专利名称：Tem样品的再加工方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种TEM样品的再加工方法。
背景技术：
透射电子显微镜(TEM)是电子显微学的重要工具，TEM通常用于检测组成半导体器件的薄膜的形貌、尺寸和特征等。将TEM样品放入TEM观测室后，TEM的主要工作原理为高能电子束穿透TEM样品时发生散射、吸收、干涉及衍射等现象，使得在成像平面形成衬度，从而形成TEM样品的图像，后续再对图像进行观察、测量以及分析。TEM样品在一定程度上决定了分析结果的准确度，因此TEM样品的制作是至关重要的，下面对现有技术中TEM样品制作方法进行介绍。图1 图5为现有技术中TEM样品制作方法的过程剖面示意图，该方法主要包括首先需要说明的是，图1 图5所示为剖面图，为了对本发明进行清楚地说明，建立了 XYZ坐标系，其中，X轴、Y轴和Z轴相互垂直，所述剖面为XY平面。步骤101，参见图1，提供一晶片1001。步骤102，参见图2，在晶片1001上表面形成保护层1002。在现有技术中，TEM样品的形成主要是利用聚焦离子束(FIB)的切割作用，为了防止后续的FIB对TEM样品的上表面造成损伤，预先在晶片1001的上表面镀一层金属钼(Pt) 作为保护层1002，且保护层1002位于预设的TEM样品的上方。步骤103，参见图3，采用FIB对晶片1001进行切割。在FIB的切割过程中，高压加速的离子束(I-Beam)对晶片1001和保护层1002进
行轰击。步骤104，参见图4，切割完毕后，形成TEM样品。由于FIB切割过程中的高压加速的离子束的能量很大，因此可能会对TEM样品的上表面以及两个侧表面造成损伤，如图4所示，TEM样品的上表面由于受到保护层1002的覆盖，则TEM的上表面没有损伤，但是保护层1002由于受到损伤而厚度减�。琓EM样品的两个侧表面由于受到损伤而形成非晶层，将两个侧表面的非晶层分别记作第一非晶层1003 和第二非晶层1005，而没有受到损伤的区域为切割晶片1001而形成的晶层1004。可见，最终制作而成的TEM样品包括第一非晶层1003、第二非晶层1005和晶层 1004。在TEM分析时，我们所感兴趣的区域为目标区域1006，目标区域1006 —定位于 TEM样品的晶层1004中。步骤105，参见图5，采用TEM获取TEM样品的图像，以对目标区域1006进行后续的研究。需要说明的是，当采用TEM获取图像时，TEM发出的高能电子束(E-Beam)的方向沿 X轴方向，也就是说，高能电子束依次穿透第一非晶层1003、晶层1004和第二非晶层1005， 或依次穿透第二非晶层1005、晶层1004和第一非晶层1003。
至此，本流程结束。在实际应用中，通常要求一个TEM样品在X轴方向(沿厚度方向)上仅包括一个目标区域，这是因为，假设在X方向上包括多个目标区域，则在最终获取的TEM图像上，多个目标区域的图像会重叠在一起，而且图像衬度也不清晰。随着半导体技术的发展，半导体器件的关键尺寸(CD)越来越�。勘昵虻某叽缫苍诩跣。饩鸵骉EM样品的厚度(即在X轴方向上的宽度)也需要变�。渲校琓EM样品的厚度是指第一非晶层1003、晶层1004和第二非晶层1005的厚度之和，如图5所示，长度d为TEM样品的厚度。然而，采用现有技术中的TEM样品制作方法却难以满足越来越小的厚度要求，这是因为即使增加FIB的离子束的强度或增长FIB的切割时间使得TEM样品厚度变�。羌哟驠IB的离子束的强度或增长FIB的切割时间必然会使得TEM样品的上表面和两个侧表面受到更大的损伤，则增加了第一非晶层1003和第二非晶层1005的厚度(即第一非晶层1003和第二非晶层1005在X轴方向上的宽度)，图6为增加FIB的离子束的强度或增长FIB的切割时间时的TEM样品的剖面示意图，如图6所示，随着第一非晶层1003和第二非晶层1005的厚度的增加，晶层1004的厚度越来越�。