Scm樣品橫斷面的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種SCM樣品橫斷面的制備方法，包括在晶片上形成標(biāo)識，確定目標(biāo)樣品的位置；根據(jù)所述標(biāo)識去除所述目標(biāo)樣品一側(cè)的預(yù)定義寬度的晶片；采用聚焦離子束研磨所述目標(biāo)樣品一側(cè)剩余的晶片，形成暴露出所述目標(biāo)樣品橫斷面的預(yù)定義大小的開口；按照第一工藝配方對所述目標(biāo)樣品的一側(cè)進行熱氧化，濕法腐蝕熱氧化后的所述目標(biāo)樣品的一側(cè)，以暴露出所述目標(biāo)樣品的橫斷面；按照第二配方對所述目標(biāo)樣品的橫斷面進行熱氧化，以形成SCM樣品橫斷面。避免后續(xù)橫斷面的結(jié)構(gòu)缺陷，同時省去了化學(xué)機械拋光過程，提高了聚焦離子束研磨形成開口后的后續(xù)工藝的可控性，提高SCM樣品橫斷面制備效率。
【專利說明】SCM樣品橫斷面的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種SCM樣品橫斷面的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]掃描電容顯微鏡(SCM, Scanning Capacitance Microscope)通常用來檢測離子注入分布區(qū)域的形貌、尺寸和特征等，可以形成空間分辨率為10?15nm、動態(tài)范圍為每立方厘米Iel5tole20個原子的離子注入?yún)^(qū)域平面微分電容圖像，因此SCM成為28nm以下技術(shù)節(jié)點中用來檢測摻雜區(qū)域形貌特征的不可或缺的技術(shù)工具。
[0003]顯然，SCM樣品橫斷面的決定了 SCM檢測的質(zhì)量，因此SCM樣品橫斷面的制備顯得尤為重要。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，制備具有橫斷面的SCM樣品橫斷面的方法一般為化學(xué)拋光(Polish)法或者拋光-聚焦離子束(FIB)-拋光法。
[0005]其中，化學(xué)拋光法一般過程包括:切片、研磨、挖坑和拋光。然而，化學(xué)拋光法在制備過程中很容易會引入一些缺陷(defect),諸如裂痕(crack)、剝離(peeling)等等,干擾正常分析。
[0006]如圖1所示，拋光-聚焦離子束(FIB)-拋光法的一般過程包括:
[0007]步驟S101，根據(jù)FIB標(biāo)識對晶片化學(xué)拋光(polish)，以接近目標(biāo)樣品；
[0008]步驟S102,將晶片載入FIB機臺，用FIB初步研磨(milling),在目標(biāo)樣品附近區(qū)域形成矩形開口；
[0009]步驟S103，用FIB細(xì)拋矩形開口中靠近目標(biāo)樣品的側(cè)壁，直到暴露出目標(biāo)樣品的橫斷面；
[0010]步驟S104，對晶片化學(xué)拋光(polish)，拋光過程中用去離子水(DI)沖洗，以去除FIB研磨過程中引入的Ga離子和無晶態(tài)的硅；
[0011]步驟S105,清洗晶片(cleaning)；
[0012]步驟S106,采用紫外光照(UV illumination),在目標(biāo)樣品的暴露表面生長氧化娃,形成SCM樣品橫斷面。
[0013]現(xiàn)有技術(shù)中的兩種方法中，由于化學(xué)拋光過程難以精確控制，所以導(dǎo)致SCM樣品橫斷面制備的成功率較低。同時對于尺寸較小的目標(biāo)樣品，在拋光過程中要多次使用掃描電鏡(SEM)進行跟蹤，以防止丟失目標(biāo)樣品，這些操作耗時耗力，增加制造成本；而且為了提高化學(xué)拋光過程的精確性，通常交替使用金剛石拋光墊和毛氈墊，因此無法形成工藝配方。
