本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種透射電鏡樣品的制作方法。

背景技術：

透射電鏡(transmission electron microscope，TEM)作為電子顯微學的重要工具，通常用以觀測材料的微觀結(jié)構(gòu)，包括晶體形貌、微孔尺寸、多相結(jié)晶和晶格缺陷等，其點分辨率可達到0.1nm。所述透射電鏡的工作原理如下：將需檢測的透射電鏡樣品(TEM樣品)放入TEM觀測室，以高壓加速的電子束照射所述TEM樣品，將TEM樣品的形貌放大投影到屏幕上，照相，然后進行分析。在半導體工藝中，常常需要制取平面TEM樣品，以觀測在晶圓上所制造的芯片的某一層結(jié)構(gòu)。

在對半導體芯片進行失效分析時，針對源極和漏極離子注入濃度失效模式的案例，首先通過電性失效定位分析(Electrical Failure Analysis，EFA)手段定到失效地址，通過染色(stain)的方式來驗證該地址源極和漏極是否有離子注入。一般stain方法有兩種，一種是斷面樣品stain，另一種是TEM薄片樣品stain。對于TEM薄片樣品stain而言，首先利用聚焦離子束(Focused Ion beam，F(xiàn)IB)包住目標地址制備成厚度為100nm左右的TEM薄片樣品，然后將TEM薄片置于特定stain酸中stain幾秒，提取TEM薄片樣品，使用TEM觀察相關位置的微觀結(jié)構(gòu)，一般有離子注入的位置會被蝕刻成空洞，而沒有離子注入的地方則沒有蝕刻形成空洞，所以以此來判斷目標地址是否有離子注入，從而判斷失效模式。

如圖1所示，為半導體芯片中常見的背照式圖像傳感器(Back Illuminated Image Sensor，BSI)芯片的截面圖，其由上及下依次包含：背照式(Back Illuminated Image，BSI)、硅片層(Silicon)/氧化物層(Oxide)、前照式(Frontside Illumination，F(xiàn)SI)三大部分。BSI部分由上及下包括：微透鏡(Macro lens)、彩色濾光膜(RGB)。FSI部分由上及下包括：光電二極管離子注入?yún)^(qū)域(圖中的Target address)、第一金屬層(Metal 1，M1)、第二金屬層(Metal 2，M2)、第三金屬層(Metal 3，M3)、第四金屬層(Metal4，M4)、第五金屬層(Metal 5，M5)。其中，Macro lens到Target address的距離為4.3um。

對于BSI芯片，我們需要對其光電二極管離子注入?yún)^(qū)域進行TEM樣品stain，按照正常的步驟用FIB包住目標地址而制成TEM薄片樣品，TEM薄片樣品的微透鏡(macro lens)部分厚度為100nm左右，但是光電二極管部分厚度將大于100nm，如果stain時間短了，離子注入?yún)^(qū)域無法蝕刻成空洞，stain時間長了，離子注入?yún)^(qū)域和未被離子注入?yún)^(qū)域?qū)⒈煌瑫r蝕刻完全，無法得到理想的TEM樣品stain結(jié)果。

因此，目前需要開發(fā)一種針對BSI芯片的TEM薄片樣品離子注入?yún)^(qū)域的stain新方法，得到針對BSI芯片的可控stain方法，解決BSI芯片TEM樣品無法有效染色的問題。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種能夠解決BSI芯片的透射電鏡樣品無法有效染色的問題的透射電鏡樣品的制作方法。

本發(fā)明采用如下技術方案：

一種透射電鏡樣品的制作方法，應用于對失效芯片的失效點進行檢測，所述失效芯片由上及下依次包括：微透鏡層、彩色濾光片層、氧化物層、硅片層、光電二極管層、復數(shù)個金屬層，所述光電二極管層為所述失效芯片的待觀測層；所述方法包括：

步驟S1、在所述待觀測層上設置復數(shù)個位置標記，所述位置標記環(huán)繞所述失效點設置；步驟S2、在所述失效芯片的所述微透鏡層上方的第一平面上電鍍鉑金保護層；

