一种透射电镜样品的制作方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种透射电镜样品的制作方法。

背景技术：

透射电镜(transmission electron microscope，TEM)作为电子显微学的重要工具，通常用以观测材料的微观结构，包括晶体形貌、微孔尺寸、多相结晶和晶格缺陷等，其点分辨率可达到0.1nm。所述透射电镜的工作原理如下：将需检测的透射电镜样品(TEM样品)放入TEM观测室，以高压加速的电子束照射所述TEM样品，将TEM样品的形貌放大投影到屏幕上，照相，然后进行分析。在半导体工艺中，常常需要制取平面TEM样品，以观测在晶圆上所制造的芯片的某一层结构。

在对半导体芯片进行失效分析时，针对源极和漏极离子注入浓度失效模式的案例，首先通过电性失效定位分析(Electrical Failure Analysis，EFA)手段定到失效地址，通过染色(stain)的方式来验证该地址源极和漏极是否有离子注入。一般stain方法有两种，一种是断面样品stain，另一种是TEM薄片样品stain。对于TEM薄片样品stain而言，首先利用聚焦离子束(Focused Ion beam，FIB)包住目标地址制备成厚度为100nm左右的TEM薄片样品，然后将TEM薄片置于特定stain酸中stain几秒，提取TEM薄片样品，使用TEM观察相关位置的微观结构，一般有离子注入的位置会被蚀刻成空洞，而没有离子注入的地方则没有蚀刻形成空洞，所以以此来判断目标地址是否有离子注入，从而判断失效模式。

如图1所示，为半导体芯片中常见的背照式图像传感器(Back Illuminated Image Sensor，BSI)芯片的截面图，其由上及下依次包含：背照式(Back Illuminated Image，BSI)、硅片层(Silicon)/氧化物层(Oxide)、前照式(Frontside Illumination，FSI)三大部分。BSI部分由上及下包括：微透镜(Macro lens)、彩色滤光膜(RGB)。FSI部分由上及下包括：光电二极管离子注入区域(图中的Target address)、第一金属层(Metal 1，M1)、第二金属层(Metal 2，M2)、第三金属层(Metal 3，M3)、第四金属层(Metal4，M4)、第五金属层(Metal 5，M5)。其中，Macro lens到Target address的距离为4.3um。

对于BSI芯片，我们需要对其光电二极管离子注入区域进行TEM样品stain，按照正常的步骤用FIB包住目标地址而制成TEM薄片样品，TEM薄片样品的微透镜(macro lens)部分厚度为100nm左右，但是光电二极管部分厚度将大于100nm，如果stain时间短了，离子注入区域无法蚀刻成空洞，stain时间长了，离子注入区域和未被离子注入区域将被同时蚀刻完全，无法得到理想的TEM样品stain结果。

因此，目前需要开发一种针对BSI芯片的TEM薄片样品离子注入区域的stain新方法，得到针对BSI芯片的可控stain方法，解决BSI芯片TEM样品无法有效染色的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种能够解决BSI芯片的透射电镜样品无法有效染色的问题的透射电镜样品的制作方法。

本发明采用如下技术方案：

一种透射电镜样品的制作方法，应用于对失效芯片的失效点进行检测，所述失效芯片由上及下依次包括：微透镜层、彩色滤光片层、氧化物层、硅片层、光电二极管层、复数个金属层，所述光电二极管层为所述失效芯片的待观测层；所述方法包括：

步骤S1、在所述待观测层上设置复数个位置标记，所述位置标记环绕所述失效点设置；步骤S2、在所述失效芯片的所述微透镜层上方的第一平面上电镀铂金保护层；

步骤S3、采用聚焦离子束沿垂直于所述第一平面的方向对所述失效芯片进行切割，得到具有所述失效点以及所述位置标记的待检测样品；

步骤S4、将所述待检测样品上与所述第一平面相垂直的第二平面粘贴于一第一承载基体上；

步骤S5、采用聚焦离子束沿垂直于所述第二平面的方向对所述待检测样品及所述第一承载基体进行切割操作，得到具有所述失效点以及所述位置标记，且底部附着有所述第一承载基体切割后剩余部分的立体透射电镜样品；

步骤S6、将所述立体透射电镜样品上，对应所述待检测样品的所述第一平面的面粘贴于一第二承载基体上；

步骤S7、对所述立体透射电镜样品进行减薄操作，得到具有所述失效点以及所述位置标记的平面透射电镜样品；

步骤S8、采用染色酸对所述平面透射电镜样品进行染色操作。

优选的，通过激光或者聚焦离子束设置所述位置标记于所述待观测层上。

优选的，所述步骤S3中获得的所述待检测样品由上及下依次包括：所述微透镜层、所述彩色滤光片层、所述氧化物层、所述硅片层、所述光电二极管层、所述复数个金属层。

优选的，所述待检测样品与所述第一承载基体通过热固胶或环氧胶进行粘贴。

优选的，所述第一承载基体的长×宽×高为1cm×1cm×700um，所述第一承载基体包括第三平面，所述第三平面的长×宽为1cm×1cm，所述第二平面与所述第三平面粘贴。

优选的，所述步骤S5中获得的所述立体透射电镜样品由上及下一次包括：所述氧化物层、所述硅片层、所述光电二极管层、所述金属层中与所述光电二极管层相邻的第一金属层，以及所述切割操作后所述第一承载基体剩余的部分。

