[发明专利]一种电镜样品制备方法

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，特别涉及一种电镜样品制备方法。

背景技术

在电子技术不断发展的今天，随着摩尔定律的不断向前发展，半导体业为了提高集成电路的性能和速度，越来越多，越来越小的晶体管被集成在芯片中。随着这种小型化的趋势，芯片中不同层导线之间的距离也随之减小。用作导线之间绝缘层的二氧化硅由于厚度的不断缩小使得自身电容增大。这种电荷的积聚将干扰信号传递，降低电路的可靠性，并且限制频率的进一步提高。为了解决这一问题，半导体业将应用低介电常数材料或称low-k材料（k低于SiO2=3.9）代替传统的二氧化硅绝缘材料。此种材料的应用，可以降低集成电路的漏电电流，降低导线之间的电容效应，降低集成电路发热等问题。由于空气有极低的介电常数（k=1），所以在电介质中加入空气泡也可以极大的降低介电常数。

采用这样的low-k材料制造的半导体器件在进行TEM（透射电镜，transmission electron microscope）样品的制备时会带来诸多问题。目前常见的制备TEM样品有两种方式：一种是通过Polish研磨加上Ion Milling制备TEM样品，该方法需要花费大量的时间去手工研磨并且有难定位的缺点，无法精确地确认所需结构的位置，影响工作效率；另一种为利用FIB制备TEM样品的方法，有着速度快、成品率高、定位准确等优点。FIB设备同时具有E-beam（电子束）和I-beam（离子束）系统，在I-beam进行切取样品之前，通常先要对待取样的区域利用E-beam进行沉积保护层，以保证取样区域的待检测结构不被后续的离子束破坏。而对于low-k材料而言，在E-beam进行沉积保护层时就会产生问题。由于电子的穿透能力很强，会穿透样品表面大概1μm的位置，而且电子束的照射会聚集大量的热量。这样，绝缘层的low-k材料在制备样品的电子束作用下很易变形，使样品在制备过程中带检测结构失去原有的形貌，影响分析结果。

以待检测结构为常见的双大马士革结构为例，参考图1A至图1B，提供形成有半导体晶体管的衬底101（晶体管未图示），在low-k材料的介质层102中刻蚀出双大马士革开口103后，后续的沉积金属步骤之前或仅沉积一层粘附层时，为了确定刻蚀出的结构是否符合要求，生产中常常会在此步骤进行一次TEM分析，在制备成电镜样品前如图1所示，此时双大马士革开口103的高度为THK1；在样品制备时经过E-beam沉积保护层后如图1B所示，双大马士革结构的开口103已严重变形，不再呈现竖直状，此时双大马士革开口103的高度为THK2。由于low-k材料的介质层发生了严重的变形，此时的高度THK2会远远小于晶片上该结构的实际高度THK1，从而影响分析结果。

发明内容

本发明提供一种电镜样品制备方法，以防止包含low-k材料的结构在制备样品的过程中发生变形，影响分析结果。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电镜样品制备方法，包括：提供包括待取样区域的晶圆，在所述晶圆上切割取出包括待取样区域的粗样，所述待取样区域包括待检测结构和检测垫；在所述粗样表面形成保护胶层；在所述保护胶层表面形成定位孔，所述定位孔位于所述检测垫上方，以确定检测结构和检测垫的位置；利用FIB将所述粗样制备成厚薄合适的电镜样品。

可选的，形成所述保护胶层的方法为：

在粗样表面均匀涂抹保护胶，然后将粗样放置在加热台上加热，以固化保护胶形成保护胶层。

可选的，在粗样表面均匀涂抹保护胶的方法为：

在粗样表面涂抹保护胶，提供另一表面涂抹有保护胶的第二粗样；

将粗样和第二粗样涂有保护胶的一面贴合，挤压并使粗样和第二粗样相对运动，直至观察到粗样保护胶表面出现彩色条纹。

可选的，所述保护胶为环氧树脂和固化剂混合而成。

可选的，所述保护胶由纯度为100%环氧树脂与纯度为100%固化剂以体积比为1:1～20:1配制而成。

可选的，所述环氧树脂为双酚A型、溴化双酚A型、酚醛型的一种或几种；所述固化剂为四氢邻苯二甲酸酐。

可选的，所述将粗样放置在加热台上加热的过程，温度为300℃，持续时间为15～20min。

可选的，所述定位孔的开口为边长为10～20μm的正方形。

由于采用了以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点：