透射電子顯微鏡樣品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種透射電子顯微鏡樣品的制作方法，該方法包括：通過對(duì)晶圓進(jìn)行切割提供一初始透射電子顯微鏡TEM樣品；在所述初始TEM樣品表面，根據(jù)TEM樣品觀測(cè)區(qū)域的材料襯度的不同，分區(qū)域沉積保護(hù)層，具體方法為：在具有深襯度的樣品材料表面沉積碳或者氧化硅保護(hù)層，在具有淺襯度的樣品材料表面沉積鉑或者鎢保護(hù)層。采用本發(fā)明能夠在同一TEM樣品中清楚地觀測(cè)到不同結(jié)構(gòu)的形貌。
【專利說明】透射電子顯微鏡樣品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料分析技術(shù)，特別涉及一種透射電子顯微鏡樣品的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]透射電子顯微鏡(transmissionelectron microscope, TEM)是 IC 行業(yè)觀測(cè)微觀結(jié)構(gòu)非常重要的工具和手段，其以高能電子束作為光源，用電磁場(chǎng)作透鏡，將經(jīng)過加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，由于電子束的穿透力很弱，因此用于電鏡的樣品必須制成厚度約IOOnm左右的超薄切片。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)制備樣品薄片時(shí)，一般先通過對(duì)晶圓進(jìn)行切割提供一初始TEM樣品，然后采用聚焦離子束(FIB)的方法對(duì)初始TEM樣品進(jìn)行切割減薄，但是在采用FIB方法之前一般在初始TEM樣品表面沉積一層保護(hù)層，用于防止FIB的高能離子束作用于樣品表面而使樣品變形或損壞。保護(hù)層可以為具有深襯度的金屬鉬(Pt)或者金屬鎢(W)，也可以為具有淺襯度的碳(C)層或者氧化硅層。
[0004]隨著半導(dǎo)體行業(yè)先進(jìn)制程的開發(fā)，器件的關(guān)鍵尺寸越來越小，當(dāng)制程為45納米以下時(shí)，樣品圖形的線寬可能遠(yuǎn)小于透射電子顯微鏡觀測(cè)樣品的厚度，所以制備出的TEM樣品厚度范圍內(nèi)可能會(huì)包含多層材質(zhì)和結(jié)構(gòu)。使用透射電子顯微鏡觀測(cè)樣品的截面時(shí)，不同的材質(zhì)具有不同的深淺襯度，而現(xiàn)有技術(shù)中一般只在樣品表面沉積統(tǒng)一保護(hù)層，如果該保護(hù)層的襯度與需要觀測(cè)的結(jié)構(gòu)的材質(zhì)襯度類似，就會(huì)出現(xiàn)疊影現(xiàn)象，影響該結(jié)構(gòu)形貌的判斷以及尺寸的量測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此,本發(fā)明提供一種透射電子顯微鏡樣品的制作方法，能夠在同一 TEM樣品中清楚地觀測(cè)到不同結(jié)構(gòu)的形貌。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種透射電子顯微鏡樣品的制作方法,該方法包括:
[0008]通過對(duì)晶圓進(jìn)行切割提供一初始透射電子顯微鏡TEM樣品；
[0009]在所述初始TEM樣品表面，根據(jù)TEM樣品觀測(cè)區(qū)域的材料襯度的不同，分區(qū)域沉積保護(hù)層，具體方法為:在具有深襯度的樣品材料表面沉積碳或者氧化硅保護(hù)層，在具有淺襯度的樣品材料表面沉積鉬或者鎢保護(hù)層。
[0010]具有深襯度的樣品材料為硅鍺層；具有淺襯度的樣品材料為氧化硅層。
