JPH1019746A - 透過電子顕微鏡試料の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】絶縁膜等の薄膜の剥離に起因する試料損傷を未
然に防ぐことが可能で、試料作製の歩留まりの高い透過
電子顕微鏡試料の製作方法を提供する。 【解決手段】半導体基板上に薄膜を積層した構造を有す
る試料片より切断領域を切断して観察領域を含む部分を
切り出した後、薄片化して透過電子顕微鏡試料を作製す
る方法であって、試料片より観察領域を含む部分を切り
出す前の段階において、試料片の切断領域、もしくは切
断領域と観察領域との間に、基板に衝撃を与えない加工
方法によって、所定幅で、深さが基板に達する連続した
溝を、観察領域を囲むように１列もしくは複数列形成し
た後、切断領域を切断する透過電子顕微鏡試料の作製方
法とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に薄
膜を積層した構造を有する試料片から透過電子顕微鏡試
料を作製する方法に係り、特に、絶縁膜剥離等に起因す
る試料損傷を未然に防ぐことが可能で、試料作製の歩留
まりの高い透過電子顕微鏡試料の作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）試料、特に半
導体基板上に薄膜を積層した構造を有する半導体素子の
透過電子顕微鏡試料の作製においては、試料を切断・薄
片化する過程で、極力試料に損傷を与えないようにする
ことが重要である。従来、半導体基板上に絶縁膜、金属
膜等を何層にも積層した構造の半導体素子の断面観察を
行う場合、試料作製の初期段階において、あらかじめ元
のチップより観察領域を含む、さらに小さい試料片に分
割するため、通常の場合はダイシング・ソーによる切断
工程が用いられている。しかしこの場合、ダイシング・
ソーからの衝撃が強いため、試料によっては基板上に形
成された薄膜と基板との界面、または薄膜と薄膜との界
面において剥離が生じ、それが試料全面に伝搬するため
観察領域の半導体素子が損傷を受けて観察不能となり、
試料の作製時の歩留まりが低いという問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したごとく、従来
技術においては、ダイシング・ソーからの衝撃が強いた
め、基板上に形成された薄膜と基板、または薄膜と薄膜
との界面において剥離が生じ、それが試料全面に伝搬す
るため観察領域の素子が損傷を受けて観察不能となり、
試料作製時の歩留まりが低下するという問題がある。ま
た、上記薄膜の剥離を防ぐためには、半導体素子自体の
作製工程において、ＴＥＭ試料作製時の切断箇所に相当
する領域の絶縁膜をあらかじめ除去しておくことが有効
である。しかし実際には、例えば、半導体素子の故障解
析を目的としたＴＥＭ観察等の場合に、故障箇所を事前
に予期した上で、その周辺の絶縁膜を半導体素子の作製
段階で素子機能を失うことなく、あらかじめ除去してお
くことは無理であり、現実的ではない。

【０００４】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解消するものであって、絶縁膜等の薄膜の剥離に
起因する試料損傷を未然に防ぐことが可能で、試料作製
の歩留まりの高い透過電子顕微鏡試料の製作方法を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ために、本発明は基本的に、ダイシング・ソー等による
切り代、または切り代と観察領域との間の領域に、あら
かじめ基板に達する深さの溝を形成しておくことによ
り、仮に、切りしろ周辺で膜の剥離が生じた場合におい
ても、あらかじめ形成しておいた溝の部分により剥離が
伝搬するのを有効に阻止することができ、試料の観察領
域が損傷を蒙ることを未然に防止するものである。本発
明は具体的に、特許請求の範囲に記載のような構成とす
るものである。すなわち、本発明は請求項１に記載のよ
うに、半導体基板上に薄膜を積層した構造を有する試料
片より切断領域を切断して観察領域を含む部分を切り出
した後、薄片化して透過電子顕微鏡試料を作製する方法
であって、上記試料片より観察領域を含む部分を切り出
す前の段階において、上記試料片の切断領域、もしくは
切断領域と観察領域との間に、上記基板に衝撃を与えな
い加工方法によって、所定幅で、深さが上記基板に達す
る連続した溝を、上記観察領域を囲むように１列もしく
は複数列形成した後、上記切断領域を切断する透過電子
顕微鏡試料の作製方法とするものである。このような試
料の作製方法とすることにより、例えば、衝撃の強いダ
イシング・ソーを用いて試料を切断しても、ダイシング
・ソーと絶縁膜等の薄膜と直接接触することがなくな
り、また絶縁膜等の薄膜の剥離の伝搬を溝部により有効
に阻止することができるので、絶縁膜等の薄膜の剥離が
引き金となって生じる試料損傷を未然に防ぐことが可能
となり、試料作製の歩留まりが向上する効果がある。ま
た、本発明は請求項２に記載のように、請求項１におい
て、所定幅で、深さが上記基板に達する連続した溝の形
成は、収束イオンビームもしくはレーザ光による透過電
子顕微鏡試料の作製方法とするものである。このよう
に、衝撃力が半導体基板に全く伝わらない加工方法で溝
（凹部）を形成するため、絶縁膜等の薄膜の剥離の伝搬
を有効に阻止できる良好な溝を形成することができ、絶
縁膜等の薄膜の剥離が引き金となって生じる試料損傷を
未然に防ぐことが可能となり、請求項１と同様に、試料
作製の歩留まりが向上する効果がある。

