一种基于精确定位的原子探针针尖样品制备方法

本发明涉及半导体材料，具体是涉及一种基于精确定位的原子探针针尖样品制备方法。

背景技术：

1、随着集成电路尖端技术(22nm技术及以下)的不断发展，主流晶体管finfet的工艺和材料结构都变得越来越复杂。如何制造性能更好更稳定的finfet器件，需要掌握以下关键的工艺和材料技术；1)为满足finfet器件fin沟道载流子高迁移率，以及对短沟道效应的控制和集成度等要求，需要实现fin边缘光滑、fin尺寸又细又精准的工艺；2)finfet的硅衬底采用的是非常低浓度的掺杂或未掺杂，需要有效选择掺杂元素(ge，b，p等)并控制掺杂成分分布及其均匀性，这对器件性能尤为重要；3)finfet器件阈值电压调节通过在栅极采用不同功函数的金属材料(al，ti，ta，hf等)来实现，这要求更精准的选择刻蚀工艺和更严格的金属纯度控制过程，实现复杂的功函数金属薄膜工艺。因此，对于小尺寸finfet器件的研究，需要高精度的表征技术对其进行三维的结构-成分分析、微量掺杂元素在特征结构中的分布分析、多层金属表面及界面分析、以及工艺过程中引起的材料结构缺陷分析等。三维原子探针技术(apt)被认为是finfet器件研究和分析的最有力手段。

2、中国专利公开了cn202010061077.5一种精确定位鳍式场效应晶体管的原子探针针尖样品制备方法，本发明通过对小尺寸鳍式场效应晶体管进行预处理，根据预处理后两个相邻切割面的表面电路布局图得到的第一沉积保护层和两个相邻切割面上fin沟道位置和与其对应的栅极位置，对其位置进行定位标记，对第一截面的表面进行保护层沉积，并根据未被覆盖的第一定位标记位置找到原被覆盖的第一定位标记的位置得到第二定位标记，并根据此第二定位标记进行切割处理，从而形成含有鳍式场效应晶体管针尖样品。本发明提出的制备方法能对所需分析结构进行精准定位，实现了两种截面方向精准定位制样，分别为沿着穿过fin的方向制样或沿着穿过gate的方向制样，制样时间缩短且制备流程高效可靠。

3、但是上述制备方法是通过对鳍式场效应晶体管进行多次定位，环切，这种方式，较为麻烦，难以满足制样过程中的需求，不具备智能化制样，难以根据不同的制样需求进行相适配调整和修改，降低了实用性。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，提供一种基于精确定位的原子探针针尖样品制备方法，本技术方案解决了上述背景技术中提出的上述制备方法是通过对鳍式场效应晶体管进行多次定位，环切，这种方式，较为麻烦，难以满足制样过程中的需求，不具备智能化制样，难以根据不同的制样需求进行相适配调整和修改，降低了实用性的问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于精确定位的原子探针针尖样品制备方法，包括：

4、获取鳍式场效应晶体管芯片制备尺寸，所述鳍式场效应晶体管芯片制备尺寸包括晶体管芯片材质、晶体管芯片管径、晶体管芯片高度、晶体管芯片外径和晶体管芯片壁厚；

5、根据晶体管芯片高度、晶体管芯片管径和晶体管芯片壁厚进行左成型模和右成型模的外形尺寸计算，获得左成型模和右成型模的设计数据；

6、根据左成型模和右成型模的设计数据以及晶体管芯片壁厚进行晶体管芯片头的外形尺寸计算，获得晶体管芯片头的设计数据；

7、根据晶体管芯片材质以及管径进行内固定弧板外形尺寸计算，获得内固定弧板设计数据；

8、根据晶体管芯片材质获取晶体管芯片的热态塑性数据；

9、根据管材的热态塑性数据、内固定弧板设计数据、左成型模和右成型模的设计数据和晶体管芯片头的设计数据进行鳍式场效应晶体管芯片制备的仿真成型模拟；

10、根据仿真成型模拟结果调整左成型模和右成型模的外形尺寸，并更新左成型模和右成型模的设计数据，获取最终的左成型模和右成型模的设计数据；

11、根据仿真成型模拟结果以及最终的左成型模和右成型模的设计数据获取左成型模和右成型模之间的合模间隙数据；

12、根据合模间隙数据进行左成型模和右成型模的合模定位治具的外形尺寸计算，获得合模定位治具的设计数据；

13、输出内固定弧板设计数据、最终的左成型模和右成型模的设计数据和合模定位治具的设计数据。

14、采用智能化的鳍式场效应晶体管芯片头的设计方法，能够根据输入的要制备的晶体管芯片头的结构自动生成模型结构，避免了大量重复的调试设计带来的巨大工作量以及修改上的繁琐，因此极大地提高了晶体管芯片头结构设计的工作效率，并且极大地降低了对设计人员的工作经验以及技能水平的严重依赖，同时在对晶体管芯片头结构进行修改调整时，只需要对特定条件特征进行对应修改，即可重新计算生成模型进行仿真成型模拟，十分地便利。

