尤其重要,先进半导体芯片在制程过程中难免都有可能因为非预期的外来因素而产生微小缺陷,如裂缝,因为缺陷尺寸也仅有数奈米到数十奈米之间,以现有技术分析,试片在制备过程中容易造成人为的二次破坏,导致无法分析出缺陷的原始形貌与造成缺陷的真因,在资源与时效上造成不小损失,通过本发明将有效提升分析先进半导体芯片的质量与成功率。
附图说明
图1为半导体试片的截面图;
图2为图1局部的放大图;
图3为半导体试片放置于ALD真空腔体中,微小裂缝表面被第一前驱物所吸附示意图;
图4为半导体试片放置于ALD真空腔体中,微小裂缝已被ALD材料稳固地填满示意图;
图中:1-外腔体;2-加热平台;3-真空泵;4-真空阀门;5-真空计;6-第一前驱物注入口;7-第二前驱物注入口;8-第一阀门;9-第二阀门;10-氮气注入口;11-氮气阀门;12-可移动架。
实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解,兹配合实施例详细说明如下。
一种能填满与保护半导体试片材料分析的样本制备方法,所述制备方法具体步骤如下:
S1:将需要保护的半导体试片放置在材料分析样品制备系统上;
如图1所示,半导体试片材料存在很多细小缝隙。
将包含目标分析物的半导体试片放置在一有ALD功能的材料分析样品制备系统上;
如图2所示,所述目标分析物是指半导体试片内携带有微小缝隙的目标物;
所述半导体试片的基板为硅。
S2:将步骤S1中的材料分析样品制备系统进行抽真空处理。
S3:如图3所示,逐步向半导体试片内的微小缝隙进行第一前驱物的填充;
所述第一前驱物为含有金属的聚合物。
第一前驱物原则上可以用任何元素的前驱物,使用金属前驱物的好处是其材料的热稳定性高,且在之后的分析过程中,金属也容易被辨认出来。
S4:逐步向半导体试片内的微小缝隙进行第二前驱物的填充;
在步骤S3中的第一前驱物对微小缝隙进行第一次填充后,用第二前驱物对第一前驱物的外侧在进行填充;
所述第二前驱物为高纯度水气。
因为ALD主要是置备金属氧化物,所以必须要有氧的材料,因此只能使用高纯度水气。
S5:如图4所示,重复步骤S3-S4,直至目标分析物上的微小缝隙填充完毕。
较佳的,一种材料分析样品制备系统还包括外腔体1;所述外腔体1的中部设有加热平台2;所述外腔体1的侧端上还设有真空泵3;所述真空泵3与外腔体1之间还设有真空阀门4;所述外腔体1的上端还设有真空计5、第一前驱物注入口6以及第二前驱物注入口7;所述第一前驱物注入口6以及第二前驱物注入口7与所述外腔体1之间还分别设有第一阀门8以及第二阀门9。
较佳的,所述外腔体上还设有氮气注入口10;所述氮气注入口10与所述外腔体1之间还设有氮气阀门11。
较佳的,所述加热平台2的下方还设有可移动架12。
较佳的,所述基板为GaAs,InP,GaN,SiC,玻璃,陶瓷其中的一种。
较佳的,所述氮气注入口10注入的是高纯度氮气。
本发明提出一材料分析样品制备系统设计与保护材料分析样品的制备方法,其工作原理主要是利用原子层沉积技术(Atomic layer deposition)的原子级包覆性,将已知材料先以气态方式,进入微小的裂缝中,在裂缝表面反应生成一个原子层的固态薄膜,为提高ALD制备过中试片内部微小裂缝的洁净度,在原本ALD的腔体中还多增设一高纯度氮气瓶,经过数个ALD制备循环后,最后将整个裂缝稳固地填满,增加半导体试片的机械强度,可以接续试片制备工作。
具体实施:
在使用的时候,把半导体试片放置在加热平台上,把外腔体进行密闭处理;然后打开真空阀门4,先以真空泵3将外腔体1内部抽至10-2-10-3 Torr,外腔体1内的真空读值可以由真空计5获得,此时外腔体1内形成了真空腔体;关闭真空阀门4,打开氮气阀门11,让高纯度氮气充满真空腔体,气压为1大气压;再关闭氮气阀门11,打开真空阀门4,以真空泵3将真空腔体抽至10-2-10-3 Torr,重复2-3次,直到真空腔体内的都是99.999 %的高纯度氮气。重复此步骤的次数可以有效减少真空腔体与试片内残余的气体,如低纯度的水、氧…等,增加洁净度,提升之后ALD置备时材料与试片的黏着度。
