用于变更蚀刻速率的离子注入的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制备用于透射电子显微术(TEM)和扫描透射电子显微术(SEM)的样品O
【背景技术】
[0002]透射电子显微镜(TEM)可以使观察者能够形成纳米量级到几分之一埃的非常小的特征的图像。TEM图像允许分析样品的内部结构。在TEM中，宽的电子束冲击样品，并且透射过所述样品的电子被聚焦以形成所述样品的图像。所述样品必须足够薄以允许初级射束中的许多电子穿过所述样品行进，并且在相对部位上退出。
[0003]从大块样品材料切割下来的薄的??Μ样品被称为“薄片”。薄片通常小于100纳米(nm)厚度，但是对于一些应用，薄片必须是相当薄的。在半导体工业中，TEM和STEM分析对于表征最小和最关键结构来说正变得尤其重要。薄片制备是TEM分析中的关键步骤。对减小晶体管的尺寸的持续要求导致了需要进一步减小薄片的厚度来提供只包含一个分立晶体管结构的样品。用于半导体制造中的最小特征尺寸或“间距”正朝着22nm进展，因此将期望生产具有大约1nm厚度的薄片。具有小于20nm厚度的薄片对于以可靠和可重复方式的生产来说将具有挑战性。
[0004]由于缺乏结构完整性，这种薄的薄片经受机械故障的影响一一在非常薄的样品中经常发生关键区域的扭曲、弯曲和磨蚀。由于所需的薄片厚度一直在减小，因此存在对于一种提供和维持薄样品的结构完整性的方法的需要。
[0005]用于TEM薄片制备方法通常使用聚焦离子束(FIB)系统。薄片厚度和最终薄片中心方位的精确度是基于FIB研磨操作的放置的精确度。在自动化工作流程中，通常相对于将从中研磨TEM样品薄片的基底的顶表面上的一些特征或基准来执行研磨。
[0006]因为薄片小于20nm厚度的期望的，所需的增加水平的精度需要更高的操作者技能。进一步，随着厚度减小到例如小于10nm，薄片样品的成功率显著降低。
[0007]现有技术的薄片增强技术，诸如由Lechner在EP2413126中教导的方法，涉及将薄片成形为留下比用于结构支撑的其他区域更厚的某些区域。这样的方法留下了由较厚区域所包围的较薄区域的“窗口”，但是这样的窗口可能限制视场，其进而影响可以从所述薄片获得的信息量。开窗还增加了复杂性和加工时间。进一步，需要高水平的操作者技能来将聚焦离子束引导至不同区域以在所述薄片内留下变化的厚度水平。因此，所需要的是一种用于增强薄片样品的改进方法和装置。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是通过将离子注入到样品中并然后加工所述样品来在所述样品上产生显微图案，其中在加工下经注入区域与未经注入区域表现不同。
[0009]在一些实施例中，通过使用聚焦离子束来将离子注入到样品的区域中，以及诸如通过蚀刻来加工所述样品，其中经注入区域中的材料比未经注入区域去除得更慢，从而留下与经注入区域相对应的凸起图案，或者材料去除得更快，从而留下与经注入区域相对于的凹陷区域。
[0010]根据本发明的一些实施例，将硬化材料注入到所述薄片的区域中以强化所述薄片。在一些实施例中，所注入的材料使得所述薄片对离子束加工有抵抗力，留下比薄片的其他区域更厚的经注入区域，从而形成对薄片提供附加支撑的增强结构。
[0011]上述内容已经相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优势，以便可以更好地理解随后的本发明的详细描述。下面将描述本发明的附加特征和优势。本领域技术人员应当理解的是，所公开的概念和具体实施例可以容易地被用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应当认识到的是，这种等同构造并不脱离所附权利要求中所阐明的本发明的精神和范围。
【附图说明】
