[发明专利]制备和分析薄膜的方法

说明书

本公开的各方面提供了一种制备聚焦离子束(FIB)样本和在电子显微镜系统中分析该样本的方法。该方法可以包括：在衬底之上形成靶膜，该靶膜具有小于与针对FIB要求的限制对应的阈值的厚度；以及在该靶膜之上形成支撑膜。该方法还可以包括获得包括靶膜的一部分和支撑膜的一部分的FIB样本。该方法还可以包括在电子显微镜系统中分析靶膜的所获得的部分。

背景技术

随着半导体持续缩小，薄膜(例如，小于60nm的膜)对于各种微电子器件变得越来越重要。这种薄膜的许多相关特性由它们的微结构决定。然而，表征薄膜微结构可能由于几个原因而变得复杂，例如样本制备和技术限制。

例如，用于分析薄膜微结构的技术通常对样本的尺寸和形状提出严格的要求。尽管聚焦离子束(FIB)已经被证明在获得微尺度薄片和针头方面是成功的，但是FIB本身可能是具有挑战性的并且是耗时的。特别地，这种微尺度样本可能是易碎的，并且在FIB刻蚀或研磨期间可能破裂或粉碎。

此外，许多薄膜分析技术具有内在的局限性。例如，透射菊池衍射(TKD)可以用于表征具有几纳米的空间分辨率的纳米材料。该技术使用电子信号(菊池图)来提供关于晶相、取向、变形等的信息。然而，当样本太薄而不能产生足够的衍射信号时，TKD出现弱的菊池图。

发明内容

本公开的各方面提供了一种制备聚焦离子束(FIB)样本和在电子显微镜系统中分析该样本的方法。

根据第一方面，提供了一种制备FIB样本的方法。该方法可以包括在衬底之上形成靶膜，该靶膜具有小于与针对FIB要求的限制对应的阈值的厚度。该方法还可以包括在靶膜之上形成支撑膜。靶膜可以是金属材料，并且支撑膜可以是与靶膜不同的材料。在一些实施例中，靶膜可以是钨或铜，并且支撑膜可以是氧化硅。

该方法还可以包括获得包括靶膜的一部分和支撑膜的一部分的FIB样本。可以执行FIB提离(lift-out)工艺以从衬底去除靶膜的该部分和支撑膜的该部分。支撑膜的该部分可以减小到预定厚度。在一些实施例中，在获得FIB样本之后，钨膜的该部分可以具有小于30nm的厚度，并且氧化硅膜的该部分可以具有在10nm与40nm之间的预定厚度。靶膜的该部分的横向尺寸可以在1μm×1μm与15μm×15μm之间。

在一些实施例中，该方法还可以包括在获得FIB样本之前，在支撑膜之上形成缓冲层，使得在FIB提离工艺期间，缓冲层的一部分将保留在支撑膜的一部分上，然后在将支撑膜的一部分减小到预定厚度之前，去除缓冲层的该部分，以保护支撑膜的该部分。缓冲层可以由与支撑膜不同的材料制成。在一些实施例中，缓冲层可以是钨并且具有至少1000nm的厚度。

根据本公开的第二方面，提供了一种在电子系统中分析样本的方法。该方法可以包括在衬底之上形成靶膜，该靶膜具有小于与针对FIB要求的限制对应的阈值的厚度。该方法还可以包括在靶膜之上形成支撑膜。靶膜可以是金属材料。支撑膜可以由不同于靶膜的电子透明材料制成，并且电子透明材料可以允许电子束穿过并且增强电子信号。在一些实施例中，靶膜可以是钨或铜，并且支撑膜可以是氧化硅。

该方法还可以包括获得包括靶膜的一部分和支撑膜的一部分的FIB样本。可以执行FIB提离工艺以从衬底去除靶膜的该部分和支撑膜的该部分。靶膜的该部分可以是平面视图截面，并且支撑膜的该部分可以进一步减小到预定厚度。在一些实施例中，在获得FIB样本之后，钨膜的该部分可以具有小于30nm的范围内的厚度，并且氧化硅膜的该部分可以具有在10nm与40nm之间的预定厚度。靶膜的该部分的横向尺寸可以在1μm×1μm与15μm×15μm之间。

该方法还可以包括在电子显微镜系统中分析靶膜的所获得的部分。在一些实施例中，可以通过透射菊池衍射分析靶膜的所获得的部分，其中靶膜的所获得的部分面向检测器，而剩余的支撑膜面向电子枪。