Scm样品横断面的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种SCM样品横断面的制备方法，包括在晶片上形成标识，确定目标样品的位置；根据所述标识去除所述目标样品一侧的预定义宽度的晶片；采用聚焦离子束研磨所述目标样品一侧剩余的晶片，形成暴露出所述目标样品横断面的预定义大小的开口；按照第一工艺配方对所述目标样品的一侧进行热氧化，湿法腐蚀热氧化后的所述目标样品的一侧，以暴露出所述目标样品的横断面；按照第二配方对所述目标样品的横断面进行热氧化，以形成SCM样品横断面。避免后续横断面的结构缺陷，同时省去了化学机械抛光过程，提高了聚焦离子束研磨形成开口后的后续工艺的可控性，提高SCM样品横断面制备效率。
【专利说明】SCM样品横断面的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种SCM样品横断面的制备方法。
【背景技术】
[0002]扫描电容显微镜(SCM, Scanning Capacitance Microscope)通常用来检测离子注入分布区域的形貌、尺寸和特征等，可以形成空间分辨率为10?15nm、动态范围为每立方厘米Iel5tole20个原子的离子注入区域平面微分电容图像，因此SCM成为28nm以下技术节点中用来检测掺杂区域形貌特征的不可或缺的技术工具。
[0003]显然，SCM样品横断面的决定了 SCM检测的质量，因此SCM样品横断面的制备显得尤为重要。
[0004]现有技术中，制备具有横断面的SCM样品横断面的方法一般为化学抛光(Polish)法或者抛光-聚焦离子束(FIB)-抛光法。
[0005]其中，化学抛光法一般过程包括:切片、研磨、挖坑和抛光。然而，化学抛光法在制备过程中很容易会引入一些缺陷(defect),诸如裂痕(crack)、剥离(peeling)等等,干扰正常分析。
[0006]如图1所示，抛光-聚焦离子束(FIB)-抛光法的一般过程包括:
[0007]步骤S101，根据FIB标识对晶片化学抛光(polish)，以接近目标样品；
[0008]步骤S102,将晶片载入FIB机台，用FIB初步研磨(milling),在目标样品附近区域形成矩形开口；
[0009]步骤S103，用FIB细抛矩形开口中靠近目标样品的侧壁，直到暴露出目标样品的横断面；
[0010]步骤S104，对晶片化学抛光(polish)，抛光过程中用去离子水(DI)冲洗，以去除FIB研磨过程中引入的Ga离子和无晶态的硅；
[0011]步骤S105,清洗晶片(cleaning)；
[0012]步骤S106,采用紫外光照(UV illumination),在目标样品的暴露表面生长氧化娃,形成SCM样品横断面。
[0013]现有技术中的两种方法中，由于化学抛光过程难以精确控制，所以导致SCM样品横断面制备的成功率较低。同时对于尺寸较小的目标样品，在抛光过程中要多次使用扫描电镜(SEM)进行跟踪，以防止丢失目标样品，这些操作耗时耗力，增加制造成本；而且为了提高化学抛光过程的精确性，通常交替使用金刚石抛光垫和毛毡垫，因此无法形成工艺配方。
[0014]由此可见，需要一种新的SCM样品横断面的制备方法，以避免上述缺陷。
【发明内容】
[0015]本发明的目的在于提供一种SCM样品横断面的制备方法，可以避免FIB研磨后的化学抛光过程，利于工艺配方的形成，提高SCM样品横断面制备效率。[0016]为解决上述问题，本发明提供一种SCM样品横断面的制备方法，包括:
[0017]在晶片上形成标识，以确定目标样品的位置；
[0018]根据所述标识去除所述目标样品一侧的预定义宽度的晶片；
[0019]采用聚焦离子束研磨所述目标样品一侧剩余的晶片，形成暴露出所述目标样品横断面的预定义大小的开口；
[0020]按照第一工艺配方对所述目标样品的一侧进行热氧化，湿法腐蚀热氧化后的所述目标样品的一侧，以暴露出所述目标样品的横断面；
