TEM样品的制备方法技术

本发明专利技术提供一种TEM样品的制备方法，包括：提供包括待测的目标区域的半导体衬底；沉积覆盖目标区域的保护层；在保护层相对两侧的半导体衬底中分别形成沟槽，并将目标区域下方的半导体衬底切割开，使得两个沟槽连通，形成预处理样品；在预处理样品中形成N个凹槽，并依次将预处理样品分成N+1个区域；将预处理样品与半导体衬底切割分离，将成凹型放置于TEM承载片上，采用低能离子束对预处理样品由中心区域依次向边缘区域进行轰击，形成TEM样品。本发明专利技术中，形成的TEM样品与TEM承载片之间完全贴合，可以使得电子束垂直入射到TEM样品中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及表面探测与分析
，尤其涉及一种TEM样品的制备方法。
技术介绍
随着半导体工艺的发展，半导体器件的尺寸正在逐步成比例缩小，其关键尺寸变得越来越小，逐渐从90nm到45nm再到28nm。对于关键尺寸越来越小的半导体器件而言，通常采用聚焦等离子束(FIB)和纳米操作器(Omniprobe)来制备透射电镜(TEM)样品，这是因为采用Omniprobe配合FIB来进行制样，样品可以被制得很薄，使得电子束可以透过样品，达到TEM观测关键尺寸的形貌分析要求。FIB制样过程包括一系列FIB研磨和样品移动步骤，具体的说，首先通过FIB中的离子束研磨过程将TEM样品从块样品如半导体晶片或模具中分离出来，然后采用FIB内部的纳米操作器与离子束结合进行TEM样品与块样品的分离。接着将TEM承载片定位在FIB的视场中，且采用纳米操作器使TEM样品降到TEM承载片的边缘。然后采用FIB真空室内的探针将样品固定到TEM承载片上。一旦样品连接到该TEM承载片上，探针针尖就通过离子研磨与样品分离。然后可以通过FIB离子束研磨步骤对TEM样品进行进一步的研磨，以准备出一个薄的区域，用于进行TEM检验或其他分析。然而，在现有技术中，通过FIB制备的TEM样品，由于样品很薄(厚度通常小于100nm)使得样品容易产生弯曲，在TEM测试的过程中，电子束难以垂直打击在样品上，从而使得测试的图像模糊不清，更难以得到清晰的高分辨的TEM图像。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种TEM样品的制备方法，使得待测的样品可以平坦的贴合在TEM承载片上，从而使样品与透射电子之间垂直，确保TEM图像清晰。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种TEM样品的制备方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底中包括待测的目标区域；在所述半导体衬底上沉积保护层，所述保护层覆盖所述目标区域以及所述目标区域周围的部分半导体衬底；采用离子束在所述保护层相对两侧的所述半导体衬底中形成两个沟槽，并将所述目标区域下方的所述半导体衬底切割开，使得两个所述沟槽连通，形成预定厚度的预处理样品；采用离子束在所述预处理样品的远离所述目标区域的一侧轴对称的形成N个凹槽，并依次将所述预处理样品分成N+1个区域；采用离子束将所述预处理样品与所述半导体衬底切割分离，将所述预处理样品放置于一TEM承载片上，并且，所述预处理样品在所述TEM承载片上呈凹型，采用离子束对所述预处理样品由中心区域依次向边缘区域进行轰击，形成TEM样品。可选的，所述凹槽的个数为3个、4个或5个。可选的，当N为偶数时，先对第(N+2)/2个区域进行轰击，之后依次对两边相邻的区域进行轰击；当N为奇数时，先对第(N+1)/2个区域和第(N+3)/2个区域进行轰击，之后依次对两边相邻的区域进行轰击可选的，所述凹槽的深度为30nm～40nm。可选的，所述凹槽的宽度为0.5μm～1μm。可选的，采用稼离子束对所述预处理样品进行轰击。可选的，离子束轰击过程中的加速电压为3kV～10kV，发射电流为5pA～20pA。可选的，离子束轰击过程中的加速电压为5kV，发射电流为8pA，轰击预处理样品的离子束的能量为4×10-8W。可选的，所述预处理样品的预定厚度为80nm～120nm。可选的，所述预处理样品的长度为10μm～20μm。可选的，所述保护层的材料为铂或者钨。可选的，所述目标区域的边缘与邻近的所述保护层的边缘之间距离为100nm～200nm。可选的，所述沟槽的深度为1μm～5μm。可选的，在将所述预处理样品与所述半导体分离之前还包括去除所述保护层。本专利技术提供的TEM样品的制备方法，在经过FIB切割减薄过的预处理样品中形成若干个凹槽，再采用低能离子束对预处理样品进行轰击，使得预处理样品逐步贴合在TEM承载片上，如此，形成的TEM样品与TEM承载片完全贴合，测试时透射的电子可以垂直打击到TEM样品上，保证测试的TEM图像清楚。附图说明图1为本专利技术TEM样品制备方法的流程图；图2为本专利技术一实施例中形成保护层的半导体结构剖面图；图3为本专利技术一实施例中形成预处理样品的半导体结构的俯视图；图4a为图3沿BB’方向的剖面图；图4b为图3沿AA’方向的剖面图；图5为本专利技术一实施例中低能离子束一次轰击预处理样品后的剖面结构图；图6为本专利技术一实施例中TEM样品贴合在TEM承载片上的剖面结构图；图7为本专利技术TEM样品的制备方法另一实施例中形成凹槽结构的剖面图。具体实施方式如
技术介绍
