DE10045041A1 - Verbessertes Verfahren zur Probenpräparation für Elektronenmikroskopie - Google Patents
Verbessertes Verfahren zur Probenpräparation für ElektronenmikroskopieInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren bereitgestellt zum Präparieren einer Probe für Querschnittsanalyse mit einem Transmissionselektronenmikroskop. Halbleiterproben, die vertiefte Bereiche oder ungefüllte Strukturen umfassen, werden mit einem Füllmaterial gefüllt, um eine planare Oberseite zu erzeugen, auf die eine Metallschicht zum Dünnen der Probe auf eine Dicke von weniger als 100 nm mittels eines FIB-Verfahrens aufgebracht wird.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Probenanalyse mittels geladener Partikelstrahlen, und
betrifft insbesondere die Probenpräparation für Elektronenmikroskopanalyse von
Halbleiterbauelementen.
Der Herstellungsprozeß von integrierten Schaltkreisen beinhaltet die Herstellung
zahlreicher Halbleiterelemente, wie etwa Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate oder
Metall-Oxyd-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) auf einer kleinen Chipfläche. Um
die Packungsdichte und die Betriebseigenschaften des Bauteils beispielsweise hinsichtlich
der Signalverarbeitungszeit und der Leistungsaufnahme zu verbessern, wird die Größe der
Transistorstrukturen ständig verringert. Gleichzeitig erfordern ökonomische
Randbedingungen eine hohe Ausbeute und einen hohen Durchsatz beim Herstellen der
Halbleiterelemente, während andererseits eine hohe Qualität und Zuverlässigkeit der
fertigen Produkte von großer Bedeutung ist. Folglich beinhaltet ein moderner Prozeßablauf
zum Herstellen von modernsten Halbleiterelementen eine Vielzahl an Meßtechniken und
Analyseverfahren, um die Produktqualität zu gewährleisten.
Bedeutende Möglichkeiten zum Analysieren von Materialeigenschaften sowie von
strukturellen Eigenschaften des Halbleiterbauelements während der diversen
Herstellungsstadien, beinhalten jene physikalische Verfahren, die es ermöglichen, daß
Ionen, Elektronen, und/oder elektromagnetische Strahlung mit Materie wechselwirken, und
es dann ermöglichen, die sekundären Partikel und/oder Strahlungen, die entstehen, zu
untersuchen. Die aus der Wechselwirkung der Partikel und/oder Strahlung mit einem
interessierenden Gebiet im Halbleiterelement erhaltene Information wird dann verwendet,
um die Eigenschaften der Materialien in dem zu interessierenden Gebiet herzuleiten.
Typische Instrumente, die weithin auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung verwendet
werden, sind Elektronenmikroskope, die in abtastende Elektronenmikroskope (SEM),
Transmissionselektronenmikroskope (TEM) und Auger-Elektronenspektrometer (AES)
unterteilt werden. Die TEM-Analyse gewinnt zunehmend an Bedeutung, insbesondere da
das Durchdringen von Elektronen durch eine Probe es ermöglicht, über die Ermittlung von
Informationen über lokalisierte atomare Eigenschaften über entsprechende
Beugungsmechanismen hinaus zusätzlich Informationen zu erhalten, die wiederum
Informationen liefern, die die langreichweitige Ordnungsstruktur betreffen.
Unglücklicherweise ist die Probenpräparation für eine TEM-Analyse schwierig und
zeitraubend, da die Dicke der Probe ungefähr 100 nm nicht überschreiten darf, um
aussagekräftige Ergebnisse zu liefern.
Um Querschnittsproben mit der gewünschten kleinen Dicke von 100 nm und weniger zu
liefern, werden im Stand der Technik eine Reihe von Techniken verwendet. Ein typisches
Verfahren beinhaltet Schleifen, Bilden von Vertiefungen, und Mahlen der Probe mit Ar+-
Ionen. Dieses Verfahren ist jedoch sehr zeitraubend und daher zur raschen Gewinnung von
den Herstellungsvorgang betreffenden Informationen ungeeignet. Ferner ist es schwierig,
die lokale Position des Querschnitts mit Bezug zu der zu untersuchenden Bauteilstruktur zu
bestimmen.
Eine weitere Präparationstechnik umfaßt das Schneiden und Dünnen von Proben mittels
eines fokusierten Ionen-Strahls (FIB), das im allgemeinen eine relativ schnelle
Probenpräparation zuläßt, und daher zum bevorzugten Verfahren des Probenpräparierens
für TEM-Analyse geworden ist. Ferner erlaubt dieses Verfahren ein seitliches Orientieren in
der Probe, so daß der Querschnitt in einem ausgewählten Bereich, zumindest innerhalb
gewisser Grenzen, in dem zu analysierenden Teil des Halbleiterbauelements präpariert
werden kann. In einem typischen Präparationsvorgang, der die FIB-Technik einschließt,
wird eine Probe zu Beginn geschnitten und gedünnt, um eine Probe mit
gegenüberliegenden Seitenflächen bereitzustellen, die einen Querschnitt einer zu
untersuchenden Bauelemente-Struktur darstellt. Das Dünnen wird solange ausgeführt, bis
eine Querschnittsdicke, das heißt der Abstand zwischen den beiden gegenüberliegenden
Seitenflächen, auf eine Dicke von ungefähr 30 bis 50 µm verringert worden ist.