[0021]按照第二配方对所述目标样品的横断面进行热氧化，以形成SCM样品横断面。
[0022]进一步的，所述第一工艺配方包括:工艺温度为100°C?500°C，工艺时间为30min ?240mino
[0023]进一步的，所述第一工艺配方包括:工艺温度为300°C，工艺时间为50min。
[0024]进一步的，所述湿法腐蚀的腐蚀液为40Z0?6%氢氟酸，腐蚀时间为IOs?IOmin
[0025]进一步的，所述湿法腐蚀的腐蚀液为4.9%氢氟酸，腐蚀时间为2min。
[0026]进一步的，去除所述目标样品一侧的预定义宽度的晶片后，所述目标样品一侧的剩余的晶片的宽度为I μ m?10 μ m。
[0027]进一步的，采用聚焦离子束研磨所述目标样品一侧剩余的晶片的过程中采用的工作电压为0.5kV?15kV0
[0028]进一步的，所述开口为矩形开口。
[0029]进一步的，所述矩形开口的宽度为3 μ m?10 μ m,长度为5 μ m?15 μ m,深度为
3μ m ?10 μ m0
[0030]进一步的，所述第二工艺配方包括:工艺温度为200°C?400°C，工艺时间为Imin ?lh。
[0031]进一步的，所述SCM样品横断面的厚度为2.5nm?3.5nm。
[0032]进一步的，所述SCM样品横断面的厚度为3nm。
[0033]进一步的，根据所述标识去除所述目标样品一侧的预定义宽度的晶片的方法为化学抛光法或者FIB刻蚀法。
[0034]与现有技术相比，本发明的SCM样品横断面的制备方法，在采用聚焦离子束研磨形成开口后，按照第一工艺配方对所述目标样品的一侧进行热氧化，并湿法腐蚀热氧化后的所述目标样品的一侧，以去除聚焦离子束研磨形成开口过程中引入的镓离子和无晶态的硅，避免后续横断面的结构缺陷，同时省去了化学机械抛光的过程，提高了聚焦离子束研磨形成开口后的后续工艺的可控性，利于工艺配方的形成，提高SCM样品横断面制备效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是现有技术中SCM样品横断面的制备方法流程图；
[0036]图2本发明的SCM样品横断面的制备方法流程图；
[0037]图3A至3G是本发明具体实施例的SCM样品横断面的制备过程中的器件结构示意图。
【具体实施方式】[0038]为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
[0039]其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。
[0040]图2本发明的SCM样品横断面的制备方法流程图；请参考图2，本发明提供一种SCM样品的制备方法，包括以下步骤:
[0041]S201，在晶片上形成标识，以确定目标样品的位置；
[0042]S202，根据所述标识，去除所述目标样品一侧的预定义宽度的晶片；
[0043]S203,采用聚焦离子束研磨所述目标样品一侧剩余的晶片，形成暴露出所述目标样品横断面的预定义大小的开口；
[0044]S204，按照第一工艺配方对所述目标样品的一侧进行热氧化，湿法腐蚀热氧化后的所述目标样品的一侧，以暴露出所述目标样品的横断面，所述第一工艺配方包括:工艺温度为100°C~500°C，工艺时间为30min~240min，所述湿法腐蚀的腐蚀液为4%~6%氢氟酸，腐蚀时间为IOs~IOmin ；
[0045]S205，按照第二配方对所述目标样品的横断面进行热氧化，以形成SCM样品横断面。
[0046]需要说明的是，步骤S201和步骤S202可以直接在FIB机台上完成，也可以在其他机台上完成，尤其是步骤S202，可以在FIB机台上完成，也可以在化学抛光机台上完成。即，步骤S202中，根据所述标识去除所述目标样品一侧的预定义宽度的晶片的方法为化学抛光法或者FIB刻蚀法。