所述，经过FIB切割和减薄后的预处理样品，容易产生弯曲的现象，导致测试的图像模糊不清。为此，本专利技术提供一种TEM样品的制备方法，采用离子束在预处理样品中形成多个凹槽，凹槽将预处理样品的应力释放，之后，将预处理样品呈凹型放置于TEM承载片上，采用低能离子束由预处理样品的中心区域对称地依次向边缘区域进行轰击，由于离子束的冲量的作用，使得预处理样品依次贴合在TEM承载片上，并最终与TEM承载片完全贴合。如此，在通过TEM观测时，透射电子可以与TEM样品垂直，使得成像清晰，从而改善TEM成像质量。图1为本专利技术TEM样品制备方法的流程图，下文结合图1至图7对本专利技术的TEM样品的制备方法的各步骤进行具体说明。其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。首先，执行步骤S1，参考图2所示，提供半导体衬底10，所述半导体衬底10中包括待测的目标区域11。本文中所述目标区域11是指具有缺陷的区域，并且需要通过TEM才能观测到该缺陷，通常，目标区域11的的面积范围很小，在半导体衬底10表面的几十纳米范围内。接着，执行步骤S2，继续参考图2所示，在所述半导体衬底10上沉积保护层20，所述保护层20覆盖所述目标区域11，同时，所述保护层20还覆盖所述目标区域11周围的部分所述半导体衬底10，并且，所述保护层20的边缘与所述目标区域11的边缘之间间隔一预定宽度，所述预定宽度为100nm～200nm，使得在后续的切割过程中，目标区域周围不会被离子束损伤。在本实施例中，所述保护层20的材料为金属铂或者钨，保护层20可以保护目标区域11在进行后续的FIB切割或者减薄的过程受到离子束的损伤，并且，采用金属铂或者为钨材料制作的保护层20在后续TEM观测的过程中，有利于与半导体衬底10区分开来，不会对TEM的观测过程造成影响。接着，执行步骤S3，参考图3所示，采用聚焦离子束在所述保护层20相对两侧的所述半导体衬底10中分别形成两个沟槽12，并采用聚焦离子束分别沿保护层20两侧的沟槽12切割所述半导体衬底10，并将所述目标区域11下方的所述半导体衬底10切割开来，使得两个所述沟槽12可以连通，使得目标区域11两侧及底部形成“U”型的槽(即，两个沟槽12与目标区域11底部的去除的衬底部分形成U型的槽)，形成预处理样品10a，参考图4a和图4b所示，图4a和4b分别是图3沿BB’和AA’方向上的剖面图。此外，可以将与目标区域11底部与部分侧壁相连的半导体衬底去除，使得形成的预处理样品10a仅在靠近所述半导体衬底10的表面处与半导体衬底10相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TEM样品的制备方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底中包括待测的目标区域；在所述半导体衬底上沉积保护层，所述保护层覆盖所述目标区域以及所述目标区域周围的部分半导体衬底；采用离子束在所述保护层相对两侧的所述半导体衬底中形成两个沟槽，并将所述目标区域下方的所述半导体衬底切割开，使得两个所述沟槽连通，形成预定厚度的预处理样品；采用离子束在所述预处理样品的远离所述目标区域的一侧轴对称的形成N个凹槽，并依次将所述预处理样品分成N+1个区域；采用离子束将所述预处理样品与所述半导体衬底切割分离，将所述预处理样品放置于一TEM承载片上，并且，所述预处理样品在所述TEM承载片上呈凹型，采用离子束对所述预处理样品由中心区域依次向边缘区域进行轰击，形成TEM样品。

【技术特征摘要】
1.一种TEM样品的制备方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底中包括待测的目标区域；在所述半导体衬底上沉积保护层，所述保护层覆盖所述目标区域以及所述目标区域周围的部分半导体衬底；采用离子束在所述保护层相对两侧的所述半导体衬底中形成两个沟槽，并将所述目标区域下方的所述半导体衬底切割开，使得两个所述沟槽连通，形成预定厚度的预处理样品；采用离子束在所述预处理样品的远离所述目标区域的一侧轴对称的形成N个凹槽，并依次将所述预处理样品分成N+1个区域；采用离子束将所述预处理样品与所述半导体衬底切割分离，将所述预处理样品放置于一TEM承载片上，并且，所述预处理样品在所述TEM承载片上呈凹型，采用离子束对所述预处理样品由中心区域依次向边缘区域进行轰击，形成TEM样品。2.如权利要求1所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，所述凹槽的个数为3个、4个或5个。3.如权利要求2所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，当N为偶数时，先对第(N+2)/2个区域进行轰击，之后依次对两边相邻的区域进行轰击；当N为奇数时，先对第(N+1)/2个区域和第(N+3)/2个区域进行轰击，之后依次对两边相邻的区域进行轰击。4.如权利要求1所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，所述凹槽的深度为30nm～40nm。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷原梓，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31