一种用于Nanoprobe-FIB-TEM失效分析的多用途样品座及其应用的制作方法

本发明涉及nanoprobe-fib-tem失效分析，更具体地涉及一种用于nanoprobe-fib-tem失效分析的多用途样品座及其应用。

背景技术：

随着超大规模集成电路的特征尺寸不断缩小，电子元器件的可靠性问题越来越受到重视，相应的器件失效分析需求也越来越迫切。常规失效分析方法是先通过电学测试(emmi，obirch，tiva等)进行电路诊断，定位缺陷失效位置；然后通过物理分析(sem，fib，tem等)揭示和表征缺陷，并提出失效根本原因。在这种常规方法中，电学测试是在器件宏观结构上进行故障隔离，根据电信号寻迹来确定失效位置。然而对于器件微观结构缺陷和器件软故障缺陷的失效分析，如mos管异常输出特性、fet异常输出特性等，需要采用更高分辨率的电学测试手段，例如纳米探针(nanoprobe)，进行更精准的电学测试和缺陷定位。

在nanoprobe测试时，根据需求可在样品平面或者侧面方向进行。nanaoprobe测试完成之后，根据所发现的缺陷，采用fib(聚焦离子束，focusedionbeam)技术进行tem(透射电子显微镜，transmissionelectronmicroscope)样品制备，如tem平面样品、tem截面样品。最后进行tem分析，完成失效分析工作。因此，在整个nanoprobe-fib-tem失效分析过程中，样品要经过的分析步骤较多，且样品在不同的仪器里进行测试和表征时，需要更换不同样品座，如此繁琐的操作过程容易对样品造成损伤。这种外界损伤对样品是不可逆的破损，而往往所进行失效分析的器件样品也是唯一的。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种用于nanoprobe-fib-tem失效分析的多用途样品座及其应用。

本发明所述的用于nanoprobe-fib-tem失效分析的多用途样品座，包括：用于安装至tem样品固定台的半月形样品台，该半月形样品台为具有窗口的半圆形硅片，tem薄片样品固定在该窗口上；基座，该基座包括本体、用于安装nanoprobe样品的第一支柱和用于安装半月形样品台的第二支柱，其中，第一支柱和第二支柱固定连接在本体上，本体具有第一基座贯通孔和第二基座贯通孔；用于安装至nanoprobe样品卡座台和fib样品卡座台的卡座，该卡座具有第一卡座贯通孔和第二卡座贯通孔；其中，第一卡座贯通孔与第一基座贯通孔或第二基座贯通孔适配以将基座安装固定至卡座，第二卡座贯通孔与fib样品卡座台适配以将卡座安装固定至fib样品卡座台。优选地，该tem薄片样品为tem平面样品和tem截面样品。

优选地，该本体包括彼此相对的基座顶表面和基座底表面，第一支柱和第二支柱均固定在基座顶表面上，第一基座贯通孔贯穿该基座顶表面和基座底表面；本体还包括彼此相对的前表面和后表面，其均设置于基座顶表面和基座底表面之间并连接基座顶表面和基座底表面，第二基座贯通孔贯穿该前表面和后表面。

优选地，该卡座包括彼此相对的卡座顶表面和卡座底表面，该卡座顶表面具有用于容纳基座的凹槽。优选地，该卡座还具有第三卡座贯通孔，其与第二卡座贯通孔分别位于凹槽的两侧。

优选地，基座和卡座的材质为铝钛合金。

优选地，该半月形样品台的厚度小于200um。

优选地，该窗口的尺寸为15um长和10um宽。

本发明还提供上述的多用途样品座的应用，包括：将nanoprobe样品和半月形样品台分别固定在基座的第一支柱和第二支柱上，将第一基座贯通孔与第一卡座贯通孔对准并将基座安装固定至卡座，然后将卡座直接安装在nanoprobe样品卡座台上，实现nanoprobe平面测试；将卡座通过第二卡座贯通孔安装固定至fib样品卡座台，基于fib技术实现tem平面样品制备；从基座上取下nanoprobe样品和半月形样品台，制备好的tem平面样品随着半月形样品台直接安装在tem样品固定台上，实现tem观测。

本发明还提供上述的多用途样品座的应用，包括：将nanoprobe样品和半月形样品台分别固定在基座的第一支柱和第二支柱上，将第一基座贯通孔与第一卡座贯通孔对准并将基座安装固定至卡座，然后将卡座直接安装在nanoprobe样品卡座台上，实现nanoprobe平面测试；将卡座通过第二卡座贯通孔安装固定至fib样品卡座台，基于fib技术实现tem截面样品制备；从基座上取下nanoprobe样品和半月形样品台，制备好的tem截面样品随着半月形样品台直接安装在tem样品固定台上，实现tem观测。

本发明还提供上述的多用途样品座的应用，包括：将nanoprobe样品和半月形样品台分别固定在基座的第一支柱和第二支柱上，将第二基座贯通孔与第一卡座贯通孔对准并将基座安装固定至卡座，然后将卡座直接安装在nanoprobe样品卡座台上，实现nanoprobe侧面测试；将卡座通过第二卡座贯通孔安装固定至fib样品卡座台，基于fib技术实现tem截面样品制备；从基座上取下nanoprobe样品和半月形样品台，制备好的tem截面样品随着半月形样品台直接安装在tem样品固定台上，实现tem观测。

nanoprobe样品和半月形样品台分别通过银浆固定在基座的第一支柱和第二支柱上，最后通过丙酮溶液浸泡从基座上取下nanoprobe样品和半月形样品台

根据本发明的多用途样品座，适用于nanoprobe、fib、tem多仪器，免去了在不同仪器里频繁更换样品台的步骤。这种多用途样品台应用于nanoprobe-fib-tem失效分析技术，能更加灵活的实现多维度样品制备和观测能力，更有效的完成器件微观结构缺陷定位-表征-分析的系列工作。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个优选实施例的用于nanoprobe-fib-tem失效分析的多用途样品座的半月形样品台的制备流程；

