一種透射電鏡樣品的制備方法
【專利摘要】一種透射電鏡樣品的制備方法，包括硅襯底和絕緣層，在絕緣層上有通孔或者溝槽形式的目標結構，首先在絕緣層表面沉積一層金屬導電層，并將金屬導電層和硅襯底進行連接，且樣品是直接放置在聚焦離子束系統的樣品臺上的，使硅襯底通過樣品臺接地，然后再在金屬導電層上的目標結構部位沉積一層金屬保護層，在樣品切割時，金屬保護層產生的電荷能被導到硅襯底，然后通過樣品臺接地，所以避免了目標結構中電荷積累的發生，防止出現電擊穿破壞目標結構的問題；本發明能夠使樣品在切割制作中，避免電荷在目標結構中積累并擊穿絕緣層問題的發生，以獲得目標結構的真實和完整信息。
【專利說明】-種透射電鏡樣品的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及集成電路制造【技術領域】，更具體地說，涉及一種半導體集成電路透射 電鏡樣品的制備方法。
【背景技術】
[0002] 在集成電路生產過程中，需要使用TEM(透射電鏡）觀測各種結構，比如第一層金 屬層刻蝕完成后的形貌等，所述形貌是指刻蝕中所形成的通孔或者溝槽等結構，對該結構 的觀測，需要對樣品進行切割，如圖1，圖1為需要進行切割分析的樣品結構示意圖，圖1中， 娃襯底1表面為絕緣層2,絕緣層2上刻蝕有目標結構3,其娃襯底1 一般有幾百個μ m (微 米）厚，如果在聚焦離子束系統中直接用離子束對樣品進行切割，則切割面會存在不平整 問題，影響對目標結構的觀察和分析。
[0003] 在現有技術中，制備聚焦離子束樣品或--Μ樣品時，目前業界的先進方法是，在樣 品表面沉積一層Pt (鉬）等金屬元素的金屬保護層，以在離子束切割樣品時保護樣品，使切 割的截面均勻平整，金屬保護層的厚度在〇. 2?Ιμπι左右，用的是聚焦離子束自身的氣體 輔助沉積系統，通過離子束分解含Pt的氣體將Pt沉積在樣品的目標結構表面，因為金屬保 護層一般只沉積在目標結構表面，所以其導電范圍一般為幾個平方微米。
[0004] 然而，本領域技術人員清楚，目前的這種使用聚焦離子束進行TEM樣品制備時所 采用的常規方法，有時會發生由于電荷積累而產生電擊穿的現象，如圖2,圖2為在需要進 行切割分析的樣品上直接沉積一層金屬保護層的結構示意圖，圖2中，硅襯底1表面為絕緣 層2,絕緣層2上刻蝕有目標結構3,目標結構3包括目標結構的底部4,在目標結構3處沉 積有絕緣層表面的金屬保護層5 ;但如果在樣品上直接沉積一層金屬保護層，則在離子束 進行切割時，由于電荷會積累在目標結構的底部而產生電擊穿的現象，造成樣品被破壞而 無法分析。
[0005] 因此，本領域的技術人員致力于開發一種透射電鏡樣品的制備方法，以在樣品切 割時，保護目標結構不受破壞。
【發明內容】
[0006] 有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明的目的在于使樣品在切割時，保護樣品的目 標結構不受破壞。
[0007] 為實現上述目的，本發明提供了一種透射電鏡樣品的制備方法，其通過在樣品表 面沉積一層金屬導電層，并將金屬導電層和硅襯底進行接地連接，然后再在金屬導電層上 沉積一層金屬保護層，以在樣品切割時，將金屬保護層產生的電荷導到硅襯底中，避免了目 標結構中電荷積累的發生，防止出現電擊穿破壞目標結構的問題；基于該方法，能夠獲得目 標結構的真實和完整信息。本發明的技術方案如下：
[0008] -種透射電鏡樣品的制備方法，所述透射電鏡樣品至少包括硅襯底和絕緣層，所 述絕緣層具有目標結構，所述目標結構為通孔或者溝槽，還包括如下步驟：
[0009] 步驟SOI :在所述樣品表面以及所述目標結構內壁上沉積一層金屬導電層；