[0014]由此可見，需要一種新的SCM樣品橫斷面的制備方法，以避免上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于提供一種SCM樣品橫斷面的制備方法，可以避免FIB研磨后的化學(xué)拋光過程，利于工藝配方的形成，提高SCM樣品橫斷面制備效率。[0016]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種SCM樣品橫斷面的制備方法，包括:
[0017]在晶片上形成標(biāo)識，以確定目標(biāo)樣品的位置；
[0018]根據(jù)所述標(biāo)識去除所述目標(biāo)樣品一側(cè)的預(yù)定義寬度的晶片；
[0019]采用聚焦離子束研磨所述目標(biāo)樣品一側(cè)剩余的晶片，形成暴露出所述目標(biāo)樣品橫斷面的預(yù)定義大小的開口；
[0020]按照第一工藝配方對所述目標(biāo)樣品的一側(cè)進行熱氧化，濕法腐蝕熱氧化后的所述目標(biāo)樣品的一側(cè)，以暴露出所述目標(biāo)樣品的橫斷面；
[0021]按照第二配方對所述目標(biāo)樣品的橫斷面進行熱氧化，以形成SCM樣品橫斷面。
[0022]進一步的，所述第一工藝配方包括:工藝溫度為100°C?500°C，工藝時間為30min ?240mino
[0023]進一步的，所述第一工藝配方包括:工藝溫度為300°C，工藝時間為50min。
[0024]進一步的，所述濕法腐蝕的腐蝕液為40Z0?6%氫氟酸，腐蝕時間為IOs?IOmin
[0025]進一步的，所述濕法腐蝕的腐蝕液為4.9%氫氟酸，腐蝕時間為2min。
[0026]進一步的，去除所述目標(biāo)樣品一側(cè)的預(yù)定義寬度的晶片后，所述目標(biāo)樣品一側(cè)的剩余的晶片的寬度為I μ m?10 μ m。
[0027]進一步的，采用聚焦離子束研磨所述目標(biāo)樣品一側(cè)剩余的晶片的過程中采用的工作電壓為0.5kV?15kV0
[0028]進一步的，所述開口為矩形開口。
[0029]進一步的，所述矩形開口的寬度為3 μ m?10 μ m,長度為5 μ m?15 μ m,深度為
3μ m ?10 μ m0
[0030]進一步的，所述第二工藝配方包括:工藝溫度為200°C?400°C，工藝時間為Imin ?lh。
[0031]進一步的，所述SCM樣品橫斷面的厚度為2.5nm?3.5nm。
[0032]進一步的，所述SCM樣品橫斷面的厚度為3nm。
[0033]進一步的，根據(jù)所述標(biāo)識去除所述目標(biāo)樣品一側(cè)的預(yù)定義寬度的晶片的方法為化學(xué)拋光法或者FIB刻蝕法。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的SCM樣品橫斷面的制備方法，在采用聚焦離子束研磨形成開口后，按照第一工藝配方對所述目標(biāo)樣品的一側(cè)進行熱氧化，并濕法腐蝕熱氧化后的所述目標(biāo)樣品的一側(cè)，以去除聚焦離子束研磨形成開口過程中引入的鎵離子和無晶態(tài)的硅，避免后續(xù)橫斷面的結(jié)構(gòu)缺陷，同時省去了化學(xué)機械拋光的過程，提高了聚焦離子束研磨形成開口后的后續(xù)工藝的可控性，利于工藝配方的形成，提高SCM樣品橫斷面制備效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中SCM樣品橫斷面的制備方法流程圖；
[0036]圖2本發(fā)明的SCM樣品橫斷面的制備方法流程圖；
