[發(fā)明專利]TEM樣品的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210375596.4
• 申請(qǐng)日: 2012-09-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103698170A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 齊瑞娟;趙燕麗;段淑卿;陳柳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號(hào): G01N1/28
• 分類號(hào): G01N1/28
• 代理公司: 北京德琦知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種TEM（Transmission?Electron?Microscope，透射電子顯微鏡）樣品的制備方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體制造業(yè)中，有各種各樣的檢測(cè)設(shè)備，其中電子顯微鏡是用于檢測(cè)組成期間的薄膜的形貌、尺寸及特征的一個(gè)重要工具。常用的電子顯微鏡包括TEM（Transmission?Electron?Microscope，透射電子顯微鏡）和SEM（Scanning?Electron?Microscope，掃描電子顯微鏡）。TEM的工作原理是將需檢測(cè)的樣品放入TEM觀測(cè)室，以高壓加速的電子束照射樣片，將樣品形貌放大、投影到屏幕上，照相，然后進(jìn)行分析，TEM的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是具有較高的分辨率，可觀測(cè)極薄薄膜的形貌及尺寸。

樣品制備是TEM分析技術(shù)中非常重要的一環(huán)，現(xiàn)有技術(shù)通常通過(guò)兩種方法進(jìn)行樣品制備，其中一種方法通過(guò)切割將初級(jí)樣品從晶圓中截取出來(lái)，然后初級(jí)樣品經(jīng)機(jī)械研磨（polishing）之后放入PIPS機(jī)臺(tái)（Precision?ion?polishing?system），對(duì)初級(jí)樣品進(jìn)行離子減薄（ion?milling）形成TEM樣品，由該方法制備的TEM樣品較薄，TEM樣品的前后兩個(gè)成像端面非晶態(tài)很少，不會(huì)影響成像質(zhì)量，具有較高的分辨率，但是該方法所需時(shí)間比較長(zhǎng)，并且不適用定點(diǎn)位置的樣品制備；還有一種方法利用聚焦離子束（Focused?Ion?Beam，F(xiàn)IB）機(jī)臺(tái)進(jìn)行切割得到樣品，可以在整片晶圓的局部區(qū)域完成TEM樣品的制備，其過(guò)程是使用經(jīng)高壓加速的離子束聚焦在晶圓的局部區(qū)域，從而直接對(duì)晶圓進(jìn)行切割而得到TEM樣品，圖1a和圖1b展示了使用聚焦離子束制備形成有高介電層晶體管的晶圓TEM樣品的掃描圖，如圖1a所示，晶圓1上形成有多個(gè)高介電層晶體管2，高介電層晶體管2之間形成有STI（淺溝槽隔離）區(qū)域3，利用聚焦離子束對(duì)目標(biāo)區(qū)域A進(jìn)行切割，以得到如圖1b所示的樣品成像端面。

由于使用高壓加速的離子束進(jìn)行轟擊，所以對(duì)TEM樣品容易造成損傷，使得TEM樣品在厚度方向上的前后兩個(gè)成像端面由晶態(tài)變成非晶態(tài)，影響成像質(zhì)量；并且，由于技術(shù)的限制，使用聚焦離子束制備樣品時(shí)，目標(biāo)區(qū)域A的厚度范圍一般為80-100nm，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件的特征尺寸已經(jīng)縮小至45nm甚至更小，因此，使用聚焦離子束切割得到的TEM樣品厚度大于器件的特征尺寸，而較厚的TEM樣品在成像時(shí)容易導(dǎo)致重影（overlap）現(xiàn)象，如圖1c所示，仍以高介電晶體管為例，當(dāng)TEM樣品厚度大于器件的特征尺寸時(shí)，如圖1a所示的目標(biāo)區(qū)域A內(nèi)就會(huì)有一部分不被期望的STI區(qū)域3的形貌保留在TEM樣品中，當(dāng)該不被期望的STI區(qū)域3存在的過(guò)多時(shí)，且由于STI區(qū)域3上的高介電層要高于晶體管2有源區(qū)內(nèi)高介電層5的厚度，在成像時(shí)即形成了重影6，進(jìn)而使得高介電層晶體管2的柵極4高度和高介電層5的高度無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種TEM樣品的制備方法，以實(shí)現(xiàn)快速的定點(diǎn)樣品制備的同時(shí)，避免切割時(shí)非晶態(tài)端面以及重影對(duì)成像的影響。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種TEM樣品的制備方法，包括：

通過(guò)切割從晶圓中截取初級(jí)樣品；

對(duì)截取的所述初級(jí)樣品進(jìn)行激光標(biāo)記以指定目標(biāo)區(qū)域；

將初級(jí)樣品放入聚焦等離子機(jī)臺(tái)對(duì)指定的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行聚焦離子束切割，以得到在厚度方向上具有前后兩個(gè)成像端面的樣品；

對(duì)聚焦離子束切割后的樣品進(jìn)行離子減薄。

進(jìn)一步，對(duì)聚焦離子束切割后的樣品進(jìn)行離子減薄的步驟包括：

將聚焦離子束切割后的樣品黏附于支架，其中所述聚焦離子束切割后的樣品的一個(gè)成像端面的局部與支架通過(guò)鍍鎢或鍍鉑黏附于所述支架；

將黏附有聚焦離子束切割后的樣品的支架放置于PIPS機(jī)臺(tái)；

對(duì)所述聚焦離子束切割后的樣品的兩個(gè)成像端面進(jìn)行離子減薄。

進(jìn)一步，所述對(duì)聚焦離子束切割后的樣品的兩個(gè)成像端面進(jìn)行離子減薄包括：

使用氬離子源，以與所述聚焦離子束切割后的樣品的兩個(gè)成像端面成大于0°小于等于6°的夾角，進(jìn)行10至20秒的離子減薄。