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，特別是涉及一種TEM樣品的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體制造業(yè)中，有各種各樣的檢測設(shè)備，其中EM是用于檢測組成器件的薄膜的形貌、尺寸及特性的一個(gè)重要工具。常用的EM包括TEM(Transmiss1n ElectronMicroscope透射電子顯微鏡)和SEM (Scanning Electron Microscope掃描電子顯微鏡)。TEM的工作原理是將需檢測的樣片以切割、研磨、離子減薄等方式減薄，然后放入TEM觀測室，以高壓加速的電子束照射樣片，將樣片形貌放大、投影到屏幕上，照相，然后進(jìn)行分析，TEM的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是具有較高的分辨率，可觀測極薄薄膜的形貌及尺寸。
[0003]在半導(dǎo)體器件的制造工藝中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)器件內(nèi)部分層(delaminat1n)的現(xiàn)象，導(dǎo)致器件內(nèi)部開裂，造成器件開路或短路，影響器件的運(yùn)行性能。
[0004]為了深入研究分層發(fā)生的具體機(jī)制，一般先采用聚焦離子束FIB將半導(dǎo)體器件切割露出分層的區(qū)域表面，再制成樣品進(jìn)行TEM形貌觀察。樣片制備是TEM分析技術(shù)中非常重要的一環(huán)，制備的樣品非常薄，約為10nm左右。由于樣品非常薄，因此，半導(dǎo)體器件中若存在裂縫，制備的樣品則被裂縫分為無連接的上下兩層，當(dāng)用FIB進(jìn)行切割時(shí)上下兩層容易發(fā)生位置移動(dòng)破壞觀察區(qū)域的原始樣貌，并且進(jìn)行切割后上下兩層也不易從半導(dǎo)體器件中取出。
[0005]因此，提供一種制備存在裂縫的TEM樣品的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]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)有技術(shù)中制備樣品過程中容易發(fā)生上下兩層位置移動(dòng)，并且進(jìn)行切割后上下兩層不易從半導(dǎo)體器件中取出的問題。
[0007]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TEM樣品的制備方法至少包括步驟:
[0008]I)提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中包含目標(biāo)檢測區(qū)域，所述目標(biāo)檢測區(qū)域自下而上依次包括第一目標(biāo)層、第二目標(biāo)層、及處于所述第一目標(biāo)層和第二目標(biāo)層之間使所述第一目標(biāo)層和第二目標(biāo)層分離的狹縫；
[0009]2)在所述目標(biāo)檢測區(qū)域至少一側(cè)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成通孔，所述通孔暴露出所述目標(biāo)檢測區(qū)域的側(cè)壁；
[0010]3)在暴露出的所述目標(biāo)檢測區(qū)域的側(cè)壁上沉積用于將所述第一目標(biāo)層和第二目標(biāo)層連接的金屬連接層；
[0011]4)切割使所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的所述目標(biāo)檢測區(qū)域分離出來；
[0012]5)取出所述目標(biāo)檢測區(qū)域，將所述目標(biāo)檢測區(qū)域固定于TEM固定部件上，并將所述金屬連接層去除，從而完成TEM樣品的制備。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟3)中金屬連接層采用離子束誘導(dǎo)沉積工藝來制備，離子源為Ga或In源，離子束的入射角度范圍為O?7度，離子束電壓為5?30kV，離子束的能量范圍為5?30keV,離子束電流為10?21000pA。
[0014]優(yōu)選地，所述金屬連接層的材料為鎢或鉬。
[0015]優(yōu)選地，所述金屬連接層為長方形薄片，其厚度范圍為50?300nm。
[0016]優(yōu)選地，所述第一目標(biāo)層和第二目標(biāo)層均為低K介質(zhì)層。
[0017]優(yōu)選地，所述低K介質(zhì)層為含氮的碳化硅或含碳的二氧化硅。
[0018]優(yōu)選地，所述目標(biāo)檢測區(qū)域還包括位于所述第一目標(biāo)層背面的半導(dǎo)體襯底。
[0019]優(yōu)選地，所述步驟I)中還包括采用離子束誘導(dǎo)沉積工藝在所述第二目標(biāo)層表面沉積保護(hù)層的步驟；制備的保護(hù)層的材料為鎢或鉬。