踔辆Р�1004中的目标区域1006 的位置被第一非晶层1003和第二非晶层1005所占据。另外，根据TEM明场成像的衬度原理可知，当第一非晶层1003和第二非晶层1005 的厚度之和小于晶层1004的厚度时，才能得到有序的、可反映样品材料晶相的图像，否则只能看到无序的、样品材料的非晶相图像。可见，在现有技术中，即使加大FIB的离子束的强度或增长FIB的切割时间也不能有效地减小TEM样品厚度。综上，现有技术还未提出一种减小TEM样品厚度的有效解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种TEM样品的再加工方法，能够减小TEM样品的厚度。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种TEM样品的再加工方法，所述TEM样品包括第一非晶层、第二非晶层、第一非晶层和第二非晶层之间的晶层，目标区域位于晶层中，该方法包括分别获取透射电子显微镜TEM样品的第一非晶层和第二非晶层表面的扫描电子显微镜SEM图片；根据第一非晶层和第二非晶层表面的SEM图片，确定将第一非晶层或第二非晶层的表面作为TEM样品的再加工表面，其中，若第一非晶层表面的SEM图片所示为目标区域， 则将第二非晶层确定为TEM样品的再加工表面，若第二非晶层表面的SEM图片所示为目标区域，则将第一非晶层确定为TEM样品的再加工表面；采用聚焦离子束FIB对所确定的TEM样品的再加工表面进行扫描处理。所述对所确定的TEM样品的再加工表面进行扫描处理的方法包括将TEM样品放置于微栅铜网之上，TEM样品的再加工表面不与微栅铜网接触，第一非晶层表面和第二非晶层表面中不作为再加工表面的一面与微栅铜网接触； 采用导电碳胶或导电铜胶将放置有TEM样品的微栅铜网固定在FIB机台的载物台上；
采用低离子束电流对再加工表面进行扫描处理。所述扫描处理时的低离子束电流为10 20皮安，扫描处理时的离子束电压为 10 30千伏；所述扫描处理时的电子束电压为5 15千伏。所述对再加工表面进行扫描处理的方法包括进行单次扫描后停止，观测TEM样品被扫描处理的位置是否是预期的位置，如果不是预期的位置，则调整扫描处理的位置后再进行单次扫描，直至达到预期的位置时再进行连续扫描；如果是预期的位置，则直接进行连续扫描。在本发明所提供的一种TEM样品的再加工方法中，首先分别获取TEM样品的第一非晶层和第二非晶层表面的SEM图片，然后根据第一非晶层和第二非晶层表面的SEM图片， 确定将第一非晶层或第二非晶层的表面作为TEM样品的再加工表面，最后采用FIB对所确定的TEM样品的再加工表面进行扫描处理，可见，上述方法通过FIB对第一非晶层或第二非晶层表面进行扫描处理，不会对TEM样品中的目标区域造成损伤，而且有效地减小了 TEM样品的厚度。
图1 图5为现有技术中TEM样品制作方法的过程剖面示意图。图6为增加FIB的离子束的强度或增长FIB的切割时间时的TEM样品的剖面示意图。图7为本发明所提供的一种TEM样品的再加工方法的流程图。图8为TEM样品厚度与目标区域的关系示意图。图9为扫描处理示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步地详细说明。本发明的核心思想为分别获取TEM样品的第一非晶层和第二非晶层表面的SEM 图片，然后根据第一非晶层和第二非晶层表面的SEM图片，确定将第一非晶层或第二非晶层的表面作为TEM样品的再加工表面，最后采用FIB对所确定的TEM样品的再加工表面进行扫描处理，这样，通过FIB对第一非晶层或第二非晶层表面进行扫描处理，不会对TEM样品中的目标区域造成损伤，而且有效地减小了 TEM样品的厚度。图7为本发明所提供的一种TEM样品的再加工方法的流程图。