制備透射電子顯微鏡樣品的方法技術

本發明專利技術提供了一種制備透射電子顯微鏡樣品的方法，包括：第一步驟：針對樣品上的需要分析的特定目標形成用于標定特定目標的標記；第二步驟：向芯片樣品射入聚焦離子束，根據標記找到特定目標所處的區域，使用與樣品垂直的離子束將芯片樣品切割至靠近特定目標預定距離的位置；第三步驟：傾斜樣品，利用預定傾角的離子束在目標結構上切割，同時利用電子束觀測目標處圖形進行判斷，將該特定目標上方切割至剩余預定厚度的位置；第四步驟：將樣品平面傾斜至與離子束垂直，在目標結構上方沉積金屬保護層；第五步驟：利用金屬保護層完成透射電子顯微鏡制樣以形成透射電子顯微鏡樣品。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及集成電路分析領域，更具體地說，本專利技術涉及一種制備透射電子顯微鏡樣品的方法。
技術介紹
透射電子顯微鏡在包括集成電路分析在內的各個領域都有著極為廣泛且越來越重要的應用，而雙束聚焦離子束(FIB)制樣則是半導體領域最為主要的透射電子顯微鏡樣品制備手段。由于透射電子顯微鏡樣品的尺寸很小，只有微米級別，為了更好地控制透射電子顯微鏡樣品厚度，一般要求在聚焦離子束制樣開始前，芯片樣品的表面距離其下的分析結構約0.1～0.5微米。但是，很多芯片樣品由于工藝步驟的不同，目標上方經常已經有很厚的多層材質，而造成表面距離目標結構較遠，例如分析特定位置的多晶硅目標200，但是工藝步驟已做完了全部的工藝步驟，且表面很不平整，如圖1所示，硅襯底200上布置有特定目標200(例如多晶硅目標)，特定目標200上面的第一金屬層M1通過接觸孔200連接至硅襯底100，第一金屬層M1上依次布置有例如第二金屬層M2、第三金屬層M3和第四金屬層M4，在第四金屬層M4的一部分上存在鋁層10。直接使用聚焦離子束進行透射電子顯微鏡制樣很容易失敗。對于這些樣品，常規的方法是用研磨、化學溶液處理或反應離子刻蝕的方式將芯片樣品去層次至距目標剩余約0.1～0.5微米左右，并且要保證表面比較平坦(如圖2所示)，再用聚焦離子束按照常規透射電子顯微鏡制樣的流程，沉積金屬保護層30(如圖3所示)，離子束切割減薄完成最終制樣(如圖4所示)。對于這些具有特定目標的芯片樣品的透射電子顯微鏡樣品制備，額外的去層次步驟(研磨、化學溶液處理或反應離子刻蝕)雖然能夠達到目的，為后續的聚焦離子束制樣做好準備，但是也帶來以下幾個問題：1.整個透射電子顯微鏡制樣所需的時間由于額外的研磨、化學溶液處理或反應離子刻蝕步驟將增加約0.5～2小時(約增加50％～200％)；2.研磨和化學處理比較難以精確控制，有時會造成樣品損傷，比如過研磨、劃痕、裂片、表面粗糙等；3.對于不能去層次后再使用聚焦離子束制樣的芯片樣品，例如做反向工程或結構分析的芯片，會造成制樣成功率和質量下降。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供一種能夠提高制樣的成功率和質量并且不會傷害整個芯片樣品的制備透射電子顯微鏡樣品的方法。為了實現上述技術目的，根據本專利技術，提供了一種制備透射電子顯微鏡樣品的方法，包括：第一步驟：針對樣品上的需要分析的特定目標形成用于標定特定目標的標記；第二步驟：向芯片樣品射入聚焦離子束，根據標記找到特定目標所處的區域，使用與樣品垂直的離子束將芯片樣品切割至靠近特定目標預定距離的位置；第三步驟：傾斜樣品，利用預定傾角的離子束在目標結構上切割，同時利用電子束觀測目標處圖形進行判斷，將該特定目標上方切割至剩余預定厚度的位置；第四步驟：將樣品平面傾斜至與離子束垂直，在目標結構上方沉積金屬保護層；第五步驟：利用金屬保護層完成透射電子顯微鏡制樣以形成透射電子顯微鏡樣品。優選地，在第一步驟用激光或離子束對樣品上的需要分析的特定目標進行標記。優選地，特定目標是多晶硅目標。優選地，在第二步驟根據電子束影像中特定的結構來判斷位置。優選地，所述預定距離為0.5～2微米。優選地，所述預定厚度為0.1～0.5微米。優選地，第三步驟將該特定目標上方切割至第一金屬層的位置。優選地，預定傾角為30～60度。根據本專利技術的制備透射電子顯微鏡樣品的方法直接將初始的芯片樣品利用聚焦離子束在芯片樣品上所要分析的特定的目標位置進行切割、去層次和透射電子顯微鏡制樣，大大縮短了整個透射電子顯微鏡制樣所需的時間，通過對離子束的設定可以精確控制切割和去層次的位置和深度，提高了制樣的成功率和質量，并且不會傷害整個芯片樣品。附圖說明結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本專利技術有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優點和特征，其中：圖1示意性地示出了樣品截面示意圖。圖2示意性地示出了樣品去層次示意圖。圖3示意性地示出了現有技術的方法中沉積金屬保護層之后的示意圖。圖4示意性地示出了現有技術的方法中離子束切割減薄完成最終制樣之后的示意圖。