TEM样品的制备方法与流程

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别涉及一种透射电子显微镜(tem)样品的制备方法。

背景技术：

1、透射电子显微镜在包括集成电路分析在内的各个领域都有着极为广泛且越来越重要的应用，而双束聚焦离子束(fib)制样则是半导体领域最为主要的tem样品制备手段。

2、根据样品工艺节点和分析目标结构的不同，需要制备的tem样品的厚度要求也是不一样的，比如在55nm的技术节点，大多数tem样品厚度要求在60nm～80nm左右；而到了14nm finfet的技术节点，tem样品厚度则到了30nm，甚至个别到10nm。

3、目前的tem样品制备方式是把芯片样品整体减薄到所需的厚度，而对于厚度的判断主要依据制样人员的经验，所以经常会出现由于判断不准确而出现过薄或过厚的情况，影响分析质量。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种tem样品的制备方法，能实现对tem样品的厚度精确控制，从而提高tem分析质量。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的tem样品的制备方法包括如下步骤：

3、步骤一、提供形成有金属保护层的芯片样品，所述金属保护层形成于所述芯片样品的第一表面。

4、步骤二、将所述芯片样品固定在fib系统的样品台上。

5、步骤三、采用fib对所述金属保护层进行第一次fib切割形成一个凹槽；所述第一方向为所述tem样品的宽度方向，第二方向为在所述第一表面内和所述第一方向垂直的方向。

6、所述第一次fib切割的方向为第一方向，所述凹槽沿第一方向延伸。

7、在沿所述第二方向的剖面上，所述凹槽的内侧表面呈弧形。

8、在沿所述第二方向上，所述凹槽位于所述tem样品的形成区域中，所述凹槽的内侧表面各位置处的所述金属保护层的厚度逐渐变化。

9、步骤四、采用fib对所述芯片样品进行第二次fib切割，所述第二次fib切割对所述芯片样品进行减薄并形成所述tem样品。

10、所述第二次fib切割的方向为第三方向，所述第三方向为由所述金属保护层指向所述芯片样品的方向；在所述第二次fib切割中，利用所述金属保护层的厚度调节对应位置处的切割速率并从而调节所述tem样品的宽度；所述金属保护层的厚度越厚所述第二次fib切割的切割速率越慢，所述金属保护层的厚度越薄所述第二次fib切割的切割速率越快；在所述凹槽形成区域，利用所述金属保护层的厚度逐渐变化的特点使所述tem样品的宽度逐渐变化，在所述tem样品的逐渐变化的宽度中获取最佳观测区用于tem分析，所述最佳观测区两侧分别为过厚区和过薄区。

11、进一步的改进是，所述芯片样品通过对由半导体衬底组成的晶圆进行切割或减薄工艺得到。

12、进一步的改进是，所述金属保护层在对所述晶圆进行切割或减薄之前或之后形成。

13、进一步的改进是，在所述半导体衬底上形成有半导体器件层，所述半导体器件层的顶部表面为所述第一表面。

14、进一步的改进是，所述金属保护层的材料包括铂或钨。

15、进一步的改进是，步骤一中，所述芯片样品的厚度为300nm～1000nm。

16、进一步的改进是，所述金属保护层的厚度为2μm～5μm。

17、进一步的改进是，步骤二中，所述芯片样品通过焊接在tem铜环上的方式固定在fib系统的样品台上。

18、进一步的改进是，步骤三中，在沿所述第二方向的剖面上，所述凹槽的内侧表面的弧形包括圆弧形。

19、进一步的改进是，所述圆弧形对应的圆的直径为3μm～10μm。

20、进一步的改进是，所述第三方向和所述第一表面垂直。

21、进一步的改进是，所述第二次fib切割依次形成所述tem样品的第一侧面和第二侧面；在所述凹槽外，所述tem样品的所述第一侧面和所述第二侧面平行且和所述tem样品的宽度方向垂直。