Anschließend muß eine Metallschicht auf der oberen Oberfläche der Probe zur Bildung
einer Schneidelinie für die anschließende Behandlung mit dem fokusierten Ionenstrahl
abgeschieden werden. Die Metallschicht, die vorzugsweise aus Pt oder W besteht, kann
durch irgendeinen geeigneten Abscheidevorgang, oder vorzugsweise mittels der FIB-
Vorrichtung unter Verwendung eines Strahls mit geringer Intensität abgeschieden werden.
Die Probe mit der Metallschicht als Schneidelinie an der oberen Fläche wird anschließend
dem fokusierten Ionenstrahl mit hoher Intensität ausgesetzt, der ortogonal auf die
Metallschicht auftrifft. Durch abtastendes Bewegen des fokusierten Ionenstrahls über die
obere Fläche wird kontinuierlich Probenmaterial entfernt, wodurch allmählich die
Querschnittsdicke der Probe verringert wird, bis die endgültige für die TEM-Analyse
benötigte Dicke erhalten wird.
Der oben beschriebene Präparationsvorgang erfordert jedoch eine planare obere
Oberfläche zum defektfreien Ablagern der Metallschicht als die Schneidelinie, um geeignet
ausgebildete Seitenflächen zu erhalten, die für das Durchtreten des Elektronenstrahls des
TEM geeignet sind.
Aufgrund der ständig kleiner werdender Strukturen ist die Untersuchung von
Bauteilstrukturen mit Öffnungen, etwa Kontaktlöcherketten und Gräben, die mittels eines
doppelten Damascener Prozesses oder bei der Bildung lokaler Verbindungen zu füllen sind,
zur Herstellung hochqualitativer Bauelemente erforderlich. Diese Strukturen besitzen
jedoch keine planare Oberfläche und wenn diese dem FIB-Prozeß unterzogen werden,
kann dies minderwertige Querschnittsproben für die TEM-Analyse zur Folge haben. Somit
ist die Probenpräparation von Öffnungen für die TEM-Analyse in einer Halbleiterstruktur
schwierig und zeitraubend, und stellt somit einen kostenintensiven Vorgang dar.
Angesichts dessen gibt es einen Bedarf für ein verbessertes Verfahren zum Präparieren
einer Probe für eine Querschnittsanalyse, die eine hohe Ausbeute an Proben mit hoher
Qualität bereitstellt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Präparieren einer
Probe eines Halbleiterbauelements für Elektronenmikroskopie bereitgestellt, wobei das
Verfahren umfaßt: Bereitstellen der Probe mit einer Oberfläche und einem vertieftem
Bereich, der in der Oberfläche ausgebildet ist, Auftragen eines flüssigen aushärtbaren
Füllmaterials auf die Oberfläche der Probe, und Exponieren der Probe in einer Umgebung
mit geringem Druck, Entfernen von restlicher Luft und Gas aus dem vertieftem Bereich und
es dem flüssigen aushärtbaren Füllmaterial ermöglichen, in den vertieften Bereich
einzudringen. Das Verfahren umfaßt ebenfalls das Steigern des Druckes der Umgebung,
um das Eindringen des flüssigen aushärtbaren Füllmaterials in den vertieften Bereich zu
unterstützen, wobei die Umgebung erhöhten Druckes im wesentlichen ein komplettes
Auffüllen des vertieften Bereichs ermöglicht, Entfernen von restlichem Füllmaterial von der
Oberfläche der Probe, und Aushärten des flüssigen, aushärtbaren Füllmaterials durch
Ausführen einer Wärmebehandlung, wobei das Füllmaterial in eine feste Phase überführt
und die Oberfläche planarisiert wird. Das Verfahren weist zusätzlich das Abscheiden einer
Metallschicht auf der planarisierten Oberfläche auf, um eine Schneidelinie für eine
Behandlung mit einem fokusierten Ionenstrahl (FIB) der Probe bereitzustellen, um die
Probe auf die für die Querschnittsanalyse erforderlichen Dimensionen zu schneiden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Präparieren einer Halbleiterprobe für Transmissionselektronmikroskop-Analyse
bereitgestellt, wobei das Verfahren umfaßt: Schneiden und Polieren eines Halbleiterwafers,
um die Halbleiterprobe zu erhalten, wobei die Halbleiterprobe ein interessierendes Gebiet
mit einer oberen Fläche und zwei gegenüberliegenden Seitenflächen und mehrere in der
oberen Fläche gebildete Öffnungen aufweist, Füllen der Öffnungen durch Aufbringen eines
flüssigen aushärtbaren Füllmaterials auf der oberen Fläche, und Abwischen der oberen
Fläche, um restliches Füllmaterial zu Entfernen und die obere Fläche zu planarisieren.
