多晶硅表征方法技术

本公开的各个方案提供了用于多晶硅表征的方法。该方法包括接收在样品衬底上形成的多晶硅结构的图像数据。该图像数据在空间域中并且由透射电子显微镜(TEM)生成。此外，方法包括在频域中提取该图像数据的频谱。然后，该方法包括选择该频谱的子集，该频谱的子集对应于第一取向的第一晶粒的特征，并且将该频谱的所选的子集变换到空间域中来构造该第一取向的第一晶粒的第一空间图像。

Characterization of polysilicon

Various schemes of the present disclosure provide methods for characterizing polysilicon. The method includes receiving image data of polysilicon structure formed on sample substrate. The image data is in spatial domain and generated by transmission electron microscope (TEM). In addition, the method includes extracting the spectrum of the image data in the frequency domain. Then, the method includes selecting a subset of the spectrum corresponding to the characteristics of the first grain of the first orientation, and transforming the selected subset of the spectrum into the spatial domain to construct the first spatial image of the first grain of the first orientation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多晶硅表征方法
技术介绍
半导体制造中研发了垂直器件技术，比如三维(3D)NAND闪存技术等，在不需要更小的存储单元的前提下来实现更高的数据存储密度。在一些示例中，基于交替栅极层和绝缘层的堆叠层形成3DNAND存储器件。交替栅极层和绝缘层的堆叠层用于形成垂直堆叠的存储单元。该存储单元的沟道区域由诸如多晶硅的半导体材料形成。多晶硅材料的质量影响该存储单元的各种电性能，例如载流子速度、沟道电流、亚阈值摆幅等。
技术实现思路
本公开的方案提供了用于多晶硅表征的方法。该方法包括接收在样品衬底上形成的多晶硅结构的图像数据。该图像数据在空间域中并且由透射电子显微镜(TEM)生成。此外，该方法包括在频域中提取该图像数据的频谱。然后，该方法包括选择该频谱的子集，该频谱的子集对应于第一取向的第一晶粒的特征，并且将该频谱的所选子集变换到空间域来构造该第一取向的该第一晶粒的第一空间图像。在一些实施例中，该方法包括：根据所述第一空间图像中像素的亮度，检测第一晶粒中晶粒的边界，并且根据所检测到的边界，确定第一晶粒中晶粒的尺寸。此外，在一些示例中，该方法包括：根据第一空间图像中像素的亮度，计算该第一晶粒的第一面积。根据本公开的一个方案，该方法包括：选择所述空间频谱的子集，所选空间频谱的子集分别对应于各个潜在取向的晶粒的特征,并且将该空间频谱的子集分别变换到空间域以针对该各个潜在取向构造空间图像。在一些实施例中，该方法包括：根据所述各个空间图像中像素的亮度，在各个空间图像中为所述各个潜在取向计算所述晶粒的面积，并且将这些面积相加，来为这些潜在取向计算所述晶粒的总面积。此外，在一些示例中，该方法包括：基于所述晶粒的总面积与所述多晶硅结构的面积之比确定多晶硅结晶率(PCR)。然后，该方法包括将该PCR与基于生产衬底上的器件的电性能要求确定的PCR阈值进行比较，其中制造该生产衬底为所述器件形成多晶硅沟道，其中样品衬底用于监控该多晶硅沟道的质量，并且基于该比较确定针对生产衬底的进一步动作。为了在所述频域中提取所述图像数据的频谱，在一些示例中，该方法包括对所述多晶硅结构的图像数据执行傅立叶变换。为了将所述频谱的所选子集变换到所述空间域来构造所述第一取向的所述第一晶体的第一空间图像，在一些示例中，该方法包括对该频谱的所选子集执行傅立叶逆变换。