JPH11160209A - Preparation of sample for transmission electron microscope - Google Patents

Preparation of sample for transmission electron microscope

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JPH11160209A
JPH11160209A JP33142997A JP33142997A JPH11160209A JP H11160209 A JPH11160209 A JP H11160209A JP 33142997 A JP33142997 A JP 33142997A JP 33142997 A JP33142997 A JP 33142997A JP H11160209 A JPH11160209 A JP H11160209A
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JP
Japan
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sample
oxide film
electron microscope
anodic oxide
transmission electron
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Application number
JP33142997A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Fujii
眞治 藤井
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Publication of JPH11160209A publication Critical patent/JPH11160209A/en
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  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a method in which the image quality of a transmission electron microscope is enhanced when a sample for the transmission electron microscope is created, by a method wherein a process in which an anodic oxide film is formed on the sample is installed and a process in which the anodic oxide film is removed is installed. SOLUTION: A defect in a specific position on a semiconductor substrate is indicated by a mark X. A sample is shaved down to a width of, e.g., 200 mm by a mechanical polishing operation using an abrasive. The sample near the mark X is shaved by a focused ion beam(FIB) working apparatus, and the sample is made thin down to a thickness of 300 to 500 nm. The sample is turned by 90 deg. to the front, an anodic oxide film is formed on the surface of the sample by a jig, and the anodic oxide film is then removed. At this time, the semiconductor substrate is retreated by a thickens of 50 nm. After that, an electron beam is transmitted to directions of arrows inside a transmission electron microscope, and the sample is observed. When the anodic oxide film is formed and removed in this manner and when a damage layer on the surface of the sample is shaved, an image of better quality can be observed when the image by the transmission electron microscope is observed. That is to say, a lattice image having a most adjacent atomic interval can be observed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の解析方
法、特に透過型電子顕微鏡の試料作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for analyzing a semiconductor device, and more particularly to a method for preparing a sample for a transmission electron microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置製造技術の中で用いられてい
る技術にイオン注入技術がある。イオン注入技術は、導
入不純物元素をイオン化した後に、質量分析器によって
選別し、電界エネルギーで加速することによって、半導
体基板に必要な導入不純物を所望の注入量と所望の加速
エネルギーで導入する技術である。このイオン注入の
後、所定の温度・時間で熱処理を行うことによって、所
望の導電型・導電率の不純物分布を形成する技術であ
る。
2. Description of the Related Art There is an ion implantation technique as a technique used in a semiconductor device manufacturing technique. Ion implantation technology is a technology that introduces necessary impurities into a semiconductor substrate with a desired implantation amount and a desired acceleration energy by ionizing an introduced impurity element, selecting the same by a mass analyzer, and accelerating with an electric field energy. is there. After the ion implantation, heat treatment is performed at a predetermined temperature and time to form an impurity distribution of a desired conductivity type and conductivity.

【0003】このとき、このイオン注入によって形成さ
れた欠陥は、半導体装置の接合リーク不良を引き起こす
ため、イオン注入によって引き起こされた注入欠陥の密
度や電気的特性を評価する必要がある。
At this time, the defect formed by the ion implantation causes a junction leak failure of the semiconductor device. Therefore, it is necessary to evaluate the density and the electrical characteristics of the implantation defect caused by the ion implantation.

【0004】このイオン注入層に生じた注入欠陥の評価
方法としては、透過型電子顕微鏡法がある。透過型電子
顕微鏡観察に必要である試料の特定箇所の薄膜化には、
FIB(集束イオンビーム)加工が用いられる。また、
特定の場所ではない箇所の薄膜化にはイオンミリング加
工も用いられている。イオンミリング加工はグロー放電
によって低圧の雰囲気ガスをプラズマ化させ、陰極であ
る試料に衝突させることによって、被スパッタリング粒
子を飛散させて、試料表面を削りとる技術である。ただ
し、このイオンミリング加工では、試料特定部分の薄膜
化は困難である。
[0004] As a method for evaluating the implantation defects generated in the ion implantation layer, there is a transmission electron microscope method. For thinning a specific part of the sample necessary for transmission electron microscope observation,
FIB (focused ion beam) processing is used. Also,
Ion milling is also used to reduce the thickness of non-specific locations. Ion milling is a technique in which a low-pressure atmosphere gas is turned into plasma by glow discharge and collides with a sample serving as a cathode, thereby scattering particles to be sputtered and shaving the sample surface. However, in this ion milling, it is difficult to reduce the thickness of a specific portion of the sample.

