用于测量微结构中的横向深度的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术的方法应用光谱测量来确定微结构的侧壁中的横向凹陷深度。该结构被形成在更大的衬底上且该侧壁相对于该衬底处于直立位置，并且该凹陷与该衬底基本上平行地延伸。该凹陷可以是蚀刻深度。能量束被定向在该结构处。落在该结构上的入射束产生光谱响应。该响应包括与该衬底以及该结构的一个或多个材料相关的一个或多个峰值。从所述一个或多个峰值中导出表示横向凹陷深度的参数，所述参数具有先前确立的与所述深度的一对一关系。使用先前确立的关系来从所测得的参数中导出该深度。关系来从所测得的参数中导出该深度。关系来从所测得的参数中导出该深度。

【技术实现步骤摘要】
用于测量微结构中的横向深度的方法和装置


[0001]本专利技术涉及半导体加工中产生的图案化微结构的计量领域。在本说明书的上下文中，微结构是具有各个特征的尺寸的结构，例如鳍的宽度和长度，数量级为纳米到一微米或更多微米。

技术介绍

[0002]半导体加工行业一直受到器件、单元和功能的缩放的推动，以保持单位面积性能和成本的稳定增长，从而使10nm以下的器件架构成为HVM(大批量制造)现实。然而，由于它们极小的纳米级尺寸，上述器件的制造需要对其几何形状进行精确控制，尤其是CD(临界尺寸)。与此同时，4nm及以上的技术节点将看到对埋藏信息的3D计量需求增加。在横向腔蚀刻的情况下，一定量的材料被横向移除，例如在氮化物和/或氧化物堆叠下方，这极大地阻碍了对蚀刻深度参数的精确控制。这种监测通常通过涉及临界尺寸扫描电子显微镜(CD
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SEM)或光学临界尺寸(OCD)的计量步骤来完成，但是CD
‑
SEM对这种埋藏信息不敏感，并且OCD依赖于复杂的模型，其中化合物(氧化物、氮化物、多晶硅等)堆叠的许多几何参数可能与腔深度相关，以使得后者不能通过拟合来唯一地确定。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目标是提供针对在前一段落中陈述的问题的解决方案。该目标通过所附权利要求书中公开的方法和装置来达成。
[0004]本专利技术的方法应用光谱测量来确定微结构的侧壁中的横向凹陷深度。该结构被形成在更大的衬底上且该侧壁相对于该衬底处于直立位置，并且该凹陷与该衬底基本上平行地延伸。该凹陷可以是通过相对于两个相邻层蚀刻第一层来获得的蚀刻深度，各层与衬底平行地定向，蚀刻工艺从侧壁向内进展。根据本专利技术的方法，能量束被定向在衬底处。落在该结构上的入射束产生分别由检测器和处理单元来捕获和处理的光谱响应。该响应包括与该衬底以及该结构的一个或多个材料相关的一个或多个峰值。根据本专利技术，从所述一个或多个峰值中导出表示横向凹陷深度的参数，所述参数具有先前确立的与所述深度的一对一关系。使用先前确立的关系来从所测得的参数中导出该深度。
[0005]该方法是快速的，并且根据大部分实施例，该方法是非侵入式的，并因此表示对埋藏结构执行计量的一种方式，而没有诸如CD
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SEM或OCD等现有技术的缺点。该方法可用于半导体加工线中的横向深度的在线测量。
[0006]本专利技术尤其涉及一种用于测量位于衬底上的微结构中的横向凹陷深度的方法，该结构具有相对于该衬底处于直立位置的细长侧壁，该结构包括从该侧壁向内形成并且与该衬底的表面基本上平行地延伸的至少一个凹陷，该方法包括以下步骤：
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将能量束定向在该结构处，
[0008]‑
测量由入射束与该结构之间的相互作用产生的光谱响应，
[0009]‑
检测该响应中的一个或多个峰值并从所述一个或多个峰值中导出表示凹陷深度
的参数值，所述参数具有先前确立的与该凹陷深度的一对一关系，
[0010]‑
使用先前确立的关系来从检测到的参数值中导出该凹陷深度。
[0011]根据一实施例，该结构包括与该衬底的表面基本上平行定向的至少一个第一层，该层被夹在两个相邻层之间，并且其中该第一层相对于相邻层是凹陷的，该凹陷是从侧壁向内形成的。
[0012]根据一实施例，该第一层是由第一材料形成的，而相邻层是由不同于第一材料的第二材料形成的。
[0013]根据一实施例：
[0014]‑
该衬底是硅衬底，
[0015]‑
该结构是具有两个细长侧壁的鳍形结构，并且其中该第一层和相邻层在所述两个侧壁之间延伸，
[0016]‑
该第一材料是SiGe并且该第二材料是Si，
[0017]‑
该能量束是激光束并且该光谱响应是拉曼响应，
