一种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，其先使用能量较小的离子束对MEMS样品最上端悬浮薄膜结构中的目标结构进行小电流L型或U型切割，而后在纳米操作仪的探针粘接下将目标结构从悬浮薄膜结构中切割下来，最后使用原位吸取的方式将其转移到铜支架上进行最后的细抛减薄。这就最大限度地降低了对目标结构的损害，在整个样品制备过程中最大限度地保证样品的完整性；保证目标结构取出来的角度和在悬浮薄膜结构中的角度的一致性，大大提高了目标结构观测结果的准确性；相较于现有的MEMS的TEM样品制备过程中先将悬浮薄膜转移到Si空片上再进行样品的制备，该方法简单易行，节省了样品的制备时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及TEM的样品制备方法领域。
技术介绍
TEM (Transmiss1n Electron Microscope,透射电子显微镜)是半导体制造业中用于检测组成器件的薄膜的形貌、尺寸及特征的一个非常重要工具，其以高能电子束作为光源，用电磁场作透镜，将经过加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子和样品中的原子因碰撞改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。TEM的一个突出优点是具有较高的分辨率，可观测极薄薄膜的形貌及尺寸。样品制备是TEM分析技术中非常重要的一环，但由于电子束的穿透力很弱，因此用于TEM的样品必须制备成厚度约为0.1 μ m的超薄切片。要将样品切割成如此薄的切片，许多情况下需要用到FIB (Focus 1n Beam，聚焦离子束)进行切割。现有TEM样品的制备方法如图1a至图1d所示，包括以下步骤:I)提供一含有目标结构10的样品11，使用FIB在和目标结构10相距2μπι左右的上下对称区域分别轰击形成一个凹槽12，如图1a所示。2)用FIB分别对称地粗切两个凹槽中靠近目标结构10的侧壁部分，使样品的厚度减小到I μ m左右，而后切出有横向开口和两条纵向开口组合形成的U型开口 13如图1b所/Jn ο3)用FIB细抛减薄凹槽12中靠近目标结构10的侧壁，直至包括目标结构10的样品的最终厚度达到0.1 μ m左右，以满足作为TEM样品的厚度的要求，如图1c所不。4)切断样品与衬底的连接部分，将制得的TEM样品转移到一个铜支架14上，所述TEM样品和铜支架14通过沉积的钼金或钨15连接在一起，以备观察，如图1d所示。随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展，MEMS (MicroElectro Mechanical Systems,微机电系统)技术也日新月异。由于MEMS里有很多悬浮薄膜的存在，给这类结构的TEM样品的制备带来了比较大的挑战。在现有的TEM样品制备工艺中，如果想要观测MEMS最上层的悬浮薄膜结构，在制备TEM样品之前必须将该悬浮薄膜结构通过填充物质填实，但由于MEMS结构的密集度非常大，同时考虑其表面张力的作用，使得该填充非常难以实现。如果不对该悬浮薄膜结构进行填充而直接采用现有的TEM样品制备方法来制备MEMS样品，在样品的FIB制备过程中，高能量的离子束会对悬浮薄膜造成损害，在整个样品制备过程中很难保证样品的完整性，进而大大影响样品观测结果的准确性。对于MEMS结构的TEM样品制备，现有技术中也可以先使MEMS的悬浮薄膜与基体分离后将其转移到Si空片上，而后再使用现有制备工艺来制备，但该方法中，悬浮薄膜要通过异位吸取转移，这样就很难保证目标结构取出来的角度和在基体里的角度的一致性，大大影响了目标结构观测结果的准确性。