[0010] 步驟S02 :在聚焦離子束系統中，使用離子束將所述金屬導電層和所述硅襯底先 打孔連通，并通過離子束含有的鎵導通，然后再將硅襯底接地；
[0011] 步驟S03 :在所述樣品的所述目標結構部位沉積一層金屬保護層，所述金屬保護 層至少能覆蓋所述目標結構在所述樣品表面所在平面上的投影，且所述孔的所在部位在所 述金屬保護層的區域之外；
[0012] 步驟S04 :完成所述樣品的切割和提取流程。
[0013] 優選地，步驟S01中所采用的沉積方法是通過鍍金機采用物理沉積Pt或Au (金） 形成一層所述金屬導電層的方法。
[0014] 優選地，所述金屬導電層的厚度為90?110埃。
[0015] 優選地，所述樣品是直接放置在聚焦離子束系統的樣品臺上的，所述硅襯底通過 所述樣品臺接地。
[0016] 優選地，步驟S02中所述孔位于所述樣品上的所述目標結構旁邊且沉積有所述金 屬導電層部位，所述孔從所述金屬導電層延伸至所述硅襯底內部。
[0017] 此處設計的目的在于，采用所述的沉積方法沉積的所述金屬導電層是平方毫米級 另IJ，面積大于一個或多個目標結構上的平方微米級別的金屬保護層，所以在所述金屬導電 層部位打一個孔，就能使所有的小面積的金屬保護層得到接地保護，且該方法能使金屬導 電層覆蓋了樣品表面、目標結構的側壁、底部等所有表面位置；所述打孔方法中由于離子束 本身是導電金屬的鎵離子源，所以孔內會再沉積含鎵的材質，以將樣品表面的導電層和硅 襯底連接起來；且在所打的孔的區域不沉積金屬保護層，能避免金屬保護層又在所打的孔 內沉積，從而避免再次發生絕緣層被擊穿的問題。
[0018] 優選地，所述孔在所述硅襯底內部的深度為3?10 μ m。
[0019] 優選地，所述孔在所述硅襯底內部的深度采用經驗參數的方法控制，所述經驗參 數的方法是在同一規格的樣品上，用不同的離子束電流、不同的時間打孔，然后切斷面確認 所述孔的深度，并記錄所述孔的深度與所述離子束電流和所述時間之間的關系。
[0020] 此處設計的目的在于，硅襯底一般為幾百個μ m厚，采用經驗參數的方法控制，能 避免所打的孔過深或者過淺；打孔的電流一般為幾百至幾千離子束電流，時間為幾秒至幾 十秒。
[0021] 優選地，所述孔的軸線垂直于所述樣品表面。
[0022] 優選地，步驟S03中所述沉積方法是使用聚焦離子束系統，只在所述目標結構在 所述樣品表面所在平面上的投影區域的所述金屬導電層表面沉積一層所述金屬保護層的 方法。
[0023] 此處設計的目的在于，所打的孔為圓孔，所述圓孔的直徑一般為幾十至幾百 nm(納米），所述孔的軸線垂直于所述樣品表面，能避免所打的孔破壞目標結構。
[0024] 從上述技術方案可以看出，本發明一種透射電鏡樣品的制備方法，通過在樣品表 面沉積一層金屬導電層，并在聚焦離子束系統中，使用離子束的方法將金屬導電層和硅襯 底進行接地連接，然后再在金屬導電層上沉積一層金屬保護層，以在樣品切割時，將金屬保 護層產生的電荷導到硅襯底中，避免了目標結構中電荷積累的發生，防止出現電擊穿破壞 目標結構的問題；所以使用該方法，能夠使樣品在切割制作中，避免電荷在目標結構中積累 并擊穿絕緣層問題的發生，以獲得目標結構的真實和完整信息。
[0025] 以下將結合附圖對本發明的構思、具體流程及產生的技術效果作進一步說明，以 充分地了解本發明的目的、特征和效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026] 圖1為需要進行切割分析的樣品結構示意圖；
[0027] 圖2為在需要進行切割分析的樣品上直接沉積一層金屬保護層的結構示意圖；
[0028] 圖3為本發明的樣品制作流程框圖；
[0029] 圖4為本發明中在樣品上沉積一層金屬導電層的結構不意圖；
[0030] 圖5為本發明中將金屬導電層和硅襯底進行接地連接的結構示意圖；