[0018]‑
鳍结构包括与该衬底一致的硅基底部分以及所述基底部分上的硅纳米片的堆叠，这些硅纳米片通过相对于所述硅纳米片凹陷的SiGe层彼此隔开并与基底部分隔开，
[0019]‑
该参数是拉曼光谱中与硅原子在SiGe层中的振动相关的强度峰值和与硅原子在硅衬底、基底部分和/或硅纳米片中的振动相关的强度峰值之间的比值，
[0020]‑
先前确立的关系是线性的。
[0021]根据一实施例，凹陷深度是在其中该第一层是相对于相邻层被渐进地蚀刻的工艺中形成的蚀刻深度，该蚀刻工艺从侧壁向内进展。
[0022]根据一实施例，能量束是激光束，该激光束的光在侧壁的长度方向上极化，并且光谱响应是拉曼光谱响应。
[0023]根据一实施例，能量束是电子束，并且光谱响应是能量色散X射线光谱响应。
[0024]根据一实施例，能量束是X射线束，并且该光谱响应是X射线光电子光谱响应。
[0025]根据一实施例，能量束是离子束，并且光谱响应是二次离子质谱响应。
[0026]根据一实施例，先前确立的关系是线性关系。
[0027]本专利技术等同地涉及一种用于执行根据本专利技术的方法的装置，该装置包括：
[0028]‑
能量束源，
[0029]‑
检测器，
[0030]‑
处理单元，其被配置成在对结构应用如所附权利要求1所述的方法时执行以下步骤：
[0031]获取来自检测器的光谱响应，
[0032]在该光谱响应的基础上确定该参数的值，
[0033]从所获取的参数值并从先前确立的一对一关系中导出凹陷深度。
[0034]根据一实施例，源是激光源并且检测器和处理单元被配置成用于拉曼光谱。
[0035]本专利技术等同地涉及被配置成在处理单元上运行并执行所附权利要求11所述的步骤的计算机程序产品。
[0036]本专利技术等同地涉及根据本专利技术的方法的用途，该方法用于在半导体加工线中执行对横向凹陷深度的在线测量。
[0037]本专利技术等同地涉及根据本专利技术的装置的用途，该装置用于在半导体加工线中执行对凹陷深度的在线测量。
附图说明
[0038]图1a到1d示出了蚀刻工艺的各渐进阶段，该蚀刻工艺被应用于对其应用本专利技术的方法的鳍形结构。
[0039]图2示出了通过本专利技术的方法从图1所示的结构获取的典型拉曼光谱。
[0040]图3示出了来自光谱的两个特性峰值强度的比值与蚀刻时间之间的关系。
[0041]图4示出了图3中表示的同一比值，但现在因变于蚀刻深度之间的关系。
[0042]图5a和5b示出了将本专利技术的方法应用于叉片型鳍结构阵列。
[0043]图6示出了对于图5a和5b所示的叉片型结构的通过使用不同的光谱技术的方法来导出的各种参数与蚀刻深度之间的关系。
具体实施方式
[0044]在半导体可靠性和表征中，光谱被用作测量机械应力、成分、掺杂和相位的工具。众所周知的光谱技术包括X射线光电子能谱(XPS)、能量色散X射线光谱(EDS)和拉曼光谱。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量位于衬底上的微结构中的横向凹陷深度的方法，所述结构具有相对于所述衬底处于直立位置的细长侧壁，所述结构包括从所述侧壁向内形成并与所述衬底的表面基本上平行地延伸的至少一个凹陷，所述方法包括以下步骤：将能量束定向在所述结构处，测量由入射束与所述结构之间的相互作用产生的光谱响应，检测所述响应中的一个或多个峰值并从所述一个或多个峰值中导出表示凹陷深度的参数值，所述参数具有先前确立的与所述凹陷深度的一对一关系，使用先前确立的所述关系来从检测到的参数值中导出所述凹陷深度。2.如权利要求1所述的方法，其中所述结构包括与所述衬底的表面基本上平行定向的至少一个第一层，该层被夹在两个相邻层之间，并且其中所述第一层相对于所述相邻层是凹陷的，所述凹陷是从所述侧壁向内形成的。3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一层是由第一材料形成的，而所述相邻层是由不同于所述第一材料的第二材料形成的。4.如权利要求3所述的方法，其中：所述衬底是硅衬底，所述结构是具有两个细长侧壁的鳍形结构，并且其中所述第一层和所述相邻层在所述两个侧壁之间延伸，所述第一材料是SiGe并且所述第二材料是Si，所述能量束是激光束并且所述光谱响应是拉曼响应，所述鳍结构包括与所述衬底一致的硅基底部分，以及所述基底部分上的硅纳米片的堆叠，所述硅纳米片通过相对于所述硅纳米片凹陷的SiGe层彼此隔开并与所述基底部分隔开，所述参数是拉曼光谱中与硅原子在所述SiGe层中的振动相关的强度峰值和与硅原子在所述硅衬底、所述基底部分和/或所述硅纳米片中的振动相关的强度峰值之间的比值，先前确立的所述关系是线性的。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：