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种TEM样品的制备方法，用于解决现有TEM样品制备技术难以制备具有悬浮薄膜的MEMS样品的问题，即用于解决在采用常规方法制备TEM样品之前，对具有悬浮薄膜结构的MEMS样品进行填充非常难以实现，而不对该悬浮薄膜结构进行填充而直接采用常规的TEM样品制备方法来制备MEMS样品时，在样品的FIB制备过程中，高能量的离子束会对悬浮薄膜造成损害，在整个样品制备过程中很难保证样品的完整性，进而大大影响样品观测结果的准确性的问题，以及先使MEMS的悬浮薄膜与基体分离后将其转移到Si空片上，而后再使用现有制备工艺来制备TEM样品的过程中，悬浮薄膜要通过异位吸取转移，这样就很难保证目标结构取出来的角度和在基体里的角度的一致性的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种TEM样品的制备方法，所述方法至少包括:I)提供一 MEMS样品，所述MEMS样品包含基体和位于基体上与基体相连接的悬浮薄膜结构；2)对所述悬浮薄膜结构中的目标结构进行L型或U型切割；3)使用纳米操作仪的探针粘接所述目标结构；4)将目标结构与悬浮薄膜结构的连接处切断；5)将步骤4)之后获得的目标结构转移到一个铜支架上，并对目标结构进行细抛减薄，得到所需的TEM样品。优选地，步骤2)中使用离子束对所述目标结构进行L型或U型切割。优选地,步骤2)中所述使用离子束的束流小于ΙΟΟρΑ。优选地，步骤2)中所述目标结构进行L型或U型切割后，仍保证其有一面与悬浮薄膜结构相连接。优选地，步骤3)中所述探针通过钼金或者钨沉积的方式与目标结构粘接在一起。优选地，步骤4)中使用离子束将目标结构与悬浮薄膜结构的连接处切断。优选地,步骤4)中所述使用离子束的束流小于ΙΟΟρΑ。优选地，步骤5)中将所述步骤4)之后获得的目标结构转移到铜支架上的方式为原位吸取。优选地，步骤5)中使用离子束对所述步骤4)之后获得的目标结构进行细抛减薄。优选地，步骤5)中对所述步骤4)之后获得的目标结构进行细抛减薄时使用离子束的束流为40?80pA。优选地，步骤5)中所述步骤4)之后获得的目标结构细抛减薄后的厚度d小于或等于0.1 μ m。如上所述，本专利技术的TEM样品的制备方法，其先使用能量较小的离子束对MEMS样品最上端悬浮薄膜结构中的目标结构进行小电流L型或U型切割，而后在纳米操作仪的探针粘接下将目标结构从悬浮薄膜结构中切割下来，最后使用原位吸取的方式将其转移到铜支架上进行最后的细抛减薄，实现了 MEMS中的悬浮薄膜的TEM样品制备。本专利技术中使用能量较小的离子束对目标结构进行切割，这就最大限度地降低了对目标结构的损害，在整个样品制备过程中最大限度地保证样品的完整性；切割下来的目标结构通过原位吸取的方式转移到铜支架上进行最后的细抛减薄，这就保证目标结构取出来的角度和在悬浮薄膜结构中的角度的一致性，大大提高了目标结构观测结果的准确性；相较于现有的MEMS的??Μ样品制备过程中先将悬浮薄膜转移到Si空片上再进行样品的制备，该方法简单易行，大大节省了样品的制备时间。【附图说明】图la、图1c-1d显示为现有技术中TEM样品的制备方法在各步骤中的俯视图；其中图1b显示为步骤2)后沿图la AA’方向的剖视图。图2显示为本专利技术的TEM样品的制备方法的流程图。图3a至图3f显示为本专利技术的TEM样品的制备方法在各步骤中的俯视图。元件标号说明10目标结构11样品12凹槽13U 型开口14、24 铜支架15,25 沉积的钼金或钨21MEMS 样品211 基体212 悬浮薄膜结构22 目标结构23 探针26 L型凹槽27 U型凹槽d 目标结构细抛减薄后的最终厚度【具体实施方式】以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图2至图3f，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，虽图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TEM样品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)提供一MEMS样品，所述MEMS样品包含基体和位于基体上与基体相连接的悬浮薄膜结构；2)对所述悬浮薄膜结构中的目标结构进行L型或U型切割；3)使用纳米操作仪的探针粘接所述目标结构；4)将目标结构与悬浮薄膜结构的连接处切断；5)将步骤4）之后获得的目标结构转移到一个铜支架上，并对目标结构进行细抛减薄，得到所需的TEM样品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：齐瑞娟，于会生，
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