TEM樣品制備中離子束對樣品的損傷分析.pdf

1、在本篇論文中，主要針對TEM樣品制備過程中離子束對樣品的損傷所產(chǎn)生的最主要的影響一“非晶化”進(jìn)行研究。目前國內(nèi)尚未看到與此課題相關(guān)的論文發(fā)表；在國外，已經(jīng)有過一些研究。本篇論文在總結(jié)這些成果的基礎(chǔ)上，得到一些新的突破： 1)通過可信、簡便的制樣方法，可以直接觀察到“非晶層”。 2)可以量測聚焦離子束制備的可供TEM分析的IC硅襯底樣品的極限厚度。 經(jīng)過兩年多的努力，通過一系列完全由我們自主設(shè)計的嚴(yán)謹(jǐn)而又方便的實驗

2、，最后得到如下結(jié)果： 1)30KV的離子束切割單晶硅襯底的樣品，會在樣品側(cè)壁形成23nm的“非晶層”；10KV的離子束切割單晶硅襯底的樣品，會在樣品側(cè)壁形成1lnm的“非晶層”。 2)30KV的離子束切割單晶鍺襯底的樣品，會在樣品側(cè)壁形成22nm的“非晶層” 3)“非晶層”的厚度與切割時離子束的加速電壓有關(guān)，與離子束電流及入射角度等基本無關(guān)。 4)離子束切割補(bǔ)償角度的選擇會影響最后樣品的形貌。 5

3、)30KV的聚焦離子束制備的可供TEM分析的IC硅襯底樣品的極限厚度為64.5nm。 6)用30KV的聚焦離子束制備TEM樣品，當(dāng)“非晶層”的厚度占到樣品總厚度33.3﹪的時候，樣品在TEM里面觀察時會成“飛晶像”。 這些成果，在世界上都是具有新穎性和獨見性的。目前，筆者因為這些研究，通過與同事合作，已經(jīng)發(fā)表了至少四篇專業(yè)性的論文，并且被多個國際性的會議機(jī)構(gòu)認(rèn)可，獲得出席演講的機(jī)會，如IRPS、ISTFA等。在工作單位，

4、筆者也因為這些研究已經(jīng)獲得多項專利發(fā)明。 在國際上，這個課題也是非常具有研究價值的。如參考文獻(xiàn)中的多篇論文都針對這個問題，提出了一些見解。 IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展到65nm的階段，TEM已成為任何一個先進(jìn)的IC代工廠中不可或缺的研究、分析工具。尤其是當(dāng)制程逐步向深亞微米發(fā)展，沉積的薄膜越來越薄，影響器件性能的Defect越來越小時，對于分析工具解析度的要求也越來越高。TEM高解析度、高精確度的優(yōu)點，使得其在工C制程監(jiān)控、失效分析等

5、方面的應(yīng)用愈發(fā)普遍和重要。 在整個TEM分析過程中，樣品制備是至關(guān)重要的一環(huán)。首先來說，樣品制備的成功與否決定了整個分析的成功與否；其次，樣品的好壞直接影響到分析結(jié)果的正確性與充分性。 為了適應(yīng)IC代工廠中使用材料的特殊性和滿足IC代工廠對效率的苛刻要求，目前，IC代工廠中TEM分析樣品的制備大都需要用到離子束。比如，聚焦離子束和離子減薄儀。 所謂“物具其利，必有其害”。一方面，離子束使得TEM樣品的制備更加精準(zhǔn)

6、和高效；另一方面卻也給TEM樣品的分析帶來了諸多的困擾和限制。這些困擾和限制，主要因于TEM樣品制備過程中離子束對樣品的損傷。 比如，“非晶化”～離子束損傷中的一種，就限制了TEM樣品的厚度。本篇論文的實驗結(jié)果就清楚的表明，以目前普偏使用的30KV聚焦離子束來說，制備的可供TEM觀察分析的IC硅襯底樣品，其厚度不得薄于60nm。而當(dāng)今飛速發(fā)展的IC行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入65nm制程階段，一顆40nm的Particle已經(jīng)足夠?qū)е抡麄€芯片的