專利名稱：Tem樣品的制備方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及TEM (Transmission ElectronMicroscope透射電子顯微鏡)的樣片制備方法領域。
背景技術：
在半導體制造業中，有各種各樣的檢測設備，其中EM是用于檢測組成器件的薄膜的形貌、尺寸及特性的一個重要工具。常用的EM包括TEM(Transmission Electron Microscope透射電子顯微鏡)和SEMGcanningElectron Microscope掃描電子顯微鏡)。 TEM的工作原理是將需檢測的樣片以切割、研磨、離子減薄等方式減薄，然后放入TEM觀測室，以高壓加速的電子束照射樣片，將樣片形貌放大、投影到屏幕上，照相，然后進行分析， TEM的一個突出優點是具有較高的分辨率，可觀測極薄薄膜的形貌及尺寸。樣片制備是TEM分析技術中非常重要的一環，其主要包括兩種樣品，一種需要將樣品減薄到IOOnm左右就適合用來觀測，例如對于半導體行業中較大關鍵尺寸的圖形觀測。另一種需要將樣品減薄到小于IOOnm才可觀測，例如對于半導體的90nm以下的先進制程中某些圖形的觀測，后面一種觀測對于樣品厚度要求比較高，樣品通常是利用切割-機械研磨(polishing)之后進行離子減薄(Ion milling)(—般利用Ar離子撞擊)。更多的 TEM樣品的制備方法可以參考公開號CN1635365A的中國專利文獻。如圖1至圖6所示為O-IOOnm樣品的制作示意圖，下面結合圖1至圖5對O-IOOnm 樣品的制作進行詳細說明。首先參考圖1，從要檢測樣片10 (如單晶硅片、多晶硅片、具有器件的硅片)上分離出小塊樣片，如圖1所示的樣片12，該樣片12通常是長方形。通常會從檢測樣片10的中央區域取形狀相同的兩塊樣片。圖2是雙樣片的剖面示意圖，然后參考圖2將樣片12相同的一面(如正面，即具有器件的一面，這樣可以在后續減薄的過程中保護器件)貼合粘接，形成雙樣片14。接著，參考圖3，圖3是減薄后的雙樣片的剖面示意圖，利用化學機械研磨(CMP， Chemical Mechanical Planarization)或者物理研磨的方式從雙樣片的一個被切割的側面從箭頭Xl方向減薄雙樣片。參考圖4(圖4是圖3的左視圖)，然后將被減薄的一面12a 貼合粘接在一銅環13上。接著，參考圖5 (為了清楚顯示，省略了銅環)，圖5為圖4的右視圖，將雙樣片的和面1 平行的另一面12b進行研磨，從與箭頭Xl相反的箭頭X2的方向減薄，使得雙樣片中兩個樣片12的厚度相同，雙樣片的厚度d在20 μ m左右。接著，按照銅環13的外圍邊界將所述雙樣片14切割，夾持銅環13，參考圖6，利用等離子體對雙樣片14兩面的對應銅環13中央的區域進行轟擊，從箭頭Xl和X2兩個方向減薄，通常是利用Ar離子，能量在3KV左右，從而使得雙樣片14減薄到位于O-IOOnm之間， 且不同的區域可以具有不同的厚度，例如從離子轟擊的中央部分向邊緣厚度遞減。然后可以利用銅環13對切割后的雙樣片14進行固定，然后利用TEM觀測厚度IOnm的區域即可。
但是上述的現有的制造方法中，如果只采用一個樣片進行減薄后TEM觀測通常會在減薄的過程中對樣片的另一面形成損傷，因此通常會利用兩片樣片進行貼合粘接，這樣粘接在一起的一面就不會在減薄過程中損傷(通常粘接的一面為形成有器件的一面，這樣可以保證被測器件不受損傷)，但是由于在粘接后，雙樣片中的兩個樣片完全相同，因此無法區分，為了避免無法區分造成的誤差，粘接在一起的兩個樣片通常選自檢測樣片的中央區域，這樣樣片受到制造工藝的影響比較相近，就不用區分兩個樣片。但是由于制造過程中中央區域到邊緣區域受到工藝的影響不同，而且邊緣區域可能會存在較大的誤差，不同的邊緣區域可能受到的工藝影響不同，所以也需要對邊緣區域進行TEM分析，但在現有技術中就很難對除中央區域以外的區域進行TEM分析。
發明內容
