CN1979119A - 透射型电子显微镜用的试样制作方法、观察方法以及结构 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是提供透射型电子显微镜用的试样制作方法、观察方法以及结构。在透射型电子显微镜用的试样制作方法中，包含如下工序：在半导体装置的特定部位的观察剖面上形成非晶质结构的保护膜；去除形成有上述保护膜的观察剖面的周围；使至少包含上述保护膜的区域薄膜化。在观察半导体装置的剖面的观察方法中，包含如下工序：使用扫描型显微镜观察上述半导体装置的特定部位的剖面；在上述剖面上形成非晶质结构的保护膜，透过该保护膜来使用透射型电子显微镜进一步观察上述剖面。在为了在使用扫描型显微镜观察半导体装置的特定部位的剖面后，使用透射型电子显微镜观察同一观察剖面而制作的观察试样中，在上述观察剖面上具有非晶质结构的保护膜。

Description

透射型电子显微镜用的试样制作方法、观察方法以及结构
技术领域
本发明涉及用于使用透射型电子显微镜(以下称为“TEM”)进行观察的试样制作方法和试样结构。特别是，涉及用于在使用扫描型电子显微镜(以下称为“SEM”)或扫描型离子显微镜(以下称为“SIM”)观察LSI装置的特定部位的剖面后，进一步使用TEM进行观察的试样制作方法和试样结构。
背景技术
TEM是观察把电子线照射到电子能透射的薄度例如0.05～0.4μm左右的薄片试样上使所透射的电子线放大而形成的TEM像的显微镜。STEM是扫描聚焦在上述薄片试样上的电子线并把所透射的电子线导入到检测器内来取得STEM像的显微镜。由于全都使电子线透射薄片试样，因而可取得在薄片试样的厚度方向累计的形状信息，然而由于能以高分辨率进行观察，因而可在以半导体为首的许多领域的材料评价中使用。
在半导体装置的制造中，如果对在某个制造工序中所检测的异物、形状不良、断线、短路等的不良部分没有立刻进行解析并查明其发生原因来采取对策，就会大量生产出不良元件，对制造公司来说给收益带来很大影响。因此，为了提高半导体装置的制造成品率，不良部分解析是必须的。对于不良部分解析法中的形状观察，TEM或STEM发挥很大作用，并且，通过在TEM或STEM内装备分析功能，也能进行高分辨率的元素分析，从而对半导体解析是不可欠缺的。
在使用TEM或STEM的解析(下面以观察、元素分析、测量为代表而简称为解析)中，对半导体晶片或芯片等试样的表面进行水平方向的试样和剖面方向的试样的观察。对于剖面试样，实施如下的方法：以机械方式使剖面露出，通过研磨和离子薄化(ion thinning)进行剖面方向的薄片加工。最近，实施如下的方法：使用基于加速能为30kV的Ga离子束的聚焦离子束(以下简称为FIB)在期望区域内精度良好地对剖面薄片试样进行加工。
采用FIB所加工的试样剖面使用SIM或SEM来观察。并且，为了详细解析剖面结构，使用TEM进行观察。关于TEM观察用的试样制作，采用例如日本特开2003-194681号公报所示的方法对试样进行薄膜化加工，使用显微操作器得到薄膜试样。
【专利文献1】日本特开2003-194681号公报
并且，作为TEM观察试样制作中的其他方法，如日本特许第3547143号所示，具有以下方法，该方法使用FIB得到试样，使用机械探头重新移到TEM试样保持器上，然后使用FIB对试样进行薄膜化加工。
【专利文献2】日本特许第3547143号公报
然而，在使用SIM或SEM进行剖面解析后，当使用FIB对TEM试样进行加工时，使用Ga离子束进行了蚀刻的材料堆积在观察剖面上(以下，把所堆积的膜称为“蚀刻沉积膜”)，有时候不能使用TEM进行详细观察。因此，考虑了通过FIB加工蚀刻去除蚀刻沉积膜的方法，然而装置剖面(观察剖面)也被蚀刻，具有形成了与使用SIM或SEM所观察的剖面不同的剖面的问题。
发明内容
本发明就是鉴于上述状况而作成的，其目的是提供一种优良的TEM试样制作方法、TEM观察方法以及TEM试样结构。
为了达到上述目的，本发明的第1方式是一种透射型电子显微镜用的试样制作方法，其特征在于，该试样制作方法包含：在半导体装置的特定部位的观察剖面上形成非晶质结构的保护膜的工序；去除形成有上述保护膜的观察剖面的周围的工序；以及使至少包含上述保护膜的区域薄膜化的工序。
本发明的第2方式是一种观察方法，该观察方法观察半导体装置的剖面，其特征在于，该观察方法包含：使用扫描型显微镜观察上述半导体装置的特定部位的剖面的工序；以及在上述剖面上形成非晶质结构的保护膜，透过该保护膜来使用透射型电子显微镜进一步观察上述剖面的工序。
并且，本发明的第3方式是一种试样结构，该试样是为了在使用扫描型显微镜观察半导体装置的特定部位的剖面后，使用透射型电子显微镜观察同一观察剖面而制作的观察试样，其特征在于，在上述观察剖面上具有非晶质结构的保护膜。
作为上述保护膜，可使用碳膜或硅氧化膜。并且，优选的是，保护膜的厚度小于等于试样厚度的1/10。
根据本发明，在使用SIM或SEM进行剖面解析后，使TEM试样不受加工时形成的蚀刻沉积膜的影响，可使用TEM详细观察与SIM、SEM相同的剖面。
附图说明
图1是示出本发明的实施例的半导体装置观察方法的概略工序的工序图。
图2是示出实施例的TEM观察试样的制作途中阶段的剖面立体图，示出SIM(SEM)观察剖面。
图3是示出实施例的TEM观察试样的制作途中阶段的剖面立体图，示出在观察剖面上形成了保护膜的状态。
图4是示出实施例的TEM观察试样的制作途中阶段的剖面立体图，示出对观察剖面周边进行了蚀刻去除的状态。
图5是示出实施例的TEM观察试样的立体图。
具体实施方式
以下，使用实施例对用于实施本发明的最佳方式进行详细说明。
图1是示出本发明的实施例的半导体装置观察方法的概略工序的工序图。图2～图5是示出实施例的TEM观察试样制作工序的立体图。在本实施例中，按照TEM试样制作工序进行说明。首先，如图2所示，使用FIB对LSI装置10的特定部位进行加工，在空间14内使观察剖面12露出。之后，把离子束或电子束照射到该剖面12上，进行SIM、SEM观察。
然后，如图3所示，在观察剖面12的表面上使用FIB装置的沉积功能，借助聚焦离子束把非晶质膜形成(堆积)为保护膜18。或者，借助使用了电子束的沉积把非晶质膜形成(堆积)为保护膜18。作为保护膜18，可采用轻元素(Si以下的质量)的碳或硅氧化膜。假定该时刻的保护膜18的堆积厚度例如大于等于100nm。
然后，如图4所示，使用FIB对观察剖面12的周边进行蚀刻，在后方形成空间24，并扩展前方空间14，并且去除(削去)保护膜18的周边(观察剖面12的周边)来形成扩展区域22。此时，在保护膜18的表面上堆积有蚀刻沉积膜。因此，在使用FIB的TEM试样薄膜化加工中，通过对保护膜18的表面进行蚀刻，去除蚀刻沉积膜。同时，保护膜18自身也会通过蚀刻被削去，然而采用仅保留一点点的设定。
图5示出薄膜化的TEM观察试样30的整体结构。优选的是，使TEM试样的主体部22a的厚度是例如0.1～0.15μm左右，使蚀刻后的保护膜18a的厚度小于等于主体部22a的厚度的1/10。之后，透射保护膜18a，采用公知方法进行TEM观察。
在本实施例中，由于在观察剖面12上形成保护膜18，因而在使用FIB对观察剖面12的周边进行了蚀刻时，蚀刻沉积膜堆积在保护膜18上，不会直接附着在观察剖面12上。然后，通过对保护膜18的表面进行蚀刻，可容易去除蚀刻沉积膜，观察剖面12也不会被削去。在观察剖面12上保留有保护膜18，而由于保护膜18(18a)是非晶质膜，因而可使用TEM透射该保护膜18a进行观察。
以上，使用实施例对本发明作了说明，然而本发明不限于实施例的范围，当然可在各权利要求所述的技术思想的范围内适当进行设计变更。