Ferner umfaßt das Verfahren das Aushärten des Füllmaterials, Abscheiden einer
Metallschicht auf der oberen Fläche, um eine Schneidelinie zu definieren, und einen
fokusierten Ionenstrahl (FIB) auf die obere Fläche lenken, um Material im interessierenden
Gebiet, zumindest in einem Teil davon, zu entfernen, um einen Abstand zwischen den
beiden Seitenflächen zu verringern, bis der Abstand für
Transmissionselektronenmikroskopie geeignet ist.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Präparierung einer
Halbleiterprobe für eine Elektronenmikroskopanalyse bereitgestellt, wobei das Verfahren
die Schritte umfaßt: Bereitstellen einer Halbleiterstruktur mit einer strukturierten oberen
Fläche, Bereitstellen eines flüssigen aushärtbaren Füllmaterials mit einer Viskosität, die
zumindest von einem Parameter abhängt, und Anordnen der Halbleiterstruktur in einer
Umgebung mit geringem Druck, um Gas von der oberen Fläche zu entfernen. Ferner
umfaßt das Verfahren das Aufbringen des flüssigen aushärtbaren Füllmaterials auf die
strukturierte obere Fläche, Verringern der Viskosität des Füllmaterials durch Änderung des
Parameterwertes, um zu ermöglichen, daß das Füllmaterial zumindest einen Teil der
strukturierten oberen Fläche im wesentlichen einheitlich bedeckt, und Aushärten des
Füllmaterials, um das Füllmaterial in eine feste Phase überzuführen. Zusätzlich umfaßt das
Verfahren das Abscheiden einer Metallschicht über zumindest einem Teilbereich des
bedeckten Teils, und Lenken eines fokusierten Ionenstrahls (FIB) auf den Teilbereich, um
Material von der Halbleiterprobe zu entfernen, um zwei gegenüberliegende Seitenflächen
zu bilden, die im wesentlichen senkrecht zur oberen Fläche sind, wobei die beiden
gegenüberliegenden Seitenflächen einen endgültigen Abstand von ungefähr 100 nm oder
weniger aufweisen.
Die vorliegende Erfindung erlaubt das Füllen eines vertieften Bereichs und/oder einer
strukturierten oberen Fläche, die Öffnungen wie etwa Kontaktöffnungsketten und/oder
Gräben für lokale Verbindungsleitungen in einem Halbleiterbauelement in einem
intermediaren Zustand umfassen können, mit einem flüssigen Füllmaterial ohne einen
komplexen Abscheideschritt auszuführen, und erlaubt ferner das Einebnen der oberen
Fläche der zu dünnenden Struktur mittels eines FIB-Prozesses. Der Vorgang des Füllens
des vertieften Bereichs umfaßt das Entfernen von restlicher Luft und/oder Gas durch
Anlegen eines Vakuums an die Probe, wobei vor und/oder während des Anlegens des
Vakuums das flüssige Füllmaterial auf die obere Fläche der Probe aufgebracht wird.
Gemäß einem Aspekt kann die Viskosität des flüssigen aushärtbaren Füllmaterials, die von
einem Parameter wie etwa der Temperatur des Füllmaterials abhängt, verringert werden, in
dem der Parameter geändert wird, um das Füllmaterial gleichmäßig über einen Teil der
oberen Fläche zur Planarisierung der oberen Fläche zu verteilen. Gemäß einem weiteren
Aspekt wird das Füllmaterial mit einem nachfolgenden Druckbeaufschlagungsschritt
gezwungen, den vertieften Bereich im wesentlichen ohne Hohlräume vollständig zu füllen.
Durch Entfernen des restlichen Füllmaterials, beispielsweise durch Wischen, wird eine
planare obere Fläche gebildet. Das Entfernen des restlichen Füllmaterials kann derart
ausgeführt werden, daß eine Schicht von Füllmaterial über der gesamten oberen Fläche
der Probe gebildet ist. Die Schicht des Füllmaterials ermöglicht nach dem Aushärten des
Füllmaterials einen weiteren Polierschritt, um die Ebenheit der oberen Fläche für den
nachfolgenden Metallabscheidevorgang weiter zu verbessern.
