一種tem樣品的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及TEM的樣品制備方法領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]TEM (Transmiss1n Electron Microscope,透射電子顯微鏡)是半導(dǎo)體制造業(yè)中用于檢測(cè)組成器件的薄膜的形貌、尺寸及特征的一個(gè)非常重要工具，其以高能電子束作為光源，用電磁場(chǎng)作透鏡，將經(jīng)過加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子和樣品中的原子因碰撞改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像。TEM的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是具有較高的分辨率，可觀測(cè)極薄薄膜的形貌及尺寸。
[0003]樣品制備是TEM分析技術(shù)中非常重要的一環(huán)，但由于電子束的穿透力很弱，因此用于TEM的樣品必須制備成厚度約為0.1 μ m的超薄切片。要將樣品切割成如此薄的切片，許多情況下需要用到FIB (Focus 1n Beam，聚焦離子束)進(jìn)行切割。
[0004]現(xiàn)有TEM樣品的制備方法如圖1a至圖1d所示，包括以下步驟:
[0005]I)提供一含有目標(biāo)結(jié)構(gòu)10的樣品11，使用FIB在和目標(biāo)結(jié)構(gòu)10相距2μπι左右的上下對(duì)稱區(qū)域分別轟擊形成一個(gè)凹槽12，如圖1a所示。
[0006]2)用FIB分別對(duì)稱地粗切兩個(gè)凹槽中靠近目標(biāo)結(jié)構(gòu)10的側(cè)壁部分，使樣品的厚度減小到I μ m左右，而后切出有橫向開口和兩條縱向開口組合形成的U型開口 13如圖1b所
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[0007]3)用FIB細(xì)拋減薄凹槽12中靠近目標(biāo)結(jié)構(gòu)10的側(cè)壁，直至包括目標(biāo)結(jié)構(gòu)10的樣品的最終厚度達(dá)到0.1 μ m左右，以滿足作為TEM樣品的厚度的要求，如圖1c所不。
[0008]4)切斷樣品與襯底的連接部分，將制得的TEM樣品轉(zhuǎn)移到一個(gè)銅支架14上，所述TEM樣品和銅支架14通過沉積的鉬金或鎢15連接在一起，以備觀察，如圖1d所示。
[0009]隨著半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工技術(shù)和超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，MEMS (MicroElectro Mechanical Systems,微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)也日新月異。由于MEMS里有很多懸浮薄膜的存在，給這類結(jié)構(gòu)的TEM樣品的制備帶來了比較大的挑戰(zhàn)。在現(xiàn)有的TEM樣品制備工藝中，如果想要觀測(cè)MEMS最上層的懸浮薄膜結(jié)構(gòu)，在制備TEM樣品之前必須將該懸浮薄膜結(jié)構(gòu)通過填充物質(zhì)填實(shí)，但由于MEMS結(jié)構(gòu)的密集度非常大，同時(shí)考慮其表面張力的作用，使得該填充非常難以實(shí)現(xiàn)。如果不對(duì)該懸浮薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充而直接采用現(xiàn)有的TEM樣品制備方法來制備MEMS樣品，在樣品的FIB制備過程中，高能量的離子束會(huì)對(duì)懸浮薄膜造成損害，在整個(gè)樣品制備過程中很難保證樣品的完整性，進(jìn)而大大影響樣品觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0010]對(duì)于MEMS結(jié)構(gòu)的TEM樣品制備，現(xiàn)有技術(shù)中也可以先使MEMS的懸浮薄膜與基體分離后將其轉(zhuǎn)移到Si空片上，而后再使用現(xiàn)有制備工藝來制備，但該方法中，懸浮薄膜要通過異位吸取轉(zhuǎn)移，這樣就很難保證目標(biāo)結(jié)構(gòu)取出來的角度和在基體里的角度的一致性，大大影響了目標(biāo)結(jié)構(gòu)觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種TEM樣品的制備方法，用于解決現(xiàn)有TEM樣品制備技術(shù)難以制備具有懸浮薄膜的MEMS樣品的問題，即用于解決在采用常規(guī)方法制備TEM樣品之前，對(duì)具有懸浮薄膜結(jié)構(gòu)的MEMS樣品進(jìn)行填充非常難以實(shí)現(xiàn)，而不對(duì)該懸浮薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充而直接采用常規(guī)的TEM樣品制備方法來制備MEMS樣品時(shí)，在樣品的FIB制備過程中，高能量的離子束會(huì)對(duì)懸浮薄膜造成損害，在整個(gè)樣品制備過程中很難保證樣品的完整性，進(jìn)而大大影響樣品觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性的問題，以及先使MEMS的懸浮薄膜與基體分離后將其轉(zhuǎn)移到Si空片上，而后再使用現(xiàn)有制備工藝來制備TEM樣品的過程中，懸浮薄膜要通過異位吸取轉(zhuǎn)移，這樣就很難保證目標(biāo)結(jié)構(gòu)取出來的角度和在基體里的角度的一致性的問題。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種TEM樣品的制備方法，所述方法至少包括:
[0013]I)提供一 MEMS樣品，所述MEMS樣品包含基體和位于基體上與基體相連接的懸浮薄膜結(jié)構(gòu)；
[0014]2)對(duì)所述懸浮薄膜結(jié)構(gòu)中的目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行L型或U型切割；
[0015]3)使用納米操作儀的探針粘接所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)；
[0016]4)將目標(biāo)結(jié)構(gòu)與懸浮薄膜結(jié)構(gòu)的連接處切斷；
