一种用于精确定位制备鳍式场效应晶体管针尖样品的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于精确定位制备鳍式场效应晶体管针尖样品的制备方法，本发明专利技术通过对小尺寸鳍式场效应晶体管芯片进行预处理，根据预处理后样品芯片的两个相邻切割面的表面电路布局图得到的减薄表面和两个相邻切割面上Fin沟道位置和与其对应的栅极位置，对其位置进行定位标记，沉积切割保护层并根据其他定位标记在保护层上重新进行定位标记，并根据此标记进行切割处理，从而形成鳍式场效应晶体管针尖样品。相对于现有技术，本发明专利技术提出的制备方法能够对所需分析的结构进行精准定位，制得的针尖为器件垂直于硅基体表面部分，制样时间缩短且制备流程高效可靠。

A preparation method of tip sample of fin FET for precise positioning

【技术实现步骤摘要】
一种用于精确定位制备鳍式场效应晶体管针尖样品的制备方法
本专利技术涉及半导体材料
，尤其涉及一种用于精确定位制备鳍式场效应晶体管针尖样品的制备方法。
技术介绍
随着集成电路尖端技术(22nm技术及以下)的不断发展，主流晶体管FinFET的工艺和材料结构都变得越来越复杂。如何制造性能更好更稳定的FinFET器件，需要掌握以下关键的工艺和材料技术；1)为满足FinFET器件Fin沟道载流子高迁移率，以及对短沟道效应的控制和集成度等要求，需要实现Fin边缘光滑、Fin尺寸又细又精准的工艺；2)FinFET的硅衬底采用的是非常低浓度的掺杂或未掺杂，需要有效选择掺杂元素(Ge,B,P等)并控制掺杂成分分布及其均匀性，这对器件性能尤为重要；3)FinFET器件阈值电压调节通过在栅极采用不同功函数的金属材料(Al，Ti，Ta，Hf等)来实现，这要求更精准的选择刻蚀工艺和更严格的金属纯度控制过程，实现复杂的功函数金属薄膜工艺。因此，对于小尺寸FinFET器件的研究，需要高精度的表征技术对其进行三维的结构-成分分析、微量掺杂元素在特征结构中的分布分析、多层金属表面及界面分析、以及工艺过程中引起的材料结构缺陷分析等。三维原子探针技术(APT)被认为是FinFET器件研究和分析的最有力手段。三维原子探针技术(APT)主要原理是将所分析的器件结构制备成针尖形状样品，使得在电场蒸发条件下，从针尖顶端进行材料结构的逐层剥离(单个原子或原子团簇)，再通过所激发原子信息(原子种类，原子浓度，原子在物理结构的几何位置等)重构出器件结构，最终实现原子级分辨率的结构-成分分析。因此，APT表征分析的首要因素是制备合适的针尖样品,APT样品的制备状态是直接导致APT表征结果能否成功的关键因素和难点之一。然而，由于FinFET结构特征尺寸非常小、结构复杂、材料界面多，使得针尖制样难度大、制样过程繁琐。尤其是针对有缺陷的FinFET结构，需要精准定位失效的晶体管并进行制样，其关键分析结构区域如Fin沟道宽度、Fin沟道与栅极底部的界面、以及掺杂区域到栅极之间的过渡区域等都只有几个nm宽度。因此，如何精准定位在失效晶体管上进行针尖制样，并将所分析结构区域包含在最终制得的针尖体积内(针尖端高度<150nm，直径<100nm)，需要开发一套有效的制样方法。目前文献报道多是对大尺寸(>22nm)FinFET结构的随机制样，没有针对芯片产品且小尺寸(<22nm)FinFET器件的真实失效结构进行制样。有鉴于此，有必要提供一种用于精确定位制备鳍式场效应晶体管针尖样品的制备方法，以解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于精确定位制备鳍式场效应晶体管针尖样品的制备方法，用以克服上述
技术介绍
