[發明專利]高縱橫比結構分析

在審

• 申請號: 201380052272.X
• 申請日: 2013-10-04
• 公開（公告）號: CN104685348A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: S.H.李;S.斯通;J.布萊克伍德;M.施米德特
• 申請（專利權）人: FEI公司
• 主分類號: G01N23/00
• 分類號: G01N23/00;B23K15/08;G01B15/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張凌苗;張懿

技術領域

本發明涉及結構的帶電粒子束處理。

背景技術

檢查顯微（包括納米級）結構以用于過程監視和失敗分析的常見方法是用聚焦離子束（FIB）在結構中切割溝槽以使橫截面暴露，并且然后用掃描電子顯微鏡（SEM）來查看橫截面。然而，離子束銑削偽像（artifacts）可能使暴露的橫截面畸變，使得電子束圖像不示出結構的準確圖像。

一個偽像稱為“簾幕化”，因為其可以看起來像簾幕。當以不同的速率來去除不同的材料時，諸如當樣本包括被離子束以不同的速率銑削的材料時發生簾幕化。簾幕化也可以在銑削具有不規則形狀的表面時發生。

當暴露具有比其寬度大得多的高度的特征時，可以產生嚴重的偽像。此類結構稱為“高縱橫比”特征。例如，具有為其寬度四倍的高度的特征將被視為高縱橫比特征。例如，集成電路中的層之間的孔或接觸部常常具有比其寬度大幾倍的高度。

由于半導體制造工藝包裝更多電路成較小包裝，集成電路設計正變成更多立體的（三維）并且合并更多高縱橫比特征。在分析高縱橫比結構、尤其是未填充接觸孔時，對于諸如3D?NAND電路之類的3D集成電路（IC）而言，常規離子束樣本制備引起不可接受的偽像，諸如結構畸變和簾幕化。

當在樣本上存在未填充高縱橫比孔時，在實心區域與鄰近于未填充孔的區域之間存在銑削速率方面的很大差異。銑削速率方面的該很大差異導致簾幕化或瀑布效應，使孔的形狀畸變的另一偽像。來自離子束銑削過程的結構損壞和偽像使得難以分析高縱橫比垂直結構。

例如，過程工程師需要查看的一個結構特征是硅通孔（TSV）。橫截面TSV是在半導體實驗室中表征空隙和表面界面的常見做法。由于通常在50—300?nm的TSV的深度，用離子束來銑削TSV的橫截面可能導致顯著的簾幕化。

由于通過使用離子束銑削來暴露特征的損壞和偽像，圖像并未如實地示出制造過程的結果。偽像與測量結果和制造過程的評定相干擾，因為圖像和測量結果示出樣本制備的結果而不僅僅是制造過程的產品。

需要一種用于在不改變結構或產生偽像的情況下查看和測量高縱橫比結構的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于分析高縱橫比結構的可靠系統。

向工件表面中銑削斜溝槽。在斜溝槽的表面上沉積保護層，并且然后通過銑削通過保護層來使感興趣特征的橫截面暴露。減少了偽像，因為與在原始工件表面以下的特征深度相比，減小了在保護層以下的感興趣特征的深度。

可以使用多種技術來查看或分析暴露橫截面，所述技術諸如掃描電子顯微術、光學顯微術、X射線分析或顯微拉曼分析。該過程為高縱橫比3D?IC結構工藝和包括孔、溝槽及其他結構的其他高縱橫比工藝提供可靠的分析結果。

前述內容已相當廣泛地概括了本發明的特征和技術優點，以便可更好地理解隨后的本發明的詳細描述。后文將描述本發明的附加特征和優點。本領域的技術人員應認識到的是可容易地利用公開的概念和特定實施例作為用于修改或設計執行本發明的相同目的的其他結構的基礎。本領域的技術人員還應認識到的是此類等效構造不脫離如在所附權利要求中所闡述的本發明的精神和范圍。

附圖說明

為了更透徹地理解本發明及其優點，現在對結合附圖進行的以下描述進行參考，在所述附圖中：

圖1是示出了如圖2—5中所示的過程步驟的流程圖；

圖2示出了被用FIB進行橫截面銑削的傾斜樣本；

圖3示出了經歷電子束點沉積的非傾斜樣本；

圖4示出了具有FIB銑削橫截面的傾斜樣本；

圖5示出了在感興趣區（ROI）上使用SEM成像的切片和查看過程；以及

圖6A—6C示出了在工件表面以下不同深度處的感興趣區。

圖7示意性地示出了可以用來實現本發明的雙束系統。

具體實施方式

本發明的實施例減少了通過離子束銑削而暴露的特征中的損壞和偽像。實施例對分析新的3D結構特別有用，諸如3D?NAND結構，其包括未填充高縱橫比孔。可以在晶片形式的樣本或在諸如單獨集成電路之類的較小樣本上執行該過程。

本發明的一個實施例在沉積保護層之前以非垂直角度對樣本進行銑削，其后面是垂直銑削以使高縱橫結構的橫截面暴露以用于成像。通過調整垂直銑削的傾斜臺階角度和位置，可以在高縱橫比結構的任何期望深度處使ROI暴露。