Weitere Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
detaillierten Beschreibung ersichtlich, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden
Zeichnungen betrachtet wird. Es zeigen:
Fig. 1a eine schematische Querschnittsseitenansicht eines Teils einer
Halbleiterstruktur einschließlich einer ungefüllten Kontaktöffnungskette, die
hinsichtlich der Stufenabdeckung einer Barrierenschicht zu analysieren ist;
Fig. 1b eine schematische Draufsicht des Teils der ungefüllten Kontaktöffnungskette
aus Fig. 1a, wobei eine Dicke des zu präparierenden TEM-Querschnitts
gekennzeichnet ist; und
Fig. 2 eine schematische Querschnittsseitenansicht der
Kontaktöffnungskettenstruktur aus Fig. 1, wobei die Öffnungen gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gefüllt worden
sind.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen wie sie in der
vorliegenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind,
beschrieben wird, ist es selbstverständlich, daß die vorliegende detaillierte Beschreibung
sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf eine spezielle
offenbarte Ausführungsform einzuschränken, sondern die beschriebene Ausführungsform
gibt lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung wieder, deren
Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
Fig. 1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Teils eines Halbleiterbauelements
in einem Zwischenherstellungsstadium. Im Material eines Substrats 2 sind mehrere
Öffnungen 1 gebildet. Das Substrat 2 kann ein beliebiges geeignetes Material umfassen,
wie etwa Silicium, Germanium und dergleichen mit zusätzlichen darauf in Übereinstimmung
mit Designanforderungen gebildeten Materialschichten. Der Einfachheit willen, sind jedoch
darunter liegende Schichten nicht gezeigt. Ferner sind die Öffnungen 1 lediglich
repräsentativ für einen willkürlich vertieften Bereich in dem Substrat 2. Das Verfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf eine beliebige Oberflächenstruktur
einschließlich eines vertieften Bereichs oder auf eine beliebige Art von ungefüllter Struktur
angewendet werden.
Wie zuvor bemerkt wurde, erfordern die ständig kleiner werdenden Bauteilmerkmale eine
genaue Steuerung diverser Herstellungsschritte, etwa das Abscheiden einer dünnen
Barrierenschicht auf der Oberfläche der Öffnungen 1, um beispielsweise die
Stufenbedeckung des Abscheidevorgangs zu überwachen. Für diesen Zweck ist die TEM-
Analyse des Querschnitts, der schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, eine angemessene
Möglichkeit, um die gewünschte Information zu erhalten. Da eine TEM-Analyse eine
Probendicke von höchstens ungefähr 100 nm erfordert, muß der Halbleiter geschnitten und
gedünnt werden, um eine Querschnittsfläche mit der erforderlichen Probendicke
bereitzustellen.
Fig. 1b zeigt schematisch eine Draufsicht der Kettenstruktur mit den Öffnungen, die in Fig.
1a dargestellt sind. Bezugszeichen 3 repräsentiert den für die TEM-Analyse benötigten
Querschnittsbereich, in dem eine Dicke 4 des Querschnittsbereichs kleiner als ungefähr
100 nm ist.
Da eine relativ schnelle und effiziente Methode zur Probenpräparation notwendig ist, ist das
FIB-Schneiden der Probe, die bereits auf eine Dicke von einigen 10 µm mittels eines
beliebigen geeigneten, dem Fachmann wohlbekannten Verfahrens, gedünnt wurde, das
bevorzugte Verfahren. Das FIB-Schneiden erlaubt ein genaues Einstellen des Ionenstrahls
und ein präzises Abtasten des Ionenstrahls über die Oberfläche der Probe, um selektiv
Probenmaterial benachbart zum Bereich 3 zu entfernen.
Fig. 2 zeigt schematisch den Querschnitt des Bereichs 3, der in Fig. 1b dargestellt ist, in
einer Draufsicht, nach dem das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ausgeführt worden ist. Die Öffnungen 1 sind mit einem Füllmaterial 5 gefüllt, das
ebenfalls eine Füllschicht 6 auf der Oberseite des Substrats bildet. Eine Metallschicht 7 ist
auf der Füllschicht 6 ausgebildet. Der in Fig. 1b dargestellte Querschnittsbereich 3 kann
durch die folgende Prozeßabfolge erhalten werden. Der bereits auf einige 10 µm gedünnte
Querschnittsbereich 3 wird auf einem geeigneten Halter befestigt. Anschließend wird ein
Teil der Probe, die in der Draufsicht aus Fig. 1b dargestellt ist, und als die Oberseite
bezeichnet wird, wohingegen die Flächen, die beim Dünnen der Probe in einer Richtung
senkrecht zur Oberseite gebildet werden und die schematisch in den Fig. 1a und 2
dargestellt sind, als Seitenflächen bezeichnet werden. Das flüssige aushärtbare Füllmaterial
5 wird auf die Oberseite der Probe aufgetragen, beispielsweise als ein Tropfen mit einem
Volumen, das ausreicht, um die Öffnungen 1 vollständig zu füllen. Das Füllmaterial kann ein
Epoxymaterial, beispielsweise M-Bond 610™ sein. Als nächstes wird die Probe in eine
Vakuumkammer eingeführt, die entsprechend ausgestattet ist, um ein Vorvakuum zur
Entfernung von Luft und anderen Gasen aus den Öffnungen 1 zu erzeugen. Um das
Eindringen des flüssigen Füllmaterials 5 in die Öffnungen 1 und ein Abdichten der
Öffnungen 1 vor dem Entfernen von Luft und Gas aus den Öffnungen 1 zu vermeiden, wird
das flüssige Füllmaterial 5 vorteilhafterweise auf die Probe innerhalb der Vakuumkammer
nach dem Anlegen eines vermindertem Drucks an die Probe aufgetragen. Zum Entfernen
von Luft und Gas aus den Öffnungen 1 ist lediglich eine kurze Zeitdauer eines
Vorvakuumzustands im Bereich von ungefähr 0.5 bis ungefähr 10 Sekunden ausreichend.