【0005】従来より知られているイオン注入量の測定
方法としては、イオン注入・熱処理後の半導体基板より
なる試料に対して、シート抵抗測定を行う方法がある。
この方法は同一線上に4点の探針を電気的に接触させ、
両端の2点間に電流を流し、内側の2点間の電圧降下を
測定することによって、この抵抗値より導電率を求め、
イオン注入量を把握するものである。
As a conventionally known method of measuring the amount of ion implantation, there is a method of measuring the sheet resistance of a sample made of a semiconductor substrate after ion implantation and heat treatment.
In this method, four probes are electrically connected on the same line,
By passing a current between the two points at both ends and measuring the voltage drop between the two points inside, the conductivity is determined from this resistance value,
This is for grasping the ion implantation amount.

【0006】また、他のイオン注入量の測定方法とし
て、サーマルウェーブ法がある。以下にサーマルウェー
ブ法について説明する。半導体基板に周期的に強度が変
化するポンピングレーザー光を照射すると半導体基板表
面の温度が周期的に変化する。そのため、表面が周期的
に変形する。この周期的な変形量は、半導体基板中に導
入された欠陥の密度によって変化する。この理由は、結
晶中に欠陥が多いと熱伝導が妨げられ、ポンピングレー
ザー光の照射された領域が局所的に温度が上昇するた
め、変形量が大きくなるためである。一方、結晶中の欠
陥が少ないと熱伝導が良好なため、ポンピングレーザー
光が照射された領域の温度上昇が少なく、変形量が少な
い。
Another method for measuring the amount of ion implantation is a thermal wave method. Hereinafter, the thermal wave method will be described. When a semiconductor substrate is irradiated with a pumping laser beam whose intensity changes periodically, the temperature of the surface of the semiconductor substrate changes periodically. Therefore, the surface is periodically deformed. This periodic deformation varies depending on the density of defects introduced into the semiconductor substrate. The reason for this is that if there are many defects in the crystal, heat conduction is hindered and the temperature of the region irradiated with the pumping laser light locally rises, so that the amount of deformation increases. On the other hand, when the number of defects in the crystal is small, the heat conduction is good, so that the temperature of the region irradiated with the pumping laser light is small and the amount of deformation is small.

【0007】一般に、欠陥の密度と導入イオン注入量は
比例する関係があるため、上記の変形量をプロービング
レーザー光によるレーザー干渉変位計によって測定する
ことによって、変位量、つまり、イオン注入量を測定す
ることができる。
In general, since the density of defects and the amount of implanted ions have a proportional relationship, the amount of deformation, ie, the amount of ion implantation, is measured by measuring the amount of deformation using a laser interferometer using a probing laser beam. can do.

【0008】また、通常の深さ方向(一次元)のイオン
注入分布測定技術としては二次イオン質量分析法(SI
MS)が広く用いられている。
[0008] As a conventional ion implantation distribution measurement technique in the depth direction (one-dimensional), secondary ion mass spectrometry (SI
MS) is widely used.

【0009】また、陽極酸化法による酸化膜形成と湿式
エッチングによる酸化膜除去とを組合せることによっ
て、シリコンの結晶欠陥を検出(顕在化)させた後、原
子間力顕微鏡(AFM)や走査型電子顕微鏡(SEM)
を用いて拡大観察する方法が知られている。ここで述べ
た陽極酸化法とは、良好な極薄酸化膜が室温において形
成できる電気化学的酸化膜形成方法である。この陽極酸
化膜の形成と除去を繰り返すとシリコン基板にダメージ
を与えることなく、シリコン基板を後退させることがで
きる(特願平5−151843号公報、またはS.Fu
jii et al、 ”A Novel Atomi
c Microscopy Observation
Technique for Secondary D
efects of Ion Implantatio
n、using Anodic Oxidatio
n”、 Jpn. J. Appl. Phys. v
ol 32(1993) pp. L157−L15
9)。
Further, by combining the formation of an oxide film by the anodic oxidation method and the removal of the oxide film by wet etching, a silicon crystal defect is detected (exposed), and then an atomic force microscope (AFM) or a scanning type is used. Electron microscope (SEM)
There is known a method of performing magnified observation using an image. The anodic oxidation method described here is an electrochemical oxide film forming method capable of forming a good ultrathin oxide film at room temperature. By repeating formation and removal of the anodic oxide film, the silicon substrate can be receded without damaging the silicon substrate (Japanese Patent Application No. 5-151842, or S. Fu).
Jii et al, "A Novel Atomi
c Microscopic Observation
Technique for Secondary D
effects of Ion Implantatio
n, using Anodic Oxidatio
n ", Jpn. J. Appl. Phys. v
ol 32 (1993) pp. L157-L15
9).

