[发明专利]一种透射电子显微镜观测样品制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术和材料分析领域，特别涉及一种透射电子显微镜观测样品制备方法。

背景技术

透射电子显微镜(transmission electron microscope，TEM)是IC行业观测微观结构非常重要的工具和手段，其以高能电子束作为光源，用电磁场作透镜，将经过加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子因碰撞改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。由于电子束的穿透力很弱，因此用于电镜的样品必须制成厚度约100nm左右的超薄切片。

现有技术中为了观测到紧邻衬底的图形层上的缺陷，通常采用的方法如图1所示。首先，通过机械研磨和湿法刻蚀相结合的方法去除半导体样品100的衬底101，使衬底101上的图形层102上紧邻衬底101的图形层暴露出来；接着，通过扫描电子显微镜(SEM)观察所述暴露出的图形层，确定其上的缺陷图形区域；再接着，通过聚焦离子束(FIB)沿半导体样品100垂直截面方向(即图1中所示的x-x′方向)对半导体样品100进行切割，使缺陷图形区域的截面暴露出来，最后通过SEM对缺陷图形区域的截面进行观察。

但现有技术的制备方法中，去除了衬底后的半导体样品已非常薄，再将其制备成TEM观测样品则较为困难，通常去除了衬底后通过SEM观察到缺陷图形区域以后已无法再进行后续的TEM观察样品制备步骤；同时去除了衬底后制备的观测样品被放入至TEM中观测时，由于没有衬底(单晶硅)作为定位背景，无法通过观测衬底菊池线准确定位观测样品的放置角度是否正确，这样就不能保证通过TEM观测得到的图形线宽等数据的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种透射电子显微镜观测样品制备方法，以解决通过现有技术的样品制备方法得到的观测样品无法在进行TEM观测时准确定位观测样品的放置角度是否水平的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种透射电子显微镜观测样品制备方法，包括以下步骤：

提供一需观察的半导体器件，所述半导体器件包括衬底和位于所述衬底上的图形层，在所述图形层之上固定一新衬底，形成一新的半导体器件；

去除所述衬底，使所述图形上紧邻所述衬底的图形层暴露出来；

观察所述暴露出的图形层，确定其上需通过透射电子显微镜进行进一步观察的图形区域；

沿所述新的半导体器件的垂直截面方向对所述新的半导体器件进行切割减薄，使所述暴露出的图形层上需通过透射电子显微镜进行进一步观察的图形区域的截面暴露出来，并形成厚度符合透射电子显微镜观测要求的观测样品。

可选的，所述在所述图形层之上固定一新衬底的方法为通过热固胶将所述新衬底粘附到所述图形层的表面。

可选的，去除所述衬底的步骤包括：首先去除所述衬底的大部分；然后通过湿法刻蚀方法去除所述衬底的剩余部分，使所述图形层上紧邻所述衬底的图形层暴露出来。

可选的，所述去除所述衬底的大部分的方法为是机械研磨。

可选的，在进行所述机械研磨的步骤前，在所述新衬底之上固定一玻璃板，再在所述玻璃板上固定一把手；完成所述机械研磨后去除所述玻璃板及所述把手。

可选的，所述固定所述玻璃板和所述把手的方法为使用热蜡将所述玻璃板和所述把手分别粘附在所述新衬底和所述玻璃板上。

可选的，所述湿法刻蚀方法为将所述新的半导体器件放入至温度为75-85℃，浓度为20％-30％的胆碱溶液中进行刻蚀，直至所述衬底的剩余部分被完全刻蚀掉。

可选的，所述观察所述暴露出的图形层，确定其上需通过透射电子显微镜进行进一步观察的图形区域的方法为采用扫描电子显微镜对所述暴露出的图形层进行观察。

可选的，所述沿所述新的半导体器件的垂直截面方向对所述新的半导体器件进行切割减薄的方法为使用聚焦离子束对所述新的半导体器件进行切割。

本发明的透射电子显微镜观测样品制备方法不但解决了去除了半导体器件本身的衬底后再对剩余的图形层进行切割减薄制备TEM观测样品时比较困难的问题，同时通过本发明方法制备的透射电子显微镜观测样品由于增加了新衬底(单晶硅)作为进行TEM观察时的定位背景，使得通过观测新衬底的菊池线可准确定位观测样品的放置位置是否被放正，因此可确保通过TEM观测得到的图形线宽等数据的准确性。

附图说明

图1为现有技术的制备透射电子显微镜观测样品的方法示意图；

图2a-图2f为本发明的制备透射电子显微镜观测样品的方法示意图。