步驟S3、采用聚焦離子束沿垂直于所述第一平面的方向?qū)λ鍪酒M行切割，得到具有所述失效點以及所述位置標記的待檢測樣品；

步驟S4、將所述待檢測樣品上與所述第一平面相垂直的第二平面粘貼于一第一承載基體上；

步驟S5、采用聚焦離子束沿垂直于所述第二平面的方向?qū)λ龃龣z測樣品及所述第一承載基體進行切割操作，得到具有所述失效點以及所述位置標記，且底部附著有所述第一承載基體切割后剩余部分的立體透射電鏡樣品；

步驟S6、將所述立體透射電鏡樣品上，對應所述待檢測樣品的所述第一平面的面粘貼于一第二承載基體上；

步驟S7、對所述立體透射電鏡樣品進行減薄操作，得到具有所述失效點以及所述位置標記的平面透射電鏡樣品；

步驟S8、采用染色酸對所述平面透射電鏡樣品進行染色操作。

優(yōu)選的，通過激光或者聚焦離子束設置所述位置標記于所述待觀測層上。

優(yōu)選的，所述步驟S3中獲得的所述待檢測樣品由上及下依次包括：所述微透鏡層、所述彩色濾光片層、所述氧化物層、所述硅片層、所述光電二極管層、所述復數(shù)個金屬層。

優(yōu)選的，所述待檢測樣品與所述第一承載基體通過熱固膠或環(huán)氧膠進行粘貼。

優(yōu)選的，所述第一承載基體的長×寬×高為1cm×1cm×700um，所述第一承載基體包括第三平面，所述第三平面的長×寬為1cm×1cm，所述第二平面與所述第三平面粘貼。

優(yōu)選的，所述步驟S5中獲得的所述立體透射電鏡樣品由上及下一次包括：所述氧化物層、所述硅片層、所述光電二極管層、所述金屬層中與所述光電二極管層相鄰的第一金屬層，以及所述切割操作后所述第一承載基體剩余的部分。

優(yōu)選的，所述立體透射電鏡樣品與所述第二承載基體通過熱固膠或環(huán)氧膠進行粘貼。

優(yōu)選的，所述減薄操作包括：

在所述立體透射電鏡樣品的所述待觀測層的兩側(cè)分別挖一個凹槽，得到一平面透射電鏡樣品粗片；

減薄所述平面透射電鏡樣品粗片，得到經(jīng)過所述減薄操作后的預定厚度的所述平面透射電鏡樣品。

優(yōu)選的，所述平面透射電鏡樣品粗片的厚度為3.5um(相當于3個像素點寬度)，和/或

所述平面透射電鏡樣品的厚度為100nm。

優(yōu)選的，所述第一承載基體為硅片；和/或

所述第二承載基體為硅片。

本發(fā)明的有益效果是：連同平面透射電鏡樣品和第一承載基體一起進行染色操作，然后提取平面透射電鏡樣品，解決BSI芯片的透射電鏡樣品無法有效染色的問題。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術中BSI芯片的剖面圖；

圖2為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，步驟S1的示意圖；

圖3為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，步驟S2的示意圖；

圖4為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，步驟S3的示意圖；

圖5為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，步驟S4的示意圖；

圖6為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，步驟S5的示意圖；

圖7為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，步驟S6的示意圖；

圖8為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，步驟S7的示意圖；

圖9為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，透射電鏡樣品的制作方法的流程圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，下述技術方案，技術特征之間可以相互組合。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的說明：

如圖1-9所示，一種透射電鏡樣品的制作方法，應用于對失效芯片的失效點1進行檢測，上述失效芯片由上及下依次包括：微透鏡層、彩色濾光片層、氧化物層、硅片層、光電二極管層、復數(shù)個金屬層，上述光電二極管層為上述失效芯片的待觀測層；上述方法包括：

步驟S1、在上述待觀測層上設置復數(shù)個位置標記2，上述位置標記2環(huán)繞上述失效點1設置；

步驟S2、在上述失效芯片的上述微透鏡層上方的第一平面3上電鍍鉑金保護層；

步驟S3、采用聚焦離子束沿垂直于上述第一平面3的方向?qū)ι鲜鍪酒M行切割，得到具有上述失效點1以及上述位置標記2的待檢測樣品；

步驟S4、將上述待檢測樣品上與上述第一平面3相垂直的第二平面4粘貼于一第一承載基體5上；

步驟S5、采用聚焦離子束沿垂直于上述第二平面4的方向?qū)ι鲜龃龣z測樣品及上述第一承載基體5進行切割操作，得到具有上述失效點1以及上述位置標記2，且底部附著有上述第一承載基體5切割后剩余部分的立體透射電鏡樣品；

