[发明专利]一种TEM样品的制备方法

说明书

本发明提供一种TEM样品的制备方法，其先使用能量较小的离子束对MEMS样品最上端悬浮薄膜结构中的目标结构进行小电流L型或U型切割，而后在纳米操作仪的探针粘接下将目标结构从悬浮薄膜结构中切割下来，最后使用原位吸取的方式将其转移到铜支架上进行最后的细抛减薄。这就最大限度地降低了对目标结构的损害，在整个样品制备过程中最大限度地保证样品的完整性；保证目标结构取出来的角度和在悬浮薄膜结构中的角度的一致性，大大提高了目标结构观测结果的准确性；相较于现有的MEMS的TEM样品制备过程中先将悬浮薄膜转移到Si空片上再进行样品的制备，该方法简单易行，节省了样品的制备时间。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及TEM的样品制备方法领域。

背景技术

TEM（Transmission Electron Microscope，透射电子显微镜）是半导体制造业中用于检测组成器件的薄膜的形貌、尺寸及特征的一个非常重要工具，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，电子和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。TEM的一个突出优点是具有较高的分辨率，可观测极薄薄膜的形貌及尺寸。

样品制备是TEM分析技术中非常重要的一环，但由于电子束的穿透力很弱，因此用于TEM的样品必须制备成厚度约为0.1μm的超薄切片。要将样品切割成如此薄的切片，许多情况下需要用到FIB（Focus Ion Beam，聚焦离子束）进行切割。

现有TEM样品的制备方法如图1a至图1d所示，包括以下步骤：

1）提供一含有目标结构10的样品11，使用FIB在和目标结构10相距2μm左右的上下对称区域分别轰击形成一个凹槽12，如图1a所示。

2）用FIB分别对称地粗切两个凹槽中靠近目标结构10的侧壁部分，使样品的厚度减小到1μm左右，而后切出有横向开口和两条纵向开口组合形成的U型开口13如图1b所示。

3）用FIB细抛减薄凹槽12中靠近目标结构10的侧壁，直至包括目标结构10的样品的最终厚度达到0.1μm左右，以满足作为TEM样品的厚度的要求，如图1c所示。

4）切断样品与衬底的连接部分，将制得的TEM样品转移到一个铜支架14上，所述TEM样品和铜支架14通过沉积的铂金或钨15连接在一起，以备观察，如图1d所示。

随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展，MEMS（MicroElectro Mechanical Systems，微机电系统）技术也日新月异。由于MEMS里有很多悬浮薄膜的存在，给这类结构的TEM样品的制备带来了比较大的挑战。在现有的TEM样品制备工艺中，如果想要观测MEMS最上层的悬浮薄膜结构，在制备TEM样品之前必须将该悬浮薄膜结构通过填充物质填实，但由于MEMS结构的密集度非常大，同时考虑其表面张力的作用，使得该填充非常难以实现。如果不对该悬浮薄膜结构进行填充而直接采用现有的TEM样品制备方法来制备MEMS样品，在样品的FIB制备过程中，高能量的离子束会对悬浮薄膜造成损害，在整个样品制备过程中很难保证样品的完整性，进而大大影响样品观测结果的准确性。

对于MEMS结构的TEM样品制备，现有技术中也可以先使MEMS的悬浮薄膜与基体分离后将其转移到Si空片上，而后再使用现有制备工艺来制备，但该方法中，悬浮薄膜要通过异位吸取转移，这样就很难保证目标结构取出来的角度和在基体里的角度的一致性，大大影响了目标结构观测结果的准确性。

发明内容