專利名稱：透射型電子顯微鏡用的試樣制作方法、觀察方法以及結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于使用透射型電子顯微鏡(以下稱為“TEM”)進行觀察的試樣制作方法和試樣結構。特別是，涉及用于在使用掃描型電子顯微鏡(以下稱為“SEM”)或掃描型離子顯微鏡(以下稱為“SIM”)觀察LSI裝置的特定部位的剖面后，進一步使用TEM進行觀察的試樣制作方法和試樣結構。
背景技術：
TEM是觀察把電子線照射到電子能透射的薄度例如0.05～0.4μm左右的薄片試樣上使所透射的電子線放大而形成的TEM像的顯微鏡。STEM是掃描聚焦在上述薄片試樣上的電子線并把所透射的電子線導入到檢測器內來取得STEM像的顯微鏡。由于全都使電子線透射薄片試樣，因而可取得在薄片試樣的厚度方向累計的形狀信息，然而由于能以高分辨率進行觀察，因而可在以半導體為首的許多領域的材料評價中使用。
在半導體裝置的制造中，如果對在某個制造工序中所檢測的異物、形狀不良、斷線、短路等的不良部分沒有立刻進行解析并查明其發生原因來采取對策，就會大量生產出不良元件，對制造公司來說給收益帶來很大影響。因此，為了提高半導體裝置的制造成品率，不良部分解析是必須的。對于不良部分解析法中的形狀觀察，TEM或STEM發揮很大作用，并且，通過在TEM或STEM內裝備分析功能，也能進行高分辨率的元素分析，從而對半導體解析是不可欠缺的。
在使用TEM或STEM的解析(下面以觀察、元素分析、測量為代表而簡稱為解析)中，對半導體晶片或芯片等試樣的表面進行水平方向的試樣和剖面方向的試樣的觀察。對于剖面試樣，實施如下的方法以機械方式使剖面露出，通過研磨和離子薄化(ion thinning)進行剖面方向的薄片加工。最近，實施如下的方法使用基于加速能為30kV的Ga離子束的聚焦離子束(以下簡稱為FIB)在期望區域內精度良好地對剖面薄片試樣進行加工。
采用FIB所加工的試樣剖面使用SIM或SEM來觀察。并且，為了詳細解析剖面結構，使用TEM進行觀察。關于TEM觀察用的試樣制作，采用例如日本特開2003-194681號公報所示的方法對試樣進行薄膜化加工，使用顯微操作器得到薄膜試樣。
專利文獻1日本特開2003-194681號公報并且，作為TEM觀察試樣制作中的其他方法，如日本特許第3547143號所示，具有以下方法，該方法使用FIB得到試樣，使用機械探頭重新移到TEM試樣保持器上，然后使用FIB對試樣進行薄膜化加工。
專利文獻2日本特許第3547143號公報然而，在使用SIM或SEM進行剖面解析后，當使用FIB對TEM試樣進行加工時，使用Ga離子束進行了蝕刻的材料堆積在觀察剖面上(以下，把所堆積的膜稱為“蝕刻沉積膜”)，有時候不能使用TEM進行詳細觀察。因此，考慮了通過FIB加工蝕刻去除蝕刻沉積膜的方法，然而裝置剖面(觀察剖面)也被蝕刻，具有形成了與使用SIM或SEM所觀察的剖面不同的剖面的問題。
發明內容
本發明就是鑒于上述狀況而作成的，其目的是提供一種優良的TEM試樣制作方法、TEM觀察方法以及TEM試樣結構。
為了達到上述目的，本發明的第1方式是一種透射型電子顯微鏡用的試樣制作方法，其特征在于，該試樣制作方法包含在半導體裝置的特定部位的觀察剖面上形成非晶質結構的保護膜的工序；去除形成有上述保護膜的觀察剖面的周圍的工序；以及使至少包含上述保護膜的區域薄膜化的工序。
本發明的第2方式是一種觀察方法，該觀察方法觀察半導體裝置的剖面，其特征在于，該觀察方法包含使用掃描型顯微鏡觀察上述半導體裝置的特定部位的剖面的工序；以及在上述剖面上形成非晶質結構的保護膜，透過該保護膜來使用透射型電子顯微鏡進一步觀察上述剖面的工序。
并且，本發明的第3方式是一種試樣結構，該試樣是為了在使用掃描型顯微鏡觀察半導體裝置的特定部位的剖面后，使用透射型電子顯微鏡觀察同一觀察剖面而制作的觀察試樣，其特征在于，在上述觀察剖面上具有非晶質結構的保護膜。
作為上述保護膜，可使用碳膜或硅氧化膜。并且，優選的是，保護膜的厚度小于等于試樣厚度的1/10。
根據本發明，在使用SIM或SEM進行剖面解析后，使TEM試樣不受加工時形成的蝕刻沉積膜的影響，可使用TEM詳細觀察與SIM、SEM相同的剖面。
圖1是示出本發明的實施例的半導體裝置觀察方法的概略工序的工序圖。
圖2是示出實施例的TEM觀察試樣的制作途中階段的剖面立體圖，示出SIM(SEM)觀察剖面。
圖3是示出實施例的TEM觀察試樣的制作途中階段的剖面立體圖，示出在觀察剖面上形成了保護膜的狀態。
圖4是示出實施例的TEM觀察試樣的制作途中階段的剖面立體圖，示出對觀察剖面周邊進行了蝕刻去除的狀態。
圖5是示出實施例的TEM觀察試樣的立體圖。
具體實施例方式
以下，使用實施例對用于實施本發明的最佳方式進行詳細說明。