[0020]優(yōu)選地，所述步驟2)中采用聚焦離子束工藝在所述目標(biāo)檢測區(qū)域兩側(cè)的半導(dǎo)體體器件中形成通孔；所述通孔自上而下穿透所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0021]優(yōu)選地，所述步驟4)中采用聚焦離子束工藝對所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割使所述目標(biāo)檢測區(qū)域分離。
[0022]優(yōu)選地，所述步驟5)中采用原位取出方式取出所述目標(biāo)檢測結(jié)構(gòu)。
[0023]優(yōu)選地，所述步驟5)中TEM固定部件表面具有粘附所述目標(biāo)檢測區(qū)域的粘結(jié)層。
[0024]優(yōu)選地，所述步驟5)中采用精減薄工藝去除所述金屬連接層，去除后將所述目標(biāo)檢測區(qū)域繼續(xù)減薄至TEM樣品所要求的尺寸。
[0025]優(yōu)選地，所述TEM樣品所要求的尺寸為(5?30 μ m)*(50?300nm)*(2?10 μ m)。
[0026]如上所述，本發(fā)明的TEM樣品的制備方法，具有以下有益效果:通過在目標(biāo)檢測區(qū)域的側(cè)壁上沉積金屬連接層，使第一目標(biāo)層和第二目標(biāo)層固定連接，從而在進(jìn)行切割分離時(shí)所述第一目標(biāo)層和第二目標(biāo)層不會(huì)因?yàn)橹g存在狹縫而發(fā)生位置的移動(dòng)，并且在進(jìn)行切割后便于所述目標(biāo)檢測區(qū)域從半導(dǎo)體器件中取出。本發(fā)明可以使TEM觀察到的是樣品的原始形貌，確保觀察結(jié)果的準(zhǔn)確性，有利于分析判斷半導(dǎo)體器件中分層產(chǎn)生的機(jī)制。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明TEM樣品的制備方法的工藝流程示意圖。
[0028]圖2a為本發(fā)明提供的具有目標(biāo)檢測區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0029]圖2b為本發(fā)明提供的具有目標(biāo)檢測區(qū)域的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0030]圖3a為本發(fā)明在目標(biāo)檢測區(qū)域上沉積保護(hù)層的結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0031]圖3A為本發(fā)明圖3a中在目標(biāo)檢測區(qū)域上沉積保護(hù)層的結(jié)構(gòu)俯視放大圖。
[0032]圖3B為本發(fā)明圖3a中在目標(biāo)檢測區(qū)域上沉積保護(hù)層的結(jié)構(gòu)剖視放大圖。
[0033]圖4A為本發(fā)明在目標(biāo)檢測區(qū)域兩側(cè)形成通孔的俯視放大圖。
[0034]圖5A為本發(fā)明在目標(biāo)檢測區(qū)域的側(cè)壁上沉積金屬連接層的結(jié)構(gòu)俯視放大圖。
[0035]圖5B為本發(fā)明在目標(biāo)檢測區(qū)域的側(cè)壁上沉積金屬連接層的結(jié)構(gòu)剖視放大圖。
[0036]圖6A為本發(fā)明的目標(biāo)檢測區(qū)域從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中取出后的結(jié)構(gòu)俯視放大圖。
[0037]圖6B為本發(fā)明的目標(biāo)檢測區(qū)域從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中取出后的結(jié)構(gòu)剖視放大圖。
[0038]圖7A為本發(fā)明的將目標(biāo)檢測區(qū)域粘結(jié)到TEM固定部件上的結(jié)構(gòu)俯視放大圖。
[0039]圖7B為本發(fā)明的將目標(biāo)檢測區(qū)域粘結(jié)到TEM固定部件上的結(jié)構(gòu)剖視放大圖。
[0040]圖8A為本發(fā)明的將目標(biāo)檢測區(qū)域進(jìn)行精減薄后的結(jié)構(gòu)俯視放大圖。
[0041]圖SB為本發(fā)明的將目標(biāo)檢測區(qū)域進(jìn)行精減薄后的結(jié)構(gòu)剖視放大圖。
[0042]元件標(biāo)號說明
[0043]SI ?S5 步驟
[0044]100半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)
[0045]1001空心夾層
[0046]I目標(biāo)檢測區(qū)域
[0047]11第一目標(biāo)層
[0048]12狹縫
[0049]13第二目標(biāo)層
[0050]14半導(dǎo)體襯底
[0051]15金屬層
[0052]2保護(hù)層
[0053]3通孔
[0054]4金屬連接層
[0055]5TEM固定部件
[0056]6粘結(jié)層
【具體實(shí)施方式】
[0057]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。
