一种TEM样品的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种TEM样品的制备方法，通过利用离子束在芯片样品表面形成倾斜的切割开口，对目标区域位置直接进行去层次和TEM制样，可以大大缩短整个TEM制样所需的时间，精确控制去层次的位置和深度，提高制样的成功率和质量，并且不会伤害整个芯片样品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路样品分析
，更具体地，涉及一种TEM样品的制备方法。
技术介绍
TEM(透射电镜)在包括集成电路样品分析在内的各个领域都有着极为广泛且越来越重要的应用，而双束聚焦离子束(FIB)制样则是半导体领域最为主要的TEM样品制备手段。由于TEM样品的尺寸很小，只有微米级别，为了更好地控制TEM样品厚度，一般在FIB制样开始前，要求芯片样品的表面距离其下方的目标分析结构约0.1-0.5微米。但是，很多芯片样品由于工艺步骤的不同，在目标分析结构上方经常已经有很厚的多层材质，而造成样品表面距离目标分析结构较远的现象。如图1A的一种芯片样品的截面示意图所示，例如目标分析结构是位于硅衬底SiliconSub上的多晶硅栅极Poly，但是工艺步骤已到第四金属层M4(M1-M4分别代表第一-第四金属层，金属层通过接触孔CT与硅衬底中的电路结构形成连接)，因而M4上方的样品表面距离Poly较远，不符合制样要求。而又有一些芯片样品，如图1B所示，在例如M4之上的部分位置具有铝线层AlLayer，使得芯片样品的整体表面很不平整，直接使用FIB进行TEM制样很容易失败。对于上述这些样品，常规的TEM样品制备方法是先如图2A所示，用研磨、化学溶液处理或反应离子刻蚀的方式(如图中垂直箭头所指)，将芯片样品去层次至距目标分析结构剩余约0.1-0.5微米左右，并且要保证表面比较平坦；然后，如图2B所示，再用FIB按照常规TEM制样的流程，利用设备自身的气体辅助系统在芯片样品表面沉积金属保护层10，以便在进行离子束切割时对芯片样品表面进行保护；最后，如图2C所示，再利用离子束对芯片样品进行切割减薄(如图中垂直箭头所指)，并完成TEM样品11的最终制样。对于上述这些芯片样品的TEM样品制备，额外的去层次步骤(即研磨、化学溶液处理或反应离子刻蚀)虽然能够达到目的，为后续的FIB制样作好准备，但是也会带来以下几个问题：1、整个TEM制样所需的时间由于额外增加的研磨、化学溶液处理或反应离子刻蚀步骤，将增加约0.5-2小时(约增加50％-200％的制样时间)；2、研磨和化学溶液处理过程比较难以精确控制，有时会造成样品损伤，比如产生过研磨、划痕、裂片、表面粗糙等问题；3、对于不能去层次后再使用FIB制样的芯片样品，例如做反向工程或结构分析的芯片，会造成制样成功率和质量的下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种TEM样品的制备方法，通过利用离子束在芯片样品表面形成倾斜的切割开口，对目标区域位置直接进行去层次和TEM制样，可以大大缩短整个TEM制样所需的时间，精确控制去层次的位置和深度，提高制样的成功率和质量，并且不会伤害整个芯片样品。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种TEM样品的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将待制样的芯片样品放入FIB设备，并选定目标区域，所述目标区域含有需分析的目标结构；步骤二：利用离子束从目标区域处的芯片样品表面以倾斜的角度向芯片样品内部进行切割开口，并使切割开口从靠近目标结构处经过；步骤三：利用FIB设备的气体辅助系统，在靠近目标结构上方的芯片样品切割开口断面上沉积金属保护层；步骤四：利用离子束对芯片样品进行切割减薄，完成TEM样品制备。优选地，步骤二中，离子束的倾斜角度为30-60度。优选地，所述倾斜角度为50-55度。优选地，步骤二中，在进行切割开口时，利用电子束观测目标结构上方露出的不同层的图形结构特征，对切割开口靠近目标结构的程度进行判断。优选地，使切割开口从靠近目标结构上方0.1-0.5微米的方位倾斜经过。优选地，以露出目标结构上方的相邻层图形结构，作为切割开口靠近目标结构的程度限定。优选地，步骤三中，利用电子束或离子束沉积金属保护层。优选地，沉积金属保护层前，先使芯片样品的表面与离子束的方向垂直。优选地，步骤四中，以垂直于芯片样品表面的方向，从目标区域的切割开口侧及其相对侧对芯片样品进行切割减薄。