[發明專利]一種超薄平面透射電鏡樣品的制備方法

有效

• 申請號: 201410457430.6
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN104237567A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 謝淵;李桂花;仝金雨;劉君芳;郭偉
• 申請（專利權）人: 武漢新芯集成電路制造有限公司
• 主分類號: G01Q30/20
• 分類號: G01Q30/20
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種超薄平面透射電鏡樣品的制備方法。

背景技術

透射電鏡樣品的制備在半導體制造領域中有著非常重要的作用，受制于電子穿透樣品能力的限制，要得到好的透射電鏡結果，首先需要制備出好的透射電鏡樣品。目前，平面透射電鏡(TEM)樣品制備的方法有兩種：聚焦離子束(FIB)法和研磨、離子減薄儀結合法。聚焦離子束(FIB)法可對定點樣品準確定位，常規樣品厚度在80～120nm左右，最薄樣品可以達到30～40nm。但是薄區范圍比較小，一般長度小于10um，尤其是當樣品比較薄的時候，薄區范圍一般長度小于5um，并且容易在樣品提取(pick?up)時出現斷裂現象。研磨和離子減薄儀結合法適用于非定點樣品，薄區范圍廣，有效樣品厚度50～120nm左右，但是對操作者的技術和經驗有比較高的要求。現有技術中，由于平面透射電鏡樣品制備的厚度局限(大于30nm),現有方法制備的平面透射電鏡樣品除了包含10nm左右柵氧化層或電荷存儲層所在的目標層，為了避免目標層在制備過程中受到損害，還會盡可能保留20nm左右的前層主動區域(即摻雜了硅晶圓的襯底，簡稱AA)和后層多晶硅(poly)，以保證目標層的完整性。而這樣制備出的平面透射電鏡樣品，在拍照過程中，容易受到前層主動區域中多晶硅和后層多晶硅對待觀察區域的干擾，影響失效分析的準確性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種超薄平面透射電鏡樣品的制備方法，解決了現有技術制備的TEM樣品厚度較厚，且TEM樣品中目標層的上下層均含有多晶硅從而影響失效分析準確性的技術問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種超薄平面透射電鏡樣品的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，提供芯片，所述芯片上具有待觀測的失效分析點；

步驟2，對所述芯片進行截取得到TEM樣品，所述TEM樣品從上往下依次包括第一薄膜層、多晶硅層間介質層、目標層和第二薄膜層，所述目標層包括所述失效分析點；采用化學機械方法，從所述TEM樣品的第一薄膜層開始研磨，至露出所述多晶硅層間介質層上的多晶硅；

步驟3，在所述TEM樣品上靠近所述失效分析點處形成停止標記，并采用化學機械研磨方法,研磨所述TEM樣品的橫截面至所述停止標記；

步驟4，觀測所述失效分析點的位置，并在所述TEM樣品橫截面的失效分析點上鍍Pt保護層，所述Pt保護層覆蓋所述失效分析點；

步驟5，采用聚焦離子束在所述第二薄膜層上靠近所述失效分析點處挖凹坑，并采用小電流將所述第二薄膜層減薄；

步驟6，將所述TEM樣品放置在沸騰的膽堿配比溶液中進行反應，直至去除所述多晶硅層間介質層中的多晶硅和所述第二薄膜層中的多晶硅；

步驟7，采用聚焦離子束對所述TEM樣品進行切斷，得到目標層樣品。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述目標層為柵氧化層或電荷存儲層。

進一步，所述第一薄膜層為多層膜結構,所述第一薄膜層包括交替沉積的金屬層、金屬互聯線層和層間介質層。

進一步，所述減薄后的第二薄膜層厚度為1～2um。

進一步，步驟7中，采用的膽堿配比溶液為濃度46％的膽堿、濃度100％異丙醇和水的混合溶液，所述膽堿、異丙醇和水的體積比為2.5～3.5：2.5～3.5:1.5～2.5。

進一步，步驟7中，采用的膽堿配比溶液為濃度46％的膽堿、濃度100％異丙醇和水的混合溶液，所述膽堿、異丙醇和水的體積比為3：3:2。

進一步，所述步驟2具體為：采用熱點定位方法或失效位置定位方法定位所述失效分析點的位置，并對所述芯片截取得到TEM樣品；采用化學機械研磨方法，對所述TEM樣品的第一薄膜層進行研磨至露出所述多晶硅層間介質層的多晶硅。

進一步，所述步驟2包括以下步驟：

步驟201，采用光學顯微鏡觀察所述芯片，并對所述芯片進行截取得到TEM樣品，所述TEM樣品包括測試鍵或者待確實是否出現問題的區域；

步驟202，采用化學機械方法，從所述TEM樣品的第一薄膜層開始研磨，至露出所述多晶硅層間介質層上的多晶硅；

步驟203，采用電子掃描電子顯微鏡觀測所述TEM樣品，并通過電壓對比確定所述失效分析點在所述TEM樣品上的位置。