[0011]所述初始TEM樣品至少包括聞?dòng)诰A襯底表面的有源區(qū)娃錯(cuò)層，在娃錯(cuò)層的相對(duì)兩側(cè)具有多晶娃柵極，以該排列方向?yàn)閄方向；另一相對(duì)兩側(cè)具有低于晶圓襯底表面的淺溝槽隔離區(qū)，以該排列方向?yàn)閅方向；
[0012]在所述初始TEM樣品表面形成圖案化的碳保護(hù)層，所述圖案化的碳保護(hù)層在Y方向上覆蓋部分硅鍺層，并分別覆蓋硅鍺層相對(duì)兩側(cè)的淺溝槽隔離區(qū)；[0013]在所述初始TEM樣品表面沉積鉬保護(hù)層，所述鉬保護(hù)層在Y方向上覆蓋硅鍺層及碳保護(hù)層的邊緣，在X方向上覆蓋硅鍺層相對(duì)兩側(cè)的多晶硅柵極。
[0014]所述初始TEM樣品為順次排列的多個(gè)重復(fù)圖案，每個(gè)圖案都至少包括高于晶圓襯底表面的有源區(qū)硅鍺層，在硅鍺層的相對(duì)兩側(cè)具有多晶硅柵極，以該排列方向?yàn)閄方向；另一相對(duì)兩側(cè)具有低于晶圓襯底表面的淺溝槽隔離區(qū)，以該排列方向?yàn)閅方向；
[0015]在所述初始TEM樣品表面沉積碳保護(hù)層，所述碳保護(hù)層覆蓋預(yù)定個(gè)數(shù)個(gè)圖案；
[0016]在所述初始TEM樣品表面沉積鉬保護(hù)層，所述鉬保護(hù)層覆蓋剩余圖案。
[0017]所述鉬保護(hù)層還覆蓋碳保護(hù)層。
[0018]所述初始TEM樣品為順次排列的多個(gè)重復(fù)圖案，每個(gè)圖案都至少包括高于晶圓襯底表面的有源區(qū)硅鍺層，在硅鍺層的相對(duì)兩側(cè)具有多晶硅柵極，以該排列方向?yàn)閄方向；另一相對(duì)兩側(cè)具有低于晶圓襯底表面的淺溝槽隔離區(qū)，以該排列方向?yàn)閅方向；
[0019]在所述初始TEM樣品表面沉積鉬保護(hù)層，所述鉬保護(hù)層覆蓋預(yù)定個(gè)數(shù)個(gè)圖案；
[0020]在所述初始TEM樣品表面沉積碳保護(hù)層，所述碳保護(hù)層覆蓋剩余圖案。
[0021 ] 所述多晶硅柵極兩側(cè)具有氧化硅殘留。
[0022]所述對(duì)晶圓進(jìn)行切割采用聚焦離子束方法。
[0023]從上述方案可以看出，本發(fā)明的方法可以根據(jù)樣品不同區(qū)域材質(zhì)的襯度靈活選取保護(hù)層進(jìn)行覆蓋，不像現(xiàn)有技術(shù)那樣，同一樣品選取統(tǒng)一的保護(hù)層，這樣可以在采用TEM觀測(cè)時(shí)，在同一 TEM樣品中得到豐富的樣品信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1a為實(shí)施例一通過對(duì)晶圓進(jìn)行切割得到的初始TEM樣品的俯視不意圖。
[0025]圖1b為與圖1a對(duì)應(yīng)的Y方向剖面圖。
[0026]圖1c為與圖1a對(duì)應(yīng)的X方向剖面圖。
[0027]圖2a為本發(fā)明實(shí)施例一在TEM樣品表面沉積保護(hù)層的俯視不意圖。
[0028]圖2b為與圖2a對(duì)應(yīng)的Y方向剖面圖。
[0029]圖2c為與圖2a對(duì)應(yīng)的X方向剖面圖。
[0030]圖3a為實(shí)施例二通過對(duì)晶圓進(jìn)行切割得到的初始TCM樣品的俯視示意圖。
[0031]圖3b為本發(fā)明實(shí)施例二在TEM樣品表面沉積保護(hù)層的俯視示意圖。
[0032]圖3c為與圖3b對(duì)應(yīng)的對(duì)圖案(2)在Y方向剖面圖。