【0010】以下に従来の技術であるFIB加工を用い
た透過型電子顕微鏡試料作製技術について図面を用いて
説明する。ここでは、厚さ100nmの熱酸化膜を形成
したシリコン基板(p−Si(100)10〜15Ω・
cm)上よりP(リン)イオン注入(加速エネルギー:
150keV、注入量:3×1015cm-2) を行い、
950℃、10秒の短時間熱処理を行った試料を用い
た。
Hereinafter, a conventional technique for preparing a transmission electron microscope sample using FIB processing will be described with reference to the drawings. Here, a silicon substrate (p-Si (100) 10 to 15Ω ·
cm) P (phosphorus) ion implantation from above (acceleration energy:
150 keV, injection amount: 3 × 10 15 cm -2 )
A sample subjected to a short-time heat treatment at 950 ° C. for 10 seconds was used.

【0011】図7は、試料上に陽極酸化膜を形成する工
程と、この陽極酸化膜を除去する工程と、集束イオンビ
ーム加工を用いる工程とを用いて透過型電子顕微鏡試料
を作製する方法を説明する図である。図7(a)は、半
導体基板上の特定位置の欠陥(Xで示す)を示してい
る。図7(b)はこの試料を研磨剤を用いた機械的研磨
によって、幅200mmにまで削ることを示している。
図7(c)はX印近傍をFIB加工装置(セイコー電子
工業製: SMI−9800、:Gaイオン(30Ke
V))によって削りとり、300nm〜500nmの厚
さまで薄くしたことを示している。図7(d)はこの試
料を手前の方向に90度回転させたことを示している。
図7(e)は、透過型電子顕微鏡内で矢印に示す方向に
電子線を透過させて、試料観察を行うことを示してい
る。
FIG. 7 shows a method of manufacturing a transmission electron microscope sample using a step of forming an anodic oxide film on a sample, a step of removing the anodic oxide film, and a step of using focused ion beam processing. FIG. FIG. 7A shows a defect (indicated by X) at a specific position on the semiconductor substrate. FIG. 7B shows that the sample is cut down to a width of 200 mm by mechanical polishing using an abrasive.
FIG. 7 (c) shows a FIB processing device (manufactured by Seiko Denshi Kogyo: SMI-9800, Ga ion (30 Ke)
V)) shows that the thickness was reduced to a thickness of 300 nm to 500 nm. FIG. 7D shows that the sample was rotated 90 degrees in the forward direction.
FIG. 7E shows that a sample is observed by transmitting an electron beam in a direction indicated by an arrow in a transmission electron microscope.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような従来の方法では、FIBを用いて透過型電子顕
微鏡試料を作製した場合に、FIB加工時に使用するG
aイオンによって、ダメージが入ったり、変質層が形成
されるという欠点を有していた。また、このダメージや
変質層より、電子線の透過が妨げられて、良質の像観察
ができないという欠点を有していた。具体的には最隣接
原子間隔(d=2.35Å)の格子像を観察することが
できない。
However, according to the conventional method as described above, when a transmission electron microscope sample is manufactured using the FIB, the G used for the FIB processing is reduced.
There was a drawback that damage was caused or an altered layer was formed by the a ion. In addition, there is a disadvantage that transmission of an electron beam is hindered by the damage and the deteriorated layer, and high-quality image observation cannot be performed. Specifically, it is not possible to observe a lattice image of the closest atomic distance (d = 2.35 °).

【0013】また、シート抵抗測定法、サーマルウェー
ブ法および二次イオン質量分析法では、イオン注入量分
布測定時の空間分解能が低く、事実上イオン注入分布の
二次元分布が測定できなかった。例えば、シート抵抗測
定ではその空間分解能は500mm、サーマルウェーブ
法や二次イオン質量分析法では1mm程度である。この
値は1mm以内の二次元空間分布を有するイオン注入に
よって形成された不純物導入層の評価方法としては全く
不十分である。
Further, in the sheet resistance measuring method, the thermal wave method and the secondary ion mass spectrometry, the spatial resolution at the time of measuring the ion implantation dose distribution is low, and the two-dimensional distribution of the ion implantation distribution cannot be measured. For example, the spatial resolution is about 500 mm in sheet resistance measurement, and about 1 mm in thermal wave method and secondary ion mass spectrometry. This value is completely insufficient as a method for evaluating an impurity-doped layer formed by ion implantation having a two-dimensional spatial distribution within 1 mm.

【0014】本発明はかかる点に鑑み、FIBやイオン
ミリング法を用いて透過型電子顕微鏡試料を作製した場
合の電子顕微鏡像質を向上させる方法、また、イオン注
入量分布測定の空間分解能を向上させるイオン注入量二
次元分布測定方法を提供することを目的とする。
In view of the foregoing, the present invention provides a method for improving the image quality of an electron microscope when a transmission electron microscope sample is prepared by using FIB or ion milling, and also improves the spatial resolution of ion implantation dose distribution measurement. An object of the present invention is to provide a method for measuring a two-dimensional distribution of an ion implantation amount to be performed.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、試料上に陽極
酸化膜を形成する工程と、この陽極酸化膜を除去する工
程とを有することを特徴とする透過型電子顕微鏡の試料
作製方法である。
According to the present invention, there is provided a method of preparing a sample for a transmission electron microscope, comprising the steps of forming an anodic oxide film on a sample and removing the anodic oxide film. is there.