[0047]图3A至3G是本发明具体实施例的SCM样品横断面的制备过程中的器件结构示意图。以下结合图3A至图3G和具体实施例对本发明提出的SCM样品横断面的制备方法作进一步详细说明。
[0048]请参考图3A，在步骤S201中，通过FIB或者激光等，在晶片300中的目标样品301处做标识(Mark) 302，来标明和确定目标样品301的具体位置，为后续工艺提供参照物。
[0049]请参考图3B，在步骤S202中，根据制作的标识302，对晶片300进行FIB切割或化学抛光(主要是侧面平面磨)，去除目标样品301 —侧的预定义宽度的晶片，优选的，所述目标样品一侧的剩余的晶片的宽度为I~10 μ m,例如是2 μ m, 3 μ m, 4 μ m, 5 μ m, 6 μ m, 7 μ m,8 μ m，9 μ m0
[0050]请参考图3C，在步骤S203中，采用FIB研磨所述目标样品301 —侧剩余的晶片，形成暴露出所述目标样品横断面的开口 303。优选的，该FIB研磨过程中，工作电压为0.5kV~15kV，例如是2kV，3kV，4kV，同时为了提高研磨效果，可以按照一定工艺配方设定FIB工作电压。优选，所述开口为矩形开口，所述矩形开口的长度为5 μ m~15 μ m，宽度为3 μ m~10 μ m,深度为3μπ?~ΙΟμπι，其中，开口长度为沿所述目标样品上表面长度方向，开口宽度为沿所述目标样品上表面宽度方向，深度为沿所述目标样品上表面深度方向。所述开口的规格例如是15 μ mX 10 μ mX 3 μ m。
[0051]图3D至3G为FIB研磨后的器件结构俯视图。
[0052]请参考图3C和3D，由于在步骤S203中的聚焦离子束研磨的过程是:将晶片作为样品水平放置在FIB机台的样品台上，从FIB机台的液态金属离子源(一般为镓Ga)中抽取的离子束经过加速、质量分析、整形等处理之后形成具有一定束流和离子束斑直径的聚焦离子束(I beam)，聚焦在样品表面轰击的局部区域，从而对晶片进行切割和微细加工，以形成矩形开口，因此，步骤S203中的聚焦离子束研磨过程会向目标样品中引入镓离子304和无晶态的硅303，此时暴露出的横断面有额外的杂质，影响后续SCM检测效果，需要去除。
[0053]请参考图3E和3F，在步骤S204中，按照第一工艺配方对所述目标样品301的一侧晶片300进行热氧化，所述第一工艺配方包括:工艺温度为100°C?500°C，工艺时间为30min?240min，较佳的例如，工艺温度为300°C，工艺时间为50min，实际上该工艺配方使得目标样品301及其被FIB引入镓离子304和无晶态的硅303的一侧晶片300被氧化，形成二氧化硅303’ ；然后湿法腐蚀以去除形成的二氧化硅303’，所述湿法腐蚀的腐蚀液为4%?6%氢氟酸，腐蚀时间为IOs?lOmin，较佳的例如采用的湿法腐蚀液为4.9%氢氟酸，腐蚀时间为2min。步骤S204实质上是将FIB研磨形成矩形开口时向目标样品待形成横断面的区域中引入的镓离子和无晶态的硅等杂质去除，先将包含杂质的晶片转为氧化硅，然后通过湿法腐蚀去除氧化硅，连带着把其中的杂质一并去除，暴露出纯净的目标样品横断面。
[0054]请参考图3G，在步骤S205中，按照第二工艺配方对暴露出的的目标样品的横断面进行氧化，形成SCM样品横断面304’例如，所述第二工艺配方包括:工艺温度为200°C?4000C，工艺时间为Imin?Ih，例如，工艺温度为300°C，工艺时间为5min，此时，热氧化后形成的SCM样品横断面304’的厚度约为2.5nm?3.5nm,较佳的为3nm。
[0055]后续就可以用SCM对SCM样品横断面304’进行分析了。
[0056]显然，在步骤S203之后已经没有化学抛光过程，步骤S201至步骤S205均可以设定工艺配方来完成，节约时间和成本，同时提高制备过程的精确性。