[0033]圖3d為與圖3b對(duì)應(yīng)的對(duì)圖案(I)或者(3)在Y方向剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0035]本發(fā)明的核心思想是:通過對(duì)晶圓進(jìn)行切割提供一初始TEM樣品；然后在所述初始TEM樣品表面，根據(jù)TEM樣品觀測(cè)區(qū)域的材料襯度的不同，分區(qū)域沉積保護(hù)層，具體方法為:在具有深襯度的樣品材料表面沉積碳或者氧化硅保護(hù)層，在具有淺襯度的樣品材料表面沉積鉬或者鎢保護(hù)層。這里，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道，深襯度和淺襯度的區(qū)別，一般鉬、鎢、硅鍺層等為深襯度材質(zhì)，碳層、氧化硅層等為淺襯度材質(zhì)。[0036]實(shí)施例一:
[0037]圖1a為實(shí)施例一通過對(duì)晶圓進(jìn)行切割得到的初始TEM樣品的俯視示意圖。經(jīng)過FIB切割減薄后，保留的是圖1a中心部分的圖案，由于器件的關(guān)鍵尺寸較小，所以經(jīng)過FIB方法后，TEM樣品保留有有源區(qū)和淺溝槽隔離區(qū)。TEM樣品至少包括高于晶圓襯底100表面的有源區(qū)硅鍺層101，在硅鍺層101的相對(duì)兩側(cè)具有多晶硅柵極102，以該排列方向定義為X方向；另一相對(duì)兩側(cè)具有低于晶圓襯底100表面的淺溝槽隔離區(qū)103,以該排列方向定義為Y方向。
[0038]圖1b為與圖1a對(duì)應(yīng)的Y方向剖面圖。圖1c為與圖1a對(duì)應(yīng)的X方向剖面圖。從圖1b和圖1c可以看出，淺溝槽隔尚區(qū)103低于晶圓襯底100表面，娃錯(cuò)層101外延生長形成，所以會(huì)聞?dòng)诰A襯底100表面。
[0039]通過對(duì)該TEM樣品截面的分析，需要得到兩種信息:一是觀測(cè)在多晶硅柵極102兩側(cè)是否有氧化硅104殘留；二是觀測(cè)硅鍺層101的形貌。如果像現(xiàn)有技術(shù)一樣，在TEM樣品表面沉積統(tǒng)一的保護(hù)層，例如沉積深襯度的鉬保護(hù)層，那么分析TEM樣品時(shí)，由于突出的硅鍺層101也是深襯度材質(zhì)，所以看到的是硅鍺層101與鉬保護(hù)層的疊影，很難判斷出硅鍺層101的準(zhǔn)確形貌；但是由于如果多晶硅柵極兩側(cè)有氧化硅殘留，則氧化硅是淺襯度材質(zhì)，所以鉬保護(hù)層和氧化硅的對(duì)比度很大，可以判斷出是否有氧化硅殘留。再例如，沉積淺襯度的碳保護(hù)層，那么分析TEM樣品時(shí)，由于突出的硅鍺層101是深襯度材質(zhì)，所以兩者對(duì)比度很大，能夠判斷出硅鍺層101的準(zhǔn)確形貌；但是由于如果多晶硅柵極兩側(cè)有氧化硅殘留，則氧化硅也是淺襯度材質(zhì)，就無法判斷出是否有氧化硅殘留。綜上，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)沉積的保護(hù)層只能得到其中的一個(gè)信息。
[0040]圖2a為本發(fā)明實(shí)施例一在TEM樣品表面沉積保護(hù)層的俯視不意圖。具體方法為先沉積碳保護(hù)層201，再沉積鉬保護(hù)層202。其中，圖案化的碳保護(hù)層201在Y方向上覆蓋部分硅鍺層101，并分別覆蓋硅鍺層101相對(duì)兩側(cè)的淺溝槽隔離區(qū)103。鉬保護(hù)層202在Y方向上覆蓋硅鍺層101及碳保護(hù)層201的邊緣，在X方向上覆蓋硅鍺層相對(duì)兩側(cè)的多晶硅柵極。實(shí)際上，在沉積保護(hù)層時(shí)為實(shí)現(xiàn)起來比較方便，一般都是呈塊狀地覆蓋樣品表面，如圖2a所示。
[0041]圖2b為與圖2a對(duì)應(yīng)的Y方向剖面圖。圖2c為與圖2a對(duì)應(yīng)的X方向剖面圖。通過對(duì)該TEM樣品截面的分析，由于淺襯度的碳保護(hù)層襯在深襯度材質(zhì)的突出的硅鍺層101的后面，兩者對(duì)比度很大，因此能夠判斷出硅鍺層101的準(zhǔn)確形貌；深襯度材質(zhì)的鉬保護(hù)層覆蓋淺襯度的殘留氧化硅表面，兩者對(duì)比度也很大，因此也能夠準(zhǔn)確判斷氧化硅是否有殘