为了选择所述频谱的子集，该频谱的子集对应于所述第一方向的所述第一晶粒的特征，在一些示例中，该方法包括选择对应于该第一取向的该第一晶粒的至少一对频率分量。附图说明当结合附图阅读时，从以下具体描述中可以最好地理解本公开的各个方案。应注意，依据工业中的标准惯例，各种特征未按比例绘制。实际上，为了清楚讨论，可任意增加或减少各种特征的比例大小。图1根据本公开的一些实施例示出了概述过程示例的流程图；图2示出了沟道结构的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图像；图3示出了HRTEM图像频域中功率谱的说明图；图4根据本公开的一些实施例示出了可视化多晶硅层晶粒的图；图5A和图5B示出了器件性能参数与多晶硅质量的关系。具体实施方式以下公开提供了用于实现所提供的专利技术主题的不同特征的许多不同的实施例或示例。为简化本公开，下面描述了部件和布置的具体示例。当然这些仅仅是示例并且不旨在规定为限制的。例如，在随后的描述中，在第二特征上方或之上的第一特征的形成可包括其中该第一特征和第二特征以直接接触的形式形成的实施例，并且还可包括其中可在该第一和第二特征之间形成额外特征的实施例，以致该第一个第二特征可不直接接触。另外，本公开在各种示例中可重复引用数字标号和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且本身并不决定所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。此外，为了便于描述如图中所示的一个元件或特征与另一个(或多个)元件或特征的关系，本文中可使用诸如“在…之下”“下方”“较低的”“上方”“上方的”等的空间相对术语。除了图中所示的取向外，该空间相对术语旨在包含使用中或操作中所述器件的不同取向。装置可以其他方式定向(旋转90度或在其他取向上)并且同样可相应地解释本文中使用的该空间相对描述语。本公开的方案提供用于多晶硅质量表征的方法。该方法基于图像数据的图像处理，该图像数据由透射电子显微镜(TEM)生成，比如能够达到晶格分辨率的高分辨率TEM(HRTEM)。由于使用HRTEM，该方法可以处理小尺寸样品的表征。在一些示例中，该方法用于三维(3D)NAND存储器件被完全制造之前表征在3DNAND存储器件中存储单元的沟道区域。在一个示例中，该沟道区域由10nm厚度或更薄的多晶硅形成。虽然HRTEM仍然可以生成该沟道区域的图像数据，但是诸如电子背散射衍射(EBSD)的其他方法难以表征这种小尺寸的沟道区域。同样，与其他基于在3DNAND存储器件中器件的电特性、在制作过程的后期中或之后制定决策的方法相比较，基于本公开的多晶硅表征，在制造过程中可更早地(比如在制造过程的前期)制定合适的决策，比如停止加工或丢弃低多晶硅质量的晶圆批次(waferlot)。因此，本公开中提供的方法可更早地检测低多晶硅质量的晶圆批次并且节约了进一步加工低多晶硅质量的晶圆批次的制造成本。应注意，虽然3DNAND存储器件在本公开中用作多晶硅表征的示例，但应理解本公开的用于表征多晶硅的方法可在其他合适的器件中用于表征多晶硅质量。图1根据本公开的一些实施例示出了概述工艺过程示例100的流程图。该工艺过程100用于例如在3DNAND存储器件制造期间表征用于存储单元的沟道材料器件，比如多晶硅材料。过程100始于S101并进行到S110。在S110，为TEM准备样品。在一些示例中，用产品晶圆加工样品晶圆来形成沟道区域。该产品晶圆被用来生产3DNAND存储器件，并且该样品晶圆被用来多晶硅表征。在一些示例中，该样品晶圆是报废晶圆，并且被适当地加工，比如抛光和清洁，并且在制造期间被用来表征目的。在一些示例中，从所述3DNAND存储器件的制造过程开始，用该产品晶圆加工该样品晶圆，并且在形成所述沟道区域之前，该样品晶圆经历相同的处理步骤。在一些其他示例中，该样品晶圆在合适的制造步骤与该产品晶圆结合以形成所述沟道区域。在一些其他示例中，为样品晶圆跳过一些与多晶硅沟道无关并且不影响多晶硅沟道质量的制造步骤。在一些实施例中，后栅极工艺被用来生产3DNAND存储器件。在后栅极工艺期间，例如，牺牲层和绝缘层交替地沉积在诸如产品晶圆和样品晶圆的衬底上。然后，光刻技术被用来在光刻胶和/或硬掩模层中定义沟道孔图案，并且蚀刻技术被用来将该图案转录到牺牲层和绝缘层的堆叠层中，并且被用来形成沟道孔。然后，在沟道孔中形成沟道结构。