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1、(10)申请公布号 CN 103868777 A (43)申请公布日 2014.06.18 CN 103868777 A (21)申请号 201410126975.9 (22)申请日 2014.03.31 G01N 1/28(2006.01) (71)申请人 上海华力微电子有限公司 地址 201210 上海市浦东新区张江高科技园 区高斯路 568 号 (72)发明人 陈强 孙蓓瑶 (74)专利代理机构 上海天辰知识产权代理事务 所 ( 特殊普通合伙 ) 31275 代理人 吴世华 林彦之 (54) 发明名称 透射电镜样品的制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种透射电镜样品的制备方 法， 包。
2、括提供待制样器件， 选定需分析的目标区 域 ； 制备至少一个截面使其靠近目标区域 ； 在目 标区域的对应位置沉积保护层 ； 对沉积有保护层 的两个表面进行离子束切割 ； 沿两个表面中任一 表面相垂直的方向进行离子束切割时， 若发现目 标区域沿切割方向的上方具有孔洞， 则停止该方 向的切割， 沿另一个表面相垂直的方向进行离子 束切割， 露出目标区域 ； 完成对待制样器件尺寸 要求的切割， 制得样品。 本发明可以有效避免因孔 洞对目标区域形貌产生 curtain 效应的影响， 防 止缺陷的产生， 提高样品分析的可靠性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 5 页 (1。
3、9)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103868777 A CN 103868777 A 1/1 页 2 1. 一种透射电镜样品的制备方法， 其特征在于， 其包括以下步骤 ： 步骤 S01， 提供待制样器件， 选定需分析的目标区域 ； 步骤 S02， 制备该待制样器件的至少一个截面使其靠近目标区域 ； 步骤 S03， 对靠近该目标区域的截面及与该截面相邻的器件表面， 在目标区域的对应位 置沉积保护层 ； 步骤 S04， 对沉积有保护层的两个表面进行离子束切割 ； 步骤 S05， 沿两个表面中任一表面相垂直的方向。
4、进行离子束切割时， 若发现目标区域沿 切割方向的上方具有孔洞， 则停止该方向的切割， 沿另一个表面相垂直的方向进行离子束 切割， 露出目标区域 ； 步骤 S06， 完成对待制样器件尺寸要求的切割， 制得样品。 2. 根据权利要求 1 所述的透射电镜样品的制备方法， 其特征在于 ： 步骤 S03 中在目标 区域对应位置的器件表面沉积两条相垂直的保护层， 步骤 S04 和 S05 中切割方向是从垂直 于器件表面向器件内部的方向。 3. 根据权利要求 2 所述的透射电镜样品的制备方法， 其特征在于 ： 步骤 S05 中， 切割过 程中一旦发现露出目标区域正上方的孔洞， 则立即停止该方向的切割， 以避。
5、免孔洞对目标 区域的影响。 4. 根据权利要求 3 所述的透射电镜样品的制备方法， 其特征在于 ： 步骤 S05 还包括， 若 切割过程中未发现目标区域正上方有孔洞， 则继续执行该切割动作。 5.根据权利要求1至4任一项所述的透射电镜样品的制备方法， 其特征在于 ： 步骤S02 中制备截面使其与目标区域的距离为 1-10 微米。 6. 根据权利要求 5 所述的透射电镜样品的制备方法， 其特征在于 ： 步骤 S02 中制备截 面的工艺包括裂片、 切割或研磨。 7.根据权利要求1至4任一项所述的透射电镜样品的制备方法， 其特征在于 ： 步骤S03 至 S06 是通过 FIB 设备完成。 权 利 要。
6、 求 书 CN 103868777 A 2 1/3 页 3 透射电镜样品的制备方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体器件分析技术领域， 尤其涉及一种透射电镜样品的制备方法。 背景技术 0002 透射电子显微镜 （Transmission electron microscope， 缩写TEM， 简称透射电镜） 由于具有超高的分辨率和极强的分析功能， 目前已经成为先进工艺半导体晶圆厂进行结构 和材料分析的最主要的工具。 0003 目前， 主要的透射电镜制样设备是集成了 FIB（Focused ion beam， 聚焦离子束） 和 SEM（Scanning electron microscope。
7、， 扫描电子显微镜） 的双束离子束系统 （DB-FIB） ， 在离子束进行切割的同时， 还可以用电子束同步观察， 以保证制样位置的准确。 0004 在半导体晶圆生产完成后， 由于结构或工艺等各种原因会在晶圆内部形成一些小 的孔洞 （比如多晶硅侧墙之间的孔洞） 。透射电镜的离子束在切割具有孔洞的位置时， 切割 速度的差异会造成孔洞下面的材料比其它位置切得更快， 形成 “curtain（窗帘） ” 效应。当 晶圆需要分析的观测目标位于孔洞下方时， 透射电镜的观测质量会受到 curtain 效应的影 响而降低， 甚至无法观测。 0005 图1中样品内分析目标位置11的上方具有孔洞12， 当离子束从上。
8、往下对样品进行 切割时， 由于孔洞12的存在， 会对其下方产生影响区域13， 导致分析目标位置11受损， 如图 2 的样品透射电镜照片。 0006 可见， 如何在制备透射电镜样品的过程中， 避免晶圆内部孔洞对分析目标区域产 生的影响， 是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。 发明内容 0007 为了解决上述现有技术存在的问题， 本发明提供了一种透射电镜样品的制备方 法， 通过改变切割方向， 来改善切割过程中孔洞对分析目标区域的影响。 0008 本发明提供的透射电镜样品的制备方法包括以下步骤 ： 0009 步骤 S01， 提供待制样器件， 选定需分析的目标区域 ； 0010 步骤 S02， 制。
