Tsv樣品的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種TSV樣品制備方法，通過將包含TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面的待處理樣品傾斜，使TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面與所述FIB機臺的夾角為鈍角，縮短了FIB作用在研磨區(qū)域的有效深度，使得研磨深度控制在FIB機臺能力范圍之內(nèi)，因而大大減少了拉痕、剝離等樣品缺陷，提高了樣品分析區(qū)域的形貌平整度，同時縮短了制備時間，提高制備效率。
【專利說明】TSV樣品的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種TSV樣品的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]TSV(Through Silicon Via,穿過娃通孔)是三維集成電路中堆疊芯片實現(xiàn)的互連的一種新的技術(shù)，TSV技術(shù)具有能夠使芯片在三維方向的密度大、芯片之間的互連線最短、外形尺寸最小、低能耗等眾多優(yōu)點，已成為了業(yè)內(nèi)備受矚目的技術(shù)之一。
[0003]目前，TSV結(jié)構(gòu)的深度一般達到130um左右或者更多，顯然，這對FA(失效)分析提出了一個很大的挑戰(zhàn)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，TSV樣品的制備方法包括化學拋光(Polish)法和聚焦離子束(FIB)法。
[0005]其中，化學拋光法一般過程包括:切片、研磨、挖坑和拋光。然而，化學拋光法雖然能很好地展現(xiàn)TSV的形貌，但是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]而聚焦離子束(FIB)方法中，聚焦離子束(FIB)機臺可以在整片晶片(wafer)的局部區(qū)域完成樣品的制備，其過程是將wafer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(Ibeam)，聚焦在樣品表面轟擊wafer的局部區(qū)域,從而對wafer進行切割和微細加工，以制備樣品。
[0007]請參考圖1，現(xiàn)有技術(shù)中應用FIB方法制備TSV樣品，一般是將waferlOO中的TSV結(jié)構(gòu)101徑向垂直于FIB機臺放置，即沿Z向放置，并在TSV樣品兩側(cè)選擇區(qū)域，F(xiàn)IB垂直作用于選擇區(qū)域進行研磨(Milling)，即FIB沿TSV結(jié)構(gòu)101徑向作業(yè)，形成樣品分析區(qū)域。由于TSV深度通常大于IOOum,寬度通常大于10um，采用圖1所示的這種FIB方法制備TSV樣品的過程中，樣品分析區(qū)域的深度已達FIB能力極限，F(xiàn)IB作用后，樣品分析區(qū)域越深，拉痕、剝離等缺陷越嚴重，分析區(qū)域的形貌越不平整。而且制備樣品非常耗時，例如樣品分析區(qū)域為5?10um，深度5?IOum左右時，制備過程耗時大概I小時。
[0008]因此，需要一種新的TSV樣品制備方法，能更快捷有效地制備樣品，減少樣品缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種TSV樣品的制備方法，可以減少樣品缺陷，提高制備效率。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種TSV樣品的制備方法，包括以下步驟:
[0011]從晶片上切割出包含TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面的待處理樣品；
[0012]將待處理樣品載入FIB機臺，且TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面朝上并與FIB機臺平行；
[0013]利用FIB在TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面上做標記以確定TSV結(jié)構(gòu)的位置；[0014]傾斜所述待處理樣品，使TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面與所述FIB機臺的夾角為鈍角；
[0015]根據(jù)所述標記進行待處理樣品的分析區(qū)域聚焦，并采用FIB研磨所述待處理樣品的分析區(qū)域，以形成TSV樣品。
[0016]進一步的，利用FIB沉積或研磨的方法在TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面上做標記。
[0017]進一步的，所述鈍角為130?140度。
[0018]進一步的，通過對所述待處理樣品傾斜50度并旋轉(zhuǎn)-90度的方法來使TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面與所述FIB機臺的夾角為鈍角。
[0019]進一步的，根據(jù)所述標記進行待處理樣品的分析區(qū)域聚焦后，采用束流為65nA的FIB研磨所述分析區(qū)域。
[0020]進一步的,采用FIB研磨以形成TSV樣品的步驟包括:
[0021]用FIB初步研磨，在所述TSV結(jié)構(gòu)的兩側(cè)的分析區(qū)域中形成兩個洞，所述洞的深度能暴露出所述TSV結(jié)構(gòu)的側(cè)壁；
[0022]用FIB在兩個洞的底部分別形成開口 ；
[0023]用FIB分別從每個洞中細拋所述TSV結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，直到所述TSV結(jié)構(gòu)的厚度達到
預定義厚度。
[0024]進一步的，所述洞的寬度:TlO μ m。
[0025]進一步的，所述預定義厚度小于0.1 μ m。
[0026]進一步的，所述開口為U型開口。
