[發(fā)明專利]一種精確定位鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的原子探針針尖樣品制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010061077.5
• 申請(qǐng)日: 2020-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN111220820B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃亞敏;董業(yè)民;陳曉杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01Q30/20
• 分類號(hào): G01Q30/20
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

本發(fā)明公開了一種精確定位鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的原子探針針尖樣品制備方法，本發(fā)明通過對(duì)小尺寸鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)預(yù)處理后兩個(gè)相鄰切割面的表面電路布局圖得到的第一沉積保護(hù)層和兩個(gè)相鄰切割面上Fin溝道位置和與其對(duì)應(yīng)的柵極位置，對(duì)其位置進(jìn)行定位標(biāo)記，對(duì)第一截面的表面進(jìn)行保護(hù)層沉積，并根據(jù)未被覆蓋的第一定位標(biāo)記位置找到原被覆蓋的第一定位標(biāo)記的位置得到第二定位標(biāo)記，并根據(jù)此第二定位標(biāo)記進(jìn)行切割處理，從而形成含有鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管針尖樣品。本發(fā)明提出的制備方法能對(duì)所需分析結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)了兩種截面方向精準(zhǔn)定位制樣，分別為沿著穿過Fin的方向制樣或沿著穿過Gate的方向制樣，制樣時(shí)間縮短且制備流程高效可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種精確定位鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的原子探針針尖樣品制備方法。

背景技術(shù)

隨著集成電路尖端技術(shù)(22nm技術(shù)及以下)的不斷發(fā)展，主流晶體管FinFET的工藝和材料結(jié)構(gòu)都變得越來越復(fù)雜。如何制造性能更好更穩(wěn)定的FinFET器件，需要掌握以下關(guān)鍵的工藝和材料技術(shù)；1)為滿足FinFET器件Fin溝道載流子高遷移率，以及對(duì)短溝道效應(yīng)的控制和集成度等要求，需要實(shí)現(xiàn)Fin邊緣光滑、Fin尺寸又細(xì)又精準(zhǔn)的工藝；2)FinFET的硅襯底采用的是非常低濃度的摻雜或未摻雜，需要有效選擇摻雜元素(Ge,B,P等)并控制摻雜成分分布及其均勻性，這對(duì)器件性能尤為重要；3)FinFET器件閾值電壓調(diào)節(jié)通過在柵極采用不同功函數(shù)的金屬材料(Al，Ti，Ta，Hf等)來實(shí)現(xiàn)，這要求更精準(zhǔn)的選擇刻蝕工藝和更嚴(yán)格的金屬純度控制過程，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功函數(shù)金屬薄膜工藝。因此，對(duì)于小尺寸FinFET器件的研究，需要高精度的表征技術(shù)對(duì)其進(jìn)行三維的結(jié)構(gòu)-成分分析、微量摻雜元素在特征結(jié)構(gòu)中的分布分析、多層金屬表面及界面分析、以及工藝過程中引起的材料結(jié)構(gòu)缺陷分析等。三維原子探針技術(shù)(APT)被認(rèn)為是FinFET器件研究和分析的最有力手段。

三維原子探針技術(shù)(APT)主要原理是將所分析的器件結(jié)構(gòu)制備成針尖形狀樣品，使得在電場(chǎng)蒸發(fā)條件下，從針尖頂端進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)的逐層剝離(單個(gè)原子或原子團(tuán)簇)，再通過所激發(fā)原子信息(原子種類，原子濃度，原子在物理結(jié)構(gòu)的幾何位置等)重構(gòu)出器件結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)原子級(jí)分辨率的結(jié)構(gòu)-成分分析。因此，APT表征分析的首要因素是制備合適的針尖樣品,APT樣品的制備狀態(tài)是直接導(dǎo)致APT表征結(jié)果能否成功的關(guān)鍵因素和難點(diǎn)之一。然而，由于FinFET結(jié)構(gòu)特征尺寸非常小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料界面多，使得針尖制樣難度大、制樣過程繁瑣。尤其是針對(duì)有缺陷的FinFET結(jié)構(gòu)，需要精準(zhǔn)定位失效的晶體管并進(jìn)行制樣，其關(guān)鍵分析結(jié)構(gòu)區(qū)域如Fin溝道寬度、Fin溝道與柵極底部的界面、以及摻雜區(qū)域到柵極之間的過渡區(qū)域等都只有幾個(gè)nm寬度。因此，如何精準(zhǔn)定位在失效晶體管上進(jìn)行針尖制樣，并將所分析結(jié)構(gòu)區(qū)域包含在最終制得的針尖體積內(nèi)(針尖端高度150nm，直徑100nm)，需要開發(fā)一套有效的制樣方法。目前文獻(xiàn)報(bào)道多是對(duì)大尺寸(22nm)FinFET結(jié)構(gòu)的隨機(jī)制樣，沒有針對(duì)芯片產(chǎn)品且小尺寸(22nm)FinFET器件的真實(shí)失效結(jié)構(gòu)進(jìn)行制樣。

有鑒于此，有必要提供一種精確定位鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的原子探針針尖樣品制備方法，以解決上述技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種精確定位鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的原子探針針尖樣品制備方法，用以克服上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種精確定位鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的原子探針針尖樣品制備方法，包括以下步驟：

提供一待檢測(cè)的小尺寸鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管芯片；

對(duì)所述小尺寸鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管芯片進(jìn)行預(yù)處理，得到頂部具有第一沉積保護(hù)層和側(cè)邊具有至少兩個(gè)切割面的粗切割樣品，所述至少兩個(gè)切割面中相鄰兩個(gè)切割面為第一截面和第二截面；

根據(jù)所述頂部具有第一沉積保護(hù)層和側(cè)邊具有至少兩個(gè)切割面的粗切割樣品，得到所述第一截面上需觀測(cè)Fin溝道位置和所述第二截面上與所述需觀測(cè)Fin溝道位置相對(duì)應(yīng)的柵極位置；