Anschließend wird das Füllen der Öffnungen 1 mit dem flüssigen Füllmaterial 5 unterstützt,
indem ein Druck an die Probe angelegt wird, vorzugsweise durch Belüften der
Vakuumkammer. Der resultierende auf das flüssige Füllmaterial 5 wirkende Druck ist somit
von dem Grad der Belüftung abhängig, der wiederum beispielsweise mittels eines
Strömungswiderstandes in der Belüftungsleitung steuerbar ist. Der Druck kann auf einem
beliebigen gewünschten Wert vom Vorvakuumwert bis zum Atmosphärendruck eingestellt
werden. Wenn die Vakuumkammer mit einer Quelle unter Druck stehenden Gases
verbunden ist, kann ein Druck verwendet werden, der den atmosphärischen Druck übertrifft,
um den Füllvorgang zu beschleunigen. Abhängig von den Dimensionen des vertieften
Bereichs, beispielsweise der Öffnungen 1, und abhängig von der Viskosität des
Füllmaterials 5, wird der Druck so eingestellt, um im wesentlichen vollständig gefüllte
Öffnungen zu erhalten.
Um den Vorgang des Füllens der Öffnungen 1 weiter zu verbessern, kann es vorteilhaft
sein, die Probe für eine kurze Zeitdauer zur Reduzierung der Viskosität des flüssigen
Füllmaterials 5 zu erwärmen, ohne dabei ein Einsetzen des Aushärtens des Füllmaterials 5
zu bewirken. Das Verringern der Viskosität ist insbesondere vorteilhaft, wenn die
Oberflächenstruktur Öffnungen mit einem großen Aspektverhältnis, zum Beispiel große
Tiefe und kleiner Durchmesser, beinhaltet, da sonst die Öffnungen nicht vollständig gefüllt
werden könnten, wodurch sich eine nicht planare Oberseite ergibt, die im wesentlichen die
Oberflächenform der ungefüllten Öffnungen nachbildet.
Anschließend wird restliches Füllmaterial von der Oberseite des Querschnittsbereich 3,
beispielsweise durch Abwischen der Oberfläche, entfernt. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann die
dünne Füllschicht 6 auf der Oberseite des Bereichs 3 gebildet werden. Anschließend wird
das Füllmaterial ausgehärtet, in dem die Probe erwärmt wird. Dies kann durch beliebige
geeignete Mittel, wie etwa einen Ofen, einem Heizelement, vorzugsweise in der
Vakuumkammer vorgesehen, und dergleichen erreicht werden. Anschließend wird die
Metallschicht 7, beispielsweise eine Pt-Schicht oder eine W-Schicht über der Füllschicht 6
abgeschieden. Zum Abscheiden der Metallschicht 7 kann ein beliebiger geeigneter Prozeß
einschließlich der Abscheidung mit einer FIB-Vorrichtung verwendet werden. Vor dem
Abscheiden der Metallschicht 7 kann ein weiterer Polierschritt ausgeführt werden, um die
Ebenheit der Füllschicht 6 zu verbessern und/oder die Füllschicht 6 vollständig zu
entfernen.
Aufgrund des Füllens der Öffnungen 1 wird eine glatte und ebene Oberseite bereitgestellt
und das Dünnen des Querschnittsbereichs 3 auf die erforderliche Dicke 4 kann mittels
eines FIB-Verfahrens durchgeführt werden, wie dies zuvor beschrieben wurde. Im
vorliegenden Beispiel wird ein Ga+-Ionenstrahl zum Schneiden der Probe verwendet. Der
Ga+-Ionenstrahl entfernt ferner das Füllmaterial ohne nachteilige Wirkungen auf die Probe.
Schließlich wird der Querschnittsbereich 3 mit Seitenflächen erhalten, die voneinander um
eine Entfernung beabstandet sind, die kleiner als 100 nm ist. Der auf diese Weise
präparierte Querschnittsbereich ist für eine TEM-Analyse geeignet.
In einer weiteren Ausführungsform wird das flüssige aushärtbare Füllmaterial auf die
Oberseite der Probe aufgetragen, während die Probe einer Umgebung mit geringem Druck
ausgesetzt ist. Anschließend wir die Viskosität des Füllmaterials durch Ändem eines die
Viskosität des Füllmaterials beeinflussenden Parameter, etwa die Temperatur des
Füllmaterials, verringert, um zu ermöglichen, daß das Füllmaterial mit geringer Viskosität
einen vertieften Bereich an der Oberseite im wesentlichen gleichförmig füllt. Die weitere
Verarbeitung des Füllmaterials, beispielsweise das Abstreifen, Aushärten und dergleichen
können so ausgeführt werden, wie dies oben beschrieben ist.