15、优选的，所述左成型模和右成型模的外形尺寸计算具体包括：

16、所述左成型模和右成型模合模时，左成型模的内模型与右成型模的内模型处于同一圆柱面，记所述圆柱面的直径为r模；

17、则左成型模和右成型模的设计数据为：

18、

19、式中，r外为晶体管芯片外径；

20、h左为左成型模的高度；

21、h右为右成型模的高度；

22、h晶为晶体管芯片高度。

23、优选的，所述晶体管芯片头的外形尺寸计算具体包括：

24、获取液压顶装置的晶体管芯片头安装部位结构；

25、根据液压顶装置的晶体管芯片头安装部位结构进行晶体管芯片头的对应安装部位的外形尺寸计算。

26、优选的，所述晶体管芯片头的设计数据为：

27、

28、式中，r冲为晶体管芯片头成型部位的直径；

29、δ为晶体管芯片壁厚；

30、h头为晶体管芯片头成型部位的高度；

31、h晶为晶体管芯片高度。

32、其中，晶体管芯片头用于进行晶体管芯片头成型，对于晶体管芯片头的尺寸设计需要其满足晶体管芯片头与成型模腔之间的间隙与晶体管芯片头的壁厚相同，以保证在进行晶体管芯片头成型时可以保证晶体管的跑动补偿充满间隙时，可以达到晶体管芯片头的壁厚成型要求；

33、同时对于晶体管芯片头的高度，需要满足在进行完全成型顶出时，晶体管芯片头的上端的可以完全顶出晶体管，因此需要满足晶体管芯片头的高度高于晶体管高度，本方案中，将晶体管芯片头的高度设定为1.15～1.25倍的晶体管高度；

34、可以理解的是对于晶体管芯片头的高度，可根据实际的成型工艺加工调节进行调整。

35、优选的，所述内固定弧板外形尺寸计算具体包括如下步骤：

36、根据晶体管芯片制备尺寸计算晶体管芯片头成型时的处理部位，获取处理部位长度l0。

37、优选的，所述内固定弧板设计数据为：

38、

39、式中，l板为内固定弧板的长度设计数据；

40、r板为内固定弧板下弧面的弧面直径；

41、r0为晶体管芯片管径；

42、h板为内固定弧板的厚度，h板具体为内固定弧板上平面到内固定弧板下弧面最低点之间的距离；

43、h头为带有晶体管芯片头的液压顶装置的高度。

44、其中，对于内固定弧板的长度，需要满足其长度大于晶体管芯片头成型加工时的处理部位，防止推制成型的时候处理部位的料往内变形，达不到料的跑动补偿晶体管的效果；

45、对于内固定弧板的下弧度，其需要满足与晶体管的相适配，因此其弧度应与晶体管管径相同；

46、对于内固定弧板的厚度，需要满足其安装于晶体管内部后可以实现带有晶体管芯片头的液压顶装置的推入。

47、优选的，所述内固定弧板的外形尺寸计算还包括：

48、获取液压顶装置的安装定位部位的结构；

49、根据液压顶装置的安装定位部位的结构于内固定弧板上端对应定位位置的外形尺寸计算。

50、优选的，所述根据管材的热态塑性数据、内固定弧板设计数据、左成型模和右成型模的设计数据和晶体管芯片头的设计数据进行鳍式场效应晶体管芯片制备的仿真成型模拟具体包括如下步骤：

51、设定一初始合模间隙值；

52、根据内固定弧板设计数据、左成型模和右成型模的设计数据、晶体管芯片头的设计数据和合模间隙值代入晶体管芯片头成型治具设计模板中，进行晶体管芯片头成型治具模型自动化生成，得到晶体管芯片头成型治具模型；

53、采用成型仿真模拟软件，输入晶体管芯片头成型治具模型和管材的热态塑性数据进行晶体管芯片头成型的仿真模拟；

54、根据晶体管芯片头成型的仿真模拟数据判断当前数据状态下的晶体管芯片头成型治具是否符合制备标准。

55、优选的，所述判断当前数据状态下的晶体管芯片头成型治具是否符合制备标准具体包括如下步骤：

56、若是，则输出当前晶体管芯片头成型治具的设计数据，若否，则调整合模间隙值，并重复上述步骤直至符合晶体管芯片头成型制备标准。

57、将大量重复化的调试过程采用成型仿真模拟进行，在进行仿真模拟的计算时，通过调整预设的晶体管芯片头成型模型设计模板中的合模间隙值的大小，结合上述的内固定弧板设计数据、左成型模和右成型模的设计数据、晶体管芯片头的设计数据可自动生成各种尺寸结构特征的晶体管芯片头成型模型，进而实现针对于各种尺寸结构特征的模型成型效果的仿真模拟；

58、其中合模间隙的设计用于实现在进行晶体管部位的冲压成型时，晶体管圆周方向的其他区域的料在推制的情况下能补偿晶体管区域，保证晶体管的成型质量，因此，对于合模间隙的设计对于晶体管部位的成型质量至关重要，其尺寸过小，难以满足晶体管的补偿效果，其尺寸过大，易导致料从合模间隙区域跑出太多，影响成型质量。

59、优选的，所述合模间隙值的取值范围为：

60、

61、式中，l间为合模间隙；

62、r外为晶体管芯片外径。

63、与现有技术相比，本发明提供了一种基于精确定位的原子探针针尖样品制备方法，具备以下有益效果：

64、本发明采用智能化的鳍式场效应晶体管芯片头的设计方法，能够根据输入的要制备的晶体管芯片头的结构自动生成模型结构，避免了大量重复的调试设计带来的巨大工作量以及修改上的繁琐，因此极大地提高了晶体管芯片头结构设计的工作效率，并且极大地降低了对设计人员的工作经验以及技能水平的严重依赖，同时在对晶体管芯片头结构进行修改调整时，只需要对特定条件特征进行对应修改，即可重新计算生成模型进行仿真成型模拟，十分地便利。