專(zhuān)利名稱(chēng)：Tem樣品的再加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種TEM樣品的再加工方法。
背景技術(shù)：
透射電子顯微鏡(TEM)是電子顯微學(xué)的重要工具，TEM通常用于檢測(cè)組成半導(dǎo)體器件的薄膜的形貌、尺寸和特征等。將TEM樣品放入TEM觀(guān)測(cè)室后，TEM的主要工作原理為高能電子束穿透TEM樣品時(shí)發(fā)生散射、吸收、干涉及衍射等現(xiàn)象，使得在成像平面形成襯度，從而形成TEM樣品的圖像，后續(xù)再對(duì)圖像進(jìn)行觀(guān)察、測(cè)量以及分析。TEM樣品在一定程度上決定了分析結(jié)果的準(zhǔn)確度，因此TEM樣品的制作是至關(guān)重要的，下面對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中TEM樣品制作方法進(jìn)行介紹。圖1 圖5為現(xiàn)有技術(shù)中TEM樣品制作方法的過(guò)程剖面示意圖，該方法主要包括首先需要說(shuō)明的是，圖1 圖5所示為剖面圖，為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)行清楚地說(shuō)明，建立了 XYZ坐標(biāo)系，其中，X軸、Y軸和Z軸相互垂直，所述剖面為XY平面。步驟101，參見(jiàn)圖1，提供一晶片1001。步驟102，參見(jiàn)圖2，在晶片1001上表面形成保護(hù)層1002。在現(xiàn)有技術(shù)中，TEM樣品的形成主要是利用聚焦離子束(FIB)的切割作用，為了防止后續(xù)的FIB對(duì)TEM樣品的上表面造成損傷，預(yù)先在晶片1001的上表面鍍一層金屬鉬(Pt) 作為保護(hù)層1002，且保護(hù)層1002位于預(yù)設(shè)的TEM樣品的上方。步驟103，參見(jiàn)圖3，采用FIB對(duì)晶片1001進(jìn)行切割。在FIB的切割過(guò)程中，高壓加速的離子束(I-Beam)對(duì)晶片1001和保護(hù)層1002進(jìn)
行轟擊。步驟104，參見(jiàn)圖4，切割完畢后，形成TEM樣品。由于FIB切割過(guò)程中的高壓加速的離子束的能量很大，因此可能會(huì)對(duì)TEM樣品的上表面以及兩個(gè)側(cè)表面造成損傷，如圖4所示，TEM樣品的上表面由于受到保護(hù)層1002的覆蓋，則TEM的上表面沒(méi)有損傷，但是保護(hù)層1002由于受到損傷而厚度減小，TEM樣品的兩個(gè)側(cè)表面由于受到損傷而形成非晶層，將兩個(gè)側(cè)表面的非晶層分別記作第一非晶層1003 和第二非晶層1005，而沒(méi)有受到損傷的區(qū)域?yàn)榍懈罹?001而形成的晶層1004?？梢?jiàn)，最終制作而成的TEM樣品包括第一非晶層1003、第二非晶層1005和晶層 1004。在TEM分析時(shí)，我們所感興趣的區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)區(qū)域1006，目標(biāo)區(qū)域1006 —定位于 TEM樣品的晶層1004中。步驟105，參見(jiàn)圖5，采用TEM獲取TEM樣品的圖像，以對(duì)目標(biāo)區(qū)域1006進(jìn)行后續(xù)的研究。需要說(shuō)明的是，當(dāng)采用TEM獲取圖像時(shí)，TEM發(fā)出的高能電子束(E-Beam)的方向沿 X軸方向，也就是說(shuō)，高能電子束依次穿透第一非晶層1003、晶層1004和第二非晶層1005， 或依次穿透第二非晶層1005、晶層1004和第一非晶層1003。