如图7所示，该方法包括以下步骤步骤701，分别获取TEM样品的第一非晶层1003和第二非晶层1005表面的扫描电子显微镜(SEM)图片。由于现有技术中的TEM样品的厚度过大，若依然采用现有技术的方法制作TEM样品，则在TEM样品的厚度方向(即X轴方向上)上的目标区域可能大于一个。图8为TEM样品厚度与目标区域的关系示意图，如图8所示，图中每个黑色圆点表示一个接触孔，则图8包括四列接触孔:A列接触孔、B列接触孔、C列接触孔和D列接触孔。假设目标区域为D列接触孔，虚线框2002在X轴方向的宽度表示现有技术中TEM样品的厚度，由于现有技术中TEM样品的厚度比较大，则TEM样品的厚度方向上包括的接触孔的数目可能大于一列，假设在TEM样品的厚度方向上包括两列接触孔，例如C列和D列接触孔。而在理想情况下，我们期望TEM样品的厚度方向仅包括D列接触孔，虚线框2001在X轴方向的宽度表示理想情况下TEM样品的厚度。在步骤701中，采用SEM分别扫描TEM样品的第一非晶层1003表面和第二非晶层 1005表面，从而获得第一非晶层1003和第二非晶层1005表面的SEM照片。需要说明的是， SEM不同于TEM，SEM发出的电子束不具备很高的穿透性，通过SEM获取的图像并非TEM样品厚度方向上所有区域的图像。结合图8，若C列接触孔靠近第一非晶层1003表面，D列接触孔靠近第二非晶层1005表面的表面，则SEM扫描第一非晶层1003表面得到的是C列接触孔的图片，SEM扫描第二非晶层1005表面得到的是D列接触孔的图片。步骤702，根据第一非晶层1003和第二非晶层1005表面的SEM图片，确定将第一非晶层1003或第二非晶层1005的表面作为TEM样品的再加工表面。确定再加工表面的方法为人工观察第一非晶层1003和第二非晶层1005表面的 SEM图片后，若第一非晶层1003表面的SEM图片所示为目标区域，则将第二非晶层1005作为TEM样品的再加工表面，若第二非晶层1005表面的SEM图片所示为目标区域，则将第一非晶层1003作为TEM样品的再加工表面。结合图8举例说明，由于SEM扫描第一非晶层1003表面得到的是C列接触孔的图片，SEM扫描第二非晶层1005表面得到的是D列接触孔的图片，而目标区域为D列接触孔， 则将第一非晶层1003表面作为再加工的表面。步骤703，采用FIB对所确定的TEM样品的再加工表面进行扫描处理。图9为扫描处理示意图，如图9所示，扫描处理的方法为第一，将TEM样品放置于微栅铜网之上，TEM样品的再加工表面不与微栅铜网接触，第一非晶层1003表面和第二非晶层1005表面中不作为再加工表面的一面与微栅铜网接触。例如，假设将第一非晶层1003表面作为再加工的表面，则第一非晶层1003的表面不与微栅铜网接触，第二非晶层1005的表面与微栅铜网接触。其中，微栅铜网是现有技术中用于TEM观测时支撑样品的常用器件，此处对微栅铜网的结构不再详细描述。第二，采用导电碳胶或导电铜胶将放置有TEM样品的微栅铜网固定在FIB机台的载物台上。第三，采用低离子束电流对再加工表面进行扫描处理。需要说明的是，在进行扫描处理时，离子束电流一定不能过大，否则会对TEM样品造成损伤，增大了非晶层的厚度。优选地，扫描处理时的离子束电流为10 20皮安(pA)， 扫描处理时的离子束电压为10 30千伏(kV)，扫描处理时的离子束电流和电压决定了离子束对再加工表面的扫描强度。另外，在进行扫描处理时，还需对再加工表面进行观测以准确地控制扫描处理的位置以及决定何时停止扫描，FIB机台对TEM样品发出电子束用于获取TEM样品的图像以供操作者观测。如果电子束电压过小则看不清楚TEM样品，从而无法准确地控制扫描处理的位置，电子束电压如果过大则可能会对TEM样品造成损伤，优选地，电子束电压为5 15 千伏(kV)。