Zu erwähnen ist, daß gemäß der vorliegenden Erfindung bereits für die
Querschnittsanalyse mittels SEM-präparierte Proben ebenfalls zusätzlich für TEM-Analyse
präpariert werden können. Ferner ermöglicht es die vorliegende Erfindung, eine beliebige
ungefüllte Halbleiterstruktur für TEM-Analyse zu präparieren, wobei eine hohe Effizienz und
Zuverlässigkeit mit einer Ausbeute von nahezu 100% sichergestellt ist.
Zu bemerken ist, daß Modifikationen des obigen Prozeßablaufes gemacht werden können,
ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann
das flüssige aushärtbare Füllmaterial 5 auf der Oberseite des Halbleiterelements vor dem
anfänglichen Dünnen der Probe auf einige wenige µm aufgebracht werden. In diesem Falle
kann das mit dem Aufbringen und dem Aushärten des Füllmaterials einhergehende
Hantieren der Probe (Transport, Erwärmen, Polieren) mittels den standardmäßigen Wafer-
Behandlungsanlagen durchgeführt werden, anstatt ein einzelnes die Probe
einschließendes Wafer-Teilstück zu handhaben. Ferner kann das Aufbringen des flüssigen
Füllmaterials in ähnlicher Weise ausgeführt werden, wie das Aufbringen von Fotolack auf
einen Wafer.
Weitere Modifikationen und alternative Ausführungsformen diverser Aspekte der Erfindung
sind für den Fachmann auf diesem Gebiet in Anbetracht dieser Beschreibung ersichtlich.
Daher ist diese Beschreibung nur beispielhafter Natur und dient für den Fachmann auf
diesem Gebiet zur Lehre der allgemeinen Art und Weise zur Ausführung der vorliegenden
Erfindung. Es ist selbstverständlich, daß die hierin gezeigten und beschriebenen Formen
der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten sind.
Hierin gezeigte und beschriebene Elemente und Materialien können ersetzt werden.
Claims (23)
1. Verfahren zum Präparieren einer Probe eines Halbleiterbauelements für
Elektronenmikroskopie, wobei das Verfahren umfaßt:
Bereitstellen der Probe mit einer Oberfläche einschließlich eines vertieften Bereichs, der in der Oberfläche ausgebildet ist;
Aufbringen eines flüssigen aushärtbaren Füllmaterials auf die Oberfläche der Probe;
Einbringen der Probe in eine Umgebung geringen Druckes, Entfernen von restlicher Luft und Gas aus dem vertieften Bereich und Ermöglichen, daß das flüssige aushärtbare Füllmaterial in den vertieften Bereich eindringt;
Vergrößern des Druckes der Umgebung, um das Eindringen des flüssigen aushärtbaren Füllmaterials in den vertieften Bereich zu unterstützen, wobei die Umgebung des erhöhten Druckes es ermöglicht, daß der vertiefte Bereich im wesentlichen vollständig gefüllt wird;
Entfernen von übrigem Füllmaterial von der Oberfläche der Probe;
Aushärten des flüssigen aushärtbaren Füllmaterials durch Ausführen einer Wärmebehandlung, wobei das Füllmaterial in eine feste Phase überführt und die Oberfläche planarisiert wird; und
Abscheiden einer Metallschicht auf der planarisierten Oberfläche, um eine Schneidelinie für eine Behandlung der Probe mit einem fokusierten Ionen-Strahl zum Schneiden der Probe auf Abmessungen, die für Elektronenmikroskopie notwendig sind, bereitzustellen.
Bereitstellen der Probe mit einer Oberfläche einschließlich eines vertieften Bereichs, der in der Oberfläche ausgebildet ist;
Aufbringen eines flüssigen aushärtbaren Füllmaterials auf die Oberfläche der Probe;
Einbringen der Probe in eine Umgebung geringen Druckes, Entfernen von restlicher Luft und Gas aus dem vertieften Bereich und Ermöglichen, daß das flüssige aushärtbare Füllmaterial in den vertieften Bereich eindringt;
Vergrößern des Druckes der Umgebung, um das Eindringen des flüssigen aushärtbaren Füllmaterials in den vertieften Bereich zu unterstützen, wobei die Umgebung des erhöhten Druckes es ermöglicht, daß der vertiefte Bereich im wesentlichen vollständig gefüllt wird;
Entfernen von übrigem Füllmaterial von der Oberfläche der Probe;
Aushärten des flüssigen aushärtbaren Füllmaterials durch Ausführen einer Wärmebehandlung, wobei das Füllmaterial in eine feste Phase überführt und die Oberfläche planarisiert wird; und
Abscheiden einer Metallschicht auf der planarisierten Oberfläche, um eine Schneidelinie für eine Behandlung der Probe mit einem fokusierten Ionen-Strahl zum Schneiden der Probe auf Abmessungen, die für Elektronenmikroskopie notwendig sind, bereitzustellen.
