СПОСОБ КОНТРАСТИРОВАНИЯ СЛОЯ НИТРИДА КРЕМНИЯ НА ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ В РАСТРОВОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ Российский патент 2023 года по МПК H01L21/318 G01N1/30 

Изобретение относится к растровой электронной микроскопии, к способам контроля поперечных сечений многослойных структур полупроводниковых чипов интегральных микросхем.

Диэлектрические слои, такие как нитрид кремния и двуокись кремния, очень мало отличаются в растровом электронном микроскопе по контрасту, поэтому трудно точно определить положение границы, отделяющей один слой от другого и измерить толщины этих слоев, когда они находятся в контакте, особенно когда эти толщины малы. Кроме того, диэлектрические образцы заряжаются под действием электронного пучка, что приводит к перераспределению интенсивности, появлению локальных засветок и искажению изображения образца. Наиболее эффективным способом избавления от зарядки диэлектрических образцов является нанесение тонких проводящих покрытий на поверхность образца, которые выравнивают заряд на поверхности и отводят его на заземленный корпус держателя образца.

Известен способ снятия заряда с диэлектрической поверхности благодаря напылению на образец тонкой пленки золота методом ионного распыления золотой мишени [1]. Этот способ не позволяет выявить границу раздела нитрида кремния и двуокиси кремния.

Известен способ подготовки образцов с получением проводящего покрытия путем смачивания поверхности раствором гидрофильной токопроводящей ионной жидкости с последующим высушиванием образца [2]. Этот способ не выявляет границу раздела нитрида кремния и двуокиси кремния.

Известен способ визуализации структуры магнитных доменов путем получения двух изображений от магнитного образца и контрольного немагнитного проводящего образца с одинаково гладкой поверхностью и вычитания одного изображения из другого [3]. Этот способ не применим при контроле поперечных сечений микросхем, т.к. не существует контрольных образцов без той или иной пленки.

Известен способ контрастирования биологических образцов путем нанесения на них двух разных контрастирующих покрытий, которые по-разному впитываются в отдельные структуры образца [4]. Недостатком этого способа является то, что нет контрастирующих веществ, впитывающихся в слои нитрида и двуокиси кремния.

Известен способ анализа невидимых в растровом микроскопе слоев путем измерения размеров углеродного кольца, образующегося при облучении поверхности образца стационарным сфокусированным электронным пучком. Это кольцо в виде нагара образуется в результате взаимодействия обратно рассеянных электронов (ОРЭ) с молекулами углеводородов, адсорбированных на поверхности образца. Диаметр кольца зависит от состава, толщины и глубины залегания слоев, пересекаемых ОРЭ [5]. Этот способ не делает видимым слой нитрида кремния в случаях его локального расположения, лишь позволяет измерять его толщину там, где он точно есть.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению техническим решением является способ контрастирования малоконтрастного слоя путем нанесения на поверхность образца контрастирующего покрытия, описанный в [6]. Он используется для повышения контраста липосом в электронной микроскопии путем нанесения на исследуемый образец контрастирующего вещества в виде водного раствора уранилацетата, который впитывается в липосомы и делает их структуру более различимой. Его недостаток состоит в том, что водный раствор уранилацетата не впитывается в изучаемые слои нитрида и двуокиси кремния.

Задачей данного изобретения является увеличение контрастности слоя нитрида кремния по отношению к слою двуокиси кремния в электронной микроскопии.

Поставленная задача решается в способе, включающем нанесение на поверхность образца тонкого платиносодержащего слоя из паров металлоорганического соединения платины в системе фокусированного ионного пучка, направленного под углом 10-15 градусов к поверхности образца.

Отличительными признаками изобретения являются использование в качестве наносимого контрастирующего покрытия платиносодержащего слоя с применением системы фокусированного пучка ионов галлия и угол, под которым осуществляется нанесение. Если наносить платиносодержащий слой под другими углами, например, перпендикулярно к поверхности поперечного сечения, визуализация слоя нитрида кремния не происходит. Наиболее четко слой нитрида кремния визуализируется при падении пучка ионов под углом в указанном диапазоне. При этом на поверхности нитрида кремния осаждается более мелкозернистый платиносодержащий слой, чем на двуокиси кремния, что делает его хорошо различимым на изображении образца. Это происходит благодаря тому, что при скользящем падении пучка ионов происходит слабая активация атомов на поверхности слоев пучком ионов. Благодаря разной энергии связи атомов в разных слоях адсорбция атомов платины происходит по-разному. При более отвесных углах падения пучка ионов атомы активируются настолько сильно, что их энергия связи с другими атомами составляет малую долю полученной энергии возбуждения.

Данная совокупность признаков обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в том, что слой нитрида кремния становится хорошо различимым на фоне слоя двуокиси кремния, как можно видеть на фиг. 1.

На фиг. 1 показано изображение контактирующих слоев нитрида кремния и двуокиси кремния, полученное в растровом электронном микроскопе, где а - изображение, полученное без нанесения слоя платины (виден результат засветки из-за зарядки поверхности, слой нитрида не виден), б - после нанесения слоя платины.

Для осуществления предлагаемого способа перед исследованием образца методом растровой электронной микроскопии его помещают в рабочую камеру системы фокусированного ионного пучка, например в электронно-ионном микроскопе Helios Nanolab 650, рабочий столик наклоняется так, чтобы пучок ионов галлия падал под углом 10-15 градусов к поверхности образца, включается система подачи паров металлоорганического соединения платины, и пучок ионов галлия, обеспечивающий разложение этого соединения и осаждение платиносодержащего слоя на образец. Покрытие наносится локально на выбранную область исследуемого образца. Достаточная толщина осаждаемого слоя составляет около 5 нм, что при токе ионного пучка 230 пА и ускоряющем напряжении 30 кВ происходит за 1 секунду.

Осаждение слоя платины на поверхность диэлектрического образца одновременно решает проблему накопления зарядов на его поверхности под действием электронного луча в растровом электронном микроскопе.

Источники информации:

1. Патент Китая №105403488.

2. Патент РФ №2557179.

3. Патент РФ №2564456.

4. Патент РФ №2672356.

5. Патент РФ №2453946.

6. Патент РФ №2195263 - прототип.

Изобретение относится к растровой электронной микроскопии, к методам контроля поперечных сечений многослойных структур полупроводниковых чипов интегральных схем. При реализации способа контрастирование слоя нитрида кремния на двуокиси кремния производится путем нанесения на поверхность образца контрастирующего покрытия из платиносодержащего слоя, осажденного в системе фокусированного ионного пучка из паров металлоорганического соединения платины при падении ионного пучка под углом 10-15 градусов к поверхности образца. Технический результат заключается в увеличении контрастности слоя нитрида кремния по отношению к слою двуокиси кремния в электронной микроскопии. 1 ил.

Способ контрастирования слоя нитрида кремния на двуокиси кремния в растровой электронной микроскопии, включающий нанесение на поверхность образца контрастирующего покрытия, отличающийся тем, что в качестве такого покрытия используется платиносодержащий слой, осажденный в системе фокусированного ионного пучка из паров металлоорганического соединения платины при падении ионного пучка под углом 10-15 градусов к поверхности образца.