[0037]圖3A至3G是本發(fā)明具體實施例的SCM樣品橫斷面的制備過程中的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】[0038]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0039]其次，本發(fā)明利用示意圖進行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對本發(fā)明的限定。
[0040]圖2本發(fā)明的SCM樣品橫斷面的制備方法流程圖；請參考圖2，本發(fā)明提供一種SCM樣品的制備方法，包括以下步驟:
[0041]S201，在晶片上形成標(biāo)識，以確定目標(biāo)樣品的位置；
[0042]S202，根據(jù)所述標(biāo)識，去除所述目標(biāo)樣品一側(cè)的預(yù)定義寬度的晶片；
[0043]S203,采用聚焦離子束研磨所述目標(biāo)樣品一側(cè)剩余的晶片，形成暴露出所述目標(biāo)樣品橫斷面的預(yù)定義大小的開口；
[0044]S204，按照第一工藝配方對所述目標(biāo)樣品的一側(cè)進行熱氧化，濕法腐蝕熱氧化后的所述目標(biāo)樣品的一側(cè)，以暴露出所述目標(biāo)樣品的橫斷面，所述第一工藝配方包括:工藝溫度為100°C~500°C，工藝時間為30min~240min，所述濕法腐蝕的腐蝕液為4%~6%氫氟酸，腐蝕時間為IOs~IOmin ；
[0045]S205，按照第二配方對所述目標(biāo)樣品的橫斷面進行熱氧化，以形成SCM樣品橫斷面。
[0046]需要說明的是，步驟S201和步驟S202可以直接在FIB機臺上完成，也可以在其他機臺上完成，尤其是步驟S202，可以在FIB機臺上完成，也可以在化學(xué)拋光機臺上完成。即，步驟S202中，根據(jù)所述標(biāo)識去除所述目標(biāo)樣品一側(cè)的預(yù)定義寬度的晶片的方法為化學(xué)拋光法或者FIB刻蝕法。
[0047]圖3A至3G是本發(fā)明具體實施例的SCM樣品橫斷面的制備過程中的器件結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合圖3A至圖3G和具體實施例對本發(fā)明提出的SCM樣品橫斷面的制備方法作進一步詳細(xì)說明。
[0048]請參考圖3A，在步驟S201中，通過FIB或者激光等，在晶片300中的目標(biāo)樣品301處做標(biāo)識(Mark) 302，來標(biāo)明和確定目標(biāo)樣品301的具體位置，為后續(xù)工藝提供參照物。
[0049]請參考圖3B，在步驟S202中，根據(jù)制作的標(biāo)識302，對晶片300進行FIB切割或化學(xué)拋光(主要是側(cè)面平面磨)，去除目標(biāo)樣品301 —側(cè)的預(yù)定義寬度的晶片，優(yōu)選的，所述目標(biāo)樣品一側(cè)的剩余的晶片的寬度為I~10 μ m,例如是2 μ m, 3 μ m, 4 μ m, 5 μ m, 6 μ m, 7 μ m,8 μ m，9 μ m0
[0050]請參考圖3C，在步驟S203中，采用FIB研磨所述目標(biāo)樣品301 —側(cè)剩余的晶片，形成暴露出所述目標(biāo)樣品橫斷面的開口 303。優(yōu)選的，該FIB研磨過程中，工作電壓為0.5kV~15kV，例如是2kV，3kV，4kV，同時為了提高研磨效果，可以按照一定工藝配方設(shè)定FIB工作電壓。優(yōu)選，所述開口為矩形開口，所述矩形開口的長度為5 μ m~15 μ m，寬度為3 μ m~10 μ m,深度為3μπ?~ΙΟμπι，其中，開口長度為沿所述目標(biāo)樣品上表面長度方向，開口寬度為沿所述目標(biāo)樣品上表面寬度方向，深度為沿所述目標(biāo)樣品上表面深度方向。所述開口的規(guī)格例如是15 μ mX 10 μ mX 3 μ m。
