Tem分析樣品的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種TEM (Transmiss1n electronmicroscope,透射電子顯微鏡)分析樣品的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體制造工藝中，經(jīng)常需要對器件的結(jié)構(gòu)和材料進行分析。常用的手段包括使用掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)和透射電子顯微鏡(Transmiss1n electron microscope,TEM)進行觀察和分析需要分析的樣品的微觀狀態(tài)。
[0003]TEM的工作原理是把經(jīng)加速和聚集的電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關(guān)，因此可以形成明暗不同的影像。在制作TEM樣品時，通常使用聚焦離子束系統(tǒng)(Focused 1nBeam, FIB)對待測晶圓進行切割，以獲取合適厚度的TEM樣品。
[0004]隨著半導(dǎo)體制造工藝的不斷進步，半導(dǎo)體器件的尺寸變得越來越小，而受到樣品制備設(shè)備，如FIB的技術(shù)限制，不可能無限制的減小TEM樣品的厚度，因此，通過常規(guī)方法獲取的TEM樣品中會存在更多不期望的結(jié)構(gòu)以及形貌，而這些不被期望存在的結(jié)構(gòu)和形貌會影響TEM的影像，甚至導(dǎo)致被期望分析的結(jié)構(gòu)受到影響而通過TEM觀測不到。
[0005]作為典型的例子，如圖1所示，待測晶圓包括形成于基底上的晶體管I以及用于晶體管I與其它層中導(dǎo)線或晶體管互連的接觸孔結(jié)構(gòu)；其中，接觸孔結(jié)構(gòu)包括形成于接觸孔內(nèi)壁的擴散阻擋層2，以及填充接觸孔的金屬線3 ;擴散阻擋層2用于防止金屬線3擴散至層間介質(zhì)層并提高金屬線3與接觸孔粘附性，一般選用TiN或Ti作為擴散阻擋層2，金屬線3 —般選用高電子遷移率的金屬銅、鎢、鋁等。在制造上述的晶圓上結(jié)構(gòu)時，由于結(jié)構(gòu)、工藝等因素的影響，在接觸孔與接觸孔之間可能存在橋連缺陷4，這是由于擴散阻擋層2以及金屬線3在制備過程中，沉積的擴散阻擋層2和金屬線3材料殘留在接觸孔之間，而這些殘留的材料構(gòu)成橋連缺陷4，這將會導(dǎo)致集成電路中各元件工作時發(fā)生短路。為了找出上述橋連缺陷4的具體成因和具體位置，需要對產(chǎn)生接觸孔橋連缺陷4的接觸孔結(jié)構(gòu)進行TEM分析。通常采用的TEM樣品制備是沿平行于橋連缺陷的延伸方向(圖1中X方向)對橋連的兩個接觸孔結(jié)構(gòu)進行X-Cut切割，如圖2所示，得到包含兩個接觸孔結(jié)構(gòu)剖面的截面，并進一步切割晶圓，形成包含橋連缺陷和上述截面的TEM樣品，再通過TEM對樣品進行觀測。如圖3所示，X-Cut得到的TEM樣品由于接觸孔之間的層間介質(zhì)層、接觸孔結(jié)構(gòu)的擴散阻擋層、金屬線各結(jié)構(gòu)的材料及厚度均不同，因而可以得到表示不同結(jié)構(gòu)的明暗不同的圖像，并且由于位于兩接觸孔結(jié)構(gòu)之間的橋連缺陷材質(zhì)異于兩接觸孔結(jié)構(gòu)之間的層間介質(zhì)層，所以也可以通過TEM得到橋連缺陷的影像。然而，通過X-Cut得到的TEM樣品僅能獲得橋連在X方向上的影像，從而不能完全獲得橋連缺陷的形貌及位置，難以判斷橋連缺陷形成的具體原因，因此，就需要沿垂直于橋連缺陷的方向(圖1中的Y方向)進行切割，以期望獲得橋連缺陷的Y方向影像。但是，若采用常規(guī)的樣品制備方法，切割形成的Y-Cut樣品中由于接觸孔結(jié)構(gòu)內(nèi)包括有一定厚度的金屬線，而具有一定厚度的金屬線在TEM分析中得到的影像較暗，因此會對橋連缺陷影像存在遮擋，從而從得到的Y-Cut樣品影像中看不到橋連缺陷的影像。因此，如何獲取橋連缺陷在Y方向上的影像成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種TEM分析樣品的制備方法，包括:
[0007]提供待檢測的晶圓，所述晶圓上有設(shè)置第一接觸孔結(jié)構(gòu)和第二接觸孔結(jié)構(gòu)，且所述第一接觸孔結(jié)構(gòu)與第二接觸孔結(jié)構(gòu)之間形成有橋連缺陷；
[0008]沿垂直橋連缺陷延伸方向?qū)λ龅谝唤佑|孔結(jié)構(gòu)切割，以獲得包括第一切割面的第一樣品，所述第一切割面暴露第一接觸孔結(jié)構(gòu)的金屬線；
[0009]去除所述第一切割面中第一接觸孔結(jié)構(gòu)的金屬線；
[0010]沿垂直橋連缺陷延伸方向切割晶圓，以去除所述第二接觸孔結(jié)構(gòu)，并獲得TEM分析樣品。
[0011]進一步，所述第一接觸孔結(jié)構(gòu)和第二接觸孔結(jié)構(gòu)還包括形成于接觸孔內(nèi)壁與金屬線之間的擴散阻擋層。
[0012]進一步，所述金屬線材料為鎢，所述擴散阻擋層材料為鈦或氮化鈦。
[0013]進一步，去除所述第一切割面中第一接觸孔結(jié)構(gòu)的金屬線的步驟包括:
[0014]將所述第一樣品浸入沸騰的雙氧水溶液，以去除第一接觸孔結(jié)構(gòu)中的鎢金屬線。
[0015]進一步，所述雙氧水溶液濃度為30%，浸入時間為I秒。
[0016]采用本發(fā)明提供的TEM分析樣品的制備方法，由于在形成樣品的過程中去除了橋連缺陷一側(cè)的接觸孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的金屬線以及另一側(cè)的接觸孔結(jié)構(gòu)，因此，避免了在橋連缺陷Y方向觀測時，較暗的金屬線影像遮擋橋連缺陷影像的問題。
【附圖說明】
[0017]圖1為具有接觸孔結(jié)構(gòu)以及橋連缺陷的晶圓不意圖；
[0018]圖2為圖1中沿X方向X-Cut的截面示意圖；
[0019]圖3為圖2的TEM觀測圖像；
[0020]圖4為本發(fā)明一種TEM分析樣品的制備方法流程示意圖；
[0021]圖5為圖1中沿Y方向Y-Cut的截面示意圖；
[0022]圖6為圖5的TEM觀測圖像。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0024]如圖4所示，本發(fā)明提供了一種TEM分析樣品的制備方法，包括:
[0025]提供待檢測的晶圓，晶圓上有設(shè)置第一接觸孔結(jié)構(gòu)和第二接觸孔結(jié)構(gòu)，且第一接觸孔結(jié)構(gòu)與第二接觸孔結(jié)構(gòu)之間形成有橋連缺陷；
[0026]沿垂直橋連缺陷延伸方向?qū)Φ谝唤佑|孔結(jié)構(gòu)切割，以獲得包括第一切割面的第一樣品，第一切割面暴露第一接觸孔結(jié)構(gòu)的金屬線；
[0027]去除第一切割面中第一接觸孔結(jié)構(gòu)的金屬線；
[0028]沿垂直橋連缺陷延伸方向切割第一樣品，以去除第二接觸孔結(jié)構(gòu)，并獲得TEM分析樣品。
[0029]以下結(jié)合附圖5和6，對本發(fā)明的典型實施例進行詳細闡述:
[0030]如圖5所示，首先，在晶圓上沿垂直橋連缺陷13延伸方向(圖5中的Y方向)對第一接觸孔結(jié)構(gòu)11切割，以獲得包括第一切割面的第一樣品20，第一切割面暴露第一接觸孔結(jié)構(gòu)的金屬線(未標示)；需要說明的是，通過電鏡觀察晶圓表面可以得到晶圓表面的實際影像，通過該影像可以明確存在橋連缺陷13的第一接觸孔結(jié)構(gòu)11和第二接觸孔結(jié)構(gòu)12的位置，以及第一接觸孔11與第二接觸孔12之間的橋連缺陷13的位置；