本發明解決的問題是提供一種TEM樣品的制備方法，從而使得可以對檢測樣片的任何區域進行TEM分析。為了解決上述問題，本發明提供了一種TEM樣品的制備方法，包括步驟提供檢測樣片，所述檢測樣片上具有至少兩個待檢測區域，即第一待檢測區域和第二待檢測區域；在檢測樣片的第一待檢測區域形成標記；從所述第一待檢測區域切割出第一樣片，所述第一樣片包括所述標記，從所述第二待檢測區域切割出第二樣片，所述第二樣片的形狀和第一樣片的形狀相同；將所述第一樣片和第二樣片的具有待檢測區域的一面貼合粘接，形成雙樣片；沿所述雙樣片的被切割的兩個相對側面減薄所述雙樣片，直到暴露所述標記。可選的，所述待檢測區域具有待檢測圖形，所述標記位于待檢測圖形以外的區域。可選的，所述標記為條帶狀，減薄所述雙樣片的方向為所述標記的長度方向，所述標記的長度大于或等于lOOnm。可選的，所述標記在所述檢測樣片表面的深度為10 μ m 30 μ m。可選的，所述標記在所述檢測樣片表面的寬度小于lOOnm。可選的，所述形成標記是利用激光刻蝕的方法。可選的，所述激光的波長為200nm至800nm，頻率為IOHZ至30HZ。可選的，所述沿所述雙樣片的被切割的兩個相對側面減薄所述雙樣片包括利用化學機械研磨方法減薄所述雙樣片；再進一步利用等離子體轟擊方法減薄所述雙樣片。可選的，所述等離子體轟擊為利用Ar離子，能量在O-IOKeV左右。可選的，所述樣片的具有待檢測圖形的一面具有器件層。與現有技術相比，本發明主要具有以下優點本發明的TEM樣品的制備方法，利用在其中一個檢測區域制作標記，這樣再將兩個樣品粘接并且磨薄后，通過標記可以區分兩個樣片，這樣對雙樣片進行TEM分析時，就比較容易區分兩個樣片，因此這樣就可以從檢測樣片的不同區域來獲取樣片，例如可以從邊緣區域獲取樣片，這樣就可以觀測位于邊緣區域的樣片的形貌情況，進一步的獲得檢測樣片的制造情況。
通過附圖中所示的本發明的優選實施例的更具體說明，本發明的上述及其它目的、特征和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發明的主旨。圖1至圖6是一種現有的TEM樣品的制備方法示意圖；圖7是本發明的TEM樣品的制備方法流程圖。圖8至圖13是本發明的TEM樣品的制備方法示意圖。
具體實施例方式由背景技術可知，現有的制造方法中，如果只采用一個樣片進行減薄后TEM觀測通常會在減薄的過程中對樣片的另一面形成損傷，因此通常會利用兩片樣片進行貼合粘接，這樣粘接在一起的一面就不會在減薄過程中損傷(通常粘接的一面為形成有器件的一面，這樣可以保證被測器件不受損傷)，但是由于在粘接后，雙樣片中的兩個樣片完全相同， 因此無法區分，為了避免無法區分造成的誤差，粘接在一起的兩個樣片通常選自檢測樣片的中央區域，這樣樣片受到制造工藝的影響比較相近，就不用區分兩個樣片。但是由于制造過程中中央區域到邊緣區域受到工藝的影響不同，而且邊緣區域可能會存在較大的誤差， 不同的邊緣區域可能受到的工藝影響不同，所以也需要對邊緣區域進行TEM分析，但在現有技術中就很難對除中央區域以外的區域進行TEM分析。本發明的發明人經過大量的實驗研究，得到一種可以對檢測樣片的邊緣區域的樣片進行有效觀測的TEM樣品的制備方法，利用在其中一個檢測區域制作標記，這樣再將兩個樣品粘接并且磨薄后，通過標記可以區分兩個樣片，這樣對雙樣片進行TEM分析時，就比較容易區分兩個樣片，因此這樣就可以從檢測樣片的不同區域來獲取樣片，例如可以從邊緣區域獲取樣片，這樣就可以觀測位于邊緣區域的樣片的形貌情況，進一步的獲得檢測樣片的制造情況。為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實現方式做詳細的說明。本發明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時， 為便于說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應限制本發明保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。圖7是本發明的TEM樣品的制備方法流程圖。如圖7所示，本發明的TEM樣品的制備方法包括步驟S10，提供檢測樣片，所述檢測樣片上具有至少兩個待檢測區域，即第一待檢測區域和第二待檢測區域；S20，在檢測樣片的第一待檢測區域形成標記；S30，從所述第一待檢測區域切割出第一樣片，所述第一樣片包括所述標記，從所述第二待檢測區域切割出第二樣片，所述第二樣片的形狀和第一樣片的形狀相同；S40，將所述第一樣片和第二樣片的具有待檢測區域的一面貼合粘接，形成雙樣片；