优选地，位于芯片样品表面的所述切割开口顶部轮廓的垂直投影至少将目标结构覆盖。从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果：1、对于目标结构上有较厚层次，或表面非常不平整的芯片样品，避免了额外的研磨、化学溶液处理或反应离子刻蚀步骤，可缩短约1/3-2/3的制样时间；2、使用能精确控制的离子束切割方法，可以避免过研磨、划痕、裂片、表面粗糙等制样问题的出现，从而提升了TEM制样成功率；3、对于不能去层次后再使用FIB制样的芯片样品，例如做反向工程或结构分析的芯片，仅对目标区域位置进行局部去层次的TEM制样，不会对整个芯片样品造成破坏。附图说明图1A是一种层次较多的芯片样品的截面示意图；图1B是一种表面不平的芯片样品的截面示意图；图2A-图2C是采用现有的一种制备TEM样品的方法的步骤示意图；图3是本专利技术一种TEM样品的制备方法流程图；图4-图7是本专利技术一较佳实施例中根据图3的方法制备TEM样品的步骤示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本专利技术的实施方式时，为了清楚地表示本专利技术的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本专利技术的限定来加以理解。在以下本专利技术的具体实施方式中，请参阅图3，图3是本专利技术一种TEM样品的制备方法流程图；同时，请参阅图4-图7，图4-图7是本专利技术一较佳实施例中根据图3的方法制备TEM样品的步骤示意图，图4-图7中的各步骤，可与图3中方法的各步骤相对应，以便于理解本专利技术。如图3所示，本专利技术的一种TEM样品的制备方法，可包括以下步骤：如框01所示，步骤一：将待制样的芯片样品放入FIB设备，并选定目标区域，所述目标区域含有需分析的目标结构。请参阅图4。下面选用一种具有较多层次的芯片样品(但也可以是表面不平或具有其他特征的芯片样品)为例来对本专利技术的方法进行详细说明。如图4所示，例如某一芯片样品已加工至金属层M4，芯片样品自下而上包括硅衬底SiliconSub、多晶硅栅极Poly、接触孔CT以及第一-第四金属层M1-M4。现在，需要在芯片样品上图示A部的SRAM区域制作一个TEM样品，来分析多晶硅栅极等结构。由于工艺本文档来自技高网...

【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：步骤一：将待制样的芯片样品放入FIB设备，并选定目标区域，所述目标区域含有需分析的目标结构；步骤二：利用离子束从目标区域处的芯片样品表面以倾斜的角度向芯片样品内部进行切割开口，并使切割开口从靠近目标结构处经过；步骤三：利用FIB设备的气体辅助系统，在靠近目标结构上方的芯片样品切割开口断面上沉积金属保护层；步骤四：利用离子束对芯片样品进行切割减薄，完成TEM样品制备。

【技术特征摘要】
1.一种TEM样品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将待制样的芯片样品放入FIB设备，并选定目标区域，所述目
标区域含有需分析的目标结构；
步骤二：利用离子束从目标区域处的芯片样品表面以倾斜的角度向芯片
样品内部进行切割开口，并使切割开口从靠近目标结构处经过；
步骤三：利用FIB设备的气体辅助系统，在靠近目标结构上方的芯片样
品切割开口断面上沉积金属保护层；
步骤四：利用离子束对芯片样品进行切割减薄，完成TEM样品制备。
2.根据权利要求1所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，步骤二
中，离子束的倾斜角度为30-60度。
3.根据权利要求2所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，所述倾
斜角度为50-55度。
4.根据权利要求1所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，步骤二
中，在进行切割开口时，利用电子束观测目标结构上方露出的不同层的图形
结构特征，对切割开口靠近目标结构的程度进行判断...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，孙蓓瑶，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31