再设定加热平台2的温度为60-70摄氏度,将半导体试片加热至60-70 摄氏度,等待时间为10-20分钟;关闭真空阀门4,打开第一阀门8,让金属聚合物通过第一前驱物注入口6进入真空腔体中,当前真空读值为0.1-0.5 Torr,等待20秒,此时微小裂缝表面吸附一层由金属的聚合物形成的薄膜;然后关闭第一阀门8,打开真空阀门4,将真空腔体抽至10-2-10-3 Torr;关闭真空阀门4,打开氮气阀门11,让高纯度氮气充满真空腔体,气压为1大气压;关闭氮气阀门11,打开真空阀门4,将真空腔体抽至10-2-10-3 Torr;关闭真空阀门4,打开第二阀门9,让高纯度水气通过第二前驱物注入口7进入真空腔体中,当真空读值为0.1-0.5Torr,等待20秒,让让两种前驱物充分反应;关闭第二阀门9,打开真空阀门4,将真空腔体抽至10-2-10-3 Torr,表面反应形成一层金属氧化物后,其余多出来的未反应前驱物会透过次步骤抽离真空腔体,让真空腔体恢复到原本的洁净度,至此完成一个循环。
金属的聚合物与氧气会形成一稳固的化学连结,稳固地吸附在裂缝表面上。
本发明已由上述相关实施例加以描述,然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是,已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地,在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰,均属本发明的专利保护范围。
Claims (6)
1.一种能填满与保护半导体试片材料分析的样本制备方法,其特征在于:所述样本制备方法具体步骤如下:
S1:将需要保护的半导体试片放置在材料分析样品制备系统上;
将包含目标分析物的半导体试片放置在一有ALD功能的材料分析样品制备系统上;
所述目标分析物是指半导体试片内携带有微小缝隙的目标物;
所述半导体试片的基板为硅;
S2:将步骤S1中的材料分析样品制备系统进行抽真空处理;
S3:逐步向半导体试片内的微小缝隙进行第一前驱物的填充;
所述第一前驱物为含有金属的聚合物;
S4:逐步向半导体试片内的微小缝隙进行第二前驱物的填充;
在步骤S3中第一前驱物对微小缝隙进行第一次填充后,用第二前驱物对第一前驱物的外侧在进行填充;
所述第二前驱物为高纯度水气;
S5:重复步骤S3-S4,直至目标分析物上的微小缝隙填充完毕。
2.如权利要求1所述的一种能填满与保护半导体试片材料分析的样本制备方法,其特征在于:所述步骤S1中,所述半导体试片的基板为GaAs,InP,GaN,SiC,玻璃,陶瓷其中的一种。
3.一种材料分析样品制备系统,用于如权利要求1所述的一种能填满与保护半导体试片材料分析的样本制备方法,其特征在于:所述材料分析样品制备系统还包括外腔体(1);所述外腔体(1)的中部设有加热平台(2);所述外腔体(1)的侧端上还设有真空泵(3);所述真空泵(3)与外腔体(1)之间还设有真空阀门(4);所述外腔体(1)的上端还设有真空计(5)、第一前驱物注入口(6)以及第二前驱物注入口(7);所述第一前驱物注入口(6)以及第二前驱物注入口(7)与所述外腔体(1)之间还分别设有第一阀门(8)以及第二阀门(9)。
4.如权利要求3所述的一种材料分析样品制备系统,其特征在于:所述外腔体(1)上还设有氮气注入口(10);所述氮气注入口(10)与所述外腔体之间还设有氮气阀门(11)。
5.如权利要求3所述的一种材料分析样品制备系统,其特征在于:所述加热平台(2)的下方还设有可移动架(12)。
6.如权利要求4所述的一种材料分析样品制备系统,其特征在于:所述氮气注入口(10)注入的是高纯度氮气。
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