中存在的技术问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供一种用于精确定位制备鳍式场效应晶体管针尖样品的制备方法，包括以下步骤：提供一待检测的小尺寸鳍式场效应晶体管芯片；对所述小尺寸鳍式场效应晶体管芯片进行预处理，得到具有减薄表面和侧边设有两个相邻的切割面的减薄芯片样品及所述两个相邻切割面的表面电路布局图；根据所述两个相邻切割面的表面电路布局图，得到所述减薄表面和所述两个相邻切割面上Fin沟道位置和与其对应的栅极位置；根据所述减薄表面和所述两个相邻切割面上Fin沟道位置和与其对应的栅极位置，对所述Fin沟道位置和所述栅极位置在所述芯片样品的减薄表面和两个相邻切割面上进行定位标记，得到第一定位标记；对所述减薄表面沉积切割保护层，得到具有沉积保护层的芯片样品与所述Fin沟道位置和所述栅极位置对应在所述沉积保护层表面的位置；根据所述Fin沟道位置和所述栅极位置对应在所述沉积保护层表面的位置，对所述沉积切割保护层的芯片样品在所述切割保护层表面进行定位标记，得到第二定位标记；根据所述第二定位标记，对所述沉积切割保护层的芯片样品进行切割处理，得到顶部具有沉积保护层和所述第二定位标记的针尖样品；去除所述顶部的切割保护层和第二定位标记，得到鳍式场效应晶体管针尖样品。进一步地，所述对所述小尺寸鳍式场效应晶体管芯片进行预处理，得到具有减薄表面和侧边设有两个相邻的切割面的减薄芯片样品及所述两个相邻切割面的表面电路布局图包括：对所述小尺寸鳍式场效应晶体管芯片进行减薄，减薄至接触层，得到减薄芯片样品和减薄表面位置；根据所述减薄芯片样品得到所述减薄芯片样品上减薄表面的电路布局图；对所述减薄芯片样品同时进行聚焦离子束切割，得到具有两个相邻切割面的芯片样品；对所述两个相邻切割面进行观测，得到所述两个相邻切割面的表面电路布局图。进一步地，所述对所述减薄表面沉积切割保护层，得到具有沉积保护层的芯片样品与所述Fin沟道位置和所述栅极位置对应在所述沉积保护层表面的位置包括：对减薄表面沉积聚焦离子束切割保护层，得到具有所述两个相邻切割面上未被覆盖的第一定位标记的芯片样品；根据所述两个相邻切割面上未被覆盖的第一定位标记，得到所述Fin沟道位置和所述栅极位置对应在所述沉积保护层表面的位置。进一步地，所述根据所述第二定位标记，对所述沉积切割保护层的芯片样品进行切割处理，得到顶部具有沉积保护层和所述第二定位标记的针尖样品包括：对所述沉积保护层的芯片样品进行聚焦离子束粗切割，得到粗减薄薄片；对所述粗减薄薄片进行粗环切，所述粗环切的环切中心为第二定位标记，得到方柱形芯片样品；对所述方柱形芯片样品进行精环切，所述精环切的环切中心为第二定位标记，得到锥形芯片样品；对所述锥形芯片样品进行闭环切，所述闭环切的环切中心为第二定位标记，得到顶部具有保护层和第二定位标记的针尖样品。进一步地，所述对所述沉积保护层的芯片样品进行聚焦离子束粗切割，得到粗减薄薄片之后还包括：将所述粗减薄薄片原位提取并垂直粘结至三维原子探针样品台。进一步地，所述定位标记的方法为聚焦离子束原位点沉积，所述点沉积的沉积材料为铂或钨。进一步地，所述将所述粗减薄薄片原位提取并垂直粘结至三维原子探针样品台，具体采用面沉积方法进行粘结，沉积材料为铂。进一步地，所述粗环切的环切条件为：采用聚焦离子束切割，内方环边长为2um，外方环边长为5um，离子束工作电压为30kV。进一步地，所述精环切的环切条件为：采用聚焦离子束切割，内圆环直径为500nm，外圆环直径为2um，离子束工作电压为5kV。进一步地，所述闭环切的环切条件为：采用聚焦离子束切割，圆环直径5um，离子束工作电压为2kV。实施本专利技术，具有如下有益效果：1、本专利技术提出了一种用于精确定位制备鳍式场效应晶体管针尖样品的制备方法，用以在小尺寸FinFET芯片中，制备含有器件结构的针尖形状的APT样品。