透射电子显微镜样品的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种透射电子显微镜样品的制备方法，包括：提供具有长度、宽度和厚度的样品，该样品上具有观测目标，该观测目标包含至少一个沿厚度方向的伸长结构或多层堆叠结构；在由长度和宽度方向界定的样品表面做标记，该标记与观测目标之间的距离在预设距离范围内；沿垂直于厚度方向的方向研磨样品至该标记；将样品设置在承载台上，该样品的研磨面背离承载台，该研磨面的相对面朝向该承载台；在该样品的背面上形成导电膜，以将样品与承载台电连接；使用聚焦离子束对研磨面进行加工，得到包含该观测目标的观测样品。本发明专利技术能够提高制备效率、提高命中率，而且可以避免样品制备过程中由于电荷累积导致的成像模糊或者图像漂移的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体材料分析技术，尤其涉及一种。
技术介绍
随着半导体技术的发展，集成电路的复杂性和集成度不断提高，单个芯片上集成的器件已经达到上亿甚至数十亿，不断减小的特征尺寸(⑶，critical dimens1n)对观测和分析技术提出了挑战，诸如光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)已经不能满足要求。由于透射电子显微镜(TEM,Transmiss1n Electron Microscope)分辨率高，可以观测到薄膜区域的内部结构，因此随着半导体工艺水平的不断提高，特别是进入到130nm工艺以后，透射电子显微镜已经成为观测和分析集成电路内部结构的必要手段。在进行分析时,通常需要采用TEM来检查芯片的上层结构(upper structure),诸如顶层以上通孔(UTV,Upper Top Via)、顶层金属(Top Metal)、顶层通孔(Top Via)等。但是，样品的制备是一个较为困难的问题。现有技术中，通常的方式是对样品进行水平去层(plane delayer)至观测目标,然后将样品平放在承载台上,使用聚焦离子束(FIB)轰击的方法来制备样品。参考图1，以观测UTV为例，对样品10进行水平去层(plane delayer)直至暴露出UTV。参考图2和图3，将样品10平放在承载台12上，暴露UTV的一面朝上，并使用碳粘合剂(C adhesive)将二者固定。参考图4，使用聚焦离子束对样品10进行制备。在观测目标两侧分别形成前侧凹坑101和后侧凹坑102，前侧凹坑101和后侧凹坑102之间的部分即为TEM样品100。加工得到的TEM样品100的结构请参考图5和图6，因为在做TEM分析时，需要通过调节硅的衍射光斑来使样品平行于电子发射源，从而可以更真实地反映出样品的形貌和尺寸，所以制备出的TEM样品100要能够完整包含UTV及其以下的所有结构，并保留住样品10中的硅衬底，因此，聚焦离子束加工的纵向距离L约为5 μ m。另外，采用这样的方法，得到的TEM样品100中容易造成底切(under cut),如区域100a所示。如上，现有技术的TEM样品制备方法具有诸多缺点，例如在FIB轰击过程中容易出现由底切导致的样本损伤，由TEM样品厚度不均匀导致真实的形貌被隐藏，盲去层操作(blind delayer)导致的过研磨(over polish),在制备较大样品时整个过程较为浪费时间，在制备TEM样品过程中容易产生成像模糊或者是成像漂移的问题，等等。而且在遇到上述问题时，往往需要返工。由上，这样的制备案例通常需要约2.5小时，而且命中率(hitrate)约为 60%。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种，能够提高制备效率、提高命中率，而且可以避免样品制备过程中成像模糊或者图像漂移的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种，包括:提供具有长度、宽度和厚度的样品，所述样品上具有观测目标，所述观测目标包含至少一个沿所述厚度方向的伸长结构或多层堆叠结构；在由所述长度和宽度方向界定的样品表面做标记，该标记与所述观测目标之间的距离在预设距离范围内；沿垂直于所述厚度方向的方向研磨所述样品至所述标记；将所述样品设置在承载台上，所述样品的研磨面背离所述承载台，该研磨面的相对面朝向该承载台；在所述样品的背面上形成导电膜，以将所述样品与承载台电连接，该背面与所述样品表面相对；使用聚焦离子束对所述研磨面进行加工，得到包含该观测目标的观测样品。根据本专利技术的一个实施例，所述标记与所述观测目标之间的距离为0.3μπι至0.5 μ m0根据本专利技术的一个实施例，采用激光形成所述标记。