【0016】また、試料上に陽極酸化膜を形成すること
を特徴とする透過型電子顕微鏡の試料作製方法である。
Further, there is provided a method for preparing a sample of a transmission electron microscope, wherein an anodic oxide film is formed on the sample.

【0017】また、試料上に陽極酸化膜を形成する工程
と、この陽極酸化膜を除去する工程とを有し、また集束
イオンビーム加工を伴う透過型電子顕微鏡の試料作製方
法である。
Further, there is provided a transmission electron microscope sample preparation method including a step of forming an anodic oxide film on a sample and a step of removing the anodic oxide film, and involving focused ion beam processing.

【0018】また、試料上に陽極酸化膜を形成する工程
と、この陽極酸化膜を除去する工程とを有し、また、イ
オンミリング加工を伴う透過型電子顕微鏡の試料作製方
法である。
Further, the present invention is a method for preparing a sample of a transmission electron microscope, which includes a step of forming an anodic oxide film on a sample and a step of removing the anodic oxide film, and involves ion milling.

【0019】本発明は上記手段に示すように、透過型電
子顕微鏡の試料作製方法で、集束イオンビーム加工、ま
たは、イオンミリング法によって試料を薄膜化する際、
仕上げの段階で、陽極酸化膜を形成する工程と、この陽
極酸化膜を除去する工程を追加することによって、試料
表面を削り取る。
According to the present invention, as described in the above means, when a sample is thinned by a focused ion beam processing or an ion milling method in a sample manufacturing method of a transmission electron microscope,
At the finishing stage, the surface of the sample is scraped by adding a step of forming an anodic oxide film and a step of removing the anodic oxide film.

【0020】ここで述べた陽極酸化法は室温で良質な陽
極酸化膜を水溶液中で形成するものである。その後、陽
極酸化膜を除去すると結晶学的にまったく損傷を与える
ことなく試料を削りとることができる。つまり上記した
集束イオンビーム加工やイオンミリング法によって導入
された欠陥層や変質層を除去できる。
The anodic oxidation method described here forms a high-quality anodic oxide film at room temperature in an aqueous solution. Thereafter, when the anodic oxide film is removed, the sample can be scraped off without any crystallographic damage. That is, it is possible to remove the defect layer and the altered layer introduced by the focused ion beam processing or the ion milling method.

【0021】また、陽極酸化膜厚は導入不純物濃度に比
例するため、イオン注入による導入不純物量に比例した
膜厚の陽極酸化膜が形成される。また、その陽極酸化膜
を除去することによってイオン注入による導入不純物量
に比例した膜厚だけ試料基板を削り取ることができる。
その後、透過型電子顕微鏡観察を行うと、陽極酸化膜厚
に応じて、また、試料基板厚さに応じて等厚干渉縞が観
察される。この等厚干渉縞から導入不純物の二次元分布
を推定することができる。
Since the thickness of the anodic oxide film is proportional to the concentration of the impurity introduced, an anodic oxide film having a thickness proportional to the amount of the impurity introduced by ion implantation is formed. Further, by removing the anodic oxide film, the sample substrate can be scraped off by a thickness proportional to the amount of impurities introduced by ion implantation.
After that, when observed by a transmission electron microscope, interference fringes of equal thickness are observed according to the thickness of the anodic oxide film and the thickness of the sample substrate. The two-dimensional distribution of the introduced impurities can be estimated from the equal thickness interference fringes.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態である
陽極酸化膜の形成と除去を行い、透過型電子顕微鏡試料
を作製した例について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention, in which an anodic oxide film is formed and removed to prepare a transmission electron microscope sample, will be described.

【0023】ここでは、厚さ100nmの熱酸化膜を形
成したシリコン基板(p−Si(100)10〜15Ω
・cm)上よりP(リン)イオン注入(加速エネルギ
ー:150keV、注入量:3×1015cm-2)を行
い、950℃、10秒の短時間熱処理を行った試料を用
いた。
Here, a silicon substrate (p-Si (100) 10 to 15Ω) on which a thermal oxide film having a thickness of 100 nm is formed.
Cm), a sample subjected to P (phosphorus) ion implantation (acceleration energy: 150 keV, implantation amount: 3 × 10 15 cm −2 ) from above, and subjected to a short-time heat treatment at 950 ° C. for 10 seconds was used.

