[发明专利]一种平面TEM样品的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及平面TEM样品的制备方法领域。

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。

在半导体失效分析过程中，TEM分析时样品的制备形式分为两种：截面TEM样品和平面TEM样品。由于截面TEM样品制备工艺简单省时，易于操作，而平面TEM样品制备费时且成功率较低，所以，截面TEM样品时TEM样品分析中最常使用的一种方式。

然而，当要分析的缺陷连接两个或多个接触孔或接触层的时候，此时再使用截面TEM样品来进行分析的时候就会存在问题：由于接触孔或接触层填充的均为重金属元素，而TEM的电子穿透能力非常有限，此时所做的截面TEM样品如果含有接触孔或接触层结构，接触孔或接触层中的金属重金属在TEM机台观测下就会产生暗反差，就会全部或部分遮挡住要分析观察的缺陷，导致缺陷找不到或观测分析不全面，只能观测到部分缺陷。如图1a至图1e所示详细的说明了这种情况，其中图1a为晶圆待检测区域的俯视图，俯视图中包含有栅极区10、有源区11、氧化层12、接触孔13和缺陷14，其中缺陷14两端搭连在两个接触孔13上；图1b至图1e分别为沿aa’、bb’、cc’和dd’方向做的截面TEM样品，由图1b和图1c可知，缺陷14完全与接触孔13重叠，此时在TEM下观测时，颜色很深的接触孔13就会将缺陷14完全遮挡掉，导致不能观测到缺陷14的存在；由图1d和图1e可知，缺陷14部分与接触孔13重叠，此时TEM观测也只能观测到部分的缺陷存在，根据这些不完全的缺陷，不能找出导致失效问题发生的根本原因。因此，遇到这种情况，只能通过制作平面TEM样品来进行失效缺陷分析。

现有技术中制备平面TEM样品的方法如图1f至图1i，至少包括以下步骤：

1)提供一含有目标区域15的样品16，在目标区域15附近两侧分别做标记17，如图1f所示；

2)将所述样品16粘贴到一支持物18的一端，如图1g所示；

3)对步骤2)得到的样品进行截面研磨，研磨至目标区域15与截面边缘的距离为1～2μm，如图1h所示；

4)将研磨好的样品从支持物18上取下来，如图1i所示；

5)将上述取下来的样品放入FIB机台，进行平面TEM样品制备。

然而，现有技术中制备平面TEM样品的方法仍然存在很多问题：1.样品制备过程非常耗时。从提供样品至截面研磨结束，至少要话费7～8小时的时间来制备FIB所需的样品；同时，进行截面研磨时研磨截止面与目标区域的距离是在研磨过程中通过光学显微镜(OM，Optical Microscope)观察的，而光学显微镜观察时并不能准确的判断出二者之间的真实距离，因此，在进行FIB平面TEM样品制备时，如果发现研磨截止面与目标区域的距离大于2μm，还要重复2～4的步骤，这就进一步延长了样品制备的时间。2.目标区域的具体位置难以确定。对样品进行截面研磨以后，研磨截面相对比较粗糙，在后续的FIB机台进行平面TEM样品制备的时候，通过粗糙的研磨截面很难确定目标区域的具体位置，这就给平面TEM样品的制备增加了困难。3.样品制备成功率低。该方法中对样品进行截面研磨时，无论是使用人工研磨还是机器研磨，都很容易对目标区域造成损害；同时，FIB机台进行平面TEM样品切割制备时难以准确确定目标区域的具体位置，也很容易对目标区域造成损伤，现有技术中，样品制备的成功率小于50％。

鉴于此，有必要设计一种新的平面TEM样品的制备方法以解决上述技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种平面TEM样品的制备方法，用于解决现有平面TEM样品的制备方法中存在的由于样品准备、研磨过程繁琐，且难以准确确定研磨截止面与目标区域的距离，使得研磨步骤重复进行而导致的样品制备过程非常耗时；进行截面研磨时，研磨出的截面比较粗糙，后续使用FIB进行平面TEM样品切割制备时难以确定目标区域的具体位置；研磨过程和FIB切割过程中对目标区域造成损伤导致的样品制备成功率偏低的问题。