22、进一步的改进是，所述第二次fib切割过程中，所述金属保护层的厚度会产生损失。

23、当所述过薄区中的所述金属保护层完全去除并使底部的所述芯片样品的材料产生破损时结束所述第二次fib切割。

24、进一步的改进是，所述半导体器件层中形成有finfet。

25、进一步的改进是，步骤四中，所述tem样品的所述最佳观测区的宽度最小值达30nm或10nm以下。

26、本发明在芯片样品形成金属保护层之后，在对芯片样品进行fib切割之前，先对金属保护层进行了fib切割即进行第一次fib切割，第一次fib切割在金属保护层内形成沿tem样品的宽度方向延伸的凹槽，凹槽内侧面呈弧形结构且凹槽位于tem样品的形成区域，凹槽会使得金属保护层的厚度连续变化；之后再进行对芯片样品的fib切割即进行第二次fib切割，第二次fib切割中，利用tem样品形成区域的金属保护层的厚度会连续变化以及金属保护层的厚度不同第二次fib切割的切割速率也不同的特点，使最后形成的tem样品的宽度会连续变化，在连续变化的宽度中很容易得到用于tem分析的最佳观测区，本发明中tem样品的宽度作为厚度，所以，本发明的第二次fib切割中，即使切割存在一定的偏差，这种偏差仅是使最佳观测区向过厚区一侧或者向过薄区一侧移动，但是总能得到对应的最佳观测区，从而消除了现有方法中tem样品的厚度要么过厚或者要么过薄的缺陷，所以本发明能实现对tem样品的厚度精确控制，从而提高tem分析质量。

技术特征：

1.一种tem样品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的tem样品的制备方法，其特征在于：所述芯片样品通过对由半导体衬底组成的晶圆进行切割或减薄工艺得到。

3.如权利要求2所述的tem样品的制备方法，其特征在于：所述金属保护层在对所述晶圆进行切割或减薄之前或之后形成。

4.如权利要求2所述的tem样品的制备方法，其特征在于：在所述半导体衬底上形成有半导体器件层，所述半导体器件层的顶部表面为所述第一表面。

5.如权利要求1所述的tem样品的制备方法，其特征在于：所述金属保护层的材料包括铂或钨。

6.如权利要求1所述的tem样品的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述芯片样品的厚度为300nm～1000nm。

7.如权利要求2所述的tem样品的制备方法，其特征在于：所述金属保护层的厚度为2μm～5μm。

8.如权利要求1所述的tem样品的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述芯片样品通过焊接在tem铜环上的方式固定在fib系统的样品台上。

9.如权利要求7所述的tem样品的制备方法，其特征在于：步骤三中，在沿所述第二方向的剖面上，所述凹槽的内侧表面的弧形包括圆弧形。

10.如权利要求9所述的tem样品的制备方法，其特征在于：所述圆弧形对应的圆的直径为3μm～10μm。

11.如权利要求1所述的tem样品的制备方法，其特征在于：所述第三方向和所述第一表面垂直。

12.如权利要求1所述的tem样品的制备方法，其特征在于：所述第二次fib切割依次形成所述tem样品的第一侧面和第二侧面，在所述凹槽外，所述tem样品的所述第一侧面和所述第二侧面平行且和所述tem样品的宽度方向垂直。

13.如权利要求1所述的tem样品的制备方法，其特征在于：所述第二次fib切割过程中，所述金属保护层的厚度会产生损失；

14.如权利要求4所述的tem样品的制备方法，其特征在于：所述半导体器件层中形成有finfet。

15.如权利要求14所述的tem样品的制备方法，其特征在于：步骤四中，所述tem样品的所述最佳观测区的宽度最小值达30nm或10nm以下。

技术总结
本发明公开了一种TEM样品的制备方法，包括：步骤一、提供在第一表面上形成有金属保护层的芯片样品。步骤二、将芯片样品固定在FIB系统的样品台上。步骤三、沿第一方向对金属保护层进行第一次FIB切割形成一个凹槽；第一方向为TEM样品的宽度方向，第二方向和第一方向垂直的方向；凹槽沿第一方向延伸。在沿第二方向的剖面上，凹槽的内侧表面呈弧形使凹槽区域的金属保护层的厚度逐渐变化。步骤四、沿第三方向进行第二次FIB切割对芯片样品进行减薄并形成TEM样品，第三方向由金属保护层指向芯片样品，利用金属保护层的厚度调节切割速率并从而使TEM样品的宽度逐渐变化并获取最佳观测区。本发明能实现对TEM样品的厚度精确控制，从而提高TEM分析质量。

技术研发人员：陈强,陈柳,高金德
受保护的技术使用者：上海华力集成电路制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14