在一个示例中，在沟道孔中和该沟道孔侧表面上沉积多晶硅层和其他合适的层(例如，氧化物层等)。在一些实施方案中，将所述样品晶圆切成分别具有一个或多个沟道结构的样品切片。然后例如从背面(非所述沟道结构侧)抛光该样品切片来减少该样品切片的厚度以适应诸如HRTEM的TEM。在S120，将样品切片送到实验室供诸如HRTEM的TEM使用。在一些实施例中，HRTEM在空间域中生成所述样品的高分辨率图像。图2示出了沟道结构的HRTEM图像200。该沟道结构在沟道孔中包括多个环形层。如图2中209所示，该多个环形层之一由多晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多晶硅表征的方法，包括：接收在样品衬底上形成的多晶硅结构的图像数据，所述图像数据在空间域中并且由透射电子显微镜(TEM)生成；在频域中提取所述图像数据的频谱；选择所述频谱的对应于第一取向的第一晶粒的特征的子集；和将所述频谱的所选子集变换到空间域中来构造所述第一取向的所述第一晶粒的第一空间图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多晶硅表征的方法，包括：接收在样品衬底上形成的多晶硅结构的图像数据，所述图像数据在空间域中并且由透射电子显微镜(TEM)生成；在频域中提取所述图像数据的频谱；选择所述频谱的对应于第一取向的第一晶粒的特征的子集；和将所述频谱的所选子集变换到空间域中来构造所述第一取向的所述第一晶粒的第一空间图像。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据所述第一空间图像中像素的亮度，检测所述第一晶粒中晶粒的边界；和根据所检测到的边界，确定所述第一晶粒中所述晶粒的尺寸。3.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据所述第一空间图像中像素的亮度计算所述第一晶粒的第一面积。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：选择空间频谱的子集，所述空间频谱的所述子集分别对应于各个潜在取向的晶粒的特征；和分别将所述空间频谱的所述子集变换到所述空间域，以针对所述各个潜在取向构造空间图像。5.根据权利要求4所述的方法，还包括：根据所述各个空间图像中像素的亮度，在所述各个空间图像中针对所述各个潜在取向计算所述晶粒的面积；和将所述面积相加，以计算所述潜在取向的所述晶粒的总面积。6.根据权利要求5所述的方法，还包括：基于所述晶粒的所述总面积和所述多晶硅结构的面积的比确定多晶硅结晶率(PCR)。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：将所述PCR与PCR阈值进行比较，所述PCR阈值是基于生产衬底上器件的电性能要求确定的，制造所述生产衬底来为所述器件形成多晶硅沟道，其中所述样品衬底用于监测所述多晶硅沟道的质量；基于所述比较，确定对所述生产衬底的下一步动作。8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述频域中提取所述图像数据的所述频谱还包括：对所述多晶硅结构的所述图像数据执行傅立叶变换。9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述频谱的所选子集变换到空间域中来构造所述第一取向的所述第一晶粒的所述第一空间图像还包括：对所述频谱的所选子集执行傅立叶逆变换。10.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述频谱的对应于第一取向的第一晶粒的特征的所述子集还包括：选择对应于所述第一取向的所述第一晶体的至少一对频率分量。11.一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，当计算机执行所述指令时，使所述计算机执行：接收在样品衬底上形成的多晶硅结构的图像数据，所述图像数据在空间域中并...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘均展，沈超，夏志良，魏强民，李磊，宋海，王秉国，
申请(专利权)人：长江存储科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42