[0051]圖3D至3G為FIB研磨后的器件結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0052]請參考圖3C和3D，由于在步驟S203中的聚焦離子束研磨的過程是:將晶片作為樣品水平放置在FIB機臺的樣品臺上，從FIB機臺的液態(tài)金屬離子源(一般為鎵Ga)中抽取的離子束經(jīng)過加速、質(zhì)量分析、整形等處理之后形成具有一定束流和離子束斑直徑的聚焦離子束(I beam)，聚焦在樣品表面轟擊的局部區(qū)域，從而對晶片進行切割和微細(xì)加工，以形成矩形開口，因此，步驟S203中的聚焦離子束研磨過程會向目標(biāo)樣品中引入鎵離子304和無晶態(tài)的硅303，此時暴露出的橫斷面有額外的雜質(zhì)，影響后續(xù)SCM檢測效果，需要去除。
[0053]請參考圖3E和3F，在步驟S204中，按照第一工藝配方對所述目標(biāo)樣品301的一側(cè)晶片300進行熱氧化，所述第一工藝配方包括:工藝溫度為100°C?500°C，工藝時間為30min?240min，較佳的例如，工藝溫度為300°C，工藝時間為50min，實際上該工藝配方使得目標(biāo)樣品301及其被FIB引入鎵離子304和無晶態(tài)的硅303的一側(cè)晶片300被氧化，形成二氧化硅303’ ；然后濕法腐蝕以去除形成的二氧化硅303’，所述濕法腐蝕的腐蝕液為4%?6%氫氟酸，腐蝕時間為IOs?lOmin，較佳的例如采用的濕法腐蝕液為4.9%氫氟酸，腐蝕時間為2min。步驟S204實質(zhì)上是將FIB研磨形成矩形開口時向目標(biāo)樣品待形成橫斷面的區(qū)域中引入的鎵離子和無晶態(tài)的硅等雜質(zhì)去除，先將包含雜質(zhì)的晶片轉(zhuǎn)為氧化硅，然后通過濕法腐蝕去除氧化硅，連帶著把其中的雜質(zhì)一并去除，暴露出純凈的目標(biāo)樣品橫斷面。
[0054]請參考圖3G，在步驟S205中，按照第二工藝配方對暴露出的的目標(biāo)樣品的橫斷面進行氧化，形成SCM樣品橫斷面304’例如，所述第二工藝配方包括:工藝溫度為200°C?4000C，工藝時間為Imin?Ih，例如，工藝溫度為300°C，工藝時間為5min，此時，熱氧化后形成的SCM樣品橫斷面304’的厚度約為2.5nm?3.5nm,較佳的為3nm。
[0055]后續(xù)就可以用SCM對SCM樣品橫斷面304’進行分析了。
[0056]顯然，在步驟S203之后已經(jīng)沒有化學(xué)拋光過程，步驟S201至步驟S205均可以設(shè)定工藝配方來完成，節(jié)約時間和成本，同時提高制備過程的精確性。
[0057]綜上所述，本發(fā)明提供的SCM樣品橫斷面的制備方法，包括:在晶片上形成標(biāo)識，以確定目標(biāo)樣品的位置；根據(jù)所述標(biāo)識，去除所述目標(biāo)樣品一側(cè)的預(yù)定義寬度的晶片；采用聚焦離子束研磨所述目標(biāo)樣品一側(cè)剩余的晶片，形成暴露出所述目標(biāo)樣品橫斷面的預(yù)定義大小的開口 ；按照第一工藝配方對所述目標(biāo)樣品的一側(cè)進行熱氧化，濕法腐蝕熱氧化后的所述目標(biāo)樣品的一側(cè)，以暴露出所述目標(biāo)樣品的橫斷面；按照第二配方對所述目標(biāo)樣品的橫斷面進行熱氧化，以形成SCM樣品橫斷面。由于在采用聚焦離子束研磨形成開口后，按照第一工藝配方對所述目標(biāo)樣品的一側(cè)進行熱氧化，并濕法腐蝕熱氧化后的所述目標(biāo)樣品的一側(cè)，以去除聚焦離子束研磨形成開口過程中引入的鎵離子和無晶態(tài)的硅，避免后續(xù)橫斷面的結(jié)構(gòu)缺陷，同時省去了化學(xué)機械拋光的過程，提高了聚焦離子束研磨形成開口后的后續(xù)工藝的可控性，利于工藝配方的形成，提高SCM樣品橫斷面制備效率。