[0031] 圖6為本發明中在樣品的目標結構上沉積一層金屬保護層的結構示意圖。
[0032] 圖中，1為娃襯底,2為絕緣層,3為目標結構,4為目標結構的底部,5為絕緣層表面 的金屬保護層，6為金屬導電層，7為孔，8為金屬導電層表面的金屬保護層。
【具體實施方式】
[0033] 下面結合附圖3?6,對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0034] 需要說明的是，在下述實施例中，以溝槽形式的目標結構為例進行說明。
[0035] 請參閱圖3,圖3為本發明的樣品制作流程框圖；其說明了一種透射電鏡樣品的制 備方法，所述透射電鏡樣品包括硅襯底1和絕緣層2,所述絕緣層2具有目標結構3,所述目 標結構3為通孔或者溝槽，還包括如下步驟：
[0036] 步驟S01 :在所述樣品表面以及所述目標結構3內壁上沉積一層金屬導電層6 ;
[0037] 請參閱圖4,圖4為本發明中在樣品上沉積一層金屬導電層的結構示意圖，所采用 的沉積方法是通過鍍金機采用物理沉積Pt形成一層所述金屬導電層6的方法，所述金屬導 電層6的厚度為100埃；
[0038] 步驟S02 :在聚焦離子束系統中，使用離子束將所述金屬導電層6和所述硅襯底1 先打孔7連通，并通過離子束含有的鎵導通，然后再將硅襯底1接地；
[0039] 請參閱圖5,圖5為本發明中將金屬導電層和硅襯底進行接地連接的結構示意圖， 所述孔7位于所述樣品上的所述目標結構3旁邊且有所述金屬導電層6部位，所述孔7從 所述金屬導電層6延伸至所述娃襯底1內部，在實施例中，所述孔7在所述娃襯底1內部的 深度采用經驗參數的方法控制，硅襯底1厚度為200 μ m，所述孔7在所述硅襯底1內部的深 度為5μηι;
[0040] 步驟S03 :在所述樣品的所述目標結構3部位沉積一層金屬保護層8,所述金屬保 護層8至少能覆蓋所述目標結構3在所述樣品表面所在平面上的投影，且所述孔7的所在 部位在所述金屬保護層8的區域之外；
[0041] 請參閱圖6,圖6為本發明中在樣品的目標結構上沉積一層金屬保護層的結構示 意圖，在實施例中，步驟S03中所述沉積方法是使用聚焦離子束系統，只在所述目標結構3 在所述樣品表面所在平面上的投影區域的所述金屬導電層6表面沉積一層0. 6 μ m的所述 金屬保護層8的方法；
[0042] 步驟S04 :完成所述樣品的切割和提取流程。
[0043] 因為沉積的金屬導電層6是平方毫米級別，面積大于一個或多個目標結構3上的 平方微米級別的金屬保護層8,所以在所述金屬導電層6部位打一個孔7,就能使所有的小 面積的金屬導電層表面的金屬保護層8得到接地保護，且該方法能使金屬導電層6覆蓋了 樣品表面、目標結構3的側壁、底部等所有表面位置；所述打孔7方法中由于離子束本身是 導電金屬的鎵離子源，所以孔7內會再沉積含鎵的材質，以將樣品表面的導電層和硅襯底1 連接起來；且在所打的孔7的區域不沉積金屬保護層，能避免金屬保護層又在所打的孔7內 沉積，從而避免再次發生絕緣層2被擊穿的問題。
[0044] 在實施例中，所述樣品是直接放置在聚焦離子束系統的樣品臺上的，所述硅襯底1 通過所述樣品臺接地。
[0045] 在實施例中，所述孔7的軸線垂直于所述樣品表面。
[0046] 所打的孔7為圓孔，所述圓孔的直徑為80nm，所述孔7的軸線垂直于所述樣品表 面，能避免所打的孔7破壞目標結構3。
[0047] 從上述技術方案可以看出，本發明一種透射電鏡樣品的制備方法，通過在樣品表 面沉積一層金屬導電層6,并在聚焦離子束系統中，使用離子束的方法將金屬導電層6和硅 襯底1進行接地連接，然后再在金屬導電層6上沉積一層金屬保護層8,以在樣品切割時，將 金屬保護層8產生的電荷導到硅襯底1中，避免了目標結構3中電荷積累的發生，防止出現 電擊穿破壞目標結構3的問題；所以使用該方法，能夠使樣品在切割制作中，避免電荷在目 標結構3中積累并擊穿絕緣層2問題的發生，以獲得目標結構3的真實和完整信息。
