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TEM样品制备中离子束对样品的损伤分析

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目录

论文独创性声明及论文使用授权声明

摘要

第一章概论

一、IC产业概述

二、透射性电子显微镜在IC产业中的应用

第二章相关专业知识介绍

一、TEM介绍

1.TEM的工作原理

2.TEM的主要技术参数

3.TEM的主要功能

4.TEM的发展趋势

二、FIB介绍

1.聚焦离子束的原理

2.扫描显微镜的概要

3.扫描电子显微镜和聚焦离子束光源

4.光学系统

5.电子束和聚焦离子束

6.聚焦离子束加工

三、TEM样品制备

1.概述

2.TEM样品分类

3.TEM样品制备

第三章离子束损伤分析的现状介绍

一、“非晶化”问题的描述

二、“非晶化”给TEM分析所带来的问题

三、TEM样品制备过程中的离子束损伤分析

1.概述

2.顶部的“非晶化”

3.Ion miller制样法中引起的样品“非晶化”

4.FIB制样法中引起的样品“非晶化”

四、课题意义及目前研究状况

1.课题意义

2.课题目前研究现状

第四章“非晶层”厚度的研究

一、概述

二、实验设计及实验步骤

1.实验设计

2.实验步骤

3.实验设计补充

三、实验结果

四、实验相关的讨论

1.本实验设计的优点

2.观察“非晶化”层厚度的其它实验方法

3.其它实验

第五章临界比例R的研究

一、概述

二、实验设计及实验步骤

1.实验设计

2.实验步骤

三、实验结果

四、实验相关的讨论

1.实验设计的严密性

2.其他实验设计(一)

3.其他实验设计(二)

4.其他实验设计(三)

第六章 总结和展望

一、“非晶层”厚度的研究

二、临界比例R的研究

参考文献

致谢

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摘要

在本篇论文中,主要针对TEM样品制备过程中离子束对样品的损伤所产生的最主要的影响一“非晶化”进行研究。目前国内尚未看到与此课题相关的论文发表;在国外,已经有过一些研究。本篇论文在总结这些成果的基础上,得到一些新的突破: 1)通过可信、简便的制样方法,可以直接观察到“非晶层”。 2)可以量测聚焦离子束制备的可供TEM分析的IC硅衬底样品的极限厚度。 经过两年多的努力,通过一系列完全由我们自主设计的严谨而又方便的实验,最后得到如下结果: 1)30KV的离子束切割单晶硅衬底的样品,会在样品侧壁形成23nm的“非晶层”;10KV的离子束切割单晶硅衬底的样品,会在样品侧壁形成1lnm的“非晶层”。 2)30KV的离子束切割单晶锗衬底的样品,会在样品侧壁形成22nm的“非晶层” 3)“非晶层”的厚度与切割时离子束的加速电压有关,与离子束电流及入射角度等基本无关。 4)离子束切割补偿角度的选择会影响最后样品的形貌。 5)30KV的聚焦离子束制备的可供TEM分析的IC硅衬底样品的极限厚度为64.5nm。 6)用30KV的聚焦离子束制备TEM样品,当“非晶层”的厚度占到样品总厚度33.3﹪的时候,样品在TEM里面观察时会成“飞晶像”。 这些成果,在世界上都是具有新颖性和独见性的。目前,笔者因为这些研究,通过与同事合作,已经发表了至少四篇专业性的论文,并且被多个国际性的会议机构认可,获得出席演讲的机会,如IRPS、ISTFA等。在工作单位,笔者也因为这些研究已经获得多项专利发明。 在国际上,这个课题也是非常具有研究价值的。如参考文献中的多篇论文都针对这个问题,提出了一些见解。 IC产业发展到65nm的阶段,TEM已成为任何一个先进的IC代工厂中不可或缺的研究、分析工具。尤其是当制程逐步向深亚微米发展,沉积的薄膜越来越薄,影响器件性能的Defect越来越小时,对于分析工具解析度的要求也越来越高。TEM高解析度、高精确度的优点,使得其在工C制程监控、失效分析等方面的应用愈发普遍和重要。 在整个TEM分析过程中,样品制备是至关重要的一环。首先来说,样品制备的成功与否决定了整个分析的成功与否;其次,样品的好坏直接影响到分析结果的正确性与充分性。 为了适应IC代工厂中使用材料的特殊性和满足IC代工厂对效率的苛刻要求,目前,IC代工厂中TEM分析样品的制备大都需要用到离子束。比如,聚焦离子束和离子减薄仪。 所谓“物具其利,必有其害”。一方面,离子束使得TEM样品的制备更加精准和高效;另一方面却也给TEM样品的分析带来了诸多的困扰和限制。这些困扰和限制,主要因于TEM样品制备过程中离子束对样品的损伤。 比如,“非晶化”~离子束损伤中的一种,就限制了TEM样品的厚度。本篇论文的实验结果就清楚的表明,以目前普偏使用的30KV聚焦离子束来说,制备的可供TEM观察分析的IC硅衬底样品,其厚度不得薄于60nm。而当今飞速发展的IC行业已经进入65nm制程阶段,一颗40nm的Particle已经足够导致整个芯片的失效。60nm厚度的限制势必影响到工C失效样品的TEM分析,进而影响到工C代工厂的制程监控、良率提升,以及产品质量和可靠性的改善。 所以,分析TEM样品制备过程中离子束对样品的损伤,对TEM分析技术的应用、IC制造过程中的良率提升及品质改善都有着直接或者间接的深远影响。

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