[0027]進一步的，所述FIB機臺還包括聚焦電子束結(jié)構(gòu)，采用FIB研磨以形成TSV樣品的過程中，采用聚焦電子束觀察TSV樣品形貌。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的TSV樣品制備方法，通過將包含TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面的待處理樣品傾斜，使TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面與所述FIB機臺的夾角為鈍角，縮短了 FIB作用在研磨區(qū)域的有效深度，使得研磨深度控制在FIB機臺能力范圍之內(nèi)，因而大大減少了拉痕、剝離等樣品缺陷，提高了樣品分析區(qū)域的形貌平整度，同時縮短了制備時間，提高制備效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中制備TSV樣品的FIB裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2本發(fā)明的TSV樣品的制備方法流程圖；
[0031]圖3A至3C是本發(fā)明具體實施例的TSV樣品的制備過程中的器件結(jié)構(gòu)剖視圖?！揪唧w實施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的TSV樣品的制備方法作進一步詳細說明。
[0033]請參考圖2，本發(fā)明提供一種TSV樣品的制備方法，包括以下步驟:
[0034]S201，從晶片上切割出包含TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面的待處理樣品；
[0035]S202，將待處理樣品載入FIB機臺，且TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面朝上并與FIB機臺平行；
[0036]S203，利用FIB在TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面上做標記以確定TSV結(jié)構(gòu)的位置；
[0037]S204,傾斜所述待處理樣品，使TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面與所述FIB機臺的夾角為鈍角；
[0038]S205，根據(jù)所述標記進行待處理樣品的分析區(qū)域聚焦，并采用FIB研磨所述待處理樣品的分析區(qū)域，以形成TSV樣品。
[0039]請參考圖3A，在步驟S201中，從晶片300上切割出包含TSV結(jié)構(gòu)301徑向剖面的待處理樣品中，TSV結(jié)構(gòu)301徑向指的是TSV結(jié)構(gòu)的深度方向，即圖中Z向，顯然此時TSV結(jié)構(gòu)301徑向剖面垂直于FIB機臺。
[0040]請參考圖3B，在步驟S202中，將待處理樣品載入FIB機臺，且TSV結(jié)構(gòu)301徑向剖面朝上并與FIB機臺平行，即TSV結(jié)構(gòu)301徑向剖面與X向、Y向組成的平面平行。
[0041]請繼續(xù)參考圖3B，在步驟S203中，可以利用FIB機臺的沉積或研磨功能在TSV結(jié)構(gòu)301徑向剖面上做標記(Mark)302，所述標記302可以標定TSV的位置，確定感興趣的分析區(qū)域。其中，沉積方法形成標記302時，可以采用鎢、鉬、銅等金屬材料在TSV結(jié)構(gòu)301徑向剖面上濺射。[0042]請參考圖3C，在步驟S204中，傾斜所述待處理樣品，使TSV結(jié)構(gòu)301徑向剖面與所述FIB機臺的夾角為鈍角，即TSV結(jié)構(gòu)301徑向剖面與X向、Y向組成的平面的二面角為鈍角，所述鈍角為130-140度。此時，TSV結(jié)構(gòu)301的最大深度和最大寬度僅為孔的直徑，顯然，大大減小了后續(xù)用FIB作業(yè)時的樣品分析區(qū)域的深度。
[0043]本實施例中，所述FIB機臺還包括聚焦電子束結(jié)構(gòu)，為了在后續(xù)FIB研磨形成TSV樣品的過程中，能夠使得聚焦電子束可以很容易地觀察到TSV樣品形貌，采取對所述待處理樣品傾斜50度并在X向、Y向組成的平面中旋轉(zhuǎn)-90度的方法來使TSV結(jié)構(gòu)301徑向剖面與所述FIB機臺的夾角為130度。
[0044]請繼續(xù)參考圖3C，在步驟S205中，根據(jù)所述標記聚焦所述待處理樣品的分析區(qū)域，然后采用一定束流的FIB303對所述分析區(qū)域進行研磨(milling)，包括以下步驟:
[0045]首先，初步研磨，在所述TSV結(jié)構(gòu)的兩側(cè)的分析區(qū)域中形成兩個洞，所述洞的深度能暴露出所述TSV結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，優(yōu)選的，所述洞的寬度3~IOym ;
[0046]然后，在兩個洞的底部分別形成開口，優(yōu)選的，所述開口為U型開口 ；
[0047]接著，分別從每個洞中細拋所述TSV結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，直到所述TSV結(jié)構(gòu)的厚度達到預定義厚度，優(yōu)選的，所述預定義厚度小于0.1 μ mo
[0048]本實施例中，采用FIB的束流為60nA~80nA，例如是65nA。
[0049]初步研磨過程中，首先，在與標記302標記的TSV結(jié)構(gòu)相距2微米左右的對稱區(qū)域中，先用FIB轟擊形成一個長度至少大于TSV結(jié)構(gòu)徑向的長度，寬度3~10 μ m，例如是 3.6 μ m、4 μ m、4.5 μ m、5 μ m、5.5 μ m、6 μ m、6.5 μ m、7 μ m、7.5 μ m、8 μ m、8.5 μ m、9 μ m、