[0048] 以上所述的僅為本發明的優選實施例，所述實施例并非用以限制本發明的專利保 護范圍，因此凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在 本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種透射電鏡樣品的制備方法，所述透射電鏡樣品至少包括硅襯底和絕緣層，所述 絕緣層具有目標結構，所述目標結構為通孔或者溝槽，其特征在于，包括如下步驟： 步驟SOI :在所述樣品表面以及所述目標結構內壁上沉積一層金屬導電層； 步驟S02 :在聚焦離子束系統中，使用離子束將所述金屬導電層和所述硅襯底先打孔 連通，并通過離子束含有的鎵導通，然后再將硅襯底接地； 步驟S03 :在所述樣品的所述目標結構部位沉積一層金屬保護層，所述金屬保護層至 少能覆蓋所述目標結構在所述樣品表面所在平面上的投影，且所述孔的所在部位在所述金 屬保護層的區域之外； 步驟S04 :完成所述樣品的切割和提取流程。
2. 如權利要求1所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，步驟S01中所采用的沉 積方法是通過鍍金機采用物理沉積Pt或Au形成一層所述金屬導電層的方法。
3. 如權利要求2所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，所述金屬導電層的厚 度為90?110埃。
4. 如權利要求1所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，所述樣品是直接放置 在聚焦離子束系統的樣品臺上的，所述硅襯底通過所述樣品臺接地。
5. 如權利要求1所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，步驟S02中所述孔位于 所述樣品上的所述目標結構旁邊且沉積有所述金屬導電層部位，所述孔從所述金屬導電層 延伸至所述硅襯底內部。
6. 如權利要求5所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，所述孔在所述硅襯底 內部的深度為3?10 μ m。
7. 如權利要求6所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，所述孔在所述硅襯底 內部的深度采用經驗參數的方法控制，所述經驗參數的方法是在同一規格的樣品上，用不 同的離子束電流、不同的時間打孔，然后切斷面確認所述孔的深度，并記錄所述孔的深度與 所述離子束電流和所述時間之間的關系。
8. 如權利要求1或5或6或7所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，所述孔的 軸線垂直于所述樣品表面。
9. 如權利要求1所述的透射電鏡樣品的制備方法，其特征在于，步驟S03中所述沉積方 法是使用聚焦離子束系統，只在所述目標結構在所述樣品表面所在平面上的投影區域的所 述金屬導電層表面沉積一層所述金屬保護層的方法。
【文檔編號】G01N1/28GK104122130SQ201410370914
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】陳強 申請人:上海華力微電子有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