圖5、圖6、圖7、圖8、圖9和圖10示意性地示出了根據本專利技術優選實施例的制備透射電子顯微鏡樣品的方法的各個步驟。圖11是待分析樣品的俯視顯微照片。圖12是切割截面至靠近目標的顯微照片。圖13是目標結構上方減薄的顯微照片。圖14是沉積保護層的顯微照片。圖15是透射電子顯微鏡樣品減薄的顯微照片。圖16是透射電子顯微鏡制樣完成的顯微照片。圖17是小倍率透射電子顯微鏡照片。圖18是大倍率透射電子顯微鏡照片。需要說明的是，附圖用于說明本專利技術，而非限制本專利技術。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。具體實施方式為了使本專利技術的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本專利技術的內容進行詳細描述。圖5、圖6、圖7、圖8、圖9和圖10示意性地示出了根據本專利技術優選實施例的制備透射電子顯微鏡樣品的方法的各個步驟。如圖5、圖6、圖7、圖8、圖9和圖10所示，根據本專利技術優選實施例的制備透射電子顯微鏡樣品的方法包括：第一步驟：針對樣品上的需要分析的特定目標200形成用于標定特定目標200的標記300，如圖5的俯視圖所示；其中，在第一步驟S1可用激光或離子束對樣品上的需要分析的特定目標進行標記。例如，特定目標200是多晶硅目標。第二步驟：向芯片樣品射入聚焦離子束，根據標記300找到特定目標200所處的區域，使用與樣品垂直的離子束將芯片樣品切割至靠近特定目標200預定距離的位置，如圖6的俯視圖和圖7的截面圖所示；在第二步驟可根據電子束影像中特定的結構(比如接觸孔20或有源區101等)來判斷位置例如，所述預定距離為0.5～2微米。第三步驟：傾斜樣品，利用預定傾角的離子束在目標結構上切割，同時利用電子束觀測目標處圖形進行判斷，將該特定目標200上方切割至剩余預定厚度的位置，如圖8所示；所述預定厚度為0.1～0.5微米。例如，可以將該特定目標200上方切割至第一金屬層M1的位置。優選地，預定傾角為30～60度。第四步驟：將樣品平面傾斜至與離子束垂直，在目標結構上方沉積金屬保護層30(如圖9所示)；第五步驟：利用金屬保護層30完成透射電子顯微鏡制樣以形成透射電子顯微鏡樣品300(如圖10所示)。根據本專利技術優選實施例的制備透射電子顯微鏡樣品的方法直接將初始的芯片樣品利用聚焦離子束在芯片樣品上所要分析的特定的目標位置進行切割、去層次和透射電子顯微鏡制樣，大大縮短了整個透射電子顯微鏡制樣所需的時間，通過對離子束的設定可以精確控制切割和去層次的位置和深度，提高了制樣的成功率和質量，并且不會傷害整個芯片樣品。例如某一全制程芯片樣品(如圖11)，需要在某特定的測試結構區域做一個透射電子顯微鏡樣品來觀測硅化物形貌，從而分析該測試結構阻值異常的原因。將芯片樣品放入聚焦離子束，此時離子束與芯片樣品垂直。通過旁邊的Pad判斷目標結構大致的位置(也可在放入聚焦離子束前使用激光標記)，使用離子束切割樣品至靠近目標結構(圖12)。然后將樣品傾斜至與離子束呈30～60度夾角，根據剛才截面的位置可知目標結構的準確位置，使用離子束切割目標上表面，同時利用電子束觀測，直至目標本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制備透射電子顯微鏡樣品的方法，其特征在于包括：第一步驟：針對樣品上的需要分析的特定目標形成用于標定特定目標的標記；第二步驟：向芯片樣品射入聚焦離子束，根據標記找到特定目標所處的區域，使用與樣品垂直的離子束將芯片樣品切割至靠近特定目標預定距離的位置；第三步驟：傾斜樣品，利用預定傾角的離子束在目標結構上切割，同時利用電子束觀測目標處圖形進行判斷，將該特定目標上方切割至剩余預定厚度的位置；第四步驟：將樣品平面傾斜至與離子束垂直，在目標結構上方沉積金屬保護層；第五步驟：利用金屬保護層完成透射電子顯微鏡制樣以形成透射電子顯微鏡樣品。

【技術特征摘要】
1.一種制備透射電子顯微鏡樣品的方法，其特征在于包括：第一步驟：針對樣品上的需要分析的特定目標形成用于標定特定目標的標記；第二步驟：向芯片樣品射入聚焦離子束，根據標記找到特定目標所處的區域，使用與樣品垂直的離子束將芯片樣品切割至靠近特定目標預定距離的位置；第三步驟：傾斜樣品，利用預定傾角的離子束在目標結構上切割，同時利用電子束觀測目標處圖形進行判斷，將該特定目標上方切割至剩余預定厚度的位置；第四步驟：將樣品平面傾斜至與離子束垂直，在目標結構上方沉積金屬保護層；第五步驟：利用金屬保護層完成透射電子顯微鏡制樣以形成透射電子顯微鏡樣品。2.根據權利要求1所述的制備透射電子顯微鏡樣品的方法，其特征在于，在第一步驟用激光或離子束對樣品上的需要分析...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳強，孫蓓瑤，
申請(專利權)人：上海華力微電子有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31