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CN102426119A - 一种小尺寸晶圆样品结构截面观察的样品制备方法 - Google Patents

一种小尺寸晶圆样品结构截面观察的样品制备方法 Download PDF

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张涛
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SHANGHAI FAILURE ANALYSIS LABORATORY Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种小尺寸晶圆样品结构截面观察的样品制备方法，包括以下步骤：A、将需要分析的小尺寸晶圆样品通过手工裂片和手工研磨推进的方法，制备出一个接近需要观察的目标区的截面样品；B、使用聚焦离子束分析仪沿已经制备出接近目标区的截面样品进行定点抛光，直至抛光到需观察结构目标区的中心位置；C、将抛光好的截面样品从聚焦离子束分析仪中取出，放入扫描电子显微镜中观察，找到需要分析的目标区，拍出目标区截面的扫描电子显微镜照片，测量Y方向高度，完成小尺寸晶圆样品结构截面分析工作。本发明在没有定点切割机的条件下，使用聚焦离子束分析仪和扫描电子显微镜进行小尺寸晶圆样品结构截面Y方向高度的精确测量。

Description

一种小尺寸晶圆样品结构截面观察的样品制备方法
技术领域
本发明涉及一种晶圆的失效分析方法，特别是涉及一种需要进行失效分析的晶圆样品的制备方法。
背景技术
在晶圆级失效分析(Wafer Level FA)的物理结构分析中，截面分析(Cross Section)是一种常用和有效的物理分析方法。使用的失效分析工具主要有截面加工工具，如定点切割机(SEAL)、聚焦离子束分析仪(FIB)等；截面观察设备，如光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等。
对于一些大尺寸(分析结构尺寸大于10um)甚至一些重复结构的晶圆样品来说，截面样品制备的难度不大，可以使用手工裂片的方法直接进行截面样品制备。而对于一些小尺寸结构的样品(分析结构尺寸小于10um)，已超过手工裂片精度的极限，即使再熟练的分析人员也无法进行手工截面裂片。所以必须借助于一定的截面加工工具，如定点切割机、聚焦离子束分析仪。而其中的聚焦离子束分析仪因其微区加工精度高，且能在离子束截面加工的同时，能使用附带的电子束进行截面观察，被业界广泛使用。
但是聚焦离子束分析仪同样也有着截面分析方面的缺陷：即由于电子束和离子束之间存在着52°的夹角，如图1所示，所说电子束激发的二次电子像实际上并不是完全垂直于截面，而是存在一定的夹角角度，使得其在截面Y方向上的高度尺寸实际上是被压缩了，存在所谓的“截面Y方向高度损失”的问题。
当然聚焦离子束分析仪的制造商也发现了这一问题，所以相应地进行了功能改进，针对“截面Y方向高度损失”的问题添加了“Y方向高度补偿修正功能”，即输入电子束与截面的夹角角度后，同时自动进行三角函数换算，将Y方向的高度补偿到完全垂直时对应的高度(比补偿前适当增加一定高度)。但是，针对这种做法有人做过实验，比对使用聚焦离子束分析仪切割截面样品的Y方向高度和同样结构进行手工裂片后的纯粹的截面扫描电子显微镜观察后的Y方向高度，发现聚焦离子束分析仪得出的Y方向高度补偿修正功能实际上还是存在一定的误差，如图2和图3所示，得到聚焦离子束分析仪的测量误差如表一。
表一测量误差分析表
  序号   扫描电子显微镜   聚焦离子束分析仪   误差
  1   250.5   250   0.002％
  2   191   190   0.50％
  3   1005   960   4.48％
由表一可以得知，X方向几乎无误差，即夹角对X方向数据无影响，而Y方向的误差，即使使用过“Y方向高度补偿修正”还是存在高达4.48％的误差。
