用于准备用于成像的样本的方法技术

提供了一种用于以减少或防止人造产物的方式准备用于在带电粒子束系统中观察的样本的方法和装置。离子束研磨使用块体研磨工艺暴露工件的横截面。当从暴露的横截面移除小量的材料的时,将沉积前驱体气体引导向样本表面，沉积前驱体产生更均匀的横截面。实施例对于准备用于具有不同硬度的材料的层的样本的SEM观察的横截面是有用的。实施例对于薄TEM样本的准备是有用的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于电子显微镜的样本的准备，并特别地涉及半导体和其他材料的高质量样本的准备。
技术介绍
诸如集成电路的制造之类的半导体制造通常需要使用光刻法。在其上形成电路的半导体衬底涂覆有当暴露于辐射时改变溶解度的诸如光刻胶之类的材料，所述半导体衬底通常是硅晶片。位于辐射源和半导体衬底之间的诸如掩模或中间掩模(reticle)之类的光刻工具投射阴影以控制衬底的哪些区域暴露于辐射。在暴露之后，从暴露或未暴露的区域移除光刻胶，在后续的蚀刻或扩散工艺期间，留下保护晶片的部分的晶片上图案化的光刻胶层。光刻工艺允许在每个晶片上形成通常被称为“芯片”的多个集成电路器件或机电器件。然后将晶片切割成单独的裸片(die)，每个裸片包括单个集成电路器件或机电器件。最后，这些裸片经受附加的操作并被封装到单独的集成电路芯片或机电器件中。在制造工艺期间，曝光和焦距中的变化需要连续地监视或测量通过光刻工艺显影的图案以确定图案的大小是否在可接受的范围之内。通常被称为工艺控制的这样的监视的重要性随着图案大小变得更小，特别是随着最小特征大小接近由光刻工艺可用的分辨率的限制而大大增加。为了实现日益更高的器件密度，需要越来越小的特征大小。这可以包括互连线的宽度和间隔、接触孔的间隔和直径以及诸如各种特征的角和边之类的表面几何形状。在晶片上的特征是三维结构，并且完整的表征必须不仅描述诸如线或沟槽的顶宽之类的表面尺寸而且描述特征的完整三维轮廓。工艺工程师必须能够准确地测量这样的表面特征的关键尺寸(⑶)以微调制造工艺并且保证获得期望的器件几何形状。通常，使用诸如扫描电子显微镜(SEM)之类的仪器来进行⑶测量。在扫描电子显微镜(SEM)中，将主电子束聚焦到扫描被观察的表面的精细点(fine spot)。当受到主束撞击(impact)时，次级电子从表面发射。检测次级电子并且形成图像，其中在图像的每个点处的亮度由当束撞击在表面上相应的点时被检测到的次级电子的数量确定。聚焦的离子束(FIB)系统经常被用于暴露样本的一部分以供观察。例如，FIB可以被用于研磨(mill)在电路中的沟槽以暴露显示示出样本层的横截面的垂直侧壁，诸如电路或具有显微特征的其他结构。随着跨扫描电子显微镜扫描束，扫描电子显微镜通过收集从表面发射的次级电子来形成图像，其中在图像的每个点处的亮度与从在表面上的相应的点收集的次级电子(或另一电子信号)的数量成比例。在每个点处发射的次级电子的数量取决于材料的类型并且取决于地形(topography)。因为许多不同类型的材料每入射电子发射不同数量的次级电子，所以容易观察到例如在金属层和氧化层之间的边界。诸如氧化物和氮化物之类的某些类似的材料针对每个主电子发射大约相同数量的次级电子，并且因此在那些材料之间的边界在电子束图中经常不明显。使界面可见的一种方法是选择性地蚀刻界面的区域。如果一种材料比其他材料蚀刻得更快，则将存在将在图像中可见的界面处的地形的改变。处理工件以使特征更可见被称为“装饰(decorat1n)”。一种装饰工艺被称为描绘(delineat1n)蚀刻工艺，其包括使用2，2，2-三氟乙酰胺的氟化烃蒸汽化学地辅助的聚焦的离子束蚀刻。当使界面可见时，期望尽可能小地改变结构，使得工艺工程师获得工件的准确的图片。因此期望非常低的蚀刻率以允许工艺工程师精确控制装饰工艺。随着在集成电路中的特征大小减小，由离子溅射引起的对样本的固有损害引入可能不可容忍的测量误差。当使用电子束代替离子束执行装饰时，消除了物理的溅射损害。由于在电子束感应的反应中的可忽略的动量传递，电子束通常仅在蚀刻剂前驱体气体存在的情况下蚀刻。二氟化氙(XeF2)可以供电子束或离子束使用来蚀刻包含硅的材料以描绘层。在不同类型的电介质层之间的由电子束蚀刻产生的装饰对于大部分应用是不足够的。