S50，沿所述雙樣片的被切割的兩個相對側面減薄所述雙樣片，直到暴露所述標記。圖8至圖13是本發明的TEM樣品的制備方法示意圖。下面結合圖8至圖13對本實施例的TEM樣品的制備方法進行詳細說明。首先，執行步驟S10，參考圖8，提供檢測樣片101，所述檢測樣片可以包括晶圓，和位于晶圓上的半導體器件層。所述檢測樣片101上具有至少兩個待檢測區域，即第一待檢測區域103和第二待檢測區域105。其中第一檢測區域103和第二檢測區域105可以都位于所述檢測樣片101的中央區域，或者都位于檢測樣片101的邊緣區域，或者一個位于檢測樣片101的中央區域，另一位于檢測樣片101的邊緣區域，在本實施例中，所述第一待檢測區域103位于檢測樣片101的邊緣區域，所述第二待檢測區域105位于檢測樣片101的中央區域。除此之外，檢測樣片101還可以包括其它的待檢測區域。所述檢測樣片的具有器件(如在本實施例中所述器件即為待檢測圖形)的一面通常叫做正面，沒有器件的一面通常叫做背面。接著，執行步驟S20，繼續參考圖8，在檢測樣片101的第一待檢測區域103形成標記107。在本實施例中，利用所述形成標記的方法優選的是利用激光刻蝕的方法。所述激光的波長為200nm至800nm，頻率為IOHZ至30HZ，能量為50% -80% (有效功)，例如波長為 530nm、頻率為 20HZ。當然對于不同的檢測樣片也可以利用不同的方法來形成標記，例如表面為介電層或者金屬的檢測樣片也可以利用刻蝕的方法。在本實施例中，所述標記107在檢測樣片101表面為條帶狀，所述標記在所述檢測樣片表面的深度為10 μ m 30 μ m。所述標記在所述檢測樣片101表面的長度，大于或者等于lOOnm，寬度小于lOOnm。這樣可以保證樣片磨薄后可以暴露所述標記。并且標記清晰。 當然除此之外所述樣片也可以為其他形狀，從而其長寬等也可以為其它尺寸。優選的，所述待檢測區域具有待檢測圖形(可以為器件、接觸孔或者互連層等)， 所述標記107位于待檢測圖形以外的區域。這樣可以使得標記107不會破壞待檢測圖形， 保證了觀測的準確性。在本實施例中，所述標記107位于檢測樣片的正面。接著，執行步驟S30，繼續參考圖8從所述第一待檢測區域103切割出第一樣片 109，第一樣片109包括所述標記107。從所述第二待檢測區域105切割出第二樣片111，第二樣片111的形狀和第一樣片109的形狀相同，例如在本實施例中，同為矩形。所述矩形具有長邊和短邊。例如切割出第一樣片109具體的可以使用金剛刀劃開一個小的裂口，硅片沿其解離面自動斷裂，當然也可以選擇特定的切割儀器，對其進行相對精確位置的切割。為了磨樣方便，一般所截樣品的長度小于8cm，寬度小于km。接著，執行步驟S40，參考圖9，將所述第一樣片109和第二樣片111的相同面貼合粘接，形成雙樣片113。所述第一樣片109和第二樣片111具有器件(器件即為待檢測圖形)的一面為正面，另一面為背面，所述第一樣片109和第二樣片111的正面貼合粘接。所述粘接方法可以利用本領域技術人員熟知的膠水進行粘接。接著，執行步驟S50，沿所述雙樣片的被切割的一個側面減薄所述雙樣片，參考圖 10，可以利用本領域技術人員熟知的減薄方法，利用化學機械研磨或者物理研磨的方式從雙樣片113的一個被切割的側面，例如長邊所在面減薄，參考圖11，圖11是圖10的左視圖， 然后將被減薄的一面貼合粘接在一銅環114上。然后，沿所述雙樣片113的與被減薄的側面相對側面減薄所述雙樣片。具體的，利用化學機械研磨或者物理研磨的方式，從與被減薄的側面相對側面減薄所述雙樣片，例如減薄到20 μ m。一般研磨使用的砂紙要從粗到細，一般砂紙的型號為水砂紙180-600號， 之后選擇鉆石砂紙15號-0. 5號。逐步將樣品磨薄的同時要確保表面的劃痕去掉。然后，再按照銅環的外圍邊界將所述雙樣片113切割，夾持銅環13，參考圖12，圖 12是圖11省略銅環的左視圖，利用等離子體對雙樣片113被減薄的兩個側面進行轟擊減薄，通常是利用Ar離子，能量在O-IOKeV左右，從而使得雙樣片113減薄到在0 IOOnm 之間，且不同的區域可以具有不同的厚度，一般離子轟擊后，被減薄的面為弧面。參考圖 13 (圖13是圖12的左視圖)，減薄直到至少一面暴露出所述標記107。在離子轟擊減薄中， 包括兩個重要參數第一，能量范圍選擇4H(eV比較理想。