Claims (12)

1.一种试样制作方法，该方法是透射型电子显微镜用的试样制作方法，其特征在于，该试样制作方法包含：
在半导体装置的特定部位的观察剖面上形成非晶质结构的保护膜的工序；
去除形成有上述保护膜的观察剖面的周围的工序；以及
使至少包含上述保护膜的区域薄膜化的工序。
2.根据权利要求1所述的试样制作方法，其特征在于，在上述薄膜化工序中，去除附着在上述保护膜上的堆积物，并保留上述保护膜。
3.根据权利要求1或2所述的试样制作方法，其特征在于，上述保护膜是碳膜或硅氧化膜。
4.根据权利要求1、2或3所述的试样制作方法，其特征在于，上述保护膜使用聚焦离子束或电子束来堆积形成在上述观察剖面上。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的试样制作方法，其特征在于，去除上述观察剖面的周围的工序使用聚焦离子束来进行。
6.一种试样观察方法，该观察方法观察半导体装置的剖面，其特征在于，该试样观察方法包含：
使用扫描型显微镜观察上述半导体装置的特定部位的剖面的工序；以及
在上述剖面上形成非晶质结构的保护膜，透过该保护膜来使用透射型电子显微镜进一步观察上述剖面的工序。
7.根据权利要求6所述的试样观察方法，其特征在于，上述保护膜是碳膜或硅氧化膜。
8.根据权利要求6或7所述的试样观察方法，其特征在于，上述保护膜使用聚焦离子束或电子束来堆积形成在上述观察剖面上。
9.一种试样结构，该试样是为了在使用扫描型显微镜观察半导体装置的特定部位的剖面后，使用透射型电子显微镜观察同一观察剖面而制作的观察试样，其特征在于，
在上述观察剖面上具有非晶质结构的保护膜。
10.根据权利要求9所述的试样结构，其特征在于，上述保护膜在使用上述扫描型显微镜观察后形成在上述观察剖面上。
11.根据权利要求9或10所述的试样结构，其特征在于，上述保护膜是碳膜或硅氧化膜。
12.根据权利要求9、10或11所述的试样结构，其特征在于，上述保护膜的厚度小于等于试样厚度的1/10。
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