另外，当采用低离子束电流和电压对再加工表面进行扫描处理时，可先进行单次扫描后停止，观测TEM样品被扫描处理的位置是否是预期的位置，如果不是预期的位置，则调整扫描处理的位置后再进行单次扫描，直至达到预期的位置时再进行连续扫描；如果是预期的位置，则直接进行连续扫描。由图9可以看出，当采用低离子束电流对第一非晶层1003的表面进行扫描处理后，TEM样品的厚度减�。跣〉牟糠植⒎悄勘昵颍矣捎诓捎玫氖堑屠胱邮缌鳎挥性黾拥谝环蔷Р�1003和第二非晶层1005的厚度，不会对TEM样品造成损伤。至此，本流程结束。根据本发明所提供的技术方案，首先分别获取TEM样品的第一非晶层和第二非晶层表面的SEM图片，然后根据第一非晶层和第二非晶层表面的SEM图片，确定将第一非晶层或第二非晶层的表面作为TEM样品的再加工表面，最后采用FIB对所确定的TEM样品的再加工表面进行扫描处理，可见，上述方法通过FIB对第一非晶层或第二非晶层表面进行扫描处理，不会对TEM样品的目标区域造成损伤，而且有效地减小了 TEM样品的厚度。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种TEM样品的再加工方法，所述TEM样品包括第一非晶层、第二非晶层、第一非晶层和第二非晶层之间的晶层，目标区域位于晶层中，该方法包括分别获取透射电子显微镜TEM样品的第一非晶层和第二非晶层表面的扫描电子显微镜SEM图片；根据第一非晶层和第二非晶层表面的SEM图片，确定将第一非晶层或第二非晶层的表面作为TEM样品的再加工表面，其中，若第一非晶层表面的SEM图片所示为目标区域，则将第二非晶层确定为TEM样品的再加工表面，若第二非晶层表面的SEM图片所示为目标区域， 则将第一非晶层确定为TEM样品的再加工表面；采用聚焦离子束FIB对所确定的TEM样品的再加工表面进行扫描处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所确定的TEM样品的再加工表面进行扫描处理的方法包括将TEM样品放置于微栅铜网之上，TEM样品的再加工表面不与微栅铜网接触，第一非晶层表面和第二非晶层表面中不作为再加工表面的一面与微栅铜网接触；采用导电碳胶或导电铜胶将放置有TEM样品的微栅铜网固定在FIB机台的载物台上；采用低离子束电流对再加工表面进行扫描处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述扫描处理时的低离子束电流为10 20皮安，扫描处理时的离子束电压为10 30 千伏；所述扫描处理时的电子束电压为5 15千伏。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对再加工表面进行扫描处理的方法包括进行单次扫描后停止，观测TEM样品被扫描处理的位置是否是预期的位置，如果不是预期的位置，则调整扫描处理的位置后再进行单次扫描，直至达到预期的位置时再进行连续扫描；如果是预期的位置，则直接进行连续扫描。
全文摘要
本发明公开了一种TEM样品的再加工方法，分别获取TEM样品的第一非晶层和第二非晶层表面的SEM图片，然后根据第一非晶层和第二非晶层表面的SEM图片，确定将第一非晶层或第二非晶层的表面作为TEM样品的再加工表面，采用FIB对所确定的TEM样品的再加工表面进行扫描处理。采用本发明公开的方法有效地减小了TEM样品的厚度。
文档编号G01N1/28GK102486441SQ20101057185
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者庞凌华, 段淑卿 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
专业数控铣床产品供应商
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