[發明專利]TEM樣品的制備方法和失效分析方法

有效

• 申請號: 201410143080.6
• 申請日: 2014-04-10
• 公開（公告）號: CN103913358B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 郭偉;仝金雨;李劍;李桂花
• 申請（專利權）人: 武漢新芯集成電路制造有限公司
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N23/04
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙)31237
• 代理人: 屈蘅,李時云

技術領域

本發明涉及半導體領域，尤其涉及一種TEM樣品的制備方法和失效分析方法。

背景技術

在半導體生產工藝中，難免會出現部分半導體器件在襯底上形成的過程中出現問題的情況，比如在淀積過程中薄膜淀積厚度不均勻。因此有必要在生產過程中對半導體器件的內部結構進行實時檢驗，以去除有問題的器件或器件的一部分，并找到出問題的原因，以利于后續的生產。

目前常用的方法是，從襯底中提取出可供透射電鏡（TEM）觀測的樣品，并通過TEM觀測TEM樣品的橫截面尋找失效點的位置，以及失效位置產生的現象，并進行失效原因的分析。TEM樣品的制備方法有很多，較為有效的是采用FIB（聚焦離子束，Focused Ion beam)制備TEM樣品。

FIB是將液態金屬離子源產生的離子束經過離子槍加速，聚焦后照射于樣品表面產生二次電子信號取得電子像。通過FIB制備TEM樣品是指用FIB在襯底特定位置作截面斷層，其特點是從納米或微米尺度的試樣中直接切取可供透射電鏡研究的薄膜。該技術可以制備研究界面結構的TEM試樣，其重要特點是對原始組織損傷很小。

在半導體器件內部檢驗前，首先會在襯底表面進行失效位置的粗略定位并進行一定范圍的標注，然后在標注的范圍內一邊切割樣品形成薄片，一邊通過FIB的機臺觀察薄片的截面結構與材質，當發現薄片上存在異常區域時，將所述薄片提取并作為TEM樣品進行TEM觀測，查找失效點的具體位置，以及失效位置產生的現象，并進行失效原因的分析。

然而，由于FIB機臺分辨率的限制，當半導體器件中特定層如超薄的柵極氧化層的厚度過小時（比如小于3nm），就無法被FIB機臺觀測到，自然也無法發現特定層上存在的異常區域。如此一來，在粗略定位的失效位置中提取出包含異常區域且可供TEM機臺觀測分析的TEM樣品的目的就無法實現。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種TEM樣品的制備方法和失效分析方法，當所述半導體器件內部特定層的厚度很小時，也能對存在于該層中的失效點進行精確定位以供TEM觀測。

本發明提供一種TEM樣品的制備方法，包括以下步驟：

S1：在一襯底上進行粗略定位，找到失效區并在所述襯底上標注所述失效區的范圍；

S2：切割所述襯底形成初始樣品，使所述初始樣品包含所述失效區；

S3：垂直于所述初始樣品的一截面觀測所述初始樣品以找到具體失效點，測量具體失效點的尺寸，并標注其在所述初始樣品中的具體位置；

S4：切割所述初始樣品制成最終樣品，使所述最終樣品包含所述失效點。

進一步的，步驟S2和步驟S4中的切割方向互相垂直，且觀測所述初始樣品時的方向與觀測所述最終樣品的方向相互垂直。

進一步的，步驟S2和步驟S4中的切割均采用FIB方式。

進一步的，步驟S3中采用TEM觀測所述初始樣品。

進一步的，所述初始樣品為方形薄片，所述方形薄片的厚度滿足TEM觀測的要求。

進一步的，所述最終樣品能夠供TEM電子穿過。

進一步的，步驟S1中標注的方法是在所述失效區上沉積金屬。

進一步的，步驟S3中標注的方法是測量所述失效點的尺寸及其到所述初始樣品兩側的距離以確定所述失效點的位置，然后于FIB機臺中在所述失效點上沉積金屬。

進一步的，所述粗略定位的方法為熱點定位或者是VC定位的方式。

本發明還提供一種失效分析方法，包括以下步驟：

采用所述TEM樣品的制備方法制備最終樣品；以及觀測所述最終樣品并分析所述失效點。

進一步的，上述失效分析方法采用TEM觀測所述最終樣品。

與現有技術相比，本發明的TEM樣品的制備方法和失效分析方法并非如傳統方法一樣直接在襯底上制備出TEM樣品，而是在襯底上進行失效區的粗略定 位后切割出包含失效區的初始樣品，再用TEM對初始樣品中的具體失效點進行精準定位并減薄所述初始樣品形成最終樣品，即可供TEM電子穿透的TEM樣品。如此一來解決了傳統技術中FIB機臺分辨率不足，無法對半導體內部厚度足夠小的特定層的失效點精準定位并制造出TEM樣品的技術問題。

附圖說明

圖1為本發明一實施例所述失效分析方法的流程圖。

圖2～圖4為本發明一實施例所述失效分析方法的各個步驟的示意圖。

具體實施方式