&3甶o
[0042]實(shí)施例二
[0043]圖3a為實(shí)施例二通過對(duì)晶圓進(jìn)行切割得到的初始TEM樣品的俯視示意圖。經(jīng)過FIB切割減薄后，保留的是圖3a中心部分的圖案。從圖3a可以看出，該實(shí)施例是實(shí)施例一的引申，也就是說TEM樣品為順次排列的多個(gè)重復(fù)圖案，每個(gè)圖案都至少包括高于晶圓襯底表面的有源區(qū)硅鍺層，在硅鍺層的相對(duì)兩側(cè)具有多晶硅柵極，以該排列方向?yàn)閄方向；另一相對(duì)兩側(cè)具有低于晶圓襯底表面的淺溝槽隔離區(qū)，以該排列方向?yàn)閅方向。該實(shí)施例示意出三個(gè)重復(fù)圖案。
[0044]圖3b為本發(fā)明實(shí)施例二在TCM樣品表面沉積保護(hù)層的俯視示意圖。具體方法為:在所述初始TEM樣品表面沉積碳保護(hù)層，所述碳保護(hù)層覆蓋預(yù)定個(gè)數(shù)個(gè)圖案；在所述初始TEM樣品表面沉積鉬保護(hù)層，所述鉬保護(hù)層覆蓋剩余圖案。具體實(shí)現(xiàn)起來，由于碳保護(hù)層和鉬保護(hù)層各自獨(dú)立，所以碳保護(hù)層和鉬保護(hù)層的沉積順序可以進(jìn)行調(diào)整，也可以是:在所述初始TEM樣品表面沉積鉬保護(hù)層，所述鉬保護(hù)層覆蓋預(yù)定個(gè)數(shù)個(gè)圖案；在所述初始TEM樣品表面沉積碳保護(hù)層，所述碳保護(hù)層覆蓋剩余圖案。該實(shí)施例中采用碳保護(hù)層301覆蓋第(I)和第(3)個(gè)圖案，采用鉬保護(hù)層302覆蓋第(2)個(gè)圖案。
[0045]圖3c為與圖3b對(duì)應(yīng)的對(duì)圖案(2)在Y方向剖面圖。圖3d為與圖3b對(duì)應(yīng)的對(duì)圖案(I)或者(3)在Y方向剖面圖。通過對(duì)該TEM樣品截面的分析，對(duì)于表面沉積碳保護(hù)層的圖案(I)或者(3)，由于淺襯度的碳保護(hù)層301襯在深襯度材質(zhì)的突出的硅鍺層101的后面，兩者對(duì)比度很大，因此能夠判斷出硅鍺層101的準(zhǔn)確形貌；對(duì)于表面沉積鉬保護(hù)層的圖案(2)，深襯度材質(zhì)的鉬保護(hù)層302覆蓋淺襯度的殘留氧化硅表面，兩者對(duì)比度也很大，因此也能夠準(zhǔn)確判斷氧化硅是否有殘留。
[0046]為使沉積保護(hù)層簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，也可以在初始TEM樣品表面沉積碳保護(hù)層，所述碳保護(hù)層覆蓋預(yù)定個(gè)數(shù)個(gè)圖案；然后再沉積鉬保護(hù)層，所沉積的鉬保護(hù)層覆蓋上述所有結(jié)構(gòu)表面。根據(jù)這種方法沉積的保護(hù)層，通過對(duì)不同圖案的截面分別進(jìn)行分析，同樣也可以達(dá)到本發(fā)明的目的。
[0047]另外，需要說明的是，本發(fā)明對(duì)于深襯度的保護(hù)層優(yōu)選采用金屬鉬，也可以采用金屬鎢；對(duì)于淺襯度的保護(hù)層優(yōu)選采用碳，也可以采用氧化硅，由于碳具有良好的導(dǎo)電性，制作的TEM樣品產(chǎn)生的荷電效應(yīng)比較小，能夠準(zhǔn)確獲得TEM信息。
[0048]綜上，本發(fā)明根據(jù)樣品不同區(qū)域材質(zhì)的襯度靈活選取保護(hù)層進(jìn)行覆蓋，對(duì)于TEM樣品，至少包括高于晶圓襯底表面的有源區(qū)硅鍺層，在硅鍺層的相對(duì)兩側(cè)具有多晶硅柵極，另一相對(duì)兩側(cè)具有低于晶圓襯底表面的淺溝槽隔離區(qū)，通過分區(qū)域覆蓋保護(hù)層，在觀測(cè)TEM樣品時(shí)，不但能夠得到柵極兩側(cè)是否有氧化硅殘留的信息，而且能夠得到準(zhǔn)確的有源區(qū)硅鍺層形貌，大大豐富了 TEM樣品信息。
