[发明专利]用于变更蚀刻速率的离子注入

说明书

技术领域

本发明涉及制备用于透射电子显微术(TEM)和扫描透射电子显微术(SEM)的样品。

背景技术

透射电子显微镜(TEM)可以使观察者能够形成纳米量级到几分之一埃的非常小的特征的图像。TEM图像允许分析样品的内部结构。在TEM中，宽的电子束冲击样品，并且透射过所述样品的电子被聚焦以形成所述样品的图像。所述样品必须足够薄以允许初级射束中的许多电子穿过所述样品行进，并且在相对部位上退出。

从大块样品材料切割下来的薄的TEM样品被称为“薄片”。薄片通常小于100纳米(nm)厚度，但是对于一些应用，薄片必须是相当薄的。在半导体工业中，TEM和STEM分析对于表征最小和最关键结构来说正变得尤其重要。薄片制备是TEM分析中的关键步骤。对减小晶体管的尺寸的持续要求导致了需要进一步减小薄片的厚度来提供只包含一个分立晶体管结构的样品。用于半导体制造中的最小特征尺寸或“间距”正朝着22nm进展，因此将期望生产具有大约10nm厚度的薄片。具有小于20nm厚度的薄片对于以可靠和可重复方式的生产来说将具有挑战性。

由于缺乏结构完整性，这种薄的薄片经受机械故障的影响——在非常薄的样品中经常发生关键区域的扭曲、弯曲和磨蚀。由于所需的薄片厚度一直在减小，因此存在对于一种提供和维持薄样品的结构完整性的方法的需要。

用于TEM薄片制备方法通常使用聚焦离子束(FIB)系统。薄片厚度和最终薄片中心方位的精确度是基于FIB研磨操作的放置的精确度。在自动化工作流程中，通常相对于将从中研磨TEM样品薄片的基底的顶表面上的一些特征或基准来执行研磨。

因为薄片小于20nm厚度的期望的，所需的增加水平的精度需要更高的操作者技能。进一步，随着厚度减小到例如小于10nm，薄片样品的成功率显著降低。

现有技术的薄片增强技术，诸如由Lechner在EP2413126中教导的方法，涉及将薄片成形为留下比用于结构支撑的其他区域更厚的某些区域。这样的方法留下了由较厚区域所包围的较薄区域的“窗口”，但是这样的窗口可能限制视场，其进而影响可以从所述薄片获得的信息量。开窗还增加了复杂性和加工时间。进一步，需要高水平的操作者技能来将聚焦离子束引导至不同区域以在所述薄片内留下变化的厚度水平。因此，所需要的是一种用于增强薄片样品的改进方法和装置。

发明内容

本发明的目的是通过将离子注入到样品中并然后加工所述样品来在所述样品上产生显微图案，其中在加工下经注入区域与未经注入区域表现不同。

在一些实施例中，通过使用聚焦离子束来将离子注入到样品的区域中，以及诸如通过蚀刻来加工所述样品，其中经注入区域中的材料比未经注入区域去除得更慢，从而留下与经注入区域相对应的凸起图案，或者材料去除得更快，从而留下与经注入区域相对于的凹陷区域。

根据本发明的一些实施例，将硬化材料注入到所述薄片的区域中以强化所述薄片。在一些实施例中，所注入的材料使得所述薄片对离子束加工有抵抗力，留下比薄片的其他区域更厚的经注入区域，从而形成对薄片提供附加支撑的增强结构。

上述内容已经相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优势，以便可以更好地理解随后的本发明的详细描述。下面将描述本发明的附加特征和优势。本领域技术人员应当理解的是，所公开的概念和具体实施例可以容易地被用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应当认识到的是，这种等同构造并不脱离所附权利要求中所阐明的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更全面地理解本发明及其优势，现在参考结合附图进行的下面的描述，在附图中：

图1是示出硅工件中成直线的铍(Be)注入的显微照片，其中注入的持续时间从1秒到32秒变化。

图2是示出图1的线的横截面的显微照片；

图3是以更高放大倍数示出图2的横截面的一部分的显微照片。

图4和5是图2的横截面的显微照片图像；

图6是示出不同材料的基底并且示出将用Be离子注入的区域的显微照片。

图7是示出具有所注入的Be离子的图6的基底的显微照片。

图8是示出了表明将被研磨的区域的图7的基底的显微照片。

图9是示出了由金离子研磨后的图7的基底的显微照片。

图10是示出了在形成薄片时使用的本发明的实施例的步骤的流程图。

图11示出了薄片的布局，其示出了用于将根据本发明的实施例创建的增强结构的设计和感兴趣区。