用于三维(3d)半导体器件的原子探头层析成像样本制备的方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上设及半导体器件测试，更具体而言，设及半导体器件测试当中的待 器件（DUT)的制备。
【背景技术】
[0002] 可W采用各种各样的技术和仪器测量半导体器件性能。例如，为了执行半导体器 件和结构的原子力探测（AFP)，必须在探测之前去除各种层，使器件和结构的接触（例如鹤 柱）或表面露出。可W采用更加粗略的方法，例如化学机械抛光（CM巧或者精确度相对较 高的技术，例如，采用聚焦或准直高能（〉500eV)离子束蚀刻的技术实施该样的层去除或去 层。但是，该样的去层技术可能损坏器件或结构的表面，或者向器件内引入不希望出现的不 规则性（例如，不希望发生的离子注入）。例如，用于在测试或评估之前制备器件或结构的 过程可能引入不希望出现的缺陷（例如，由于高能离子束蚀刻而导致的嫁离子注入）或者 使性能特性发生漂移（例如，MOSFET阔值电压（Vt)漂移）。而此后可能将其误认为是由制 造过程导致的器件特性而不是源自于测量引入的缺陷。
【发明内容】
[0003] 因此，可能尤其希望在样本制备过程中通过保持S维（3D)DUT(例如，FinFet器 件）的电完整性而制备该样的DUT的特性测试样本（例如，罐）。
[0004] 根据至少一个示范性实施例，提供了一种用于由形成于半导体结构内的S维（3D) 场效应晶体管器件进行原子探头层析成像（APT)样本制备的方法。所述方法可W包括测量 3D场效应晶体管器件的电容一电压（C-V)特性；基于测得的电容一电压（C-V)特性，识别 出对应于3D场效应晶体管器件的罐结构；采用纳米操纵器探头顶端使识别出的罐结构与 3D场效应晶体管器件分离；采用具有低于大约lOOOeV的电压的入射聚焦离子束将分离的 罐焊接到纳米操纵器探头顶端上；W及向焊接到纳米操纵器探头顶端的罐的顶端施加具有 低于大约lOOOeV的电压的入射聚焦离子束。可W通过聚焦离子束对罐的顶端修尖。
[0005] 根据至少一个其他示范性实施例，提供了一种用于由形成于半导体结构内的S维 (3D)场效应晶体管器件进行原子探头层析成像（APT)样本制备的方法。所述方法可W包 括：向在射频上工作的感应禪合氣离子源施加处于大约50eV到小于300eV的范围内的电 压；由所述氣离子源生成入射到所述半导体结构的晶体表面上的准直离子束，从而对所述 晶体表面的各个层进行平面去除，其中，所述准直离子束使得所述半导体结构的晶体表面 的表面非晶化降至最低；基于所述各个层的平面去除，利用端点检测器暴露与所述3D场效 应晶体管器件相关的、晶体表面下面的第一接触区域和第二接触区域；将具有大约5Mhz到 大约llOMhz的频率范围的高频阻抗探头禪合至阻抗分析器；将高频阻抗探头禪合至第一 原子力探头顶端和第二原子力探头顶端；采用原子力显微镜将第一原子力探头顶端禪合至 暴露的第一接触区域；采用原子力显微镜将第二原子力探头顶端禪合至暴露的第二接触区 域；在阻抗分析器上测量3D场效应晶体管器件的C-V特性，所述阻抗分析器采用高频阻抗 探头向与3D场效应晶体管器件相关的第一接触区域和第二接触区域施加对应于大约5Mhz 到大约llOMhz的频率范围的工作频率；W及基于测得的C-V特性，采用纳米操纵器探头顶 端使罐结构与3D场效应晶体管器件分离，将分离的罐焊接到纳米操纵器探头顶端，并且采 用具有低于大约lOOOeV的电压的入射聚焦离子束对分离的罐整形。
[0006] 根据又一个示范性实施例，提供了一种用于由形成于半导体结构内的S维（3D) 场效应晶体管器件进行原子探头层析成像（APT)样本制备的方法。所述方法可W包括；基 于电容一电压（C-V)特性测量，识别对应于3D场效应晶体管器件的罐结构；采用通过向W 射频工作的感应禪合氣离子源施加处于大约50eV到小于300eV的范围内的电压而生成的 准直离子束从罐结构的顶表面去除硬掩模层；向所述罐结构涂覆金属涂层；采用纳米操纵 器探头顶端使经涂覆的罐结构与3D场效应晶体管器件分离；采用具有低于大约lOOOeV的 电压的入射聚焦离子束将分离的经涂覆的罐焊接到纳米操纵器探头顶端上；W及向焊接到 纳米操纵器探头顶端的罐的顶端施加具有低于大约lOOOeV的电压的入射聚焦离子束，其 中，通过所述聚焦离子束修尖所述罐的顶端。
【附图说明】
[0007] 图1是根据示范性实施例的离子束锐削设备的系统框图；
[000引图2是根据示范性实施例的对应于与半导体结构相关的测试过程的过程流程图；
[0009] 图3是根据示范性实施例的对应于对图1的离子束锐削设备进行的配置的流程 图；
[0010] 图4A是根据示范性实施例的C-V特性测量过程中的原子力探测设备的原子力探 头顶端的透视图；