[0031]然后，去除第一切割面中第一接觸孔結(jié)構(gòu)11的金屬線；作為典型實施例，當金屬線的材質(zhì)為金屬鎢，且第一接觸孔結(jié)構(gòu)中形成于接觸孔內(nèi)壁與金屬線之間的擴散阻擋層(未標示)的材質(zhì)為鈦或氮化鈦時，可選用將第一樣品20浸入沸騰的雙氧水溶液的方式去除金屬鎢；具體的，優(yōu)選雙氧水溶液的濃度為30%，浸入時間為I秒，由過氧化氫氧化鎢,然后再利用雙氧水溶液內(nèi)部的水，在高溫下與氧化后的鎢進行反應(yīng)，可去除金屬鎢，且在相同的條件下，由鈦或氮化鈦構(gòu)成的擴散阻擋層并不會與雙氧水溶液反應(yīng)，因此，在第一切割面上，第一接觸孔結(jié)構(gòu)11僅包括擴散阻擋層，而橋連缺陷13由于內(nèi)嵌于第一接觸孔結(jié)構(gòu)11與第二接觸孔結(jié)構(gòu)12之間，所以并不會被雙氧水溶液所影響；
[0032]進一步，沿垂直橋連缺陷13延伸方向切割第一樣品20，以去除第二接觸孔結(jié)構(gòu)12，即可獲得TEM分析樣品，而通過TEM觀測該TEM樣品，實際影像如圖6所示，在第一接觸孔結(jié)構(gòu)11的影像中，由于橋連缺陷13延伸有一定的長度，因此，在Y-Cut的TEM影像中較暗，具體的表現(xiàn)為在第一接觸孔結(jié)構(gòu)11的較亮影像中存在較暗的痕跡，而該痕跡即為橋連缺陷13Y-Cut的TEM影像。
[0033]基于上述技術(shù)手段，由于獲得的TEM分析樣品，在第一切割面中去除了在TEM圖像中較暗的金屬線以及第二接觸孔結(jié)構(gòu)12，因此，避免了在橋連缺陷Y方向觀測時，較暗的金屬線影像遮擋橋連缺陷影像的問題。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，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、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種TEM分析樣品的制備方法,其特征在于,包括: 提供待檢測的晶圓，所述晶圓上有設(shè)置第一接觸孔結(jié)構(gòu)和第二接觸孔結(jié)構(gòu)，且所述第一接觸孔結(jié)構(gòu)與第二接觸孔結(jié)構(gòu)之間形成有橋連缺陷； 沿垂直橋連缺陷延伸方向?qū)λ龅谝唤佑|孔結(jié)構(gòu)切割，以獲得包括第一切割面的第一樣品，所述第一切割面暴露第一接觸孔結(jié)構(gòu)的金屬線； 去除所述第一切割面中第一接觸孔結(jié)構(gòu)的金屬線； 沿垂直橋連缺陷延伸方向切割第一樣品，以去除所述第二接觸孔結(jié)構(gòu)，并獲得TEM分析樣品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一接觸孔結(jié)構(gòu)和第二接觸孔結(jié)構(gòu)還包括形成于接觸孔內(nèi)壁與金屬線之間的擴散阻擋層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述金屬線材料為鎢，所述擴散阻擋層材料為鈦或氮化鈦。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，去除所述第一切割面中第一接觸孔結(jié)構(gòu)的金屬線的步驟包括: 將所述第一樣品浸入沸騰的雙氧水溶液，以去除第一接觸孔結(jié)構(gòu)中的鎢金屬線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述雙氧水溶液濃度為30%，浸入時間為I秒。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種TEM分析樣品的制備方法，由于在形成樣品的過程中去除了橋連缺陷一側(cè)的接觸孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的金屬線以及另一側(cè)的接觸孔結(jié)構(gòu)，因此，避免了在橋連缺陷Y方向觀測時，較暗的金屬線影像遮擋橋連缺陷影像的問題。
【IPC分類】H01L21-768, G01N1-28
【公開號】CN104568533
【申請?zhí)枴緾N201310503887
【發(fā)明人】殷原梓, 李日鑫, 高保林, 趙利利, 張菲菲
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月23日