根据本专利技术的一个实施例，所述导电膜的材料为Pt。根据本专利技术的一个实施例，所述导电膜的形成方法为物理气相沉积。根据本专利技术的一个实施例，在物理气相沉积时，将所述承载台倾斜，并且该样品的背面朝上。根据本专利技术的一个实施例，倾斜的承载台与水平面之间的夹角为60°至70°。根据本专利技术的一个实施例，使用聚焦离子束对所述研磨面进行加工包括:使用聚焦离子束对所述研磨面进行轰击，在所述观测目标两侧的研磨面上分别形成凹坑；对凹坑之间的样品部分进行减薄，至预定厚度，减薄方向垂直于所述伸长结构的伸长方向或堆叠结构的堆叠方向；将减薄后的样品部分分离取出，得到包含该观测目标的观测样品。根据本专利技术的一个实施例，使用聚焦离子束轰击得到的凹坑深度为0.8μπι至L 2 μ m0根据本专利技术的一个实施例，所述研磨的方法为机械研磨。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:本专利技术实施例的中，沿垂直于样品厚度的方向研磨至观测目标附近的标记，并在该研磨面上使用聚焦离子束加工得到观测样品，使得聚焦离子束加工的纵向距离较短，有利于提高制备效率，缩短制备时间；而且加工得到的观测样品的厚度均匀性较好，可以真实地反应观测目标的结构以及尺寸。另外，在将样品放置在承载台上时，在样品背面上形成导电膜，使得样品和承载台电连接，使得样品上的电荷能够及时释放，避免由此造成的样品制备过程中的成像模糊以及成像漂移的问题。【附图说明】图1示出了样品的俯视图；图2不出了现有技术中样品被固定在承载台后的立体结构不意图；图3是图2的俯视图；图4示出了现有技术中使用聚焦离子束加工后的样品俯视图；图5示出了现有技术中加工得到的观测样品的正视图；图6是图5沿S方向的侧视图；图7是本专利技术实施例的??Μ样品制备方法的流程示意图；图8示出了本专利技术实施例的??Μ样品制备方法中标记后的样品的俯视图；图9示出了本专利技术实施例的??Μ样品制备方法中研磨后的样品的俯视图；图10示出了本专利技术实施例的??Μ样品制备方法中样品被固定在承载台后的立体结构示意图；图11示出了本专利技术实施例的TEM样品制备方法在样品上形成导电膜时的立体结构示意图；图12是图11的俯视图；图13示出了本专利技术实施例的TEM样品制备方法中研磨后的样品研磨面的结构示意图；图14示出了本专利技术实施例的??Μ样品制备方法中使用聚焦离子束加工后的样品研磨面的结构示意图；图15示出了本专利技术实施例的TEM样品制备方法得到的观测样品的正视图；图16是图15沿S方向的侧视图。【具体实施方式】下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。参考图7，本实施例的TEM样品制备方法包括如下步骤:步骤S21，提供具有长度、宽度和厚度的样品，所述样品上具有观测目标，所述观测目标包含至少一个沿所述厚度方向的伸长结构或多层堆叠结构；步骤S22，在由所述长度和宽度方向界定的样品表面做标记，该标记与所述观测目标之间的距离在预设距离范围内；步骤S23，沿垂直于所述厚度方向的方向研磨所述样品至所述标记；步骤S24，将所述样品设置在承载台上，所述样品的研磨面背离所述承载台，该研磨面的相对面朝向该承载台；步骤S25，在所述样品的背面上形成导电膜，以将所述样品与承载台电连接，该背面与所述样品表面相对；步骤S26，使用聚焦离子束对所述研磨面进行加工，得到包含该观测目标的观测样品O下面结合图8至图16进行详细说明。参考图8，首先提供具有长度、宽度和厚度的样品20，该样品20包含观测目标21，该观测目标21包含至少一个沿样品20的厚度方向的伸长结构或多层堆叠结构，观测目标21例如可以是顶层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透射电子显微镜样品的制备方法，其特征在于，包括：提供具有长度、宽度和厚度的样品，所述样品上具有观测目标，所述观测目标包含至少一个沿所述厚度方向的伸长结构或多层堆叠结构；在由所述长度和宽度方向界定的样品表面做标记，该标记与所述观测目标之间的距离在预设距离范围内；沿垂直于所述厚度方向的方向研磨所述样品至所述标记；将所述样品设置在承载台上，所述样品的研磨面背离所述承载台，该研磨面的相对面朝向该承载台；在所述样品的背面上形成导电膜，以将所述样品与承载台电连接，该背面与所述样品表面相对；使用聚焦离子束对所述研磨面进行加工，得到包含该观测目标的观测样品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：殷原梓，杨梅，高保林，张菲菲，
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