例如，利用XeF2的电子束蚀刻以类似的速率蚀刻氮化物层和氧化物层并且因此观察者不能容易地观察到在那些层之间的边界。另外，即使观察到束感应的选择性，总速率也可能太高而不能具有对蚀刻深度的足够控制。Randolph等人的(“Randolph”)的美国专利申请公开号2010/0197142公开了高选择性、低损害电子束描绘蚀刻的方法。由聚焦的离子束微加工(micromachining)来暴露横截面。在暴露横截面之后，在存在两种气体的情况下将电子束引导向暴露的横截面。一种气体在电子束存在的情况下起反应以蚀刻横截面中的一种材料而其他的气体抑制对横截面的另一材料的蚀刻。以这种方式，一种材料可以被装饰而另一材料没有被装饰。Randolph的方法以两个步骤执行。第一，由聚焦的离子束暴露横截面。第二，在存在两种气体的情况下由电子束装饰暴露的横截面。当离子束研磨材料以暴露用于观察的结构时，离子束可以扭曲结构并且产生干扰观察的人造产物，诸如帘幕化(curtaining)。帘幕化发生在离子束以不同的研磨速率研磨在工件中的不同的材料时。这可以发生在研磨由被相同的束以不同的速率移除的材料组成的特征时。这还可以发生在研磨具有不规则形状的表面时。例如，感兴趣的特征可以是硅通孔(TSV)。在半导体实验室中，横截TSV是表征空隙(voids)和表面界面的一般惯例。由于TSV的深度(通常50-300 nm)，用离子束研磨TSV的横截面可以导致大量的帘幕化。由于通过暴露特征的离子束研磨引起的损害和人造产物，图像没有如实地示出制造工艺的结果并且干扰测量以及干扰制造工艺的评估，因为图像和测量示出了样本准备的结果并且没有示出制造工艺。图13以夸张的方式示出了研磨在工件1300中的沟槽1302以暴露不同材料的层的横截面的结果，所述不同材料中的某些具有不同的蚀刻速率。工件1300可以包括例如集成电路，诸如3D NAND或具有薄层的其他结构。这样的器件通常具有由例如硅、硅的氧化物、硅的氮化物、金属、光刻胶、聚合物或金属构成的层。示出的层1306a与1306c至1306e可以由例如半导体和绝缘复合物构成，而层106b的部分包括金属导体。图14示出了暴露的横截面的前视图，所述横截面示出了层1306b的金属导体1402。因为在层1306b中的金属导体1402比半导体和氧化物层蚀刻得更慢，所以在金属之下的区域被遮蔽，其产生了在图1和图2中夸张地示出的帘幕化效应210。帘幕化效应扭曲横截面并且干扰制造工艺的分析。然而，随着特征继续变得越来越小，会存在一个点，在所述点处，将被测量的特征对于由普通SEM提供的分辨率而言太小。透射电子显微镜(TEM)允许观察者看见大约纳米的极其小的特征。与仅成像材料的表面的SEM相对，TEM还允许样本的内部结构的分析。在TEM中，宽束撞击样本并且聚焦通过样本透射的电子以形成样本的图像。样本必须足够薄以允许在主束中的许多电子传播穿过样本并在相反位置(site)上离开。样本通常小于100nm厚。在扫描透射电子显微镜(STEM)中，主电子束聚焦于精细点，并且所述点被跨样本表面扫描。透射穿过衬底的电子被电子检测器在样本的远侧上收集，并且在图像上每个点的强度对应于当主束撞击在表面上的相应的点时收集的电子的数量。随着半导体几何形状继续缩小，制造商越来越依赖于透射电子显微镜(TEM)用于监视工艺、分析缺陷并研究界面层形态。如在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子束研磨由不同材料的层组成的工件中的平滑横截面表面的方法，暴露的横截面表面暴露不同材料的层用于通过扫描型电子显微镜观察，所述方法包括：将聚焦的离子束引导向工件的表面以暴露工件的内表面，其暴露不同材料的层，束形成平行于束方向的壁，所述壁具有由以不同的速率研磨的、在层中的不同的材料引起的不规则性；将沉积前驱体气体引导向壁；在沉积前驱体气体存在的情况中，将聚焦的离子束引导向工件以从壁移除薄层，当离子束蚀刻壁时前驱体气体分解以在壁的部分上沉积材料，沉积的材料使壁的离子束蚀刻平坦以产生平滑的表面；以及将电子束引导向壁以形成壁的图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M施米特，J布拉克伍德，S斯通，SH李，R凯利，T兰丁，
申请(专利权)人：FEI公司，
类型：发明
国别省市：美国;US