圖1是示出本發明的實施例的半導體裝置觀察方法的概略工序的工序圖。圖2～圖5是示出實施例的TEM觀察試樣制作工序的立體圖。在本實施例中，按照TEM試樣制作工序進行說明。首先，如圖2所示，使用FIB對LSI裝置10的特定部位進行加工，在空間14內使觀察剖面12露出。之后，把離子束或電子束照射到該剖面12上，進行SIM、SEM觀察。
然后，如圖3所示，在觀察剖面12的表面上使用FIB裝置的沉積功能，借助聚焦離子束把非晶質膜形成(堆積)為保護膜18。或者，借助使用了電子束的沉積把非晶質膜形成(堆積)為保護膜18。作為保護膜18，可采用輕元素(Si以下的質量)的碳或硅氧化膜。假定該時刻的保護膜18的堆積厚度例如大于等于100nm。
然后，如圖4所示，使用FIB對觀察剖面12的周邊進行蝕刻，在后方形成空間24，并擴展前方空間14，并且去除(削去)保護膜18的周邊(觀察剖面12的周邊)來形成擴展區域22。此時，在保護膜18的表面上堆積有蝕刻沉積膜。因此，在使用FIB的TEM試樣薄膜化加工中，通過對保護膜18的表面進行蝕刻，去除蝕刻沉積膜。同時，保護膜18自身也會通過蝕刻被削去，然而采用僅保留一點點的設定。
圖5示出薄膜化的TEM觀察試樣30的整體結構。優選的是，使TEM試樣的主體部22a的厚度是例如0.1～0.15μm左右，使蝕刻后的保護膜18a的厚度小于等于主體部22a的厚度的1/10。之后，透射保護膜18a，采用公知方法進行TEM觀察。
在本實施例中，由于在觀察剖面12上形成保護膜18，因而在使用FIB對觀察剖面12的周邊進行了蝕刻時，蝕刻沉積膜堆積在保護膜18上，不會直接附著在觀察剖面12上。然后，通過對保護膜18的表面進行蝕刻，可容易去除蝕刻沉積膜，觀察剖面12也不會被削去。在觀察剖面12上保留有保護膜18，而由于保護膜18(18a)是非晶質膜，因而可使用TEM透射該保護膜18a進行觀察。
以上，使用實施例對本發明作了說明，然而本發明不限于實施例的范圍，當然可在各權利要求所述的技術思想的范圍內適當進行設計變更。
權利要求
1.一種試樣制作方法，該方法是透射型電子顯微鏡用的試樣制作方法，其特征在于，該試樣制作方法包含在半導體裝置的特定部位的觀察剖面上形成非晶質結構的保護膜的工序；去除形成有上述保護膜的觀察剖面的周圍的工序；以及使至少包含上述保護膜的區域薄膜化的工序。
2.根據權利要求1所述的試樣制作方法，其特征在于，在上述薄膜化工序中，去除附著在上述保護膜上的堆積物，并保留上述保護膜。
3.根據權利要求1或2所述的試樣制作方法，其特征在于，上述保護膜是碳膜或硅氧化膜。
4.根據權利要求1、2或3所述的試樣制作方法，其特征在于，上述保護膜使用聚焦離子束或電子束來堆積形成在上述觀察剖面上。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的試樣制作方法，其特征在于，去除上述觀察剖面的周圍的工序使用聚焦離子束來進行。
6.一種試樣觀察方法，該觀察方法觀察半導體裝置的剖面，其特征在于，該試樣觀察方法包含使用掃描型顯微鏡觀察上述半導體裝置的特定部位的剖面的工序；以及在上述剖面上形成非晶質結構的保護膜，透過該保護膜來使用透射型電子顯微鏡進一步觀察上述剖面的工序。
7.根據權利要求6所述的試樣觀察方法，其特征在于，上述保護膜是碳膜或硅氧化膜。
8.根據權利要求6或7所述的試樣觀察方法，其特征在于，上述保護膜使用聚焦離子束或電子束來堆積形成在上述觀察剖面上。
9.一種試樣結構，該試樣是為了在使用掃描型顯微鏡觀察半導體裝置的特定部位的剖面后，使用透射型電子顯微鏡觀察同一觀察剖面而制作的觀察試樣，其特征在于，在上述觀察剖面上具有非晶質結構的保護膜。
10.根據權利要求9所述的試樣結構，其特征在于，上述保護膜在使用上述掃描型顯微鏡觀察后形成在上述觀察剖面上。
11.根據權利要求9或10所述的試樣結構，其特征在于，上述保護膜是碳膜或硅氧化膜。
12.根據權利要求9、10或11所述的試樣結構，其特征在于，上述保護膜的厚度小于等于試樣厚度的1/10。
全文摘要
本發明的課題是提供透射型電子顯微鏡用的試樣制作方法、觀察方法以及結構。在透射型電子顯微鏡用的試樣制作方法中，包含如下工序在半導體裝置的特定部位的觀察剖面上形成非晶質結構的保護膜；去除形成有上述保護膜的觀察剖面的周圍；使至少包含上述保護膜的區域薄膜化。在觀察半導體裝置的剖面的觀察方法中，包含如下工序使用掃描型顯微鏡觀察上述半導體裝置的特定部位的剖面；在上述剖面上形成非晶質結構的保護膜，透過該保護膜來使用透射型電子顯微鏡進一步觀察上述剖面。在為了在使用掃描型顯微鏡觀察半導體裝置的特定部位的剖面后，使用透射型電子顯微鏡觀察同一觀察剖面而制作的觀察試樣中，在上述觀察剖面上具有非晶質結構的保護膜。
文檔編號G01N13/10GK1979119SQ20061013572
公開日2007年6月13日 申請日期2006年10月18日 優先權日2005年12月6日
發明者池田聰 申請人:沖電氣工業株式會社
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
