一種tem樣品的制備方法
【專利摘要】本發明提供一種TEM樣品的制備方法，至少包括以下步驟：1）于樣片中定義分析區域，于所述分析區域的兩側形成凹槽；2）對所述分析區域的兩端進行切割使所述分析區的兩端與樣片分離；3）減薄所述分析區域至預設厚度；4）于所述分析區域兩端預留支撐區域，并進行切割使除所述支撐區域以外的分析區域底部與樣片分離；5）進行切割使所述分析區域與所述支撐區域分離。本發明在制備TEM樣品先將其兩端切斷，給后續減薄過程的膨脹提供應力釋放的空間，使應力能在樣品平行的方向伸張，從而可以有效地避免TEM樣品的彎曲現象。
【專利說明】一種TEM樣品的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種半導體測試方法，特別是涉及一種TEM樣品的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體技術的發展，半導體器件的關鍵尺寸不斷減小，利用具有高分辨率的儀器對缺陷及特定微小尺寸進行觀察與分析，進而優化工藝變得越來越重要。
[0003]透射電子顯微鏡(Transmiss1nelectron microscope, TEM),簡稱透射電鏡，是把經加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關，因此可以形成明暗不同的影像。通常，透射電子顯微鏡的分辨率為0.1?0.2nm，放大倍數為幾萬?百萬倍，用于觀察超微結構，即小于0.2 μ m、光學顯微鏡下無法看清的結構，又稱“亞顯微結構”。
[0004]透射電鏡作為電子顯微學的重要工具，通常用以觀測材料的微觀結構，包括晶體形貌、微孔尺寸、多相結晶和晶格缺陷等，其點分辨率可達到0.lnm。所述透射電鏡的工作原理如下:將需檢測的透射電鏡樣品(TEM樣品)放入TEM觀測室，以高壓加速的電子束照射所述TEM樣品，將TEM樣品的形貌放大投影到屏幕上，照相，然后進行分析。
[0005]由于電子易散射或被物體吸收，故穿透力低，樣品的密度、厚度等都會影響到最后的成像質量，必須制備更薄的超薄切片。所以用透射電子顯微鏡觀察時的樣品需要處理得很薄。因此，TEM樣品的制備是使用透射電鏡觀察與分析技術中非常重要的一環，TEM樣品通常要減薄到0.2um以下,許多情況下需要使用聚焦離子束(focus 1n beam, FIB)進行切割得到薄片，此薄片即為TEM樣品薄片。聚焦離子束的工作狀態分為高壓工作狀態與低壓工作狀態，所述高壓工作狀態所使用的電壓為30千伏，所述低壓工作狀態所使用的電壓為10千伏。在FIB切割過程中，使用經高壓加速的離子束轟擊晶圓，以切割出TEM樣品薄片，經高壓加速的離子束會對TEM樣品薄片造成卷曲。
[0006]現有的一種TEM樣品的制備方法如圖1?圖4所示，包括以下步驟:
[0007]如圖1所示，首先進行步驟1)，于樣片101中定義分析區域102，于分析區域兩側形成凹槽103 ；
[0008]如圖2a圖2b所示，然后進行步驟2)，切割所述分析區域102的底部使該底部其與樣片101分離，其中，圖2a為圖2b中A-A’截面圖；
[0009]如圖3所示，然后進行步驟3)，減薄所述分析區域102 ；
[0010]如圖4所示，最后進行步驟4)，切割所述分析區域102的兩端使所述兩端與樣片101分離，獲得最終的TEM樣品。
[0011]然而，在上述步驟3)減薄分析區域時，隨著樣品的變薄，TEM樣品在離子束的切割減薄過程中，往往會因為樣品受力、受熱而開始不斷彎曲。樣品彎曲會使得樣品的中間不能減薄，或者在后續切割的時候濺上切割時帶來的小顆粒，在TEM觀察的時候重影或者樣品觀察區域被濺過來的小顆粒擋住而影響最終的觀察。
[0012]因此，提供一種可以有效避免TEM樣品彎曲的制備方法實屬必要。
【發明內容】
[0013]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種TEM樣品的制備方法，用于解決現有技術中TEM樣品制備時容易彎曲而影響觀察等問題。
[0014]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種TEM樣品的制備方法，至少包括以下步驟:
[0015]I)于樣片中定義分析區域，于所述分析區域的兩側形成凹槽；