[0012]为了更全面地理解本发明及其优势，现在参考结合附图进行的下面的描述，在附图中:
[0013]图1是示出硅工件中成直线的铍(Be)注入的显微照片，其中注入的持续时间从I秒到32秒变化。
[0014]图2是示出图1的线的横截面的显微照片；
[0015]图3是以更高放大倍数示出图2的横截面的一部分的显微照片。
[0016]图4和5是图2的横截面的显微照片图像；
[0017]图6是示出不同材料的基底并且示出将用Be离子注入的区域的显微照片。
[0018]图7是示出具有所注入的Be离子的图6的基底的显微照片。
[0019]图8是示出了表明将被研磨的区域的图7的基底的显微照片。
[0020]图9是示出了由金离子研磨后的图7的基底的显微照片。
[0021]图10是示出了在形成薄片时使用的本发明的实施例的步骤的流程图。
[0022]图11示出了薄片的布局，其示出了用于将根据本发明的实施例创建的增强结构的设计和感兴趣区。
【具体实施方式】
[0023]根据本发明的一些实施例，在蚀刻之前提供一种材料来硬化工件的区域。具有所添加的材料的区域以比没有所添加的材料的周围区域更慢的速率进行蚀刻，留下由所添加的材料所限定的结构。所述材料可以例如通过离子注入来被添加，这允许精确限定具有纳米范围内的尺度的结构。在一些实施例中，经注入区域以更快的速率进行蚀刻，留下凹陷区域而不是凸起区域。
[0024]在注入离子之后，可以例如使用以下蚀刻来执行材料的蚀刻:聚焦离子束蚀刻、宽束(斑点尺寸大于0.5 μπι)离子蚀刻、射束诱发化学蚀刻、无射束的化学蚀刻、或者激光束蚀刻。射束诱发化学蚀刻可以例如使用以下射束来诱发:离子束、电子束、团簇束(clusterbeam)、中性束、激光束或光学束。因为所蚀刻的区域通常大于经注入区域，如果使用射束的话，优选使用具有比注入离子的射束更大的斑点尺寸的射束来执行蚀刻。
[0025]申请人已发现，例如，铍(Be)离子硬化各种工件材料，包括硅(Si)、二氧化硅(S12)和铜(Cu)，使得工件对通过离子溅射进行蚀刻更有抵抗力。离子通常被注入在第一区域中，并且然后注入在第二区域中，优选地，例如，诸如通过使用第二射束(诸如离子束、电子束或激光束)或者诸如化学蚀刻之类的其他过程进行加工来蚀刻第一区域的超集(superset)。
[0026]本发明的实施例对于形成用于TEM成像和分析的薄片尤其有用。该方法可以被用于形成薄片中的增强结构，其可以强化每个薄片以防止弯曲和磨蚀。使用本发明使得薄片产生的工艺更加可再现，从而提高成功率。然而增强结构的期望宽度将随着特定应用而变化，强化的区域的最小宽度仅由注入射束的斑点尺寸或其他材料放置方法的分辨率所限制。在一些实施例中，使用单个聚焦柱(focusing column)来产生注入离子的射束和研磨离子的射束。例如，诸如Clark Jr.等人针对“Liquid Metal 1n Source and Alloy”在美国专利No 4，775，818中所描述的液体金属合金源之类的液体金属合金源，或者诸如Smith等人针对“Mult1-Source Plasma Focused 1n Beam System”在美国专利公开2009/0309018中所描述的等离子体离子源之类的等离子体离子源，可以与质量过滤器一起被用来选择离子，从而在强化离子的射束和研磨离子的射束之间容易地切换。典型地，使用不同的离子种类用于注入和蚀刻。优选地以不同的射束能量来使用相同的种类。其他的实施例可以使用不同的离子柱系统来产生不同的射束。本发明的实施例可以消除对增强结构的射束诱发沉积的需要。牺牲保护盖(通常具有铂或钨)被用在薄片制备中。本发明的实施例还可用于增强牺牲保护盖，从而减少对盖的磨蚀。
[0027]在某些实施例中，Be硬化允许薄片在厚度上小于20nm，以及甚至更优选地在厚度上小于10nm，以保持它们的结构完整性并能够以TEM或STE