[发明专利]一种TEM样品的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种TEM样品的制备方法。

背景技术

在半导体制造业中，有各种各样的检测设备，其中EM是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。常用的EM包括TEM(Transmission Electron Microscope透射电子显微镜)和SEM(Scanning Electron Microscope扫描电子显微镜)。TEM的工作原理是将需检测的样片以切割、研磨、离子减薄等方式减薄，然后放入TEM观测室，以高压加速的电子束照射样片，将样片形貌放大、投影到屏幕上，照相，然后进行分析，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及尺寸。

在半导体器件的制造工艺中，经常会出现器件内部分层(delamination)的现象，导致器件内部开裂，造成器件开路或短路，影响器件的运行性能。

为了深入研究分层发生的具体机制，一般先采用聚焦离子束FIB将半导体器件切割露出分层的区域表面，再制成样品进行TEM形貌观察。样片制备是TEM分析技术中非常重要的一环，制备的样品非常薄，约为100nm左右。由于样品非常薄，因此，半导体器件中若存在裂缝，制备的样品则被裂缝分为无连接的上下两层，当用FIB进行切割时上下两层容易发生位置移动破坏观察区域的原始样貌，并且进行切割后上下两层也不易从半导体器件中取出。

因此，提供一种制备存在裂缝的TEM样品的方法是本领域技术人员需要解决的技术课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种TEM样品的制备方法，用于解决现有技术中制备样品过程中容易发生上下两层位置移动，并且进行切割后上下两层不易从半导体器件中取出的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种TEM样品的制备方法，所述TEM样品的制备方法至少包括步骤：

1)提供一半导体结构，所述半导体结构中包含目标检测区域，所述目标检测区域自下而上依次包括第一目标层、第二目标层、及处于所述第一目标层和第二目标层之间使所述第一目标层和第二目标层分离的狭缝；

2)在所述目标检测区域至少一侧的半导体结构中形成通孔，所述通孔暴露出所述目标检测区域的侧壁；

3)在暴露出的所述目标检测区域的侧壁上沉积用于将所述第一目标层和第二目标层连接的金属连接层；

4)切割使所述半导体结构中的所述目标检测区域分离出来；

5)取出所述目标检测区域，将所述目标检测区域固定于TEM固定部件上，并将所述金属连接层去除，从而完成TEM样品的制备。

优选地，所述步骤3)中金属连接层采用离子束诱导沉积工艺来制备，离子源为Ga或In源，离子束的入射角度范围为0～7度，离子束电压为5～30kV，离子束的能量范围为5～30keV，离子束电流为10～21000pA。

优选地，所述金属连接层的材料为钨或铂。

优选地，所述金属连接层为长方形薄片，其厚度范围为50～300nm。

优选地，所述第一目标层和第二目标层均为低K介质层。

优选地，所述低K介质层为含氮的碳化硅或含碳的二氧化硅。

优选地，所述目标检测区域还包括位于所述第一目标层背面的半导体衬底。

优选地，所述步骤1)中还包括采用离子束诱导沉积工艺在所述第二目标层表面沉积保护层的步骤；制备的保护层的材料为钨或铂。

优选地，所述步骤2)中采用聚焦离子束工艺在所述目标检测区域两侧的半导体体器件中形成通孔；所述通孔自上而下穿透所述半导体结构。

优选地，所述步骤4)中采用聚焦离子束工艺对所述半导体结构进行切割使所述目标检测区域分离。

优选地，所述步骤5)中采用原位取出方式取出所述目标检测结构。

优选地，所述步骤5)中TEM固定部件表面具有粘附所述目标检测区域的粘结层。

优选地，所述步骤5)中采用精减薄工艺去除所述金属连接层，去除后将所述目标检测区域继续减薄至TEM样品所要求的尺寸。

优选地，所述TEM样品所要求的尺寸为(5～30μm)*(50～300nm)*(2～10μm)。