阅读说明：本技术 用以消除碳支持膜对tem样品成像质量影响的方法 (The method for supporting film to influence TEM sample image quality to eliminate carbon ) 是由 陈柳 高金德 于 2019-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用以消除碳支持膜对TEM样品成像质量影响的方法,用FIB对连续的碳支持膜加工形成多个直径4～6μm的圆形孔洞,并在该圆形孔洞位置放置TEM样品,完成后续的TEM明场模式下观测样品。本发明能够有效地分辨和量测纳米级薄膜的厚度,提高TEM样品的制样效率。(The method that the invention discloses a kind of to support film to influence TEM sample image quality to eliminate carbon, the circular hole to form 4~6 μm of multiple diameters is processed to continuous carbon support film with FIB, and TEM sample is placed in the circular hole position, complete observing samples under subsequent TEM brightfield mode.The present invention effectively can differentiate and measure the thickness of nano-level thin-membrane, improve the sample preparation efficiency of TEM sample.)

用以消除碳支持膜对TEM样品成像质量影响的方法

技术领域

本发明涉及半导体芯片制造行业的失效分析领域，特别是涉及一种用以消除碳支持膜对超薄TEM(透射电子显微镜)样品成像质量影响的方法。

背景技术

在半导体集成电路制造中，目前制程已经越来越小，需要用FIB(聚焦离子束)进行样品制备进而用TEM观测的需求也越来越多。针对一些较小的制程，特别是28/14纳米及以下，需要观测不同超薄介质层厚度(一般为纳米级别)的需求已越来越普遍。

现在用FIB制备TEM样品的方法通常有两种：

一种是常规的TEM制样方法，即用FIB直接制成厚度约80纳米的TEM样品，然后用玻璃针管靠静电吸附将薄片TEM样品从硅片表面提取起来置于连续分布的碳支持膜上进行TEM观测。这种方法的优点是：制样速度快(大约45分钟左右)可以较快得到TEM结果；缺点是：当样品制备得过厚时就无法进行再加工制备了。另外，由于厚度约30纳米的碳支持膜的存在，会影响图像的清晰度，造成纳米级别的薄膜厚度无法精确量测。

另一种方法是用FIB先制成厚度约500纳米左右的样品,然后用位于FIB腔室内的原位FIB机台内提取样品方式系统将样品提取到梳状铜环上，最后进行精加工制成大约40纳米厚的TEM可观测样品。这种方法没有碳支持膜阻挡，可以精确量测一些纳米级的厚度，图像清晰。但其制样时间较久(大约2-3小时左右)，速度较慢。

目前14nm的先进制程中所采用的薄膜厚度一般都是纳米级别的(一般为1～2nm)，使用常规制样手段获得的TEM观测效果已经渐渐无法满足分析要求。在实际观测过程中，往往因为薄膜厚度无法精准量测而需要采用相对费时费力的FIB机台内提取样品方式制备样品，此类制样方式的时间是常规制样方式的两倍或以上；而常规制样方式虽然在时间上较为节约，但样品被放置在碳支持膜上，TEM观测时，具有一定厚度(一般为20～30nm)的碳支持膜就会对样品的成像质量和成分分析带来影响，造成薄膜衬度变差，不同薄膜间的界面不太容易分辨，进而影响厚度量测，额外的碳信号也会对薄膜的成分分析带来干扰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用以消除碳支持膜对TEM样品成像质量影响的方法，能够有效地分辨和量测纳米级薄膜的厚度，提高TEM样品的制样效率。

为解决上述技术问题，本发明的用以消除碳支持膜对TEM样品成像质量影响的方法，是采用如下技术方案实现的：

用FIB对连续的碳支持膜加工形成多个直径4～6μm的圆形孔洞，并在该圆形孔洞位置放置TEM样品，完成后续的TEM明场模式下观测样品。

采用本发明的方法通过对连续分布的碳支持膜的改造，可有效消除碳支持膜对TEM样品观测所带来的图像质量和元素分析方面的干扰；可实现用花时间较少的常规TEM制样方式去制备样品，而其TEM观测效果却可与花时间较多的其它制样方式所获得的TEM观测效果相媲美，从而能有效地分辨和量测纳米级薄膜的厚度，由于没有碳支持膜阻挡，获得的图像清晰，薄膜层次能够清晰分辨，界面明显，便于量测。

附图说明

下面结合附图与

具体实施方式

对本发明作进一步详细的说明：

图1是是所述用以消除碳支持膜对TEM样品成像质量影响的方法示意图。

具体实施方式

所述用以消除碳支持膜对超薄(纳米级)TEM样品成像质量影响的方法，旨在消除碳支模膜对其上所承载的TEM样品在TEM观测时对图像成像质量和元素分析所带来的干扰，以实现用费时较少的常规FIB制样方式而获得较为理想的TEM样品观测效果，最终实现28nm/14nm制程中不同成分纳米级薄膜的分辨和厚度精确量测，同时也有利于提高TEM样品的制样效率。

所述用以消除碳支持膜对TEM样品成像质量影响的方法，在下面的实施例中，具体的实现方式如下：

步骤一、利用FIB对现有碳支持膜再加工，将碳支持膜经过OM(光学显微镜)平整度确认后放在FIB内，缩小范围，再次用E-Beam(电子束)确认碳支持膜质量，找到理想目标区域。

步骤二、切换至I-Beam(离子束)窗口下，在所述理想目标区域内，对连续的碳支持膜在高角度下(52°)使用I-Beam 90pA电流细修碳支持膜，打出一个4～6μm圆形孔洞，使目标区域没有碳支持膜的阻挡。一次可在碳支持膜上加工多个类似圆形孔洞，以达到在同一碳支持膜上放置多个TEM样品的目的。

步骤三、将圆形孔洞中的碳支持膜取下，将正常切好的样品(即常规制样方法切好的样品)使用样品提取系统仪器的玻璃静电针管利用静电把样品放置到之前打好的圆形孔洞区，实现样品区域避开碳支持膜。

完成后续的TEM明场模式下观测样品。将这样放置的TEM样品放入透射电子显微镜中观测，可以得到与使用FIB机台内提取样品制样方法制备的TEM样品的同等质量的图像效果，从而在节约制样时间的同时实现各层纳米级厚度薄膜的观测需求。

结合图1所示，图中上半部分采用本发明前的观测区域3，TEM观测时电子束穿透碳支持膜2和样品1，整个观测的厚度包括碳支持膜2的厚度在内。图中下半部分采用本发明后的观测区域4，TEM观测时电子束只穿透样品1，不包括碳支持膜2。

以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。