一种TEM样品的制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种TEM样品的制备方法，利用在不同工艺下沉积的同类材质在化学刻蚀工艺中刻蚀速率的不同，在刻蚀较快的材料区域填入少量的金属作为染色材料，从而在TEM观测时可以利用材质衬度的不同将这些材料很好地区分开，同时也能具有TEM的高分辨率的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种TEM样品的制备方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种TEM样品的制备方法。
技术介绍
透射电子显微镜(TEM)是电子显微镜学的重要工具，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观察室后，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，后续在对图像进行观察、测量以及分析。目前，在材料分析特别是集成电路芯片分析时，需要使用TEM进行观测，主要是利用样品的质厚衬度，或是衍射衬度来区分样品上的不同材质或结构。但是，有时候同类材质的不同工艺材料，比如不同方式所沉积的SiO2层，使用TEM就无法区分开。这样的结构往往只能通过截面制备后使用酸进行刻蚀，利用各种材质刻蚀速率的差异形成可供扫描电子显微镜(SEM)观测的样品，但缺点是扫描电镜的分辨率比透射电镜低得多，很多细微结构无法观测清楚。因此，如何找到一种方法以解决使用TEM无法区分同类材质的不同工艺材料的问题成为本领域技术人员致力于研究的方向。中国专利(公开号：CN102346109A)公开了一种平面TEM样品的制作方法，包括：提供TEM样品，所述TEM样品上具有目标区域；对所述TEM样品进行平面研磨至金属互连层；对所述TEM样品进行截面研磨至TEM样品的边缘距离目标区域2‐10微米；采用第一溶液去除金属互连层中的金属线，在所述金属互连层从中形成孔洞；采用第二溶液去除所述孔洞下方的源漏掺杂区域；使用FIB方法对所述TEM样品进行制作，形成平面TEM样品，所述平面TEM样品露出孔洞下方的源漏掺杂区域用于失效分析。该专利技术能够解决平面TEM上无法观察源漏掺杂区域的难题。中国专利(公开号：CN103645075A)公开了一种TEM样品的制作方法及利用该方法形成的TEM样品，所述方法包括：提供样品，所述样品中具有目标区域，所述样品为硅衬底及其上覆盖的芯片材料层；对所述样品进行截面研磨工艺，截面研磨后的样品的边缘与所述目标区域的距离为2‐10微米；在所述截面研磨后的样品上形成单侧大坑，所述截面研磨后的样品的厚度减薄为1‐3微米；去除硅衬底上覆盖的所述芯片材料层，保留样品；使用FIB方法对减薄后的样品进行平面制样，形成TEM样品。利用该专利技术的方法制作的TEM样品能够在平面TEM样品上清楚地观测到硅衬底上的各个位置的位错，避免了金属硅化物造成的影响。上述两件专利均未解决使用TEM无法区分同类材质的不同工艺材料的问题。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术公开一种TEM样品的制备方法，以解决现有技术中使用TEM无法区分同类材质的不同工艺材料的问题。为了实现上述目的，本申请公开了一种TEM样品的制备方法，其中，包括如下步骤：步骤S1，提供样品，所述样品具有采用不同工艺沉积的至少两层材料层，且各所述材料层的材质均相同；步骤S2，制备形成所述样品的第一截面；步骤S3，对所述第一截面进行化学刻蚀工艺，由于刻蚀速率的差异各所述材料层之间形成高度差；步骤S4，继续在所述第一截面上沉积金属染色材料后，制备形成所述样品的第二截面，完成所述TEM样品制备。上述的TEM样品的制备方法，其中，在所述步骤S1中，所述材料层的材质为SiO2。上述的TEM样品的制备方法，其中，采用高密度等离子体化学气相沉积工艺或等离子体增强化学气相沉积工艺形成所述材料层。上述的TEM样品的制备方法，其中，在所述步骤S2中，采用手动分裂技术、自适应离子研磨技术、抛光技术或聚集离子束技术制备形成所述样品的第一截面。上述的TEM样品的制备方法，其中，在步骤S3中，采用液体反应或气体反应的方式对所述第一截面进行化学刻蚀工艺。上述的TEM样品的制备方法，其中，在所述步骤S4中，采用FIB电子束辅助沉积的方式在所述第一截面上沉积所述金属染色材料。上述的TEM样品的制备方法，其中，所述金属染色材料的材质为铂金或钨。上述的TEM样品的制备方法，其中，所述步骤S4还包括采用聚焦离子束技术去除多余的所述金属染色材料的步骤。