用于變更蝕刻速率的離子注入的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制備用于透射電子顯微術(shù)(TEM)和掃描透射電子顯微術(shù)(SEM)的樣品O
【背景技術(shù)】
[0002]透射電子顯微鏡(TEM)可以使觀察者能夠形成納米量級到幾分之一埃的非常小的特征的圖像。TEM圖像允許分析樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在TEM中，寬的電子束沖擊樣品，并且透射過所述樣品的電子被聚焦以形成所述樣品的圖像。所述樣品必須足夠薄以允許初級射束中的許多電子穿過所述樣品行進(jìn)，并且在相對部位上退出。
[0003]從大塊樣品材料切割下來的薄的??Μ樣品被稱為“薄片”。薄片通常小于100納米(nm)厚度，但是對于一些應(yīng)用，薄片必須是相當(dāng)薄的。在半導(dǎo)體工業(yè)中，TEM和STEM分析對于表征最小和最關(guān)鍵結(jié)構(gòu)來說正變得尤其重要。薄片制備是TEM分析中的關(guān)鍵步驟。對減小晶體管的尺寸的持續(xù)要求導(dǎo)致了需要進(jìn)一步減小薄片的厚度來提供只包含一個分立晶體管結(jié)構(gòu)的樣品。用于半導(dǎo)體制造中的最小特征尺寸或“間距”正朝著22nm進(jìn)展，因此將期望生產(chǎn)具有大約1nm厚度的薄片。具有小于20nm厚度的薄片對于以可靠和可重復(fù)方式的生產(chǎn)來說將具有挑戰(zhàn)性。
[0004]由于缺乏結(jié)構(gòu)完整性，這種薄的薄片經(jīng)受機械故障的影響一一在非常薄的樣品中經(jīng)常發(fā)生關(guān)鍵區(qū)域的扭曲、彎曲和磨蝕。由于所需的薄片厚度一直在減小，因此存在對于一種提供和維持薄樣品的結(jié)構(gòu)完整性的方法的需要。
[0005]用于TEM薄片制備方法通常使用聚焦離子束(FIB)系統(tǒng)。薄片厚度和最終薄片中心方位的精確度是基于FIB研磨操作的放置的精確度。在自動化工作流程中，通常相對于將從中研磨TEM樣品薄片的基底的頂表面上的一些特征或基準(zhǔn)來執(zhí)行研磨。
[0006]因為薄片小于20nm厚度的期望的，所需的增加水平的精度需要更高的操作者技能。進(jìn)一步，隨著厚度減小到例如小于10nm，薄片樣品的成功率顯著降低。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)的薄片增強技術(shù)，諸如由Lechner在EP2413126中教導(dǎo)的方法，涉及將薄片成形為留下比用于結(jié)構(gòu)支撐的其他區(qū)域更厚的某些區(qū)域。這樣的方法留下了由較厚區(qū)域所包圍的較薄區(qū)域的“窗口”，但是這樣的窗口可能限制視場，其進(jìn)而影響可以從所述薄片獲得的信息量。開窗還增加了復(fù)雜性和加工時間。進(jìn)一步，需要高水平的操作者技能來將聚焦離子束引導(dǎo)至不同區(qū)域以在所述薄片內(nèi)留下變化的厚度水平。因此，所需要的是一種用于增強薄片樣品的改進(jìn)方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是通過將離子注入到樣品中并然后加工所述樣品來在所述樣品上產(chǎn)生顯微圖案，其中在加工下經(jīng)注入?yún)^(qū)域與未經(jīng)注入?yún)^(qū)域表現(xiàn)不同。
[0009]在一些實施例中，通過使用聚焦離子束來將離子注入到樣品的區(qū)域中，以及諸如通過蝕刻來加工所述樣品，其中經(jīng)注入?yún)^(qū)域中的材料比未經(jīng)注入?yún)^(qū)域去除得更慢，從而留下與經(jīng)注入?yún)^(qū)域相對應(yīng)的凸起圖案，或者材料去除得更快，從而留下與經(jīng)注入?yún)^(qū)域相對于的凹陷區(qū)域。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，將硬化材料注入到所述薄片的區(qū)域中以強化所述薄片。在一些實施例中，所注入的材料使得所述薄片對離子束加工有抵抗力，留下比薄片的其他區(qū)域更厚的經(jīng)注入?yún)^(qū)域，從而形成對薄片提供附加支撐的增強結(jié)構(gòu)。
[0011]上述內(nèi)容已經(jīng)相當(dāng)寬泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)勢，以便可以更好地理解隨后的本發(fā)明的詳細(xì)描述。下面將描述本發(fā)明的附加特征和優(yōu)勢。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，所公開的概念和具體實施例可以容易地被用作修改或設(shè)計用于實現(xiàn)本發(fā)明的相同目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到的是，這種等同構(gòu)造并不脫離所附權(quán)利要求中所闡明的本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0012]為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)勢，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖進(jìn)行的下面的描述，在附圖中:
[0013]圖1是示出硅工件中成直線的鈹(Be)注入的顯微照片，其中注入的持續(xù)時間從I秒到32秒變化。
[0014]圖2是示出圖1的線的橫截面的顯微照片；
[0015]圖3是以更高放大倍數(shù)示出圖2的橫截面的一部分的顯微照片。
[0016]圖4和5是圖2的橫截面的顯微照片圖像；
[0017]圖6是示出不同材料的基底并且示出將用Be離子注入的區(qū)域的顯微照片。
[0018]圖7是示出具有所注入的Be離子的圖6的基底的顯微照片。
[0019]圖8是示出了表明將被研磨的區(qū)域的圖7的基底的顯微照片。
[0020]圖9是示出了由金離子研磨后的圖7的基底的顯微照片。
[0021]圖10是示出了在形成薄片時使用的本發(fā)明的實施例的步驟的流程圖。
[0022]圖11示出了薄片的布局，其示出了用于將根據(jù)本發(fā)明的實施例創(chuàng)建的增強結(jié)構(gòu)的設(shè)計和感興趣區(qū)。
【具體實施方式】
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，在蝕刻之前提供一種材料來硬化工件的區(qū)域。具有所添加的材料的區(qū)域以比沒有所添加的材料的周圍區(qū)域更慢的速率進(jìn)行蝕刻，留下由所添加的材料所限定的結(jié)構(gòu)。所述材料可以例如通過離子注入來被添加，這允許精確限定具有納米范圍內(nèi)的尺度的結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，經(jīng)注入?yún)^(qū)域以更快的速率進(jìn)行蝕刻，留下凹陷區(qū)域而不是凸起區(qū)域。
[0024]在注入離子之后，可以例如使用以下蝕刻來執(zhí)行材料的蝕刻:聚焦離子束蝕刻、寬束(斑點尺寸大于0.5 μπι)離子蝕刻、射束誘發(fā)化學(xué)蝕刻、無射束的化學(xué)蝕刻、或者激光束蝕刻。射束誘發(fā)化學(xué)蝕刻可以例如使用以下射束來誘發(fā):離子束、電子束、團(tuán)簇束(clusterbeam)、中性束、激光束或光學(xué)束。因為所蝕刻的區(qū)域通常大于經(jīng)注入?yún)^(qū)域，如果使用射束的話，優(yōu)選使用具有比注入離子的射束更大的斑點尺寸的射束來執(zhí)行蝕刻。
[0025]申請人已發(fā)現(xiàn)，例如，鈹(Be)離子硬化各種工件材料，包括硅(Si)、二氧化硅(S12)和銅(Cu)，使得工件對通過離子濺射進(jìn)行蝕刻更有抵抗力。離子通常被注入在第一區(qū)域中，并且然后注入在第二區(qū)域中，優(yōu)選地，例如，諸如通過使用第二射束(諸如離子束、電子束或激光束)或者諸如化學(xué)蝕刻之類的其他過程進(jìn)行加工來蝕刻第一區(qū)域的超集(superset)。
[0026]本發(fā)明的實施例對于形成用于TEM成像和分析的薄片尤其有用。該方法可以被用于形成薄片中的增強結(jié)構(gòu)，其可以強化每個薄片以防止彎曲和磨蝕。使用本發(fā)明使得薄片產(chǎn)生的工藝更加可再現(xiàn)，從而提高成功率。然而增強結(jié)構(gòu)的期望寬度將隨著特定應(yīng)用而變化，強化的區(qū)域的最小寬度僅由注入射束的斑點尺寸或其他材料放置方法的分辨率所限制。在一些實施例中，使用單個聚焦柱(focusing column)來產(chǎn)生注入離子的射束和研磨離子的射束。例如，諸如Clark Jr.等人針對“Liquid Metal 1n Source and Alloy”在美國專利No 4，775，818中所描述的液體金屬合金源之類的液體金屬合金源，或者諸如Smith等人針對“Mult1-Source Plasma Focused 1n Beam System”在美國專利公開2009/0309018中所描述的等離子體離子源之類的等離子體離子源，可以與質(zhì)量過濾器一起被用來選擇離子，從而在強化離子的射束和研磨離子的射束之間容易地切換。典型地，使用不同的離子種類用于注入和蝕刻。優(yōu)選地以不同的射束能量來使用相同的種類。其他的實施例可以使用不同的離子柱系統(tǒng)來產(chǎn)生不同的射束。本發(fā)明的實施例可以消除對增強結(jié)構(gòu)的射束誘發(fā)沉積的需要。犧牲保護(hù)蓋(通常具有鉑或鎢)被用在薄片制備中。本發(fā)明的實施例還可用于增強犧牲保護(hù)蓋，從而減少對蓋的磨蝕。
[0027]在某些實施例中，Be硬化允許薄片在厚度上小于20nm，以及甚至更優(yōu)選地在厚度上小于10nm，以保持它們的結(jié)構(gòu)完整性并能夠以TEM或STE