[发明专利]用于透射电子显微镜检测的样品组及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及用于TEM(Transmission ElectronMicroscope，透射电子显微镜)检测的样品组及其制作方法。

背景技术

在半导体制造业中，有各种各样的检测设备，如TEM、SEM等，其中TEM是适用于检测组成器件的薄膜的形貌、尺寸及特性的一个重要工具。其工作原理是将需检测的样品以切割、研磨、离子减薄等方式减薄到大约0.1μm，然后放入TEM样品室，以高压加速的电子束照射样品，将样品形貌放大、投影屏幕上，照相，然后进行后期的TEM数据分析。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和尺寸。因为0.35μm工艺以下的半导体器件的栅极氧化层极薄，所以，TEM是目前唯一能对这一厚度进行精确测量的设备。此外，还可以采用TEM测试以分析所制作的半导体器件是否失效。

由此，若需要对半导体器件结构进行TEM分析，首先是制备符合TEM检测设备要求的样品。因此，样品制备是TEM分析技术中非常重要的一环，实际工艺中，只有垂直于检测面的方向上的样品的厚度越薄，最后TEM成像才能越清晰、越能反映样品的结构。所以要想提升分析结果(图像)的质量，就要在TEM制样过程中，尽量减薄样品的总体厚度。

对于TEM中的样品的减薄，通常采用机械研磨和精密离子抛光系统(PIPS，Precision Ion Polishing System)相结合的方法。即采用机械研磨和PIPS将切割后的样品打薄以便于TEM检测设备分析。

在实际应用中，制备适用于TEM检测设备的样品非常费时且耗材，如：先选定检测的晶片区域并切割获得样品，接着采用机械研磨将切割后的样品研磨到厚度大约为1μm左右，然后使用PIPS进一步减薄至0.1μm左右。如图1所示，在使用PIPS对经过机械研磨的样品104进行进一步减薄时，样品104先被粘到一个铜环100上，接着将粘有样品104的铜环100固定于样品架上，再进行打磨，从而获取可以进行TEM检测的样品。然而，实际工艺中需要对晶片的多个区域进行检测，采用上述方法制备用于TEM检测的样品是非常繁琐的，另外还可能出现研磨误差和检测误差等无法避免的现象，最后导致对晶片的TEM分析费时费力，使得TEM的样品制作效率非常低。由此，业界提出将多个需要检测的样品进行堆叠，使其可以同时打磨，进而获得由晶片上不同区域的待检测的样品堆叠而成的样品组，如下具体说明。

例如，现有技术中采用堆叠(Stack)方式将多片不同图案/层结构的待检测样品(或同一晶片上的不同图案的区域)粘贴在一起进行研磨，形成包含待检测的多个样品的样品组。该堆叠方式可以提高制作单个样品的工作效率，减少机械研磨、PIPS和TEM等设备的损耗以及相关原材料的消耗，达到降低单个待检测样品分析成本的目的。然而，该堆叠方式只能适用于图案/层结构差异较大的待检测的样品进行组合，若对由图案/层结构相近的样品制成的样品组进行TEM分析，会导致在获取的TEM图片中无法区分所述样品组中的各样品，TEM数据无法与样品组中的各样品一一对应，这可能使得TEM的分析结果完全错误。由此，对于图案相同/相近的待检测的样品，则无法使用上述的堆叠技术进行制备，亦无法提高TEM的检测效率。

更重要的是在目前IC技术向45nm阶段过渡的背景下，半导体器件结构的优化实验需要比对分析大量的相似图案的样品或者是检测一个晶片上不同区域的切面的层结构。由此，该样品或切面无法使用上述的堆叠方式制备用于TEM检测的样品组，导致对半导体器件结构/晶片的TEM分析效率非常低。另外，逐个对样品或切面进行TEM的分析是非常麻烦的，既浪费时间和材料，又会耗费检测人员的大量精力。由此，如何提高相似图案的多个样品的TEM分析效率成为当前需要解决的技术问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。