步驟S6、將上述立體透射電鏡樣品上，對應上述待檢測樣品的上述第一平面3的面粘貼于一第二承載基體7上；

步驟S7、對上述立體透射電鏡樣品進行減薄操作，得到具有上述失效點1以及上述位置標記2的平面透射電鏡樣品；

步驟S8、采用染色酸對上述平面透射電鏡樣品進行染色操作。

在本實施例中，將經(jīng)過染色酸染色后的上述平面透射電鏡樣品的待檢測樣品(失效芯片)部分提取出來，使用透射電鏡對其進行觀測，根據(jù)觀察結(jié)果判斷上述失效芯片的失效類型。有離子注入的位置會被蝕刻成空洞，而沒有離子注入的位置則沒有蝕刻成空洞，所以以此來判斷目標地址是否有離子注入，從而判斷失效形式。

較佳的實施例中，通過激光或者聚焦離子束設置上述位置標記2于上述待觀測層上。

在本實施例中，上述位置標記2有兩個。

較佳的實施例中，上述步驟S3中獲得的上述待檢測樣品由上及下依次包括：上述微透鏡層、上述彩色濾光片層、上述氧化物層、上述硅片層、上述光電二極管層、上述復數(shù)個金屬層。

在本實施例中，上述步驟3中，上述檢測樣片的長×寬為10pixel×3pixel，高度與頂部微透鏡層到第五金屬層(上述金屬層由上及下依次包括第一金屬層M1、第二金屬層M2、第三金屬層M3、第四金屬層M4、第五金屬層M5，其中，第一金屬層M1與上述光電二極管層相鄰)的距離相同。

較佳的實施例中，上述待檢測樣品與上述第一承載基體5通過熱固膠或環(huán)氧膠進行粘貼。

較佳的實施例中，上述第一承載基體5的長×寬×高為1cm×1cm×700um，上述第一承載基體5包括第三平面6，上述第三平面6的長×寬為1cm×1cm，上述第二平面4與上述第三平面6粘貼。

較佳的實施例中，上述步驟S5中獲得的上述立體透射電鏡樣品由上及下一次包括：上述氧化物層、上述硅片層、上述光電二極管層、上述金屬層中與上述光電二極管層相鄰的第一金屬層M1，以及上述切割操作后上述第一承載基體5剩余的部分。

在本實施例中，第一承載基體5采用長×寬為1cm×1cm，厚度為700um的硅片，聚焦離子束在切割操作時的第一刀停在氧化層剛被切割過的位置，第二刀停在上述第一金屬層M1剛被切割過的位置，經(jīng)過步驟S5的切割操作后，立體透射電鏡樣品的長×高為10pixel×4pixel，寬度為氧化層到第一金屬層M1的距離。

較佳的實施例中，上述立體透射電鏡樣品與上述第二承載基體7通過熱固膠或環(huán)氧膠進行粘貼。

較佳的實施例中，上述減薄操作包括：

在上述立體透射電鏡樣品的上述待觀測層的兩側(cè)分別挖一個凹槽，得到一平面透射電鏡樣品粗片；

減薄上述平面透射電鏡樣品粗片，得到經(jīng)過上述減薄操作后的預定厚度的上述平面透射電鏡樣品。

較佳的實施例中，上述平面透射電鏡樣品粗片的厚度為3.5um，相當于3個pixel(像素點)寬度。

較佳的實施例中，上述平面透射電鏡樣品的厚度為100nm。

較佳的實施例中，上述第一承載基體5為硅片。

較佳的實施例中，上述第二承載基體7為硅片。

通過說明和附圖，給出了具體實施方式的特定結(jié)構(gòu)的典型實施例，基于本發(fā)明精神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。

對于本領域的技術人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應看作是涵蓋本發(fā)明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容，都應認為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。