【0024】図1は、試料上に陽極酸化膜を形成する工
程とこの陽極酸化膜を除去する工程と集束イオンビーム
加工を行う工程により透過型電子顕微鏡試料を作製する
方法を説明する図である。図1(a)は、半導体基板上
の特定位置の欠陥(Xで示す)を示している。図1
(b)はこの試料を研磨剤を用いた機械的研磨によっ
て、幅200mmにまで削ることを示している。図1
(c)はX印近傍をFIB加工装置によって、削りと
り、300nm〜500nmの厚さまで薄くしたことを
示している。図1(d)はこの試料を手前の方向に90
度回転させたことを示している。図1(e)は、図2に
示す治具によって、試料表面に陽極酸化膜を形成したこ
とを示している。図1(f)は同陽極酸化膜を除去した
ことを示している。このとき、厚さ約50nmシリコン
基板が後退した。その後、矢印に示す方向に透過型電子
顕微鏡内で電子線を透過させて、試料観察を行うことを
示す図でもある。
FIG. 1 is a diagram for explaining a method of manufacturing a transmission electron microscope sample by a process of forming an anodic oxide film on a sample, a process of removing the anodic oxide film, and a process of performing focused ion beam processing. . FIG. 1A shows a defect (indicated by X) at a specific position on a semiconductor substrate. FIG.
(B) shows that this sample is cut down to a width of 200 mm by mechanical polishing using an abrasive. FIG.
(C) shows that the vicinity of the X mark was cut off by the FIB processing apparatus to reduce the thickness to 300 nm to 500 nm. FIG. 1 (d) shows that this sample is
It shows that it was rotated by degrees. FIG. 1E shows that an anodized film was formed on the sample surface by the jig shown in FIG. FIG. 1F shows that the anodic oxide film has been removed. At this time, the silicon substrate having a thickness of about 50 nm receded. Thereafter, it is also a diagram showing that a sample is observed by transmitting an electron beam in a transmission electron microscope in a direction indicated by an arrow.

【0025】図2は、本発明の第1の実施の形態におい
て陽極酸化膜形成に用いた反応セルの構造概略図であ
る。図2において、20はセル(容器)、21は電解
液、22は試料保持金具、23は陽極(試料)、24は
陰極(白金)、25は電流計、26は電圧計、27は定
電圧定電流源である。図2に示すように、陽極23とな
る試料は電解液21中に設置した。電解液21は、N−
メチルアセトアミド(CH 3CONHCH3/300c
c)+硝酸カリウム(KNO3/0.6g)+水(H2
/2cc)よりなる混合液を用いた。陽極酸化は電流密
度7mA/cm2の定電流条件で行った。陰極−陽極間
電圧上昇値200Vの場合、厚さ約100nmの陽極酸
化膜が形成された。次に同陽極酸化膜をHF/NH4
混合液(HF/NH4F=1:10)を用いて除去し
た。このとき、厚さ約50nmシリコン基板が後退し
た。
FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic structural view of a reaction cell used for forming an anodic oxide film.
You. In FIG. 2, reference numeral 20 denotes a cell (container), and reference numeral 21 denotes electrolysis.
Liquid, 22 is a sample holding bracket, 23 is an anode (sample), 24 is
Cathode (platinum), 25 is ammeter, 26 is voltmeter, 27 is constant
It is a voltage constant current source. As shown in FIG.
The sample was placed in the electrolyte 21. The electrolyte 21 is N-
Methylacetamide (CH ThreeCONHCHThree/ 300c
c) + potassium nitrate (KNOThree/0.6g) + water (HTwoO
/ 2 cc). Anodizing is current tight
Degree 7mA / cmTwoUnder the constant current conditions. Between cathode and anode
In the case of a voltage rise value of 200 V, anodic acid having a thickness of about 100 nm
An oxide film was formed. Next, the anodic oxide film is formed onFourF
Mixed solution (HF / NHFourF = 1: 10)
Was. At this time, the silicon substrate having a thickness of about 50 nm recedes.
Was.

【0026】本実施の形態のように、透過型電子顕微鏡
の試料を作製する際に、試料の特定の部分をFIBを用
いて薄くした後、陽極酸化膜の形成と除去によって試料
表面のダメージ層を削りとることは、透過型電子顕微鏡
による像観察時、より良質の像観察を可能とするもので
ある。即ち、最隣接原子間隔(d=2.35Å)の格子
像の観察が可能となった。
As in this embodiment, when a sample of a transmission electron microscope is manufactured, a specific portion of the sample is thinned using FIB, and then a damaged layer on the sample surface is formed by forming and removing an anodic oxide film. Shaving off enables higher quality image observation during image observation with a transmission electron microscope. That is, it became possible to observe a lattice image of the closest atomic distance (d = 2.35 °).