至此，本流程結(jié)束。在實(shí)際應(yīng)用中，通常要求一個(gè)TEM樣品在X軸方向(沿厚度方向)上僅包括一個(gè)目標(biāo)區(qū)域，這是因?yàn)椋僭O(shè)在X方向上包括多個(gè)目標(biāo)區(qū)域，則在最終獲取的TEM圖像上，多個(gè)目標(biāo)區(qū)域的圖像會(huì)重疊在一起，而且圖像襯度也不清晰。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵尺寸(CD)越來(lái)越小，目標(biāo)區(qū)域的尺寸也在減小，這就要求TEM樣品的厚度(即在X軸方向上的寬度)也需要變小，其中，TEM樣品的厚度是指第一非晶層1003、晶層1004和第二非晶層1005的厚度之和，如圖5所示，長(zhǎng)度d為T(mén)EM樣品的厚度。然而，采用現(xiàn)有技術(shù)中的TEM樣品制作方法卻難以滿(mǎn)足越來(lái)越小的厚度要求，這是因?yàn)榧词乖黾覨IB的離子束的強(qiáng)度或增長(zhǎng)FIB的切割時(shí)間使得TEM樣品厚度變小，但是加大FIB的離子束的強(qiáng)度或增長(zhǎng)FIB的切割時(shí)間必然會(huì)使得TEM樣品的上表面和兩個(gè)側(cè)表面受到更大的損傷，則增加了第一非晶層1003和第二非晶層1005的厚度(即第一非晶層1003和第二非晶層1005在X軸方向上的寬度)，圖6為增加FIB的離子束的強(qiáng)度或增長(zhǎng)FIB的切割時(shí)間時(shí)的TEM樣品的剖面示意圖，如圖6所示，隨著第一非晶層1003和第二非晶層1005的厚度的增加，晶層1004的厚度越來(lái)越小，甚至晶層1004中的目標(biāo)區(qū)域1006 的位置被第一非晶層1003和第二非晶層1005所占據(jù)。另外，根據(jù)TEM明場(chǎng)成像的襯度原理可知，當(dāng)?shù)谝环蔷?003和第二非晶層1005 的厚度之和小于晶層1004的厚度時(shí)，才能得到有序的、可反映樣品材料晶相的圖像，否則只能看到無(wú)序的、樣品材料的非晶相圖像?？梢?jiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，即使加大FIB的離子束的強(qiáng)度或增長(zhǎng)FIB的切割時(shí)間也不能有效地減小TEM樣品厚度。綜上，現(xiàn)有技術(shù)還未提出一種減小TEM樣品厚度的有效解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種TEM樣品的再加工方法，能夠減小TEM樣品的厚度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種TEM樣品的再加工方法，所述TEM樣品包括第一非晶層、第二非晶層、第一非晶層和第二非晶層之間的晶層，目標(biāo)區(qū)域位于晶層中，該方法包括分別獲取透射電子顯微鏡TEM樣品的第一非晶層和第二非晶層表面的掃描電子顯微鏡SEM圖片；根據(jù)第一非晶層和第二非晶層表面的SEM圖片，確定將第一非晶層或第二非晶層的表面作為T(mén)EM樣品的再加工表面，其中，若第一非晶層表面的SEM圖片所示為目標(biāo)區(qū)域， 則將第二非晶層確定為T(mén)EM樣品的再加工表面，若第二非晶層表面的SEM圖片所示為目標(biāo)區(qū)域，則將第一非晶層確定為T(mén)EM樣品的再加工表面；采用聚焦離子束FIB對(duì)所確定的TEM樣品的再加工表面進(jìn)行掃描處理。所述對(duì)所確定的TEM樣品的再加工表面進(jìn)行掃描處理的方法包括將TEM樣品放置于微柵銅網(wǎng)之上，TEM樣品的再加工表面不與微柵銅網(wǎng)接觸，第一非晶層表面和第二非晶層表面中不作為再加工表面的一面與微柵銅網(wǎng)接觸； 采用導(dǎo)電碳膠或?qū)щ娿~膠將放置有TEM樣品的微柵銅網(wǎng)固定在FIB機(jī)臺(tái)的載物臺(tái)上；