第二，離子槍與樣品的角度，一般從大角度轉到小的角度，隨著樣品的減薄程度將角度范圍從10度調整到4度。在其它實施例中，該步驟也可以為其它的減薄方法，例如為化學機械研磨方法或者等離子體轟擊方法。制造完成的TEM樣品可以利用銅環進行固定，然后利用TEM觀測厚度IOnm的區域即可。本發明的TEM樣品的制備方法，利用在其中一個檢測區域制作標記，這樣在兩個樣品粘接并且磨薄后，通過標記可以區分兩個樣片，這樣對雙樣片進行TEM分析時，就比較容易區分兩個樣片，因此這樣就可以從檢測樣片的不同區域來獲取樣片，例如可以從邊緣區域獲取樣片，這樣就可以觀測位于邊緣區域的樣片的形貌情況，進一步的獲得檢測樣片的制造情況。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1.一種TEM樣品的制備方法，其特征在于，包括步驟提供檢測樣片，所述檢測樣片上具有至少兩個待檢測區域，即第一待檢測區域和第二待檢測區域；在檢測樣片的第一待檢測區域形成標記；從所述第一待檢測區域切割出第一樣片，所述第一樣片包括所述標記，從所述第二待檢測區域切割出第二樣片，所述第二樣片的形狀和第一樣片的形狀相同；將所述第一樣片和第二樣片的具有待檢測區域的一面貼合粘接，形成雙樣片；沿所述雙樣片的被切割的兩個相對側面減薄所述雙樣片，直到暴露所述標記。
2.根據權利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述待檢測區域具有待檢測圖形，所述標記位于待檢測圖形以外的區域。
3.根據權利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述標記為條帶狀，減薄所述雙樣片的方向為所述標記的長度方向，所述標記的長度大于或等于lOOnm。
4.根據權利要求3所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述標記在所述檢測樣片表面的深度為10 μ m 30 μ m。
5.根據權利要求3所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述標記在所述檢測樣片表面的寬度小于lOOnm。
6.根據權利要求3所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述形成標記是利用激光刻蝕的方法。
7.根據權利要求6所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述激光的波長為200nm 至800nm，頻率為IOHZ至30HZ。
8.根據權利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述沿所述雙樣片的被切割的兩個相對側面減薄所述雙樣片包括利用化學機械研磨方法減薄所述雙樣片；再進一步利用等離子體轟擊方法減薄所述雙樣片。
9.根據權利要求8所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述等離子體轟擊為利用 Ar離子，能量在O-IOKeV左右。
10.根據權利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于，所述樣片的具有待檢測圖形的一面具有器件層。
全文摘要
一種TEM樣品的制備方法，包括步驟提供檢測樣片，所述檢測樣片上具有至少兩個待檢測區域，即第一待檢測區域和第二待檢測區域；在檢測樣片的第一待檢測區域形成標記；從所述第一待檢測區域切割出第一樣片，所述第一樣片包括所述標記，從所述第二待檢測區域切割出第二樣片，所述第二樣片的形狀和第一樣片的形狀相同；將所述第一樣片和第二樣片的具有待檢測區域的一面貼合粘接，形成雙樣片；沿所述雙樣片的被切割的兩個相對側面減薄所述雙樣片，直到暴露所述標記，從而使得可以對檢測樣片的任何區域進行TEM分析。
文檔編號G01N1/28GK102466579SQ201010531258
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月3日 優先權日2010年11月3日
發明者楊衛明, 段淑卿, 芮志賢, 陸冠蘭 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司