上述专利技术具有如下优点或者有益效果：本专利技术公开的TEM样品的制备方法，利用在不同工艺下沉积的同类材质在化学刻蚀工艺中刻蚀速率的不同，在刻蚀较快的材料区域填入少量的金属作为染色材料，从而在TEM观测时可以利用材质衬度的不同将这些材料很好地区分开，同时也能具有TEM的高分辨率的优点。具体附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1是本专利技术实施例中TEM样品的制备方法的流程图；图2‐5是本专利技术实施例中TEM样品的制备方法的流程结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术作进一步的说明，但是不作为本专利技术的限定。如图1所示，本专利技术公开了一种TEM样品的制备方法，具体包括如下步骤：步骤一，提供样品，该样品具有采用不同工艺沉积的至少两层材料层，且各材料层的材质均相同，即该样品中的每层该材料层所采用的沉积工艺均不同，或者至少有两层该材料层的沉积工艺不同。在本专利技术一个优选的实施例中，该材料层的材质为SiO2。在本专利技术一个优选的实施例中，采用高密度等离子体化学气相沉积工艺(HDP)或等离子体增强化学气相沉积工艺(PE‐CVD)形成该材料层。步骤二，制备形成样品的第一截面。在本专利技术一个优选的实施例中，采用手动分裂技术(ManualCleave)、自适应离子研磨技术(SELA)、抛光技术(Polish)或聚集离子束技术(FIB)制备形成样品的第一截面，由于形成该第一截面的具体工艺为本领域技术人员所熟知，在此便不予赘述。步骤三，对第一截面进行化学刻蚀工艺，由于各材料层的沉积工艺的不同，其刻蚀速率也会有所差异，进而刻蚀之后各材料层之间会形成高度差。在本专利技术一个优选的实施例中，采用液体反应或气体反应的方式对第一截面进行化学刻蚀工艺，具体可根据材料层的材质选择采用何种方式进行化学刻蚀工艺。步骤四，继续在第一截面上沉积金属染色材料后，制备形成样品的第二截面，完成TEM样品制备。在本专利技术一个优选的实施例中，采用FIB电子束辅助沉积的方式在第一截面上沉积金属染色材料。在本专利技术一个优选的实施例中，金属染色材料的材质为铂金(Pt)或钨(W)等金属。在本专利技术一个优选的实施例中，上述步骤四还包括采用聚焦离子束技术去除多余的金属染色材料的步骤。下面结合附图2‐5对本专利技术的方法做进一步的阐述：步骤a，提供一样品，该样品包括衬底1以及位于衬底1之上的第一材料层2、第二材料层3以及第三材料层4，第一材料层2、第二材料层3以及第三材料层4的材质均相同，在本专利技术的实施例中，第一材料层2、第二材料层3以及第三材料层4的材质均为SiO2，且第一材料层2和第三材料层4采用相同工艺的沉积工艺沉积形成，第二材料层3和第一材料层2采用不同的沉积工艺沉积(由于第一材料层2和第三材料层4采用相同工艺的沉积工艺沉积形成，则第二材料层3和第三材料层4也采用不同的沉积工艺沉积)。步骤b，制备形成样品的第一截面5，制备该第一截面5可以采用抛光技术或聚集离子束技术等本领域技术人员所熟知的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TEM样品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，提供样品，所述样品具有采用不同工艺沉积的至少两层材料层，且各所述材料层的材质均相同；步骤S2，制备形成所述样品的第一截面；步骤S3，对所述第一截面进行化学刻蚀工艺，由于刻蚀速率的差异各所述材料层之间形成高度差；步骤S4，继续在所述第一截面上沉积金属染色材料后，制备形成所述样品的第二截面，完成所述TEM样品制备。

【技术特征摘要】
1.一种TEM样品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，提供样品，所述样品具有采用不同工艺沉积的至少两层材料层，且各所述材料层的材质均相同；步骤S2，制备形成所述样品的第一截面；步骤S3，对所述第一截面进行化学刻蚀工艺，由于刻蚀速率的差异各所述材料层之间形成高度差；步骤S4，继续在所述第一截面上沉积金属染色材料后，制备形成所述样品的第二截面，完成所述TEM样品制备。2.如权利要求1所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述材料层的材质为SiO2。3.如权利要求1所述的TEM样品的制备方法，其特征在于，采用高密度等离子体化学气相沉积工艺或等离子体增强化学气相沉积工艺形成所述材料层。4.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31