当然使用定点切割机进行样品制备，可以在制备好截面样品后直接在扫描电子显微镜中进行垂直截面的观察，所以可以解决“截面Y方向高度损失”的问题，但是对于一些Design House或者第三方实验室来说，不具备该类机台，所以无法获得小尺寸的晶圆样品截面Y方向精确的高度数据，影响晶圆样品的后续分析工作。因此，如何在没有定点切割机的情况下，使用聚焦离子束分析仪进行小尺寸晶圆样品截面分析成为该技术领域亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中，在没有定点切割机的情况下使用聚焦离子束分析仪无法获得小尺寸晶圆样品截面的Y方向高度值的问题，本发明提供以下技术方案：
一种小尺寸晶圆样品结构截面观察的样品制备方法，包括以下步骤：
A、将需要分析的小尺寸晶圆样品通过手工裂片和手工研磨推进的方法，制备出一个接近需要观察的目标区的截面样品；
B、使用聚焦离子束分析仪沿已经制备出接近目标区的截面样品进行定点抛光，直至抛光到需观察结构目标区的中心位置；
C、将抛光好的截面样品从聚焦离子束分析仪中取出，放入扫描电子显微镜中观察，找到需要分析的目标区，拍出目标区截面的扫描电子显微镜照片，测量Y方向高度，完成小尺寸晶圆样品结构截面分析工作。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤A中接近需要观察的目标区的距离为8～12um。
本发明有如下优点：通过该种适合于小尺寸晶圆样品结构截面观察的样品制备方法，实际上是手工粗制样，加上聚焦离子束分析仪细加工，及最后扫描电子显微镜垂直截面的拍照测量，从根本上解决了扫描电子显微镜中由于离子束和电子束夹角的问题造成的“截面Y方向高度损失”的问题，可以在没有定点切割机的条件下，使用聚焦离子束分析仪和扫描电子显微镜进行小尺寸晶圆样品结构截面Y方向高度的精确测量。
附图说明
图1聚焦离子束分析仪中离子束与电子束关系图；
图2扫描电子显微镜测量样品参数照片；
图3聚焦离子束分析仪测量样品参数照片；
图4本发明方法获得的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
下面对该工艺实施例作详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。
本实施例针对某种晶圆样品PCM区中某个“MTM”结构中对Via、α-Si、Metal的层叠结构的截面进行分析，得到如图4所示扫描电子显微镜的拍摄照片，测得Y方向精确的高度值。
具体测试步骤如下：
A、将该小尺寸晶圆样品通过手工裂片和手工研磨推进的方法，制备出一个接近需要观察的目标区的截面样品，距离控制为10um，以方便后续的聚焦离子束分析仪加工，减少聚焦离子束分析仪的加工时间和加工成本；
B、使用聚焦离子束分析仪沿已经制备出接近目标区的截面样品进行定点抛光，直至抛光到需观察结构目标区的中心位置；
C、将抛光好的截面样品从聚焦离子束分析仪中取出，放入扫描电子显微镜中观察，找到需要分析的目标区，拍出目标区截面的扫描电子显微镜照片，测量Y方向高度，得到Y方向高度为1.54um，完成小尺寸晶圆样品结构截面分析工作。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式之一，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种小尺寸晶圆样品结构截面观察的样品制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
A、将需要分析的小尺寸晶圆样品通过手工裂片和手工研磨推进的方法，制备出一个接近需要观察的目标区的截面样品；
B、使用聚焦离子束分析仪沿已经制备出接近目标区的截面样品进行定点抛光，直至抛光到需观察结构目标区的中心位置；
C、将抛光好的截面样品从聚焦离子束分析仪中取出，放入扫描电子显微镜中观察，找到需要分析的目标区，拍出目标区截面的扫描电子显微镜照片，测量Y方向高度，完成小尺寸晶圆样品结构截面分析工作。
2.根据权利要求1所述的一种小尺寸晶圆样品结构截面观察的样品制备方法，其特征在于：所述步骤A中接近需要观察的目标区的距离为8～12um。
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