图2是根据本发明的一个优选实施例的用于nanoprobe-fib-tem失效分析的多用途样品座的基座的示意图；

图3是根据本发明的一个优选实施例的用于nanoprobe-fib-tem失效分析的多用途样品座的卡座的示意图；

图4示出了根据本发明的一个优选实施例的用于nanoprobe-fib-tem失效分析的多用途样品座的基座和卡座的第一安装状态；

图5示出了根据本发明的一个优选实施例的用于nanoprobe-fib-tem失效分析的多用途样品座的基座和卡座的第二安装状态；

图6示出了根据本发明的一个优选实施例的用于nanoprobe-fib-tem失效分析的多用途样品座的fib粗减薄薄片在半月形样品台上的安装状态。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

图1示出了根据本发明的一个优选实施例的用于nanoprobe-fib-tem失效分析的多用途样品座的半月形样品台1的制备流程，具体包括：利用超声仪在硅片上切割出直径3mm的圆形基片11，将基片背面减薄至基片整体厚度为200um，然后沿直径解理，得到半圆形基片12(又被称为半月形基片)，抛光解理面；利用气相沉积法，在半圆形基片12的表面上沉积一层300nm厚度的si3n4薄膜；在fib系统里，沿着半圆形基片12的直径，用离子束将基片表面15um长、10um宽区域12a里的si3n4薄膜层减薄掉，露出下面的硅基体；放入koh溶液里，露出的硅基体被koh溶液完全腐蚀掉，形成一个15um长、10um宽的窗口1a，即得到半月形样品台1。

图2是根据本发明的一个优选实施例的用于nanoprobe-fib-tem失效分析的多用途样品座的基座2的示意图，该基座2包括本体21、用于安装nanoprobe样品22a的第一支柱22和用于安装半月形样品台1的第二支柱23，其中，第一支柱22和第二支柱23固定连接在本体21上。具体地，本体21包括彼此相对的基座顶表面211和基座底表面212，第一支柱22和第二支柱23均固定在基座顶表面211上，本体21还具有贯穿该基座顶表面211和基座底表面212的第一基座贯通孔21a。本体21还包括彼此相对的前表面213和后表面214，其均设置于基座顶表面211和基座底表面212之间并连接基座顶表面211和基座底表面212，本体21还具有贯穿该前表面213和后表面214的第二基座贯通孔21b。在本实施例中，该基座2的材质为铝钛合金。

图3是根据本发明的一个优选实施例的用于nanoprobe-fib-tem失效分析的多用途样品座的卡座3的示意图，该卡座3包括彼此相对的卡座顶表面31和卡座底表面32，该卡座顶表面31具有用于容纳基座2的凹槽31a。该卡座3具有贯穿凹槽31a的底壁和卡座底表面32的第一卡座贯通孔3a。在凹槽31a的两侧，该卡座3还具有贯穿卡座顶表面31和卡座底表面32的第二卡座贯通孔3b和第三卡座贯通孔3c。在本实施例中，该卡座3的材质为铝钛合金。该第一卡座贯通孔3a可以与第一基座贯通孔21a适配以将基座2安装固定至卡座3，也可以与第二基座贯通孔21b适配以将基座2安装固定至卡座3。该第二卡座贯通孔3b和第三卡座贯通孔3c与fib样品卡座台适配以将卡座3安装固定至fib样品卡座台。

根据本发明的一个优选实施例的用于nanoprobe-fib-tem失效分析的多用途样品座的具体使用方法包括：

将nanoprobe样品22a和半月形样品台1通过银浆分别固定在基座2的第一支柱22和第二支柱23上，如图2所示；

将基座2的第一基座贯通孔21a与第一卡座贯通孔3a(参见图3)对准并将基座2安装固定至卡座3，然后将卡座3直接安装在nanoprobe样品卡座台上，可以实现nanoprobe样品22a的平面方向的测试，如图4所示；和/或将基座2的第二基座贯通孔21b与第一卡座贯通孔3a(参见图3)对准并将基座2安装固定至卡座3，然后将卡座3直接安装在nanoprobe样品卡座台上，可以实现nanoprobe样品22a的侧面方向的测试，如图5所示；

在nanoprobe样品测试完成之后，直接在样品上进行tem制样过程，即将卡座3通过第二卡座贯通孔3b和第三卡座贯通孔3c(参见图3)安装固定至fib样品卡座台，将nanoprobe样品22a进行粗略减薄得到fib粗减薄薄片，将fib粗减薄薄片22b从nanoprobe样品22a中提取出来，黏贴至半月形样品台1的窗口1a处，如图6所示，采用原位制样方法进行fib精减薄，完成tem薄片样品制备；

通过丙酮溶液浸泡，从基座2上取下nanoprobe样品22a和半月形样品台1，如此，制备好的tem薄片样品可随着半月形样品台1直接安装在tem样品固定台上，以实现tem表征。

如此，当半月形样品台1和基座2，以半月形样品台1的表面法线方向安装时，即第一基座贯通孔21a与第一卡座贯通孔3a重合，锁紧两个螺孔，此时，可进行nanoprobe平面测试，基于fib技术的tem平面样品制备，tem观测；以及nanoprobe平面测试，基于fib技术的tem截面样品制备，tem观测。当半月形样品台1和基座2，以垂直于半月形样品台1的表面法线方向安装时，即第二基座贯通孔21b与第一卡座贯通孔3a重合，锁紧两个螺孔，此时，可进行nanoprobe侧面测试，基于fib技术的tem截面样品制备，tem观测。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。