[发明专利]制备半导体样品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺领域，尤其涉及一种制备用于TEM(透射电子显微镜)观察的具有大马士革结构的半导体样品的方法。

背景技术

随着半导体制造产业的发展，设计和制造的半导体器件尺寸和电路参数越来越小，相应影响半导体器件的性能的因素也就越来越多。因此，在半导体器件的设计过程中，为使设计出来的半导体器件具有较高的可靠性和有效性，一般需要根据半导体器件的设计方案制备相应的半导体器件样品，并对半导体器件样品进行有效性分析，进而可根据有效性分析的结果，对半导体器件的设计方案进行修改，从而使根据半导体器件的设计方案制造的半导体器件的可靠性和有效性得到充分的保证。

在对半导体器件样品进行失效分析的过程中，往往会使用TEM来观察半导体器件样品。使用TEM对半导体器件样品进行观察，可以直观且准确地找出半导体器件样品中的缺陷，从而提高失效分析的精度和准确性。在使用TEM对半导体器件样品进行观察前，由于TEM设备的要求，需要将半导体器件样品进行减薄处理，形成TEM观察样品。减薄处理通常有两种：手工研磨配合离子束减薄(Polish)和聚焦离子束减薄(FIB)。

目前的半导体工艺中，普遍具有采用大马士革工艺形成的大马士革结构。大马士革结构一般分为单大马士革结构和双大马士革结构。如图1A所示，为具有采用双大马士革工艺制作的双大马士革结构的半导体器件100。前端器件结构101上形成有金属间介电层(IMD)102，金属间介电层102的材料一般采用低k(介电常数)材料，金属间介电层102中具有由通孔103和沟道104构成的双大马士革结构。可选地，在通孔103和沟道104的内表面，通常会形成阻挡层，以在后续工艺中作为金属扩散阻挡层使用。一般情况下，当采用TEM对具有双大马士革结构的半导体样品进行分析时，对半导体器件100进行减薄处理至特定厚度形成TEM观察样品，以符合TEM观察的要求。但是减薄处理过程中，高能离子束和电子束会对金属间介电层造成伤害，使其发生塌缩变形，如图1B所示和1C所示。图1B是现有技术采用聚焦离子束减薄制备的具有双大马士革结构的TEM观察样品的TEM图，图1C是采用手工研磨配合离子束减薄制备的具有双大马士革结构的TEM观察样品的TEM图。从图中可以看出，由于金属间介电层102的扭曲变形，直接导致整个半导体样品发生了严重的扭曲变形，形成了扭曲变形区110。这种由于减薄处理带来的TEM观察样品的缺陷，使得所观察到的结果不能准确地反应半导体样品的形貌，进而使得这种观察失去意义。

现有技术中，一般采用以下几种方法来解决制备具有大马士革结构的TEM观察样品时发生形变的问题：一种方法是通过改变金属间介电层所使用的材料，来提高金属间介电层的应力，使其在高能离子束和电子束的作用下不容易发生变形。但是，改变金属间介电层的材料以使其在高能离子束和电子束的作用下不容易发生变形，不仅在技术上难以实现，并且相应的成本很高，技术效果也并不理想，因而并不是一种可取的方法。另一种方法是对离子束减薄工艺进行改进，使其不会引发低介电材料层的扭曲变形，但是这种方法同样在技术上难以实现，并且相应的成本很高，技术效果也并不理想。

因此，如何有效地解决减薄处理对具有大马士革结构的TEM观察样品造成的形变就成为亟待解决的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为解决减薄处理对具有大马士革结构的TEM观察样品造成的形变的问题，本发明提供了一种制备半导体样品的方法，包括：(a)提供前端器件结构，所述前端器件结构上具有金属间介电层，所述金属间介电层中具有大马士革结构；(b)在所述大马士革结构中和所述金属间介电层上形成金属层，所述金属层高于所述金属间介电层；(c)对步骤(b)形成的结构进行减薄处理，形成所述半导体样品。

优选地，还包括：(d)在所述金属层上形成阻挡层。

优选地，所述阻挡层的厚度为20～200纳米。

优选地，所述阻挡层的材料是氮掺杂的碳化硅，氮化钽或钽。

优选地，所述大马士革结构为单大马士革结构或双大马士革结构。

优选地，所述金属层的材料为铜或铝。

优选地，所述金属层的高度大于所述金属间介电层高度10～500纳米。

优选地，所述减薄处理是研磨配合离子束减薄或聚焦离子束减薄。