[0017]5)將步驟4)之后獲得的目標(biāo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到一個(gè)銅支架上，并對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)拋減薄，得到所需的TEM樣品。
[0018]優(yōu)選地，步驟2)中使用離子束對(duì)所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行L型或U型切割。
[0019]優(yōu)選地,步驟2)中所述使用離子束的束流小于ΙΟΟρΑ。
[0020]優(yōu)選地，步驟2)中所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行L型或U型切割后，仍保證其有一面與懸浮薄膜結(jié)構(gòu)相連接。
[0021]優(yōu)選地，步驟3)中所述探針通過鉬金或者鎢沉積的方式與目標(biāo)結(jié)構(gòu)粘接在一起。
[0022]優(yōu)選地，步驟4)中使用離子束將目標(biāo)結(jié)構(gòu)與懸浮薄膜結(jié)構(gòu)的連接處切斷。
[0023]優(yōu)選地,步驟4)中所述使用離子束的束流小于ΙΟΟρΑ。
[0024]優(yōu)選地，步驟5)中將所述步驟4)之后獲得的目標(biāo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到銅支架上的方式為原位吸取。
[0025]優(yōu)選地，步驟5)中使用離子束對(duì)所述步驟4)之后獲得的目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)拋減薄。
[0026]優(yōu)選地，步驟5)中對(duì)所述步驟4)之后獲得的目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)拋減薄時(shí)使用離子束的束流為40?80pA。
[0027]優(yōu)選地，步驟5)中所述步驟4)之后獲得的目標(biāo)結(jié)構(gòu)細(xì)拋減薄后的厚度d小于或等于0.1 μ m。
[0028]如上所述，本發(fā)明的TEM樣品的制備方法，其先使用能量較小的離子束對(duì)MEMS樣品最上端懸浮薄膜結(jié)構(gòu)中的目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行小電流L型或U型切割，而后在納米操作儀的探針粘接下將目標(biāo)結(jié)構(gòu)從懸浮薄膜結(jié)構(gòu)中切割下來，最后使用原位吸取的方式將其轉(zhuǎn)移到銅支架上進(jìn)行最后的細(xì)拋減薄，實(shí)現(xiàn)了 MEMS中的懸浮薄膜的TEM樣品制備。本發(fā)明中使用能量較小的離子束對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割，這就最大限度地降低了對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)的損害，在整個(gè)樣品制備過程中最大限度地保證樣品的完整性；切割下來的目標(biāo)結(jié)構(gòu)通過原位吸取的方式轉(zhuǎn)移到銅支架上進(jìn)行最后的細(xì)拋減薄，這就保證目標(biāo)結(jié)構(gòu)取出來的角度和在懸浮薄膜結(jié)構(gòu)中的角度的一致性，大大提高了目標(biāo)結(jié)構(gòu)觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性；相較于現(xiàn)有的MEMS的??Μ樣品制備過程中先將懸浮薄膜轉(zhuǎn)移到Si空片上再進(jìn)行樣品的制備，該方法簡(jiǎn)單易行，大大節(jié)省了樣品的制備時(shí)間。
【附圖說明】
[0029]圖la、圖1c-1d顯示為現(xiàn)有技術(shù)中TEM樣品的制備方法在各步驟中的俯視圖；其中圖1b顯示為步驟2)后沿圖la AA’方向的剖視圖。
[0030]圖2顯示為本發(fā)明的TEM樣品的制備方法的流程圖。
[0031]圖3a至圖3f顯示為本發(fā)明的TEM樣品的制備方法在各步驟中的俯視圖。
[0032]元件標(biāo)號(hào)說明
[0033]10目標(biāo)結(jié)構(gòu)
[0034]11樣品
[0035]12凹槽
[0036]13U 型開口
[0037]14、24 銅支架
[0038]15,25 沉積的鉬金或鎢
[0039]21MEMS 樣品
[0040]211 基體
[0041]212 懸浮薄膜結(jié)構(gòu)
[0042]22 目標(biāo)結(jié)構(gòu)
[0043]23 探針
[0044]26 L型凹槽
[0045]27 U型凹槽
[0046]d 目標(biāo)結(jié)構(gòu)細(xì)拋減薄后的最終厚度
【具體實(shí)施方式】
[0047]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0048]請(qǐng)參閱圖2至圖3f，需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0049]如圖2至圖3f所示，本發(fā)明提供一種TEM樣品的制備方法，所述方法至少包括:
[0050]I)提供一 MEMS樣品21，所述MEMS樣品21包含基體211和位于基體上與基體相連接的懸浮薄膜結(jié)構(gòu)212 ；
[0051]2)對(duì)所述懸浮薄膜結(jié)構(gòu)212中的目標(biāo)結(jié)構(gòu)22進(jìn)行L型或U型切割；
[0052]3)使用納米操作儀的探針23粘接所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)22 ；
[0053]4)將目標(biāo)結(jié)構(gòu)22與懸浮薄膜結(jié)構(gòu)212的連接處切斷；
[0054]5)將步驟4)之后獲得的目標(biāo)結(jié)構(gòu)22轉(zhuǎn)移到一個(gè)銅支架24上，并對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)22進(jìn)行細(xì)拋減薄，得到所需的TEM樣品。
[0055]在步驟I)中，請(qǐng)參閱圖2的SI步驟及圖3a，提供一 MEMS樣品21，所述MEMS樣品21包含基體211和位于基體211上與基體相連接的懸浮薄膜結(jié)構(gòu)212。提供的MEMS樣品21中含有密集度很高的懸浮薄膜結(jié)構(gòu)212，懸浮薄膜結(jié)構(gòu)212懸浮于基體211之上且與基體211至少有一點(diǎn)相連接。
[0056]在步驟2)中，請(qǐng)參閱圖2的S2步驟及圖3b至3c，對(duì)所述懸浮薄膜結(jié)構(gòu)212