2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das flüssige aushärtbare Füllmaterial ein Epoxy-
Material ist.
3. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vertiefte Bereich in der Probe eine oder
mehrere Öffnungen umfaßt, wobei die Öffnungen eine Tiefe und einen Durchmesser im
Bereich von ungefähr 0.1 µm bis ungefähr 5 µm aufweisen.
4. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei Entfernen von übrigem Füllmaterial das
Abstreifen der Probenoberfläche zur Planarisierung der Probenoberfläche umfaßt.
5. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei Entfernen von übrigem Füllmaterial Ausbilden
einer Schicht aus Füllmaterial über der Probenoberfläche umfaßt, wobei die Schicht aus
Füllmaterial eine planare Oberfläche aufweist.
6. Das Verfahren nach Anspruch 5, das weithin umfaßt: Polieren der planaren Schicht
Füllmaterial nach Aushärten des Füllmaterials, wodurch die Ebenheit der planaren
Oberfläche verbessert ist.
7. Das Verfahren nach Anspruch 1, das weithin umfaßt: Einführen der Probe in eine
Vorvakuumkammer, Anlegen des geringen Druckes für eine Zeitdauer im Bereich von
ungefähr 0.5 Sekunden bis ungefähr 10 Sekunden, und Beaufschlagen der Probe in der
Vorvakuumkammer mit Druck durch Einführen von Gas.
8. Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Druckbeaufschlagen ausgeführt wird durch
Belüften der Vorvakuumkammer.
9. Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein Druck zur Druckbeaufschlagung der Probe in
einem Bereich von ungefähr 0.1 atm bis 5 atm liegt.
10. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Probe eine für eine abtastende
Elektronenmikroskopieanalyse (SEM) präparierte Halbleiterprobe ist.
11. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das flüssige aushärtbare Füllmaterial als ein
Tropfen vor dem Einbringen der Probe in die Umgebung mit niedrigem Druck aufgebracht
wird.
12. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das flüssige aushärtbare Füllmaterial als ein
Tropfen aufgebracht wird, während die Probe der Umgebung mit geringem Druck
ausgesetzt wird und bevor die Probe mit Druck beaufschlagt wird.
13. Verfahren zum Präparieren einer Halbleiterprobe für
Transmissionselektronenmikroskopanalyse, wobei das Verfahren umfaßt:
Schneiden und Polieren eines Halbleiterwafers, um eine Halbleiterprobe zu erhalten, wobei die Halbleiterprobe ein interessierendes Gebiet mit einer Oberseite und zwei gegenüberliegenden Seitenflächen und mehrere in der Oberseite gebildete Öffnungen umfaßt;
Füllen der Öffnungen durch Aufbringen eines flüssigen aushärtbaren Füllmaterials auf die Oberseite;
Abwischen der Oberseite, um übriges Füllmaterial zu entfernen und die Oberseite zu planarisieren;
Aushärten des Füllmaterials;
Abscheiden einer Metallschicht auf die Oberseite, um eine Schneidelinie zu definieren;
einen fokusierten Ionen-Strahl auf die Oberseite richten, um im interessierenden Gebiet, zumindest in einem Teil davon, Material zu entfernen, um einen Abstand zwischen den beiden Seitenflächen zu verringern, bis der Abstand für Transmissionselektronenmikroskopie geeignet ist.
Schneiden und Polieren eines Halbleiterwafers, um eine Halbleiterprobe zu erhalten, wobei die Halbleiterprobe ein interessierendes Gebiet mit einer Oberseite und zwei gegenüberliegenden Seitenflächen und mehrere in der Oberseite gebildete Öffnungen umfaßt;
Füllen der Öffnungen durch Aufbringen eines flüssigen aushärtbaren Füllmaterials auf die Oberseite;
Abwischen der Oberseite, um übriges Füllmaterial zu entfernen und die Oberseite zu planarisieren;
Aushärten des Füllmaterials;
Abscheiden einer Metallschicht auf die Oberseite, um eine Schneidelinie zu definieren;
einen fokusierten Ionen-Strahl auf die Oberseite richten, um im interessierenden Gebiet, zumindest in einem Teil davon, Material zu entfernen, um einen Abstand zwischen den beiden Seitenflächen zu verringern, bis der Abstand für Transmissionselektronenmikroskopie geeignet ist.
14. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Füllen der Öffnungen umfaßt:
Aufbringen des flüssigen aushärtbaren Füllmaterials auf die Oberseite, wobei zumindest Bereiche der Öffnungen freigelegt bleiben;
Einbringen des zu interessierenden Gebiets in eine Umgebung mit geringem Druck, wobei es ermöglicht wird, daß das flüssige aushärtbare Füllmaterial in die Öffnungen eindringt; und
das interessierende Gebiet mit Druck beaufschlagen, um das flüssige aushärtbare Füllmaterial in die Öffnungen zu zwingen, um die Öffnungen im wesentlichen vollständig zu füllen.