【0027】次に、本発明の第2の実施の形態、陽極酸
化膜形成を行い透過型電子顕微鏡試料を作製した例につ
いて説明する。ここでは、厚さ100nmの熱酸化膜を
形成したシリコン基板(p−Si(100)10〜15
Ω・cm)上よりP(リン)イオン注入(加速エネルギ
ー:150keV、注入量:3×1015cm-2)を行
い、950℃、10秒の短時間熱処理を行った試料を用
いた。
Next, a description will be given of a second embodiment of the present invention, in which an anodized film is formed to produce a transmission electron microscope sample. Here, a silicon substrate (p-Si (100) 10 to 15) on which a thermal oxide film having a thickness of 100 nm is formed.
A sample subjected to P (phosphorus) ion implantation (acceleration energy: 150 keV, implantation amount: 3 × 10 15 cm −2 ) from above, and subjected to a short-time heat treatment at 950 ° C. for 10 seconds was used.

【0028】図3は、試料上に陽極酸化膜を形成する工
程と、この陽極酸化膜を除去する工程と、集束イオンビ
ーム加工を伴う工程とを行い、透過型電子顕微鏡試料を
作製する方法を説明する図である。図3(a)は、半導
体基板上の特定位置の欠陥(Xで示す)を示している。
図3(b)はこの試料を研磨剤を用いた機械的研磨によ
って、幅200mmにまで削ることを示している。図3
(c)はX印近傍をFIB加工装置によって、削りと
り、300nm〜500nmの厚さまで薄くしたことを
示している。図3(d)はこの試料を手前の方向に90
度回転させたことを示している。図3(e)は、試料表
面に陽極酸化膜を形成したことを示している。ここで陽
極酸化膜を形成した方法は、本発明の第1の実施の形態
の説明で用いた図2と同様である。このとき厚さ約10
nmの陽極酸化膜を形成した。図3(f)は同陽極酸化
膜を形成したままで矢印に示す方向に透過型電子顕微鏡
内で電子線を透過させて、試料観察を行うことを示して
いる。
FIG. 3 shows a method of producing a transmission electron microscope sample by performing a step of forming an anodic oxide film on a sample, a step of removing the anodic oxide film, and a step involving focused ion beam processing. FIG. FIG. 3A shows a defect (indicated by X) at a specific position on the semiconductor substrate.
FIG. 3B shows that this sample is cut to a width of 200 mm by mechanical polishing using an abrasive. FIG.
(C) shows that the vicinity of the X mark was cut off by the FIB processing apparatus to reduce the thickness to 300 nm to 500 nm. FIG. 3D shows that the sample is moved 90 degrees in the front direction.
It shows that it was rotated by degrees. FIG. 3E shows that an anodic oxide film was formed on the sample surface. Here, the method of forming the anodic oxide film is the same as that of FIG. 2 used in the description of the first embodiment of the present invention. At this time, the thickness is about 10
A nm anodic oxide film was formed. FIG. 3F shows that a sample is observed by transmitting an electron beam in a transmission electron microscope in a direction indicated by an arrow while the anodic oxide film is formed.

【0029】次に、本発明の第2の実施の形態によって
イオン注入量の二次元分布が測定できることを図4を用
いて説明する。図4において40はMOS型トランジス
タのゲート電極部、41はイオン注入によって形成され
たドレイン部またはソース部、42は図3(e)で形成
された陽極酸化膜を示す。また、43は陽極酸化膜42
を形成することによって、ドレイン部またはソース部4
1のイオン注入量に応じて陽極酸化膜膜厚に変化が生じ
たことを示す。このようにイオン注入量の多少を酸化膜
の膜厚に変換すると、透過型電子顕微鏡を用いて観察し
た場合等厚干渉縞が観察されるため、予め、イオン注入
量を二次イオン質量分析法(SIMS)によって測定を
行った部分と比較することによって、詳細なイオン注入
量の二次分布を知ることができる。図5に本発明の第2
の実施の形態に示す方法によって測定した例を示す。こ
こで、図5の中の矢印はこの方向に二次イオン質量分析
を行い、イオン注入量の二次分布を測定した方向を示
す。
Next, the fact that the two-dimensional distribution of the ion implantation amount can be measured according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4, reference numeral 40 denotes a gate electrode portion of a MOS transistor, 41 denotes a drain or source portion formed by ion implantation, and 42 denotes an anodic oxide film formed in FIG. 43 is an anodized film 42
Forming the drain or source portion 4
This indicates that the anodic oxide film thickness changed according to the ion implantation amount of 1. When the amount of ion implantation is converted into the thickness of the oxide film as described above, an equal thickness interference fringe is observed when observed using a transmission electron microscope. By comparing with a part measured by (SIMS), a detailed secondary distribution of the ion implantation amount can be known. FIG. 5 shows the second embodiment of the present invention.
An example measured by the method described in the embodiment will be described. Here, the arrow in FIG. 5 indicates the direction in which the secondary ion mass spectrometry was performed in this direction and the secondary distribution of the ion implantation amount was measured.

