[發(fā)明專利]TEM樣品的制備方法

有效

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• 申請日: 2013-08-05
• 公開（公告）號: CN104344981B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊梅;李日鑫;高保林;趙利利;王倩
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N23/22
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，涉及一種觀測樣品的制造方法，特別涉及一種TEM樣品的制備方法。

背景技術(shù)

透射電鏡(transmission electron microscope，TEM)作為電子顯微學的重要工具，通常用以觀測材料的微觀結(jié)構(gòu)，包括晶體形貌、微孔尺寸、多相結(jié)晶和晶格缺陷等，其點分辨率可達到0.1nm。所述透射電鏡的工作原理如下：將需檢測的透射電鏡樣品(TEM樣品)放入TEM觀測室，以高壓加速的電子束照射所述TEM樣品，將TEM樣品的形貌放大投影到屏幕上，照相，然后進行分析。TEM樣品有塊狀樣品，用于普通微結(jié)構(gòu)研究；平面樣品，用于薄膜和表面附件微結(jié)構(gòu)研究；橫截面樣品，用于均勻薄膜和界面的微結(jié)構(gòu)研究；小塊物體樣品，用于粉末、纖維、納米量級的材料研究。在半導(dǎo)體工藝中，常常需要制取平面TEM樣品，以觀測在晶圓上所制造的芯片的某一層結(jié)構(gòu)。

隨著先進制程的飛速發(fā)展，器件的尺寸也變的的越來越小，這對TEM樣品的制備也提出了新的挑戰(zhàn)。在目前先進制程65nm以下產(chǎn)品中，有一種情況是接觸金屬栓之間的間距也變得很小，在一定高度，金屬栓間距可能約只有60nm甚至更小。而常規(guī)定點切割的TEM樣品的厚度通常大于80nm，如果想用TEM二維的觀察缺陷形貌(從X方向或Y方向)，以現(xiàn)有機臺FIB定點切割的能力，制備出合適的TEM樣品變的非常困難。這樣大大影響了生產(chǎn)線上查找缺陷源頭的進度。對于金屬栓間距小于80nm的情況，以現(xiàn)有機臺FIB(Focus Ion Beam，聚焦離子束)定點切割，缺陷前或后將被金屬栓擋住。由于TEM電子束在金屬中的穿透能力很弱，從而觀察不到微小缺陷和緊鄰結(jié)構(gòu)的形貌，無法提供更多的信息來判斷缺陷產(chǎn)生的原因。

為了澄清是因為多晶硅關(guān)鍵尺寸或柵極側(cè)墻缺陷造成的的層間介質(zhì)層間隙填充不好，還是層間介質(zhì)層沉積過程中造成的缺陷問題，通常會采取做俯視SEM或者俯視TEM的方法去澄清。但是俯視SEM相對來說解析度不夠，多晶硅或者側(cè)墻幾納米的差異很難觀察到。而俯視TEM制備樣品步驟復(fù)雜，耗時長，一方面由于厚度問題，側(cè)墻會有很多疊加的信息在里面，觀察缺陷不直觀，另一方面由于缺陷離有源區(qū)表面也一定的高度，很難保留有源區(qū)，此外，TEM觀察時沒有Si晶格做參照來調(diào)節(jié)樣品的平整度，也無法做關(guān)鍵尺寸精確的比較。

由于現(xiàn)有FIB定點切割TEM樣品厚度小于80nm時，離子束對樣品的損傷很嚴重，在TEM里觀察不到器件的真實形貌。所以利用現(xiàn)有的機臺，對于先進制程金屬間的微小缺陷，還沒有合適的方法可以直觀又準確的反映缺陷特定方向上的形貌和尺寸。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種TEM樣品的制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中利用現(xiàn)有的機臺無法制備合適的TEM樣品以對先進制程金屬間的微小缺陷進行檢測的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種所述TEM樣品的制備方法，至少包括以下步驟：

S1：提供一包含缺陷的檢測樣片，所述檢測樣片包括層間介質(zhì)層及形成于所述層間介質(zhì)層中設(shè)有間距的若干金屬栓；所述缺陷位于相鄰兩個金屬栓之間的層間介質(zhì)層中；該相鄰兩個金屬栓的間距為d₁，其中，d₁>0；

S2：將所述缺陷一側(cè)的金屬栓切割掉，形成第一切割面；

S3：在所述檢測樣片的所述第一切割面上形成一二氧化硅層；所述二氧化硅層的厚度為d₂，其中，d₁+d₂≧80nm；

S4：將所述缺陷另一側(cè)的金屬栓切割掉，形成第二切割面，所述第二切割面平行于所述第一切割面。

可選地，于所述步驟S3中，在形成所述二氧化硅層之前還包括將所述檢測樣片旋轉(zhuǎn)180°的步驟。

可選地，將所述檢測樣片旋轉(zhuǎn)180°之后再將所述檢測樣片傾斜預(yù)設(shè)角度，形成所述二氧化硅層之后再將所述檢測樣片傾斜回原角度。

可選地，所述二氧化硅層的厚度范圍是20～50nm。

可選地，d₁<80nm。

可選地，所述步驟S2及步驟S4中采用聚焦離子束法進行切割。

可選地，所述金屬栓的材料為Cu或W。

可選地，所述層間介質(zhì)層的材料為二氧化硅或低k介質(zhì)，所述低k介質(zhì)滿足k<3或k<2.5。