一种用于三维原子探针检测的半导体针尖样品的制备方法技术

本发明专利技术属于材料制备领域，具体的提供了一种用于三维原子探针检测的半导体针尖样品的制备方法。此方法不同于传统的将整个鳍结构竖直放置在一个针尖的方法，而是采用分段法，横切半导体器件中的鳍结构，将半导体器件中的鳍结构垂直于生长方向放置，使用聚焦离子束切成一小段，即在每一个三维原子探针针尖样品中只包含有一小段鳍结构的部分，后再切多个针尖，对所有的针尖收集到三维原子探针数据后，即可组合成一个完整的鳍结构。本发明专利技术能够有效地避免半导体器件针尖样品在三维原子探针检测时出现数据失真现象，可为三维原子探针结果分析时提供更加准确的数据。

Preparation of Semiconductor Tip Samples for Three-Dimensional Atomic Probe Detection

The invention belongs to the field of material preparation, and in particular provides a preparation method of semiconductor tip sample for three-dimensional atomic probe detection. This method is different from the traditional method of placing the whole fin structure vertically on a pinpoint. Instead, it cuts the fin structure in semiconductor devices vertically in the growth direction by sectional method. It cuts the fin structure in semiconductor devices into a small segment by using focused ion beam, that is, there is only a small segment of the fin structure in each three-dimensional atomic probe tip sample, and then cuts it. After collecting three-dimensional atomic probe data from all the needle tips, a complete fin structure can be formed. The invention can effectively avoid the data distortion phenomenon of the tip sample of the semiconductor device in the three-dimensional atomic probe detection, and can provide more accurate data for the analysis of the results of the three-dimensional atomic probe.

【技术实现步骤摘要】
一种用于三维原子探针检测的半导体针尖样品的制备方法
本专利技术属于微纳尺度材料样品制备领域，具体涉及一种利用聚焦离子束制备用于三维原子探针检测的半导体针尖样品的方法。
技术介绍
三维原子探针是一种具有原子级空间分辨率的测量和分析方法。基于“场蒸发”原理，三维原子探针通过在样品上施加一个强电压脉冲或者激光脉冲，将其表面原子逐一变成离子而移走并收集，最终通过软件重构得到一个完整的针尖样品。三维原子探针对分析材料中的元素偏聚、位错成分、析出相成分以及界面成分等有显著的效果。随着半导体行业的发展，电子产业对芯片材料尺寸的要求不断提高，在鳍式场效应晶体管中，其尺寸早已达到纳米级。在半导体器件中，一些微量的元素在里面起着重要的作用，通过添加不同的微量元素或改变微量元素的分布情况，可很好地改善半导体的导电性等。目前技术中，一直以来鳍式场效应晶体管中存在的一个问题是掺杂元素的分布与优化问题。三维原子探针是一种可检测材料中不同元素在三维方向上分布的方法，此方法是可精确到纳米尺寸的高精度表征手段。利用三维原子探针来研究鳍式场效应晶体管中微量元素的分布情况是近几年表征半导体器件的一种新型方法。三维原子探针本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于三维原子探针检测的半导体针尖样品的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用聚焦离子束系统，所述鳍结构(1)整齐的生长在块状基体的表面，将鳍结构(1)的长边定义为X方向，鳍结构(1)的短边定义为Y方向，垂直于鳍结构(1)所在的平面的方向定义为Z方向，包括如下步骤：步骤1：掰断：将生长有鳍结构(1)的块状样品沿X方向掰断，得到平行于X‑Z平面的断裂面(2)；步骤2：切光滑平台：将块状样品固定在样品台上，放置时X‑Y面处于水平位置，将样品台倾转至54°，在所述断裂面(2)上，刻蚀一个平行于X‑Z平面的光滑平台(3)，所述光滑平台(3)的X方向包含一个完整的鳍结构(1)，光滑平台(3)在Y方...

【技术特征摘要】
1.一种用于三维原子探针检测的半导体针尖样品的制备方法，其特征在于，所述制备方法采用聚焦离子束系统，所述鳍结构(1)整齐的生长在块状基体的表面，将鳍结构(1)的长边定义为X方向，鳍结构(1)的短边定义为Y方向，垂直于鳍结构(1)所在的平面的方向定义为Z方向，包括如下步骤：步骤1：掰断：将生长有鳍结构(1)的块状样品沿X方向掰断，得到平行于X-Z平面的断裂面(2)；步骤2：切光滑平台：将块状样品固定在样品台上，放置时X-Y面处于水平位置，将样品台倾转至54°，在所述断裂面(2)上，刻蚀一个平行于X-Z平面的光滑平台(3)，所述光滑平台(3)的X方向包含一个完整的鳍结构(1)，光滑平台(3)在Y方向上距离鳍结构(1)在0.5-2μm；步骤3：重新放置：将块状样品从样品台上取下，重新放置，重新放置时，所述断裂面(2)朝上，处于水平位置，所述鳍结构(1)所在的X-Y平面处于竖直方向，紧贴角台；步骤4：选取感兴趣区域：将角台倾转54°，在光滑平台(3)上找到感兴趣区域(4)，从靠近X-Y平面一侧的边缘开始计算，所述感兴趣区域(4)的宽度大于3μm，感兴趣区域(4)的长度大于14μm，在感兴趣区域(4)沉积Pt层；步骤5：感兴趣区域底部切穿：将角台倾转角度改为24°，从Pt层所在的平面朝鳍结构(1)所在的X-Y面刻蚀，刻蚀起始线为Pt层远离X-Y面的边缘，将感兴趣区域(4)从上至下切穿；步骤6：提取感兴趣区域：将感兴趣区域(4)底部切穿后，在保证感兴趣区域(4)的一侧与基体相连的情况下，将感兴趣区域(4)的另一侧与基体分离，得到悬臂式结构；进纳米操纵杆(6)，纳米操纵杆(6)与感兴趣区域(4)已经与基体分离的一侧焊接，将感兴趣区域(4)的另一侧与基体分离，得到三棱柱长条样品(5)；退出纳米操纵杆(6)，将所述三棱柱长条样品(5)取出；步骤7：放置小三棱柱样品：将角台取出，换上微尖硅阵列，在微尖硅阵列上选取可使用的硅基座(7)，进纳米操纵杆(6)，将三棱柱长条样品(5)远离纳米操纵杆(6)的一侧长为2.5-3.5μm的区域放置于硅基座(7)圆口位置上；将三棱柱长条样品(5)已经放置在硅基座(7)的部分与硅基座(7)焊接，焊接之后将该部分与三棱柱长条样品(5)分离，得到小三棱柱样品(8)；重复上述步骤，直到将三棱柱长条样品(5)分为数个小三棱柱样品(8)，且都放置于微尖硅阵列的硅基座(7)上；步骤8：环形刻蚀：将聚焦离子束设为环形，对小三棱柱样品(8)从上至下进行离子束环形刻蚀，从而得...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡蓉，吴杏苹，薛晶，梁宁宁，沙刚，靳慎豹，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32