9、备该待制样器件的至少一个截面使其靠近目标区域 ； 0011 步骤 S03， 对靠近该目标区域的截面及与该截面相邻的器件表面， 在目标区域的对 应位置沉积保护层 ； 0012 步骤 S04， 对沉积有保护层的两个表面进行离子束切割 ； 0013 步骤 S05， 沿两个表面中任一表面相垂直的方向进行离子束切割时， 若发现目标区 域沿切割方向的上方具有孔洞， 则停止该方向的切割， 沿另一个表面相垂直的方向进行离 子束切割， 露出目标区域 ； 0014 步骤 S06， 完成对待制样器件尺寸要求的切割， 制得样品。 0015 进一步地， 步骤 S03 中在目标区域对应位置的器件表面沉积两条相垂直的保护 。
10、层， 步骤 S04 和 S05 中切割方向是从垂直于器件表面向器件内部的方向。 说 明 书 CN 103868777 A 3 2/3 页 4 0016 进一步地， 步骤 S05 中， 切割过程中一旦发现露出目标区域正上方的孔洞， 则立即 停止该方向的切割， 以避免孔洞对目标区域的影响。 0017 进一步地， 步骤 S05 还包括， 若切割过程中未发现目标区域正上方有孔洞， 则继续 执行该切割动作。 0018 进一步地， 步骤 S02 中制备截面使其与目标区域的距离为 1-10 微米。 0019 进一步地， 步骤 S02 中制备截面的工艺包括裂片、 切割或研磨。 0020 进一步地， 步骤 S0。
11、3 至 S06 是通过 FIB 设备完成。 0021 本发明提出了一种透射电镜样品的制备方法， 通过在切割过程中发现目标区域沿 切割方向的上方具有孔洞， 立即停止该方向的切割， 执行另一方向的切割， 可以有效避免因 孔洞对目标区域形貌产生 curtain 效应的影响， 防止缺陷的产生， 提高样品分析的可靠性。 附图说明 0022 为能更清楚理解本发明的目的、 特点和优点， 以下将结合附图对本发明的较佳实 施例进行详细描述， 其中 ： 0023 图 1 是现有技术制得透射电镜样品的剖面示意图 ； 0024 图 2 是现有技术制得透射电镜样品的 TEM 照片 ； 0025 图 3 是本发明制备透射。
12、电镜样品的流程示意图 ； 0026 图 4a-4f 是本发明制备方法流程各步骤所对应的器件结构示意图 ； 0027 图 5 是本发明方法制得透射电镜样品与现有技术的 TEM 照片对比图。 具体实施方式 0028 第一实施例 0029 请同时参阅图 3、 图 4a-4f， 本实施例中， 透射电镜样品的制备方法包括以下步骤 ： 0030 步骤 S01， 提供待制样器件， 选定需分析的目标区域 ； 0031 步骤 S02， 制备该待制样器件的一个截面使其靠近目标区域， 如图 4a 所示 ； 0032 步骤 S03， 对靠近该目标区域的截面及与该截面相邻的器件表面， 在目标区域的对 应位置沉积保护层 。
13、； 其中， 该步骤包括步骤 S031， 将器件水平放入 FIB 设备中， 在目标区域 位置的器件上表面沉积一条宽度为 120nm 的保护层， 如图 4b 所示 ； 步骤 S032， 将器件垂直 放入FIB设备中， 在目标区域位置的器件上表面沉积一条宽度为120nm的保护层， 形成互相 垂直的 L 型保护层， 如图 4c 所示 ； 0033 步骤 S04， 对沉积有保护层的两个表面进行离子束切割， 切割方向是从垂直于器件 表面向器件内部的方向， 如图 4d 所示的两个箭头方向 ； 0034 步骤 S05， 逐渐切割减薄保护层两侧的器件， 当切割到保护层所覆盖的区域， 沿图 4e 中 A 箭头方向。
14、进行离子束切割时， 发现目标区域沿切割方向的正上方具有孔洞 （发现刚 露出孔洞） ， 则立即停止该方向的切割， 转而沿B箭头方向进行离子束切割， 直到露出待分析 的目标区域 ； 0035 步骤 S06， 完成对待制样器件尺寸要求的切割， 制得样品尺寸为厚度 100nm， 高度 10m， 宽度5m。 对该样品旋转90后， 拍摄常规观测方向的透射电镜照片， 如图4f所示。 0036 从图 4e 和 4f 可以看出， 由于离子束切割方向的改变， 孔洞产生的 curtain 效应影 说 明 书 CN 103868777 A 4 3/3 页 5 响区域有效避开了目标区域。 0037 本实施例中， 若切割。
15、过程中未发现目标区域正上方有孔洞， 则继续执行该方向的 切割动作 ； 步骤 S02 中制备截面使其与目标区域的距离为 8 微米， 以便于后续离子束切割， 该工艺包括裂片、 切割或研磨等常规手段 ； 步骤 S03 至 S06 均是通过 FIB 设备完成。 0038 请继续参阅图 5， 图中 a 所示本发明方法制得样品拍摄的 TEM 照片， b 是现有技术 制得样品拍摄的 TEM 照片， 可见， 本发明方法制得样品的目标区域未受孔洞影响， 未在目标 区域产生 curtain 效应， 可以提供很好的参考价值， 提高了产品分析的可靠性。 说 明 书 CN 103868777 A 5 1/5 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103868777 A 6 2/5 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 103868777 A 7 3/5 页 8 图 4a 图 4b 图 4c 图 4d 说 明 书 附 图 CN 103868777 A 8 4/5 页 9 图 4e 图 4f 说 明 书 附 图 CN 103868777 A 9 5/5 页 10 图 5 说 明 书 附 图 CN 103868777 A 10 。