[0058]請參閱附圖。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，遂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。
[0059]本發(fā)明提供一種TEM樣品的制備方法，如圖1所示為工藝流程圖，所述TEM樣品的制備方法至少包括以下步驟:
[0060]SI，提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中包含目標(biāo)檢測區(qū)域，所述目標(biāo)檢測區(qū)域自下而上依次包括第一目標(biāo)層、第二目標(biāo)層和處于所述第一目標(biāo)層和第二目標(biāo)層之間使所述第一目標(biāo)層和第二目標(biāo)層分離的狹縫；
[0061]S2，在所述目標(biāo)檢測區(qū)域至少一側(cè)的半導(dǎo)體體器件中形成通孔，所述通孔暴露出所述目標(biāo)檢測區(qū)域的側(cè)壁；
[0062]S3，在暴露出的所述目標(biāo)檢測區(qū)域的側(cè)壁上沉積用于將所述第一目標(biāo)層和第二目標(biāo)層連接的金屬連接層；
[0063]S4，切割使所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的所述目標(biāo)檢測區(qū)域分離出來；
[0064]S5，取出所述目標(biāo)檢測區(qū)域，將所述目標(biāo)檢測區(qū)域固定于TEM固定部件上，并將所述金屬連接層去除，完成TEM樣品的制備。
[0065]下面結(jié)合具體附圖詳細(xì)描述本發(fā)明提供的TEM樣品的制備方法:
[0066]首先執(zhí)行步驟SI，請參閱附圖2a?2b，提供一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100中包含目標(biāo)檢測區(qū)域1，所述目標(biāo)檢測區(qū)域I自下而上依次包括第一目標(biāo)層11、第二目標(biāo)層13和處于所述第一目標(biāo)層11和第二目標(biāo)層13之間使所述第一目標(biāo)層11和第二目標(biāo)層13分離的狹縫12。
[0067]所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100可以是單晶硅片或多晶硅片，但不限于此。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100為單晶硅片，該單晶硅片上制作有器件結(jié)構(gòu)。
[0068]需要說明的是，將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100具有器件的一面稱為正面，將與正面相對的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的另一表面稱為背面。
[0069]所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100中包含的目標(biāo)檢測區(qū)域I是用于進(jìn)行后續(xù)TEM觀察的樣品，需要先將該目標(biāo)檢測區(qū)域I從所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100上分離，并且分離之后所述目標(biāo)檢測區(qū)域I不能發(fā)生形貌變形。
[0070]為了便于描述，圖2a?圖8B中均標(biāo)示出了 X、Y、Z三個(gè)不同的方向。
[0071]由于工藝等原因，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100中存在面積較大的空心夾層1001，如圖2b所示，因此，對于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100中的目標(biāo)檢測區(qū)域1，在第一目標(biāo)層11和第一目標(biāo)層13之間便存在一狹縫12。
[0072]假如空心夾層1001發(fā)生在低K介質(zhì)層中，則所述第一目標(biāo)層11和第二目標(biāo)層13均為低K介質(zhì)層。當(dāng)然，空心夾層1001也可以發(fā)生在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100中的其他位置，但不管發(fā)生在哪個(gè)位置，都可以用本發(fā)明提出的TEM樣品制備方法來制備TEM樣品。作為示例，所述第一目標(biāo)層11和第二目標(biāo)層13均為低K介質(zhì)層。所述低K介質(zhì)層可以是含氮的碳化硅或者含碳的二氧化硅。本實(shí)施例中，所述低K介質(zhì)層為含碳的二氧化硅。
[0073]進(jìn)一步地，所述目標(biāo)檢測區(qū)域I還包括位于所述第一目標(biāo)層11背面的半導(dǎo)體襯底14。
[0074]更進(jìn)一步地，所述第一目標(biāo)層11中包含兩層金屬層15，第二目標(biāo)層13中包含一層金屬層15，該些