该平面FIB制样方法不仅提供了高效可靠的FinFET芯片制样流程，而且对所需分析的结构进行精准定位，包括Fin沟道结构、Fin与Gate本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于精确定位制备鳍式场效应晶体管针尖样品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供一待检测的小尺寸鳍式场效应晶体管芯片；/n对所述小尺寸鳍式场效应晶体管芯片进行预处理，得到具有减薄表面和侧边设有两个相邻的切割面的减薄芯片样品及所述两个相邻切割面的表面电路布局图；/n根据所述两个相邻切割面的表面电路布局图，得到所述减薄表面和所述两个相邻切割面上Fin沟道位置和与其对应的栅极位置；/n根据所述减薄表面和所述两个相邻切割面上Fin沟道位置和与其对应的栅极位置，对所述Fin沟道位置和所述栅极位置在所述芯片样品的减薄表面和两个相邻切割面上进行定位标记，得到第一定位标记；/n对所述减薄表面沉积切割保护层，得到具有沉积保护层的芯片样品与所述Fin沟道位置和所述栅极位置对应在所述沉积保护层表面的位置；/n根据所述Fin沟道位置和所述栅极位置对应在所述沉积保护层表面的位置，对所述沉积保护层的芯片样品在所述沉积保护层表面进行定位标记，得到第二定位标记；/n根据所述第二定位标记，对所述沉积保护层的芯片样品进行切割处理，得到顶部具有沉积保护层和所述第二定位标记的针尖样品；/n去除所述顶部的切割保护层和第二定位标记，得到鳍式场效应晶体管针尖样品。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于精确定位制备鳍式场效应晶体管针尖样品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一待检测的小尺寸鳍式场效应晶体管芯片；
对所述小尺寸鳍式场效应晶体管芯片进行预处理，得到具有减薄表面和侧边设有两个相邻的切割面的减薄芯片样品及所述两个相邻切割面的表面电路布局图；
根据所述两个相邻切割面的表面电路布局图，得到所述减薄表面和所述两个相邻切割面上Fin沟道位置和与其对应的栅极位置；
根据所述减薄表面和所述两个相邻切割面上Fin沟道位置和与其对应的栅极位置，对所述Fin沟道位置和所述栅极位置在所述芯片样品的减薄表面和两个相邻切割面上进行定位标记，得到第一定位标记；
对所述减薄表面沉积切割保护层，得到具有沉积保护层的芯片样品与所述Fin沟道位置和所述栅极位置对应在所述沉积保护层表面的位置；
根据所述Fin沟道位置和所述栅极位置对应在所述沉积保护层表面的位置，对所述沉积保护层的芯片样品在所述沉积保护层表面进行定位标记，得到第二定位标记；
根据所述第二定位标记，对所述沉积保护层的芯片样品进行切割处理，得到顶部具有沉积保护层和所述第二定位标记的针尖样品；
去除所述顶部的切割保护层和第二定位标记，得到鳍式场效应晶体管针尖样品。


2.根据权利要求1所述的一种用于精确定位制备鳍式场效应晶体管针尖样品的制备方法，其特征在于，所述对所述小尺寸鳍式场效应晶体管芯片进行预处理，得到具有减薄表面和侧边设有两个相邻的切割面的减薄芯片样品及所述两个相邻切割面的表面电路布局图包括：
对所述小尺寸鳍式场效应晶体管芯片进行减薄，减薄至接触层，得到减薄芯片样品和减薄表面位置；
根据所述减薄芯片样品得到所述减薄芯片样品上减薄表面的电路布局图；
对所述减薄芯片样品同时进行聚焦离子束切割，得到具有两个相邻切割面的芯片样品；
对所述两个相邻切割面进行观测，得到所述两个相邻切割面的表面电路布局图。


3.根据权利要求2所述的一种用于精确定位制备鳍式场效应晶体管针尖样品的制备方法，其特征在于，所述对所述减薄表面沉积切割保护层，得到具有沉积保护层的芯片样品与所述Fin沟道位置和所述栅极位置对应在所述沉积保护层表面的位置包括：
对减薄表面沉积聚焦离子束切割保护层，得到具有所述两个相邻切割面上未被覆盖的第一定位标记的芯片样品；
根据所述两...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄亚敏，董业民，陈晓杰，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31