采用低離子束電流對(duì)再加工表面進(jìn)行掃描處理。所述掃描處理時(shí)的低離子束電流為10 20皮安，掃描處理時(shí)的離子束電壓為 10 30千伏；所述掃描處理時(shí)的電子束電壓為5 15千伏。所述對(duì)再加工表面進(jìn)行掃描處理的方法包括進(jìn)行單次掃描后停止，觀(guān)測(cè)TEM樣品被掃描處理的位置是否是預(yù)期的位置，如果不是預(yù)期的位置，則調(diào)整掃描處理的位置后再進(jìn)行單次掃描，直至達(dá)到預(yù)期的位置時(shí)再進(jìn)行連續(xù)掃描；如果是預(yù)期的位置，則直接進(jìn)行連續(xù)掃描。在本發(fā)明所提供的一種TEM樣品的再加工方法中，首先分別獲取TEM樣品的第一非晶層和第二非晶層表面的SEM圖片，然后根據(jù)第一非晶層和第二非晶層表面的SEM圖片， 確定將第一非晶層或第二非晶層的表面作為T(mén)EM樣品的再加工表面，最后采用FIB對(duì)所確定的TEM樣品的再加工表面進(jìn)行掃描處理，可見(jiàn)，上述方法通過(guò)FIB對(duì)第一非晶層或第二非晶層表面進(jìn)行掃描處理，不會(huì)對(duì)TEM樣品中的目標(biāo)區(qū)域造成損傷，而且有效地減小了 TEM樣品的厚度。


圖1 圖5為現(xiàn)有技術(shù)中TEM樣品制作方法的過(guò)程剖面示意圖。圖6為增加FIB的離子束的強(qiáng)度或增長(zhǎng)FIB的切割時(shí)間時(shí)的TEM樣品的剖面示意圖。圖7為本發(fā)明所提供的一種TEM樣品的再加工方法的流程圖。圖8為T(mén)EM樣品厚度與目標(biāo)區(qū)域的關(guān)系示意圖。圖9為掃描處理示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明所述方案作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的核心思想為分別獲取TEM樣品的第一非晶層和第二非晶層表面的SEM 圖片，然后根據(jù)第一非晶層和第二非晶層表面的SEM圖片，確定將第一非晶層或第二非晶層的表面作為T(mén)EM樣品的再加工表面，最后采用FIB對(duì)所確定的TEM樣品的再加工表面進(jìn)行掃描處理，這樣，通過(guò)FIB對(duì)第一非晶層或第二非晶層表面進(jìn)行掃描處理，不會(huì)對(duì)TEM樣品中的目標(biāo)區(qū)域造成損傷，而且有效地減小了 TEM樣品的厚度。圖7為本發(fā)明所提供的一種TEM樣品的再加工方法的流程圖。如圖7所示，該方法包括以下步驟步驟701，分別獲取TEM樣品的第一非晶層1003和第二非晶層1005表面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片。由于現(xiàn)有技術(shù)中的TEM樣品的厚度過(guò)大，若依然采用現(xiàn)有技術(shù)的方法制作TEM樣品，則在TEM樣品的厚度方向(即X軸方向上)上的目標(biāo)區(qū)域可能大于一個(gè)。圖8為T(mén)EM樣品厚度與目標(biāo)區(qū)域的關(guān)系示意圖，如圖8所示，圖中每個(gè)黑色圓點(diǎn)表示一個(gè)接觸孔，則圖8包括四列接觸孔:A列接觸孔、B列接觸孔、C列接觸孔和D列接觸孔。假設(shè)目標(biāo)區(qū)域?yàn)镈列接觸孔，虛線(xiàn)框2002在X軸方向的寬度表示現(xiàn)有技術(shù)中TEM樣品的厚度，由于現(xiàn)有技術(shù)中TEM樣品的厚度比較大，則TEM樣品的厚度方向上包括的接觸孔的數(shù)目可能大于一列，假設(shè)在TEM樣品的厚度方向上包括兩列接觸孔，例如C列和D列接觸孔。而在理想情況下，我們期望TEM樣品的厚度方向僅包括D列接觸孔，虛線(xiàn)框2001在X軸方向的寬度表示理想情況下TEM樣品的厚度。在步驟701中，采用SEM分別掃描TEM樣品的第一非晶層1003表面和第二非晶層 1005表面，從而獲得第一非晶層1003和第二非晶層1005表面的SEM照片。需要說(shuō)明的是， SEM不同于TEM，SEM發(fā)出的電子束不具備很高的穿透性，通過(guò)SEM獲取的圖像并非TEM樣品厚度方向上所有區(qū)域的圖像。