[发明专利]透射电镜和压电力显微镜通用的氮化硅薄膜窗口制备方法

说明书

本发明公开了一种透射电镜(TEM)和压电力显微镜(PFM)通用的氮化硅薄膜窗口制备方法，作为一种基于氮化硅薄膜窗口的样品载网，对于TEM和PFM通用。该载网采用薄膜制备、光学曝光、剥离、干法刻蚀、湿法腐蚀等半导体加工工艺制程，制作出包含电极材料的氮化硅薄膜窗口。可将需要进行PFM测试的样品通过聚焦离子束(FIB)技术转移至该窗口的电极材料上方进行测试。该氮化硅薄膜窗口同时符合TEM对样品的要求，可放置于商业化的TEM样品杆前端进行表征。同时，电极包含通过曝光制备的定位数字，方便在进行TEM表征时定位测试材料。从而可以将PFM和TEM结果一一对应，得到电畴结构和微区原子结构的一一对应，为材料结构研究提供极大的便利，具有产业利用价值。

技术领域

本发明属于半导体加工领域，涉及一种透射电镜和压电力显微镜通用的氮化硅薄膜窗口制备方法。

背景技术

透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）用电子束作为光源，用电磁场作为透镜，通过电子与样品的相互作用来获得材料的结构信息，分辨率可达亚埃量级，是物理学、材料学、生物学、化学、医学等许多相关学科的重要分析方法。TEM要利用透过样品的电子束来获得材料结构等相关信息，因此对材料厚度要求较高，一般应在100纳米以下。压电力显微镜（Piezo response Force Microscope, PFM）是在原子力显微镜（Atomic Force Microscope, AFM）的基础上，利用导电探针，以接触模式对待测材料进行扫描，同时施加交流电压，用以表征材料电致形变量的显微镜。许多材料都可以用PFM 进行表征，其中最典型的便是铁电材料。利用PFM可以进行铁电材料的电畴结构、电畴反转行为、微区电滞回线等物理性能的测试表征，是研究铁电材料的重要手段之一。用于PFM研究的材料利用导电探针作为一个电极，同时需含有导电下电极，才能形成测试回路，施加交流电压进行表征。因此，用于PFM测试的样品需要进一步的进行加工制备，才可以用于TEM进行结构表征，无法将PFM测试的电畴结构和TEM表征结果一一对应。同时，制样过程也会不可避免的引入污染和损伤，有可能改变样品的极化情况，给表征结果造成假象。

发明内容

本发明的目的是针对现有TEM和PFM样品载网的不通用而提出的一种TEM和PFM可以通用的氮化硅薄膜窗口的制备方法，该方法解决了以往用于PFM测试的电畴结构无法和TEM表征的原子结构一一对应的问题，通过设计一种可以在TEM中使用的氮化硅薄膜窗口，该窗口包含电极结构，同时可用于PFM测试，将TEM和PFM结果一一对应，即可得到电畴结构和微区原子结构的一一对应，为材料结构研究提供了极大的便利。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种透射电镜和压电力显微镜通用的氮化硅薄膜窗口制备方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：选用双抛硅片作为衬底，硅片厚度在100-300um，并将衬底清洗处理干净；

步骤2：利用低压化学气相沉积(LPCVD)设备，在步骤1所得干净的衬底两面均沉积20-100nm厚的SiN薄膜；

步骤3：在步骤2所得沉积过SiN薄膜的衬底的其中一面通过紫外曝光的方法开孔，并腐蚀掉孔中的Si，形成只有一层SiN薄膜的窗口；定义：有完整SiN薄膜的一面为正面，另一面为反面；

步骤4：利用磁控溅射、电子束蒸发、化学气相沉积或原子层沉积薄膜制备设备，在步骤3所得衬底的正面沉积10-100 nm厚的金属薄膜，金属为Au、Pt、W、Al或Cu；

步骤5：将步骤4所得衬底上的金属薄膜图形化；

步骤6：利用硅片切割机，将步骤5所得衬底切割成正方形，其中SiN窗格居中，切割出的正方形硅片衬底的边长在1.98-2.12mm，使得该正方形对角线在2.8-3.0mm，满足TEM样品对尺寸的要求，放置于TEM样品杆前端；