[发明专利]透射电子显微镜样品的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域和材料分析技术领域，特别涉及一种透射电子显微镜样品的制备方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，集成电路的复杂性和集成度不断提高，单个芯片上集成的器件已经达到上亿甚至数十亿，不断减小的特征尺寸(CD，criticaldimension)对观测和分析技术提出了挑战，诸如光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)已经不能满足要求。由于透射电子显微镜(TEM，TransmissionElectron Microscope)分辨率高，可以观测到薄膜区域的内部结构，因此随着半导体工艺水平的不断提高，特别是进入到130nm工艺以后，透射电子显微镜已经成为观测和分析集成电路内部结构的必要手段。

已经公开的申请号为200610116910.1的中国专利申请中公开了一种制备透射电子显微镜样品的方法。图1至图3给出了上述透射电子显微镜样品的制备方法的示意图。

如图1所示，提供样品100，在样品100上具有失效区域103，在所述失效区域两侧各有一个凹坑101和102。所述凹坑101和102的面积大于失效区域103的面积，以便于后续对所述待观测区域103进行打磨，并且可以使得制备成功后的失效区域103较容易从样品100中分离取出。由于对凹坑侧壁平面的平整度要求不高，为了提高效率，所述凹坑101和102的形成过程使用的FIB电流较大，为5000pA至7000pA。凹坑101和102形成后，凹坑101和103之间的失效区域103的厚度大约是2μm。

如图2所示，使用聚焦离子束对失效区域103的第一表面104进行打磨，至露出失效区域的截面。之后使用混合酸溶液对所述第一表面104进行腐蚀，腐蚀之后进行清洗和吹干。吹干后再对失效区域103的第二表面105进行打磨，至失效区域103的厚度为特定厚度。

上述方案使用混合酸溶液对失效区域103的第一表面104进行腐蚀，可以将轻掺杂的源极/漏极和衬底区分开。但是，如图3所示，如果失效区域103内部还具有从样品底面至表面的延伸结构或者多层堆叠结构(图3以多层堆叠结构为例，所述多层堆叠结构从表面至底面分别为堆叠层110，109，108，107，106)，为了观测到完整的延伸结构或是多层堆叠结构，凹坑101和102的深度必须要大于或等于延伸结构的长度或者堆叠结构的厚度，为了得到一个较大的深度，使得所述凹坑101、102的长度和宽度也需要相应变大，使得打磨过程花费时间较长，即聚焦离子束的打磨量与延伸结构的长度或堆叠结构的厚度成正相关，降低了样品的制备效率。另外，由于在打磨表面104和105的过程中聚焦离子束角度补偿的原因，最终得到的失效区域的样品形状最终为“楔形”，如图3所示，顶部厚度较小而底部厚度较大，最终所得的待观测区域的样品表面部分的堆叠层110、109的相对较薄，在透射电子显微镜下可以清晰地成像，但是底部的堆叠层106、107则相对较厚，在TEM下无法清晰成像，无法获得它们的内部结构信息，影响观测效果。

发明内容

本发明提供了一种透射电子显微镜样品的制备方法，提高了制备效率和观测效果。

本发明提供了一种透射电子显微镜样品的制备方法，包括如下步骤：

提供具有长度、宽度、厚度的样品，所述样品的待观测区域内具有至少一个沿所述厚度方向的伸长结构或者多层堆叠结构；

在所述样品表面对所述待观测区域进行标记，所述标记区域的面积大于所述待观测区域；

在所述做出标记后的表面加装保护盖；

以垂直于所述伸长结构的伸长方向或堆叠结构的堆叠方向的方向对所述样品进行研磨，至露出所述标记；

在研磨面上、所述待观测区域的两侧分别形成凹坑，所述凹坑沿样品厚度方向的尺寸至少大于所述伸长结构的伸长长度或者多层堆叠结构的堆叠厚度；

沿所述凹坑对所述标记区域的样品部分进行减薄，至特定厚度，所述减薄方向垂直于所述伸长结构的伸长方向或堆叠结构的堆叠方向。

将所述减薄后的标记区域的样品部分分离取出。

所述待观测区域在样品表面上的表面积为50μm×50μm或更小。

所述待观测区域包含有沿所述样品厚度方向的延伸结构或多层堆叠结构，延伸长度或者堆叠厚度为1μm至10μm。

所述标记方法为光学显微镜下结合激光标记(laser mark)的方法。

所述保护盖为易研磨材料制成的薄片，如玻璃薄片，石英薄片。

所述保护盖与样品之间的固定方法为使用导电胶水粘合。

所述研磨方法为机械研磨。

所述凹坑通过使用聚焦离子束(FIB)轰击形成。