[0057]综上所述，本发明提供的SCM样品横断面的制备方法，包括:在晶片上形成标识，以确定目标样品的位置；根据所述标识，去除所述目标样品一侧的预定义宽度的晶片；采用聚焦离子束研磨所述目标样品一侧剩余的晶片，形成暴露出所述目标样品横断面的预定义大小的开口 ；按照第一工艺配方对所述目标样品的一侧进行热氧化，湿法腐蚀热氧化后的所述目标样品的一侧，以暴露出所述目标样品的横断面；按照第二配方对所述目标样品的横断面进行热氧化，以形成SCM样品横断面。由于在采用聚焦离子束研磨形成开口后，按照第一工艺配方对所述目标样品的一侧进行热氧化，并湿法腐蚀热氧化后的所述目标样品的一侧，以去除聚焦离子束研磨形成开口过程中引入的镓离子和无晶态的硅，避免后续横断面的结构缺陷，同时省去了化学机械抛光的过程，提高了聚焦离子束研磨形成开口后的后续工艺的可控性，利于工艺配方的形成，提高SCM样品横断面制备效率。
[0058]显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种SCM样品横断面的制备方法,其特征在于,包括: 在晶片上形成标识，以确定目标样品的位置； 根据所述标识去除所述目标样品一侧的预定义宽度的晶片； 采用聚焦离子束研磨所述目标样品一侧剩余的晶片，形成暴露出所述目标样品横断面的预定义大小的开口； 按照第一工艺配方对所述目标样品的一侧进行热氧化，湿法腐蚀热氧化后的所述目标样品的一侧，以暴露出所述目标样品的横断面； 按照第二配方对所述目标样品的横断面进行热氧化，以形成SCM样品横断面。
2.如权利要求1所述的SCM样品横断面的制备方法，其特征在于，所述第一工艺配方包括:工艺温度 为100°C~500°C，工艺时间为30min~240min。
3.如权利要求2所述的SCM样品横断面的制备方法，其特征在于，所述第一工艺配方包括:工艺温度为300°C，工艺时间为50min。
4.如权利要求1所述的SCM样品横断面的制备方法，其特征在于，所述湿法腐蚀的腐蚀液为4%~6%氢氟酸,腐蚀时间为IOs~lOmin。
5.如权利要求4所述的SCM样品横断面的制备方法，其特征在于，所述湿法腐蚀的腐蚀液为4.9%氢氟酸,腐蚀时间为2min。
6.如权利要求1所述的SCM样品横断面的制备方法，其特征在于，去除所述目标样品一侧的预定义宽度的晶片后，所述目标样品一侧的剩余的晶片的宽度为Iym~ΙΟμπι。
7.如权利要求1所述的SCM样品横断面的制备方法，其特征在于，采用聚焦离子束研磨所述目标样品一侧剩余的晶片的过程中采用的工作电压为0.5kV~15kV。
8.如权利要求1所述的SCM样品横断面的制备方法，其特征在于，所述开口为矩形开□。
9.如权利要求8所述的SCM样品横断面的制备方法，其特征在于，所述矩形开口的宽度 3 μ m ~ 10 μ m,5 μ m ~ 15 μ m,3 μ m ~ 10 μ m。
10.如权利要求1所述的SCM样品横断面的制备方法，其特征在于，所述第二工艺配方包括:工艺温度为200°C~400°C，工艺时间为Imin~lh。
11.如权利要求1或10所述的SCM样品横断面的制备方法，其特征在于，所述SCM样品横断面的厚度为2.5nm~3.5nm。
12.如权利要求11所述的SCM样品横断面的制备方法，其特征在于，所述SCM样品横断面的厚度为3nm。
13.如权利要求1所述的SCM样品横断面的制备方法，其特征在于，根据所述标识去除所述目标样品一侧的预定义宽度的晶片的方法为化学抛光法或者FIB刻蚀法。
【文档编号】G01Q30/20GK103941043SQ201310020360
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年1月18日 优先权日:2013年1月18日
【发明者】李楠, 赖李龙, 朱灵 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司