結(jié)合圖8，若C列接觸孔靠近第一非晶層1003表面，D列接觸孔靠近第二非晶層1005表面的表面，則SEM掃描第一非晶層1003表面得到的是C列接觸孔的圖片，SEM掃描第二非晶層1005表面得到的是D列接觸孔的圖片。步驟702，根據(jù)第一非晶層1003和第二非晶層1005表面的SEM圖片，確定將第一非晶層1003或第二非晶層1005的表面作為T(mén)EM樣品的再加工表面。確定再加工表面的方法為人工觀(guān)察第一非晶層1003和第二非晶層1005表面的 SEM圖片后，若第一非晶層1003表面的SEM圖片所示為目標(biāo)區(qū)域，則將第二非晶層1005作為T(mén)EM樣品的再加工表面，若第二非晶層1005表面的SEM圖片所示為目標(biāo)區(qū)域，則將第一非晶層1003作為T(mén)EM樣品的再加工表面。結(jié)合圖8舉例說(shuō)明，由于SEM掃描第一非晶層1003表面得到的是C列接觸孔的圖片，SEM掃描第二非晶層1005表面得到的是D列接觸孔的圖片，而目標(biāo)區(qū)域?yàn)镈列接觸孔， 則將第一非晶層1003表面作為再加工的表面。步驟703，采用FIB對(duì)所確定的TEM樣品的再加工表面進(jìn)行掃描處理。圖9為掃描處理示意圖，如圖9所示，掃描處理的方法為第一，將TEM樣品放置于微柵銅網(wǎng)之上，TEM樣品的再加工表面不與微柵銅網(wǎng)接觸，第一非晶層1003表面和第二非晶層1005表面中不作為再加工表面的一面與微柵銅網(wǎng)接觸。例如，假設(shè)將第一非晶層1003表面作為再加工的表面，則第一非晶層1003的表面不與微柵銅網(wǎng)接觸，第二非晶層1005的表面與微柵銅網(wǎng)接觸。其中，微柵銅網(wǎng)是現(xiàn)有技術(shù)中用于TEM觀(guān)測(cè)時(shí)支撐樣品的常用器件，此處對(duì)微柵銅網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不再詳細(xì)描述。第二，采用導(dǎo)電碳膠或?qū)щ娿~膠將放置有TEM樣品的微柵銅網(wǎng)固定在FIB機(jī)臺(tái)的載物臺(tái)上。第三，采用低離子束電流對(duì)再加工表面進(jìn)行掃描處理。需要說(shuō)明的是，在進(jìn)行掃描處理時(shí)，離子束電流一定不能過(guò)大，否則會(huì)對(duì)TEM樣品造成損傷，增大了非晶層的厚度。優(yōu)選地，掃描處理時(shí)的離子束電流為10 20皮安(pA)， 掃描處理時(shí)的離子束電壓為10 30千伏(kV)，掃描處理時(shí)的離子束電流和電壓決定了離子束對(duì)再加工表面的掃描強(qiáng)度。另外，在進(jìn)行掃描處理時(shí)，還需對(duì)再加工表面進(jìn)行觀(guān)測(cè)以準(zhǔn)確地控制掃描處理的位置以及決定何時(shí)停止掃描，F(xiàn)IB機(jī)臺(tái)對(duì)TEM樣品發(fā)出電子束用于獲取TEM樣品的圖像以供操作者觀(guān)測(cè)。如果電子束電壓過(guò)小則看不清楚TEM樣品，從而無(wú)法準(zhǔn)確地控制掃描處理的位置，電子束電壓如果過(guò)大則可能會(huì)對(duì)TEM樣品造成損傷，優(yōu)選地，電子束電壓為5 15 千伏(kV)。另外，當(dāng)采用低離子束電流和電壓對(duì)再加工表面進(jìn)行掃描處理時(shí)，可先進(jìn)行單次掃描后停止，觀(guān)測(cè)TEM樣品被掃描處理的位置是否是預(yù)期的位置，如果不是預(yù)期的位置，則調(diào)整掃描處理的位置后再進(jìn)行單次掃描，直至達(dá)到預(yù)期的位置時(shí)再進(jìn)行連續(xù)掃描；如果是預(yù)期的位置，則直接進(jìn)行連續(xù)掃描。由圖9可以看出，當(dāng)采用低離子束電流對(duì)第一非晶層1003的表面進(jìn)行掃描處理后，TEM樣品的厚度減小，減小的部分并非目標(biāo)區(qū)域，而且由于采用的是低離子束電流，沒(méi)有增加第一非晶層1003和第二非晶層1005的厚度，不會(huì)對(duì)TEM樣品造成損傷。