9.5ym0高度為至少露出TSV結(jié)構(gòu)的洞(或凹槽)。兩個洞(或凹槽)之間的部分為包含TSV結(jié)構(gòu)的樣品。其中，所述TSV結(jié)構(gòu)的位置通過之前的標記301確定，一個洞平行于TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面的截面邊緣上兩點間的最大距離是該洞的長度，而該洞平行于TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面的截面邊緣上兩點間的最小距離是該洞的寬度，若洞的截面為橢圓，則洞的長度為長軸長，寬度為短軸長；然后，再用FIB分別對稱地粗切洞靠近樣品A和B的側(cè)壁部分，尤其是樣品B的側(cè)壁，使兩洞之間的樣品的厚度減小到I微米左右。
[0050]在形成開口的過程中，首先在靠近洞底部的樣品上先切出一條與TSV結(jié)構(gòu)301徑向剖面平行的橫向開口，該橫向開口的長度與洞(或凹槽)長度相當，隔開了要形成的TSV樣品與TSV結(jié)構(gòu)底部；再分別以橫向開口的兩端作為起點，切出兩條垂直于橫向開口方向的縱向開口。其中，縱向開口的長度要求低于樣品的高度，使得切出縱向開口之后，要形成的TSV樣品仍然連接在TSV結(jié)構(gòu)上未脫離，橫向開口和兩條縱向開口組合形成U型開口。
[0051]接著，用FIB分別細拋每個洞(或凹槽)中要形成的TSV樣品的側(cè)壁，直到在E beam(聚焦電子束)的觀察圖像中，該TSV樣品結(jié)構(gòu)厚度達到0.ιμπι以下。
[0052]然后，切斷TSV樣品與TSV結(jié)構(gòu)的連接部分，取出樣品為TSV樣品。
[0053]由于milling的有效深度通過TSV結(jié)構(gòu)301徑向剖面的傾斜而減小，被完全控制在FIB機臺的能力范圍之內(nèi)，因此FIB作用后的拉痕、剝離等缺陷也大大降低，分析區(qū)域的形貌平整度大大提高。而且milling的有效深度大大降低，樣品研磨時間大大縮短，因此可以提聞樣品制備效率。
[0054]綜上所述，本發(fā)明提供一種TSV樣品制備方法，通過將包含TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面的待處理樣品傾斜，使TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面與所述FIB機臺的夾角為鈍角，縮短了 FIB作用在研磨區(qū)域的有效深度，使得研磨深度控制在FIB機臺能力范圍之內(nèi)，因而大大減少了拉痕、剝離等樣品缺陷，提高了樣品分析區(qū)域的形貌平整度，同時縮短了制備時間，提高制備效率。
[0055]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TSV樣品的制備方法,其特征在于,包括: 從晶片上切割出包含TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面的待處理樣品； 將待處理樣品載入FIB機臺，且TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面朝上并與FIB機臺平行； 利用FIB在TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面上做標記以確定TSV結(jié)構(gòu)的位置； 傾斜所述待處理樣品，使TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面與所述FIB機臺的夾角為鈍角； 根據(jù)所述標記進行待處理樣品的分析區(qū)域聚焦，并采用FIB研磨所述待處理樣品的分析區(qū)域，以形成TSV樣品。
2.如權(quán)利要求1所述的TSV樣品的制備方法，其特征在于，利用FIB沉積或研磨的方法在TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面上做標記。
3.如權(quán)利要求1所述的TSV樣品的制備方法，其特征在于，所述鈍角為130-140度。
4.如權(quán)利要求1或3所述的TSV樣品的制備方法，其特征在于，通過對所述待處理樣品傾斜50度并旋轉(zhuǎn)-9 0度的方法來使TSV結(jié)構(gòu)徑向剖面與所述FIB機臺的夾角為鈍角。
5.如權(quán)利要求1所述的TSV樣品的制備方法，其特征在于，根據(jù)所述標記進行待處理樣品的分析區(qū)域聚焦后，采用束流為60ηΑ~80ηΑ的FIB研磨所述分析區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的TSV樣品的制備方法，其特征在于，采用FIB研磨以形成TSV樣品的步驟包括: 用FIB初步研磨，在所述TSV結(jié)構(gòu)的兩側(cè)的分析區(qū)域中形成兩個洞，所述洞的深度能暴露出所述TSV結(jié)構(gòu)的側(cè)壁； 用FIB在兩個洞的底部分別形成開口 ； 用FIB分別從每個洞中細拋所述TSV結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，直到所述TSV結(jié)構(gòu)的厚度達到預定義厚度。
7.如權(quán)利要求6所述的TSV樣品的制備方法，其特征在于，所述洞的寬度3~10μ m。
8.如權(quán)利要求6所述的TSV樣品的制備方法，其特征在于，所述預定義厚度小于0.1 μ m0
9.如權(quán)利要求6所述的TSV樣品的制備方法，其特征在于，所述開口為U型開口。
10.如權(quán)利要求1或6所述的TSV樣品的制備方法，其特征在于，所述FIB機臺還包括聚焦電子束結(jié)構(gòu)，采用FIB研磨以形成TSV樣品的過程中，采用聚焦電子束觀察TSV樣品形貌。
【文檔編號】G01N1/28GK103940643SQ201310020372
【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】范春燕, 韓耀梅, 虞勤琴, 朱敏 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司