【0030】本発明の第2の実施の形態によれば、透過
型電子顕微鏡の試料を作製する際に、試料に陽極酸化膜
を形成することによって、イオン注入量の多少を酸化膜
の膜厚に変換することによって透過型電子顕微鏡を用い
て観察した場合に、等厚干渉縞を観察することによって
イオン注入量の二次分布を知ることが可能となった。ま
た、ここではFIBを用いた例としたが、イオンミリン
グを用いた場合も同様である。
According to the second embodiment of the present invention, when fabricating a sample for a transmission electron microscope, an anodic oxide film is formed on the sample to reduce the amount of ion implantation to a certain extent. By observing with a transmission electron microscope by converting to the above, it became possible to know the secondary distribution of the ion implantation amount by observing the interference fringes of equal thickness. Although the example using the FIB has been described here, the same applies to the case where the ion milling is used.

【0031】次に、本発明の第3の実施の形態の陽極酸
化膜の形成を行い、透過型電子顕微鏡試料を作製した例
について説明する。ここでは、厚さ100nmの熱酸化
膜を形成したシリコン基板(p−Si(100)10〜
15Ω・cm)上よりP(リン)イオン注入(加速エネ
ルギー:150keV、注入量:3×1015cm-2)を
行い、950℃、10秒の短時間熱処理を行った試料を
用いた。
Next, an example in which an anodic oxide film according to the third embodiment of the present invention is formed to prepare a transmission electron microscope sample will be described. Here, a silicon substrate (p-Si (100) 10 to 10) having a thermal oxide film having a thickness of 100 nm is formed.
A sample subjected to P (phosphorus) ion implantation (acceleration energy: 150 keV, implantation amount: 3 × 10 15 cm −2 ) from above and a short-time heat treatment at 950 ° C. for 10 seconds was used.

【0032】図6は、試料上に陽極酸化膜を形成する工
程と、この陽極酸化膜を除去する工程と、集束イオンミ
リング加工を行う工程により透過型電子顕微鏡試料を作
製する方法を説明する図である。図6(a)は、半導体
装置が形成された半導体基板を向かい合わせに張合せて
いることを示している。ここでは一般的なエポキシ樹脂
を用いて、張合せている。図6(b)は図6(a)の拡
大図である。図6(b)中では半導体装置の一例として
多数のゲート電極の列からなるフラッシュメモリ型とし
ている。ここで、60は保護膜、61はゲート電極部、
62は拡散層である。図6(c)は、透過型電子顕微鏡
の試料作製の際に、直径3mm程度にこの試料をくりぬ
いたことを示している。図6(d)は試料を横から見た
図である。この段階で直径3mm程度であり、厚さ50
mmまで機械研磨によって薄くしてある。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of manufacturing a transmission electron microscope sample by a process of forming an anodic oxide film on a sample, a process of removing the anodic oxide film, and a process of performing focused ion milling. It is. FIG. 6A shows that a semiconductor substrate on which a semiconductor device is formed is stuck face to face. Here, the bonding is performed using a general epoxy resin. FIG. 6B is an enlarged view of FIG. In FIG. 6B, as an example of the semiconductor device, a flash memory type including a large number of rows of gate electrodes is used. Here, 60 is a protective film, 61 is a gate electrode portion,
62 is a diffusion layer. FIG. 6C shows that the sample was hollowed out to a diameter of about 3 mm when the sample was prepared for the transmission electron microscope. FIG. 6D is a diagram of the sample viewed from the side. At this stage, the diameter is about 3 mm and the thickness is 50
mm by mechanical polishing.

【0033】図6(e)はアルゴンイオンを用いたイオ
ンミリング法(Gatan社:600型)によって、試
料を薄くしたことを示している。図6(f)は、試料表
面に陽極酸化膜を形成したことを示している。ここで陽
極酸化膜を形成した方法は、本発明の第1の実施の形態
の説明で用いた図2と同様である。このとき厚さ約10
0nmの陽極酸化膜を形成した。図6(g)は同陽極酸
化膜を除去したことを示している。このとき、厚さ約5
0nmシリコン基板が後退した。
FIG. 6E shows that the sample was thinned by an ion milling method (Gatan: 600 type) using argon ions. FIG. 6F shows that an anodic oxide film was formed on the sample surface. Here, the method of forming the anodic oxide film is the same as that of FIG. 2 used in the description of the first embodiment of the present invention. At this time, the thickness is about 10
An anodic oxide film having a thickness of 0 nm was formed. FIG. 6 (g) shows that the anodic oxide film has been removed. At this time, the thickness is about 5
The 0 nm silicon substrate receded.