[0058]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種SCM樣品橫斷面的制備方法,其特征在于,包括: 在晶片上形成標(biāo)識，以確定目標(biāo)樣品的位置； 根據(jù)所述標(biāo)識去除所述目標(biāo)樣品一側(cè)的預(yù)定義寬度的晶片； 采用聚焦離子束研磨所述目標(biāo)樣品一側(cè)剩余的晶片，形成暴露出所述目標(biāo)樣品橫斷面的預(yù)定義大小的開口； 按照第一工藝配方對所述目標(biāo)樣品的一側(cè)進行熱氧化，濕法腐蝕熱氧化后的所述目標(biāo)樣品的一側(cè)，以暴露出所述目標(biāo)樣品的橫斷面； 按照第二配方對所述目標(biāo)樣品的橫斷面進行熱氧化，以形成SCM樣品橫斷面。
2.如權(quán)利要求1所述的SCM樣品橫斷面的制備方法，其特征在于，所述第一工藝配方包括:工藝溫度 為100°C~500°C，工藝時間為30min~240min。
3.如權(quán)利要求2所述的SCM樣品橫斷面的制備方法，其特征在于，所述第一工藝配方包括:工藝溫度為300°C，工藝時間為50min。
4.如權(quán)利要求1所述的SCM樣品橫斷面的制備方法，其特征在于，所述濕法腐蝕的腐蝕液為4%~6%氫氟酸,腐蝕時間為IOs~lOmin。
5.如權(quán)利要求4所述的SCM樣品橫斷面的制備方法，其特征在于，所述濕法腐蝕的腐蝕液為4.9%氫氟酸,腐蝕時間為2min。
6.如權(quán)利要求1所述的SCM樣品橫斷面的制備方法，其特征在于，去除所述目標(biāo)樣品一側(cè)的預(yù)定義寬度的晶片后，所述目標(biāo)樣品一側(cè)的剩余的晶片的寬度為Iym~ΙΟμπι。
7.如權(quán)利要求1所述的SCM樣品橫斷面的制備方法，其特征在于，采用聚焦離子束研磨所述目標(biāo)樣品一側(cè)剩余的晶片的過程中采用的工作電壓為0.5kV~15kV。
8.如權(quán)利要求1所述的SCM樣品橫斷面的制備方法，其特征在于，所述開口為矩形開□。
9.如權(quán)利要求8所述的SCM樣品橫斷面的制備方法，其特征在于，所述矩形開口的寬度 3 μ m ~ 10 μ m,5 μ m ~ 15 μ m,3 μ m ~ 10 μ m。
10.如權(quán)利要求1所述的SCM樣品橫斷面的制備方法，其特征在于，所述第二工藝配方包括:工藝溫度為200°C~400°C，工藝時間為Imin~lh。
11.如權(quán)利要求1或10所述的SCM樣品橫斷面的制備方法，其特征在于，所述SCM樣品橫斷面的厚度為2.5nm~3.5nm。
12.如權(quán)利要求11所述的SCM樣品橫斷面的制備方法，其特征在于，所述SCM樣品橫斷面的厚度為3nm。
13.如權(quán)利要求1所述的SCM樣品橫斷面的制備方法，其特征在于，根據(jù)所述標(biāo)識去除所述目標(biāo)樣品一側(cè)的預(yù)定義寬度的晶片的方法為化學(xué)拋光法或者FIB刻蝕法。
【文檔編號】G01Q30/20GK103941043SQ201310020360
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月18日
【發(fā)明者】李楠, 賴?yán)铨? 朱靈 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司