【０００６】

【発明の実施の形態】

〈実施の形態１〉図１（ａ）、（ｂ）に、初期の試料片
を４分の１に切断する場合を示す。なお、図１（ｂ）
は、図１（ａ）の横断面図である。図において、ダイシ
ング・ソー（図示せず）による切断領域（切り代）５
を、例えば約５０μｍであると仮定し、切断領域５の幅
より片側に約２５μｍ宛、両側で計約５０μｍだけ幅を
広くした溝形成領域４（約１００μｍ幅）に相当する溝
を、あらかじめ半導体基板１に達する深さにまで、衝撃
の発生のない収束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いて形成
して置く。したがって、溝の形成時には、衝撃性のない
ＦＩＢを用いるため絶縁膜２の剥離が生じることなく、
有効に薄膜剥離の伝搬を阻止できる溝を形成することが
可能となる。これにより、ダイシング・ソーが試料と直
接接触する切り代５の周辺の半導体基板１上からは、剥
離しやすい絶縁膜２を含む基板上のすべての堆積物は除
去される。このため、本実施の形態では、ダイシング時
にダイシング・ソーと絶縁膜２とが直接接触することは
なくなり、絶縁膜２等の剥離が引き金となって生ずる試
料損傷を未然に防ぐことが可能となるので、試料作製時
の歩留まりが大幅に向上する効果がある。

【０００７】〈実施の形態２〉図２（ａ）、（ｂ）に、
本実施の形態で例示する試料の作製方法を模式的に示
す。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）の横断面図であ
る。上述した実施の形態１と相違するところは、切断領
域（切り代）５の領域（中央約５０μｍ幅）には溝を形
成せず、その両側の片側に各々約２５μｍ幅の溝形成領
域４にのみ溝を形成するものである。本実施の形態で
は、仮に、ダイシング時に中央の約５０μｍ幅のダイシ
ング領域において絶縁膜２の剥離が生じた場合でも、そ
の両側に設けた約２５μｍ幅の溝形成領域４において絶
縁膜２の剥離の伝搬が有効に阻止されるため、ＴＥＭ観
察領域の絶縁膜２は剥離されず、試料損傷を未然に防ぐ
ことができ、実施の形態１の場合と同様に、試料作製時
の歩留まりが向上する効果がある。

【０００８】〈実施の形態３〉図３（ａ）、（ｂ）に、
試料の観察領域３周囲をダイシング・ソーにより切断
し、観察領域３を切り出す場合の試料作製方法を模式的
に示す。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）の横断面図で
ある。ダイシング・ソーによる切断領域（切り代）５と
観察領域３との間の任意の位置に、幅が約２５μｍの閉
じた溝を形成し、その外側で生じた絶縁膜２の剥離の伝
搬を溝形成領域４で阻止しようとするものである。本実
施の形態においては、切り代５の部分で生じた絶縁膜２
の剥離の伝搬を、観察領域３との間に位置する幅が約２
５μｍの溝形成領域４のループ状に形成した溝により阻
止することが可能となるため、上記の実施の形態１およ
び２の場合と同様に、試料作製時の歩留まりが向上する
効果がある。なお、上述の本発明の実施の形態では、ダ
イシング・ソーの切り代が約５０μｍ幅の場合について
説明したが、これが約５０μｍ以上または以下であって
も溝形成領域において独立して絶縁膜の剥離伝搬阻止効
果が得られるため本発明は有効である。また、上述の実
施の形態では、絶縁膜の剥離伝搬阻止のための溝の幅が
約２５μｍの場合について説明したが、これは、ダイシ
ング・ソーによる切り代の幅とのマージンを確保するた
めである。また、溝の幅が広いほど切り代の幅とのマー
ジンは大きく取れるが、溝形成に要する時間は増大す
る。ダイシング・ソーの切り代のばらつきを考慮する必
要のない、例えば、上記実施の形態３のような場合に
は、溝の幅を約０.５μｍまで小さくした場合において
も絶縁膜の剥離伝搬阻止効果が得られるため、本発明の
溝形成領域の溝の幅が約０.５μｍ以上の場合において
も有効である。さらに、上述の実施例では、試料片切断
の手段として、ダイシング・ソーを用いる場合について
述べたが、これを他の手段を用いて切断する場合におい
ても、溝形成領域において絶縁膜の剥離伝搬阻止効果が
得られるため、本発明は有効である。また、上述の実施
例では、絶縁膜の剥離伝搬阻止用の溝を形成する手段と
して収束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いたが、この他
に、レーザ光等を用いた場合においても剥離伝搬阻止用
の溝を形成することができ、衝撃を基板に与えない溝の
加工方法であれば適用することが可能である。

【０００９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の透過電子顕
微鏡試料の作製方法によれば、絶縁膜剥離に起因する試
料損傷を未然に防ぐことが可能となり、試料作製の歩留
まりを大幅に向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１で例示した透過電子顕微
鏡試料の作製方法を示す模式図。

【図２】本発明の実施の形態２で例示した透過電子顕微
鏡試料の作製方法を示す模式図。

【図３】本発明の実施の形態３で例示した透過電子顕微
鏡試料の作製方法を示す模式図。

【符号の説明】

１…半導体基板 ２…絶縁膜 ３…観察領域 ４…溝形成領域 ５…切断領域（切り代） ６…切断中心

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板上に薄膜を積層した構造を有す
   る試料片より切断領域を切断して観察領域を含む部分を
   切り出した後、薄片化して透過電子顕微鏡試料を作製す
   る方法であって、上記試料片より観察領域を含む部分を
   切り出す前の段階において、上記試料片の切断領域、も
   しくは切断領域と観察領域との間に、上記基板に衝撃を
   与えない加工方法によって、所定幅で、深さが上記基板
   に達する連続した溝を、上記観察領域を囲むように１列
   もしくは複数列形成した後、上記切断領域を切断するこ
   とを特徴とする透過電子顕微鏡試料の作製方法。
2. 【請求項２】請求項１において、所定幅で、深さが上記
   基板に達する連続した溝の形成は、収束イオンビームも
   しくはレーザ光によることを特徴とする透過電子顕微鏡
   試料の作製方法。