【0034】本発明の第3の実施の形態によると、透過
型電子顕微鏡の試料を作製する際に、試料をイオンミリ
ングを用いて薄くした後、陽極酸化膜の形成と除去によ
って試料表面のダメージ層を削りとることは、透過型電
子顕微鏡による像観察時、より良質の像観察を可能とす
るものである。即ち、最隣接原子間隔(d=2.35
Å)の格子像の観察が可能となった。
According to the third embodiment of the present invention, when preparing a sample for a transmission electron microscope, the sample is thinned by ion milling, and then the surface of the sample is damaged by forming and removing an anodic oxide film. The removal of the layer enables higher quality image observation when observing an image with a transmission electron microscope. That is, the nearest atomic spacing (d = 2.35)
Observation of the lattice image of Å) became possible.

【0035】なお、本発明の実施の形態では水溶液中で
の陽極酸化膜の形成と除去としたが真空中で行うプラズ
マ陽極酸化を用いてもほぼ同様の結果を得ることができ
る。
Although the anodic oxide film is formed and removed in an aqueous solution in the embodiment of the present invention, almost the same results can be obtained by using plasma anodic oxidation performed in a vacuum.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明によれば、FIBやイオンミリン
グ法を用いて透過型電子顕微鏡試料を作製した場合の電
子顕微鏡像質を向上させることができる。また、イオン
注入量分布測定の空間分解能を向上させ、イオン注入量
二次元分布測定が可能となり、本発明の産業上での効果
は大きい。
According to the present invention, it is possible to improve the image quality of an electron microscope when a transmission electron microscope sample is manufactured by using FIB or ion milling. Further, the spatial resolution of the ion implantation dose distribution measurement is improved, and the two-dimensional distribution of the ion implantation dose can be measured, and the industrial effect of the present invention is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態で用いた透過型電子
顕微鏡の試料作製工程図
FIG. 1 is a diagram showing a sample preparation process of a transmission electron microscope used in a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態で用いた陽極酸化セ
ルの構造概略図
FIG. 2 is a schematic structural diagram of an anodic oxidation cell used in the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施の形態で用いた透過型電子
顕微鏡の試料作製工程図
FIG. 3 is a view showing a sample preparation process of a transmission electron microscope used in a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施の形態中での半導体装置断
面での陽極酸化を説明する図
FIG. 4 is a diagram illustrating anodic oxidation in a cross section of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

【図5】本発明の第2の実施の形態によって得られたイ
オン注入量二次元分布測定結果例を示す図
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a measurement result of a two-dimensional distribution of an ion implantation amount obtained according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施の形態で用いた透過型電子
顕微鏡の試料作製工程図
FIG. 6 is a view showing a sample preparation process of a transmission electron microscope used in a third embodiment of the present invention.

【図7】従来の透過型電子顕微鏡の試料作製工程図FIG. 7 is a diagram showing a sample preparation process of a conventional transmission electron microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 セル(容器) 21 電解液 22 試料保持金具 23 陽極(試料) 24 陰極(白金) 25 電流計 26 電圧計 27 定電圧定電流源 40、61 ゲート電極部 41 ドレイン部またはソース部 42 陽極酸化膜 43 陽極酸化膜の膜厚変化 60 保護膜 62 拡散層 Reference Signs List 20 cell (container) 21 electrolytic solution 22 sample holding fixture 23 anode (sample) 24 cathode (platinum) 25 ammeter 26 voltmeter 27 constant voltage constant current source 40, 61 gate electrode part 41 drain part or source part 42 anodic oxide film 43 Thickness change of anodized film 60 Protective film 62 Diffusion layer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料上に陽極酸化膜を形成する工程と、
前記陽極酸化膜を除去する工程とを有することを特徴と
する透過型電子顕微鏡の試料作製方法。
A step of forming an anodic oxide film on a sample;
Removing the anodic oxide film.
【請求項2】 試料上に陽極酸化膜を形成することを特
徴とする透過型電子顕微鏡の試料作製方法。
2. A method for preparing a sample for a transmission electron microscope, comprising forming an anodic oxide film on a sample.
【請求項3】 集束イオンビーム加工を伴う請求項1に
記載の透過型電子顕微鏡の試料作製方法。
3. The method for preparing a sample for a transmission electron microscope according to claim 1, further comprising focused ion beam processing.
【請求項4】 イオンミリング加工を伴う請求項1に記
載の透過型電子顕微鏡の試料作製方法。
4. The method for preparing a sample for a transmission electron microscope according to claim 1, further comprising an ion milling process.
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