[0049]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種透射電子顯微鏡樣品的制作方法，該方法包括: 通過對(duì)晶圓進(jìn)行切割提供一初始透射電子顯微鏡TEM樣品； 在所述初始TEM樣品表面，根據(jù)TEM樣品觀測(cè)區(qū)域的材料襯度的不同，分區(qū)域沉積保護(hù)層，具體方法為:在具有深襯度的樣品材料表面沉積碳或者氧化硅保護(hù)層，在具有淺襯度的樣品材料表面沉積鉬或者鎢保護(hù)層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，具有深襯度的樣品材料為硅鍺層；具有淺襯度的樣品材料為氧化硅層。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述初始TEM樣品至少包括高于晶圓襯底表面的有源區(qū)硅鍺層，在硅鍺層的相對(duì)兩側(cè)具有多晶硅柵極，以該排列方向?yàn)閄方向；另一相對(duì)兩側(cè)具有低于晶圓襯底表面的淺溝槽隔離區(qū)，以該排列方向?yàn)閅方向； 在所述初始TEM樣品表面形成圖案化的碳保護(hù)層，所述圖案化的碳保護(hù)層在Y方向上覆蓋部分硅鍺層，并分別覆蓋硅鍺層相對(duì)兩側(cè)的淺溝槽隔離區(qū)； 在所述初始TEM樣品表面沉積鉬保護(hù)層，所述鉬保護(hù)層在Y方向上覆蓋硅鍺層及碳保護(hù)層的邊緣，在X方向上覆蓋硅鍺層相對(duì)兩側(cè)的多晶硅柵極。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述初始TEM樣品為順次排列的多個(gè)重復(fù)圖案，每個(gè)圖案都至少包括高于晶圓襯底表面的有源區(qū)硅鍺層，在硅鍺層的相對(duì)兩側(cè)具有多晶硅柵極，以該排列方向?yàn)閄方向；另一相對(duì)兩側(cè)具有低于晶圓襯底表面的淺溝槽隔離區(qū)，以該排列方向?yàn)閅方向； 在所述初始TEM樣品表面沉積碳保護(hù)層，所述碳保護(hù)層覆蓋預(yù)定個(gè)數(shù)個(gè)圖案； 在所述初始TEM樣品表面沉積鉬保護(hù)層，所述鉬保護(hù)層覆蓋剩余圖案。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述鉬保護(hù)層還覆蓋碳保護(hù)層。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 所述初始TEM樣品為順次排列的多個(gè)重復(fù)圖案，每個(gè)圖案都至少包括高于晶圓襯底表面的有源區(qū)硅鍺層，在硅鍺層的相對(duì)兩側(cè)具有多晶硅柵極，以該排列方向?yàn)閄方向；另一相對(duì)兩側(cè)具有低于晶圓襯底表面的淺溝槽隔離區(qū)，以該排列方向?yàn)閅方向； 在所述初始TEM樣品表面沉積鉬保護(hù)層，所述鉬保護(hù)層覆蓋預(yù)定個(gè)數(shù)個(gè)圖案； 在所述初始TEM樣品表面沉積碳保護(hù)層，所述碳保護(hù)層覆蓋剩余圖案。
7.如權(quán)利要求3、4、5或6所述的方法，其特征在于，所述多晶硅柵極兩側(cè)具有氧化硅殘&3甶o
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)晶圓進(jìn)行切割采用聚焦離子束方法。
【文檔編號(hào)】G01N23/22GK103808540SQ201210444665
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月8日
【發(fā)明者】段淑卿, 陳柳, 趙燕麗, 李明 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司