[0016]2)對所述分析區域的兩端進行切割使所述分析區的兩端與樣片分離；
[0017]3)減薄所述分析區域至預設厚度；
[0018]4)于所述分析區域兩端預留支撐區域，并進行切割使除所述支撐區域以外的分析區域底部與樣片分離；
[0019]5)進行切割使所述分析區域與所述支撐區域分離。
[0020]作為本發明的TEM樣品的制備方法的一種優選方案，步驟I)還包括步驟:于所述分析區域表面形成Pt保護層。
[0021]作為本發明的TEM樣品的制備方法的一種優選方案，步驟2)、步驟3、步驟4)及步驟5)均采用聚焦離子束進行切割。
[0022]作為本發明的TEM樣品的制備方法的一種優選方案，步驟3)進行減薄前還包括步驟:于所述分析區域兩端加蓋Pt保護塊，以防止所述分析區域兩端先被減薄而卷曲。
[0023]進一步地，所述Pt保護塊的寬度小于或等于所述支撐區域的寬度。
[0024]作為本發明的TEM樣品的制備方法的一種優選方案，步驟3)所述的預設厚度為50 ?150nm。
[0025]如上所述，本發明提供一種TEM樣品的制備方法，至少包括以下步驟:1)于樣片中定義分析區域，于所述分析區域的兩側形成凹槽；2)對所述分析區域的兩端進行切割使所述分析區的兩端與樣片分離；3)減薄所述分析區域至預設厚度；4)于所述分析區域兩端預留支撐區域，并進行切割使除所述支撐區域以外的分析區域底部與樣片分離；5)進行切割使所述分析區域與所述支撐區域分離。本發明在制備TEM樣品先將其兩端切斷，給后續減薄過程的膨脹提供應力釋放的空間，使應力能在樣品平行的方向伸張，從而可以有效地避免TEM樣品的彎曲現象。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1?圖4顯示為現有技術中的一種TEM樣品的制備方法各步驟所呈現的結構示意圖。
[0027]圖5顯示為本發明的TEM樣品的制備方法的步驟流程示意圖。
[0028]圖6顯示為本發明的TEM樣品的制備方法步驟I)所呈現的俯視結構示意圖。
[0029]圖7顯示為本發明的TEM樣品的制備方法步驟2)所呈現的俯視結構示意圖。
[0030]圖8及圖9a顯示為本發明的TEM樣品的制備方法步驟3)所呈現的俯視結構示意圖，圖9b顯示為圖9a于A-A’截面的結構示意圖。
[0031]圖10顯示為本發明的TEM樣品的制備方法步驟4)所呈現的截面結構示意圖。
[0032]圖11顯示為本發明的TEM樣品的制備方法步驟5)所呈現的截面結構示意圖。
[0033]元件標號說明
[0034]201樣片
[0035]202分析區域
[0036]203凹槽
[0037]204Pt 保護塊
[0038]205支撐區域
[0039]Sll?S15步驟I)?步驟5)
【具體實施方式】
[0040]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0041]請參閱圖5?圖11。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0042]如圖5?圖11所示，本實施例提供一種TEM樣品的制備方法，至少包括以下步驟:
[0043]如圖5?圖6所示，首先進行步驟1)S11，于樣片201中定義分析區域202，于所述分析區域202的兩側形成凹槽203。
[0044]作為示例，在形成所述凹槽203前，先于所述分析區域202表面形成Pt保護層。
[0045]作為示例，先采用用電子束輔助沉積(E-beam assisted deposit1n)的方法于所述分析區域202表面沉積一層Pt薄膜，然后采用用離子束輔助沉積的方法于所述Pt薄膜表面沉積一層較厚的Pt保護層。
[0046]如圖5及圖7所示，然后進行步驟2)S12，對所述分析區域202的兩端進行切割使所述分析區的兩端與樣片201分離。
[0047]作為示例，采用聚焦離子束所述分析區域202的兩端進行切割使所述分析區的兩端與樣片201分離。
[0048]經過研究分析，樣品的彎曲主要原因是當樣品變薄時，減薄過程中的離子束的轟擊能量和電子束掃描時帶來的能量使樣品受熱膨脹，在應力得不到釋放，樣品以兩端為支點，形成如張開的弓樣彎曲，這樣會給減薄和后續分析帶來很多麻煩，甚至無法觀察。因此，在本實施例中，考慮到上述樣品彎曲的原因，我們改變原來的制備流程，分析區域202的兩端進行切割使所述分析區的兩端與樣片201分離，給膨脹找到應力釋放的空間，使分析區域202向兩端釋放應力，最終的樣品就不會發生彎曲。