至此，本流程結(jié)束。根據(jù)本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，首先分別獲取TEM樣品的第一非晶層和第二非晶層表面的SEM圖片，然后根據(jù)第一非晶層和第二非晶層表面的SEM圖片，確定將第一非晶層或第二非晶層的表面作為T(mén)EM樣品的再加工表面，最后采用FIB對(duì)所確定的TEM樣品的再加工表面進(jìn)行掃描處理，可見(jiàn)，上述方法通過(guò)FIB對(duì)第一非晶層或第二非晶層表面進(jìn)行掃描處理，不會(huì)對(duì)TEM樣品的目標(biāo)區(qū)域造成損傷，而且有效地減小了 TEM樣品的厚度。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種TEM樣品的再加工方法，所述TEM樣品包括第一非晶層、第二非晶層、第一非晶層和第二非晶層之間的晶層，目標(biāo)區(qū)域位于晶層中，該方法包括分別獲取透射電子顯微鏡TEM樣品的第一非晶層和第二非晶層表面的掃描電子顯微鏡SEM圖片；根據(jù)第一非晶層和第二非晶層表面的SEM圖片，確定將第一非晶層或第二非晶層的表面作為T(mén)EM樣品的再加工表面，其中，若第一非晶層表面的SEM圖片所示為目標(biāo)區(qū)域，則將第二非晶層確定為T(mén)EM樣品的再加工表面，若第二非晶層表面的SEM圖片所示為目標(biāo)區(qū)域， 則將第一非晶層確定為T(mén)EM樣品的再加工表面；采用聚焦離子束FIB對(duì)所確定的TEM樣品的再加工表面進(jìn)行掃描處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)所確定的TEM樣品的再加工表面進(jìn)行掃描處理的方法包括將TEM樣品放置于微柵銅網(wǎng)之上，TEM樣品的再加工表面不與微柵銅網(wǎng)接觸，第一非晶層表面和第二非晶層表面中不作為再加工表面的一面與微柵銅網(wǎng)接觸；采用導(dǎo)電碳膠或?qū)щ娿~膠將放置有TEM樣品的微柵銅網(wǎng)固定在FIB機(jī)臺(tái)的載物臺(tái)上；采用低離子束電流對(duì)再加工表面進(jìn)行掃描處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述掃描處理時(shí)的低離子束電流為10 20皮安，掃描處理時(shí)的離子束電壓為10 30 千伏；所述掃描處理時(shí)的電子束電壓為5 15千伏。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述對(duì)再加工表面進(jìn)行掃描處理的方法包括進(jìn)行單次掃描后停止，觀(guān)測(cè)TEM樣品被掃描處理的位置是否是預(yù)期的位置，如果不是預(yù)期的位置，則調(diào)整掃描處理的位置后再進(jìn)行單次掃描，直至達(dá)到預(yù)期的位置時(shí)再進(jìn)行連續(xù)掃描；如果是預(yù)期的位置，則直接進(jìn)行連續(xù)掃描。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種TEM樣品的再加工方法，分別獲取TEM樣品的第一非晶層和第二非晶層表面的SEM圖片，然后根據(jù)第一非晶層和第二非晶層表面的SEM圖片，確定將第一非晶層或第二非晶層的表面作為T(mén)EM樣品的再加工表面，采用FIB對(duì)所確定的TEM樣品的再加工表面進(jìn)行掃描處理。采用本發(fā)明公開(kāi)的方法有效地減小了TEM樣品的厚度。
文檔編號(hào)G01N1/28GK102486441SQ20101057185
公開(kāi)日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者龐凌華, 段淑卿 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司