Aufbringen des flüssigen aushärtbaren Füllmaterials auf die Oberseite, wobei zumindest Bereiche der Öffnungen freigelegt bleiben;
Einbringen des zu interessierenden Gebiets in eine Umgebung mit geringem Druck, wobei es ermöglicht wird, daß das flüssige aushärtbare Füllmaterial in die Öffnungen eindringt; und
das interessierende Gebiet mit Druck beaufschlagen, um das flüssige aushärtbare Füllmaterial in die Öffnungen zu zwingen, um die Öffnungen im wesentlichen vollständig zu füllen.
15. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei zumindest eine der Seitenflächen einen
Querschnitt der Öffnungen bildet, wenn der Abstand weniger als ungefähr 100 nm ist.
16. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei der fokusierte Ionen-Strahl Ga+-Ionen umfaßt.
17. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Füllmaterial ein Epoxy-Material ist.
18. Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Füllmaterial auf die Oberseite aufgebracht
wird, während das interessierende Gebiet der Umgebung mit geringem Druck ausgesetzt
ist.
19. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das interessierende Gebiet der Umgebung mit
geringem Druck für eine Zeitdauer im Bereich von ungefähr 0.5 bis 10 Sekunden
ausgesetzt wird.
20. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das interessierende Gebiet mit Druck
beaufschlagt wird, nachdem es in die Umgebung mit niedrigem Druck eingebracht wird, in
dem das interessierende Gebiet Atmosphärendruck ausgesetzt wird.
21. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Abstand weniger als ungefähr 100 nm
beträgt.
22. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Halbleiterprobe eine für abtastende
Elektronenmikroskopie (SEM) präparierte Halbleiterprobe ist.
23. Verfahren zum Präparieren einer Halbleiterprobe für Elektronenmikroskopanalyse,
wobei das Verfahren umfaßt:
Bereitstellen einer Halbleiterstruktur mit einer strukturierten Oberseite;
Bereitstellen eines flüssigen aushärtbaren Füllmaterials mit einer Viskosität, die zumindest von einem Parameter abhängt;
Einbringen der Halbleiterstruktur in eine Umgebung mit geringem Druck, um Gas von der Oberseite zu entfernen;
Aufbringen des flüssigen aushärtbaren Füllmaterials auf die strukturierte Oberseite;
Verringern der Viskosität des Füllmaterials durch Ändem des Parameter-Wertes, um zu ermöglichen, daß das Füllmaterial zumindest einen Teil der strukturierten Oberseite im wesentlichen gleichförmig bedeckt;
Aushärten des Füllmaterials, um das Füllmaterial in eine feste Phase überzuführen;
Abscheiden einer Metallschicht zumindest über einem Teilbereich des bedeckten Teils; und
einen fokusierten Ionen-Strahl auf den Teilbereich richten, um Material von der Halbleiterprobe zu entfernen, um zwei gegenüberliegende Seitenflächen zu bilden, die im wesentlichen senkrecht zur Oberseite sind, wobei die zwei gegenüberliegenden Seitenflächen einen endgültigen Abstand von ungefähr 100 nm oder weniger aufweisen.
Bereitstellen einer Halbleiterstruktur mit einer strukturierten Oberseite;
Bereitstellen eines flüssigen aushärtbaren Füllmaterials mit einer Viskosität, die zumindest von einem Parameter abhängt;
Einbringen der Halbleiterstruktur in eine Umgebung mit geringem Druck, um Gas von der Oberseite zu entfernen;
Aufbringen des flüssigen aushärtbaren Füllmaterials auf die strukturierte Oberseite;
Verringern der Viskosität des Füllmaterials durch Ändem des Parameter-Wertes, um zu ermöglichen, daß das Füllmaterial zumindest einen Teil der strukturierten Oberseite im wesentlichen gleichförmig bedeckt;
Aushärten des Füllmaterials, um das Füllmaterial in eine feste Phase überzuführen;
Abscheiden einer Metallschicht zumindest über einem Teilbereich des bedeckten Teils; und
einen fokusierten Ionen-Strahl auf den Teilbereich richten, um Material von der Halbleiterprobe zu entfernen, um zwei gegenüberliegende Seitenflächen zu bilden, die im wesentlichen senkrecht zur Oberseite sind, wobei die zwei gegenüberliegenden Seitenflächen einen endgültigen Abstand von ungefähr 100 nm oder weniger aufweisen.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE10045041A DE10045041A1 (de) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | Verbessertes Verfahren zur Probenpräparation für Elektronenmikroskopie |
| US09/800,441 US6303399B1 (en) | 2000-09-12 | 2001-03-06 | Method of sample preparation for electron microscopy |
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| DE10045041A DE10045041A1 (de) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | Verbessertes Verfahren zur Probenpräparation für Elektronenmikroskopie |
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ID=7655906
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