[0011] 图4B是根据示范性实施例的C-V特性测量过程中的原子力探测设备的原子力探 头顶端的又一透视图；
[0012] 图5是根据示范性实施例的电容一电压（C-V)特性测量系统的方框图；
[0013] 图6是对应于图5中所示的电容一电压（C-V)特性测量系统实施例的操作流程 图；
[0014] 图7是根据示范性实施例的对应于原子探头层析成像（APT)的DUT样本制备的操 作流程图；
[0015] 图8A和8B示出了根据示范性实施例的在图6和图7的样本制备过程中采用的示 范性3D FinFet DUT ;
[0016] 图9A-9C示出了制备FinFetDUT器件的罐作为APT过程的样本拟及
[0017] 图10示出了根据示范性实施例的用于确定图9A-9C的所制备的罐的3D图像的 APT过程。
[001引附图未必是按比例绘制的。附图只是示意性的表示，其并非意在描绘本发明的具 体参数。附图意在仅描绘本发明的典型实施例。在附图中，采用类似的附图标记表示类似 的元件。
【具体实施方式】
[0019] 下文的一个或多个示范性实施例尤其描述了一种低能离子束锐削设备W及一种 用于为半导体器件的后续测试和表征对该样的器件的表面进行去层的方法。对半导体器 件，尤其是对诸如分立FinFet晶体管器件的S维半导体器件的各种表面去层可能会在无 意中向器件内引入缺陷和不必要的人为因素。例如，在FET器件的锐削和去层过程中500eV 的高能聚焦嫁离子束可能引起FET器件的阔值电压（Vt)的漂移。此外，高能离子束可能改 变渗杂密度或渗杂分布。在所有该样的情况中，都可能由于在基于离子束锐削过程的测试 下无意中引入到半导体器件内的所引入的不规则性或缺陷而导致对器件的不正确的表征。
[0020] 而且下文的一个或多个示范性实施例尤其描述了在采用低能离子束锐削设备暴 露分立器件（例如，FinFet器件）的接触区域之后进行电容一电压（C-V)特性测量的系统 和方法。更具体而言，随着不断出现的半导体技术节点持续地推动半导体器件（FinFET、平 面FET等）的尺寸降低，该些具有缩小的几何结构的器件可能在AC特性测量当中带来测量 难题。因而，下述示范性实施例描述了用于测量诸如电容一电压（C-V)特性的AC特性的增 强技术。
[0021] 此外，下文的一个或多个示范性实施例尤其描述了第二离子锐削过程，其中，在对 3D半导体器件（例如，FinFet器件）的表面去层之后，可W利用低能聚焦离子束（FIB)创 建通过（例如）原子探头层析成像（APT)工具进行分析的制备样本（例如，FinFet器件的 罐）。更具体而言，例如，C-V特性测量可W提供有关是否采用第二FIB离子锐削过程制备 用于进一步的分析和测试的样本的判断。
[0022] 参考图1，其示出了根据示范性实施例的离子束锐削设备100的系统框图。离子束 锐削设备100可W包括低压感应禪合氣（Ar)离子源102、RF信号源104、腔106 (例如，不 诱钢）、累108、半导体器件支架110、气体源/质量流控制器112、次级离子质谱（SIM巧端 点检测器114和禪合至SIMS检测器114的可选的监视器116。
[0023] 如图所示，射频（R巧信号源104生成施加至低压感应禪合氣（Ar)离子源102的 1.4MHzRFfg号。低压感应禪合氣（Ar)罔子源102还包括用于调整低压感应禪合氣（Ar) 离子源102的加速电压的机构122和用于调整低压感应禪合氣（Ar)离子源102的Ar射束 电流的机构124。
[0024] 半导体器件支架110可W固持待测半导体器件值UT) 130。器件支架110可W对应 地具有可相对于低压感应禪合氣（Ar)离子源102生成的入射准直离子束132调整的角取 向（〇)。除了角取向（a)之外，半导体器件支架110还W可调整旋转速度（4)围绕其自 身的由Ir表示的轴旋转。半导体器件支架110还可W包括用于调整其温度的机构134。
[0025] 在操作中，低压感应禪合氣（Ar)离子源102生成入射到放置并固定到器件支架 110中的DUT130上的惰性低能准直Ar离子束132。如图1所示，惰性低能准直离子束132 W角取向a入射到DUT130上。随着惰性低能准直离子束对DUT130的入射表面Si。。的锐 削W及因此而导致的去层，通过SIMS检测器114检测在受到蚀刻的表面Si。。上生成的次级 离子。例如，所生成的次级离子可W具有诸如质量电荷比的特性，所述特性可W基于在锐削 操作中遇到的不同材料层而存在差异。可W采用该一特性区别提供对所锐削的层的精确认 定。例如，采用脉冲SIMS检测器114可W计数针对在离子锐削过程中生成的检测到的次级 离子生成随着时间（即t)的推移而变化的每秒计