优选的，所述立体透射电镜样品与所述第二承载基体通过热固胶或环氧胶进行粘贴。

优选的，所述减薄操作包括：

在所述立体透射电镜样品的所述待观测层的两侧分别挖一个凹槽，得到一平面透射电镜样品粗片；

减薄所述平面透射电镜样品粗片，得到经过所述减薄操作后的预定厚度的所述平面透射电镜样品。

优选的，所述平面透射电镜样品粗片的厚度为3.5um(相当于3个像素点宽度)，和/或

所述平面透射电镜样品的厚度为100nm。

优选的，所述第一承载基体为硅片；和/或

所述第二承载基体为硅片。

本发明的有益效果是：连同平面透射电镜样品和第一承载基体一起进行染色操作，然后提取平面透射电镜样品，解决BSI芯片的透射电镜样品无法有效染色的问题。

附图说明

图1为现有技术中BSI芯片的剖面图；

图2为本发明的一种优选实施例中，步骤S1的示意图；

图3为本发明的一种优选实施例中，步骤S2的示意图；

图4为本发明的一种优选实施例中，步骤S3的示意图；

图5为本发明的一种优选实施例中，步骤S4的示意图；

图6为本发明的一种优选实施例中，步骤S5的示意图；

图7为本发明的一种优选实施例中，步骤S6的示意图；

图8为本发明的一种优选实施例中，步骤S7的示意图；

图9为本发明的一种优选实施例中，透射电镜样品的制作方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，下述技术方案，技术特征之间可以相互组合。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

如图1-9所示，一种透射电镜样品的制作方法，应用于对失效芯片的失效点1进行检测，上述失效芯片由上及下依次包括：微透镜层、彩色滤光片层、氧化物层、硅片层、光电二极管层、复数个金属层，上述光电二极管层为上述失效芯片的待观测层；上述方法包括：

步骤S1、在上述待观测层上设置复数个位置标记2，上述位置标记2环绕上述失效点1设置；

步骤S2、在上述失效芯片的上述微透镜层上方的第一平面3上电镀铂金保护层；

步骤S3、采用聚焦离子束沿垂直于上述第一平面3的方向对上述失效芯片进行切割，得到具有上述失效点1以及上述位置标记2的待检测样品；

步骤S4、将上述待检测样品上与上述第一平面3相垂直的第二平面4粘贴于一第一承载基体5上；

步骤S5、采用聚焦离子束沿垂直于上述第二平面4的方向对上述待检测样品及上述第一承载基体5进行切割操作，得到具有上述失效点1以及上述位置标记2，且底部附着有上述第一承载基体5切割后剩余部分的立体透射电镜样品；

步骤S6、将上述立体透射电镜样品上，对应上述待检测样品的上述第一平面3的面粘贴于一第二承载基体7上；

步骤S7、对上述立体透射电镜样品进行减薄操作，得到具有上述失效点1以及上述位置标记2的平面透射电镜样品；

步骤S8、采用染色酸对上述平面透射电镜样品进行染色操作。

在本实施例中，将经过染色酸染色后的上述平面透射电镜样品的待检测样品(失效芯片)部分提取出来，使用透射电镜对其进行观测，根据观察结果判断上述失效芯片的失效类型。有离子注入的位置会被蚀刻成空洞，而没有离子注入的位置则没有蚀刻成空洞，所以以此来判断目标地址是否有离子注入，从而判断失效形式。

较佳的实施例中，通过激光或者聚焦离子束设置上述位置标记2于上述待观测层上。

在本实施例中，上述位置标记2有两个。

较佳的实施例中，上述步骤S3中获得的上述待检测样品由上及下依次包括：上述微透镜层、上述彩色滤光片层、上述氧化物层、上述硅片层、上述光电二极管层、上述复数个金属层。

在本实施例中，上述步骤3中，上述检测样片的长×宽为10pixel×3pixel，高度与顶部微透镜层到第五金属层(上述金属层由上及下依次包括第一金属层M1、第二金属层M2、第三金属层M3、第四金属层M4、第五金属层M5，其中，第一金属层M1与上述光电二极管层相邻)的距离相同。

较佳的实施例中，上述待检测样品与上述第一承载基体5通过热固胶或环氧胶进行粘贴。

较佳的实施例中，上述第一承载基体5的长×宽×高为1cm×1cm×700um，上述第一承载基体5包括第三平面6，上述第三平面6的长×宽为1cm×1cm，上述第二平面4与上述第三平面6粘贴。

较佳的实施例中，上述步骤S5中获得的上述立体透射电镜样品由上及下一次包括：上述氧化物层、上述硅片层、上述光电二极管层、上述金属层中与上述光电二极管层相邻的第一金属层M1，以及上述切割操作后上述第一承载基体5剩余的部分。

在本实施例中，第一承载基体5采用长×宽为1cm×1cm，厚度为700um的硅片，聚焦离子束在切割操作时的第一刀停在氧化层刚被切割过的位置，第二刀停在上述第一金属层M1刚被切割过的位置，经过步骤S5的切割操作后，立体透射电镜样品的长×高为10pixel×4pixel，宽度为氧化层到第一金属层M1的距离。

较佳的实施例中，上述立体透射电镜样品与上述第二承载基体7通过热固胶或环氧胶进行粘贴。

较佳的实施例中，上述减薄操作包括：

在上述立体透射电镜样品的上述待观测层的两侧分别挖一个凹槽，得到一平面透射电镜样品粗片；

减薄上述平面透射电镜样品粗片，得到经过上述减薄操作后的预定厚度的上述平面透射电镜样品。

较佳的实施例中，上述平面透射电镜样品粗片的厚度为3.5um，相当于3个pixel(像素点)宽度。

较佳的实施例中，上述平面透射电镜样品的厚度为100nm。

较佳的实施例中，上述第一承载基体5为硅片。

较佳的实施例中，上述第二承载基体7为硅片。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。