[0049]如圖5及圖8?圖9b所示，接著進行步驟3) S13，減薄所述分析區域202至預設厚度。
[0050]作為示例，進行減薄前還包括步驟:于所述分析區域202兩端加蓋Pt保護塊204，以防止所述分析區域202兩端先被減薄而卷曲。
[0051]作為本發明的TEM樣品的制備方法的一種優選方案，步驟3)所述的預設厚度為50 ?150nm。
[0052]如圖5及圖10所示，然后進行步驟4) S14，于所述分析區域202兩端預留支撐區域205，并進行切割使除所述支撐區域205以外的分析區域202底部與樣片201分離。
[0053]作為示例，采用聚焦離子束進行切割使除所述支撐區域205以外的分析區域202底部與樣片201分尚。
[0054]作為示例，所述支撐區域205的寬度大于或等于上述Pt保護塊204的寬度。預留支撐區域205可以防止直接將整分析區域202底部切斷容易導致分析區域202倒塌在凹槽203的問題。
[0055]如圖5及圖11所示，最后進行步驟5) S15，進行切割使所述分析區域202與所述支撐區域205分離。
[0056]作為示例，采用聚焦離子束進行切割使所述分析區域202與所述支撐區域205分尚，完成TEM樣品的制備。
[0057]綜上所述，本發明提供一種TEM樣品的制備方法，至少包括以下步驟:1)于樣片201中定義分析區域202，于所述分析區域202的兩側形成凹槽203 ;2)對所述分析區域202的兩端進行切割使所述分析區的兩端與樣片201分離；3)減薄所述分析區域202至預設厚度；4)于所述分析區域202兩端預留支撐區域205，并進行切割使除所述支撐區域205以外的分析區域202底部與樣片201分離；5)進行切割使所述分析區域202與所述支撐區域205分離。本發明在制備TEM樣品先將其兩端切斷，給后續減薄過程的膨脹提供應力釋放的空間，使應力能在樣品平行的方向伸張，從而可以有效地避免TEM樣品的彎曲現象。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0058]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種TEM樣品的制備方法，其特征在于，至少包括以下步驟: O于樣片中定義分析區域，于所述分析區域的兩側形成凹槽； 2)對所述分析區域的兩端進行切割使所述分析區的兩端與樣片分離； 3)減薄所述分析區域至預設厚度； 4)于所述分析區域兩端預留支撐區域，并進行切割使除所述支撐區域以外的分析區域底部與樣片分離； 5)進行切割使所述分析區域與所述支撐區域分離。
2.根據權利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于:步驟I)還包括步驟:于所述分析區域表面形成Pt保護層。
3.根據權利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于:步驟2)、步驟4)及步驟5)均采用聚焦離子束進行切割。
4.根據權利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于:步驟3)進行減薄前還包括步驟:于所述分析區域兩端加蓋Pt保護塊，以防止所述分析區域兩端先被減薄而卷曲。
5.根據權利要求4所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于:所述Pt保護塊的寬度小于或等于所述支撐區域的寬度。
6.根據權利要求1所述的TEM樣品的制備方法，其特征在于:步驟3)所述的預設厚度為 50 ?150nm。
【文檔編號】G01N1/28GK104422605SQ201310379861
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月27日 優先權日:2013年8月27日
【發明者】文智慧, 高保林, 王倩, 李日鑫 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司