[发明专利]用于三维（3D）半导体器件的原子探头层析成像样本制备的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及半导体器件测试，更具体而言，涉及半导体器件测试当中的待测器件(DUT)的制备。

背景技术

可以采用各种各样的技术和仪器测量半导体器件性能。例如，为了执行半导体器件和结构的原子力探测(AFP)，必须在探测之前去除各种层，使器件和结构的接触(例如钨柱)或表面露出。可以采用更加粗略的方法，例如化学机械抛光(CMP)或者精确度相对较高的技术，例如，采用聚焦或准直高能(>500eV)离子束蚀刻的技术实施这样的层去除或去层。但是，这样的去层技术可能损坏器件或结构的表面，或者向器件内引入不希望出现的不规则性(例如，不希望发生的离子注入)。例如，用于在测试或评估之前制备器件或结构的过程可能引入不希望出现的缺陷(例如，由于高能离子束蚀刻而导致的镓离子注入)或者使性能特性发生漂移(例如，MOSFET阈值电压(V_t)漂移)。而此后可能将其误认为是由制造过程导致的器件特性而不是源自于测量引入的缺陷。

发明内容

因此，可能尤其希望在样本制备过程中通过保持三维(3D)DUT(例如，FinFet器件)的电完整性而制备这样的DUT的特性测试样本(例如，鳍)。

根据至少一个示范性实施例，提供了一种用于由形成于半导体结构内的三维(3D)场效应晶体管器件进行原子探头层析成像(APT)样本制备的方法。所述方法可以包括测量3D场效应晶体管器件的电容－电压(C-V)特性；基于测得的电容－电压(C-V)特性，识别出对应于3D场效应晶体管器件的鳍结构；采用纳米操纵器探头顶端使识别出的鳍结构与3D场效应晶体管器件分离；采用具有低于大约1000eV的电压的入射聚焦离子束将分离的鳍焊接到纳米操纵器探头顶端上；以及向焊接到纳米操纵器探头顶端的鳍的顶端施加具有低于大约1000eV的电压的入射聚焦离子束。可以通过聚焦离子束对鳍的顶端修尖。

根据至少一个其他示范性实施例，提供了一种用于由形成于半导体结构内的三维(3D)场效应晶体管器件进行原子探头层析成像(APT)样本制备的方法。所述方法可以包括：向在射频上工作的感应耦合氩离子源施加处于大约50eV到小于300eV的范围内的电压；由所述氩离子源生成入射到所述半导体结构的晶体表面上的准直离子束，从而对所述晶体表面的各个层进行平面去除，其中，所述准直离子束使得所述半导体结构的晶体表面的表面非晶化降至最低；基于所述各个层的平面去除，利用端点检测器暴露与所述3D场效应晶体管器件相关的、晶体表面下面的第一接触区域和第二接触区域；将具有大约5Mhz到大约110Mhz的频率范围的高频阻抗探头耦合至阻抗分析器；将高频阻抗探头耦合至第一原子力探头顶端和第二原子力探头顶端；采用原子力显微镜将第一原子力探头顶端耦合至暴露的第一接触区域；采用原子力显微镜将第二原子力探头顶端耦合至暴露的第二接触区域；在阻抗分析器上测量3D场效应晶体管器件的C-V特性，所述阻抗分析器采用高频阻抗探头向与3D场效应晶体管器件相关的第一接触区域和第二接触区域施加对应于大约5Mhz到大约110Mhz的频率范围的工作频率；以及基于测得的C-V特性，采用纳米操纵器探头顶端使鳍结构与3D场效应晶体管器件分离，将分离的鳍焊接到纳米操纵器探头顶端，并且采用具有低于大约1000eV的电压的入射聚焦离子束对分离的鳍整形。

根据又一个示范性实施例，提供了一种用于由形成于半导体结构内的三维(3D)场效应晶体管器件进行原子探头层析成像(APT)样本制备的方法。所述方法可以包括：基于电容－电压(C-V)特性测量，识别对应于3D场效应晶体管器件的鳍结构；采用通过向以射频工作的感应耦合氩离子源施加处于大约50eV到小于300eV的范围内的电压而生成的准直离子束从鳍结构的顶表面去除硬掩模层；向所述鳍结构涂覆金属涂层；采用纳米操纵器探头顶端使经涂覆的鳍结构与3D场效应晶体管器件分离；采用具有低于大约1000eV的电压的入射聚焦离子束将分离的经涂覆的鳍焊接到纳米操纵器探头顶端上；以及向焊接到纳米操纵器探头顶端的鳍的顶端施加具有低于大约1000eV的电压的入射聚焦离子束，其中，通过所述聚焦离子束修尖所述鳍的顶端。

附图说明

图1是根据示范性实施例的离子束铣削设备的系统框图；

图2是根据示范性实施例的对应于与半导体结构相关的测试过程的过程流程图；

图3是根据示范性实施例的对应于对图1的离子束铣削设备进行的配置的流程图；

图4A是根据示范性实施例的C-V特性测量过程中的原子力探测设备的原子力探头顶端的透视图；