CN110553601A

CN110553601A - 刻蚀结构的形貌分析方法及装置

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Publication number: CN110553601A
Application number: CN201910843115.XA
Authority: CN
Inventors: 王凡
Original assignee: Yangtze Memory Technologies Co Ltd
Current assignee: Yangtze Memory Technologies Co Ltd
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2019-12-10
Anticipated expiration: 2039-09-06
Also published as: CN110553601B

Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种刻蚀结构的形貌分析方法及装置。所述刻蚀结构的形貌分析方法包括如下步骤：提供一衬底，所述衬底内具有刻蚀结构；填充满所述刻蚀结构，形成填充结构；去除所述衬底，暴露所述填充结构；分析所述填充结构，获取所述刻蚀结构的形貌。本发明简化了刻蚀结构的形貌分析步骤，提高了刻蚀结构形貌分析的准确度。

Description

刻蚀结构的形貌分析方法及装置

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种刻蚀结构的形貌分析方法及装置。

背景技术

随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战：物理极限、现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难以及追求更低的单位存储单元的生产成本，各种不同的三维(3D)闪存存储器结构应运而生，例如3D NOR(3D或非)闪存和3D NAND(3D与非)闪存。

在3D NAND存储器等半导体器件结构中，通常需要通过刻蚀工艺形成深孔、沟槽等刻蚀结构。但是，当前在形成深孔或者沟槽等刻蚀结构之后，无法对刻蚀结构的形貌进行准确的分析，从而限制了对半导体器件工艺的改进。

因此，如何简化刻蚀结构的形貌分析步骤，改善半导体器件的制程工艺，以提高半导体器件的性能，是当前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种刻蚀结构的形貌分析方法及装置，用于解决现有技术在对刻蚀结构的形貌进行分析的过程中操作繁琐的问题，以改善半导体制程工艺。

为了解决上述问题，本发明提供了一种刻蚀结构的形貌分析方法，包括如下步骤：

提供一衬底，所述衬底内具有刻蚀结构；

填充满所述刻蚀结构，形成填充结构；

去除所述衬底，暴露所述填充结构；

分析所述填充结构，获取所述刻蚀结构的形貌特征。

可选的，填充满所述刻蚀结构的具体步骤包括：

选择一填充材料，所述填充材料与形成所述衬底的材料之间的刻蚀选择比大于预设值；

沉积填充材料至所述刻蚀结构，形成至少填充满所述刻蚀结构的填充结构。

可选的，所述衬底包括相对分布的上表面和下表面，所述刻蚀结构自所述上表面向所述衬底内部延伸；沉积填充材料至所述刻蚀结构的具体步骤包括：

沉积填充材料至所述刻蚀结构内，形成填充满所述刻蚀结构且覆盖所述上表面的填充结构。

可选的，暴露所述填充结构的具体步骤包括：

刻蚀所述衬底，完全暴露所述填充结构。

可选的，分析所述填充结构的具体步骤包括：

对所述填充结构进行三维扫描，建立三维模型；

分析所述三维模型，获取所述刻蚀结构的形貌。

可选的，建立三维模型的具体步骤包括：

采用一预设波长的光线对所述填充结构进行非接触式三维扫描，建立三维模型；

显示所述三维模型于一显示界面。

可选的，所述刻蚀结构的形貌特征包括所述刻蚀结构顶部的特征尺寸、所述刻蚀结构底部的特征尺寸、所述刻蚀结构的倾斜度、所述刻蚀结构的弯曲度、所述刻蚀结构中部的特征尺寸、所述刻蚀结构的高度中的一种或者多种。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种刻蚀结构的形貌分析装置，包括：

获取模块，用于对一填充结构进行三维扫描，以建立所述填充结构的三维模型，所述填充结构是通过填充满一衬底内部的刻蚀结构、并去除所述衬底之后得到的；

分析模块，用于分析所述三维模型，获取所述刻蚀结构的形貌特征。

可选的，所述获取模块用于采用一预设波长的光线对所述填充结构进行非接触式三维扫描，以建立三维模型。

可选的，还包括：

显示模块，用于将所述三维模型显示于一显示界面。

本发明提供的刻蚀结构的形貌分析方法及装置，通过对衬底内部的刻蚀结构进行填充，形成填充结构，在去除衬底之后，对暴露的填充结构进行分析，从而直观、准确的了解刻蚀结构的形貌特征，简化了刻蚀结构的形貌分析步骤，提高了刻蚀结构形貌特征分析的准确度。

附图说明

附图1是本发明具体实施方式中刻蚀结构的形貌分析方法流程图；

附图2A-2D是本发明具体实施方式在对刻蚀结构进行形貌分析的过程中主要工艺结构示意图；

附图3是本发明具体实施方式中刻蚀结构的形貌分析装置结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的刻蚀结构的形貌分析方法及装置的具体实施方式做详细说明。

在3D NAND存储器等半导体器件的制备过程中，经常需要形成沟槽、沟道孔等刻蚀结构，对刻蚀结构的形貌进行准确分析，获取刻蚀结构的各种形貌特征参数，是改进半导体器件制程工艺的重要步骤。当前主要采用两种方法对刻蚀结构的形貌进行分析：一种是，采用高压扫描电镜(High-Voltage Scanning Electron Microscope，HV-SEM)，但是，这种方法只能测得刻蚀结构顶部和底部的特征尺寸，对于刻蚀结构的弯曲状态、刻蚀结构中部的特征尺寸等参数无法获得，而且为了确保检测结果的准确性，这种方法后续必须要再次进行透射电镜(Transmission Electron Microscope，TEM)校验，操作相当繁琐；另一种是，通过建立模型库来对刻蚀结构的形貌进行检测，但是，这种方法不能直接测量实际的刻蚀结构，因此后续还是需要借助于透射电镜进行校验，操作也是相当繁琐，而且可靠性较低。

为了简化衬底内刻蚀结构的形貌分析步骤，提高刻蚀结构形貌分析的可靠性，本具体实施方式提供了一种刻蚀结构的形貌分析方法，附图1是本发明具体实施方式中刻蚀结构的形貌分析方法流程图，附图2A-2D是本发明具体实施方式在对刻蚀结构进行形貌分析的过程中主要工艺结构示意图。本具体实施方式中所述的刻蚀结构可以是但不限于3DNAND存储器等制造过程中的刻蚀结构。如图1、图2A-图2D所示，本具体实施方式提供的刻蚀结构的形貌分析方法，包括如下步骤：

步骤S11，提供一衬底20，所述衬底20内具有刻蚀结构21，如图2A所示。

具体来说，所述衬底20可以为Si衬底、Ge衬底、SiGe衬底、SOI(Silicon OnInsulator，绝缘体上硅)衬底或GOI(Germanium On Insulator，绝缘体上锗)衬底等半导体衬底，也可以为氮化物、氧化物、氮氧化物等材料形成的绝缘衬底。所述刻蚀结构21是指通过干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺等方法在所述衬底20内形成的孔或者沟槽等结构。本具体实施方式对所述刻蚀结构21的数量、形状以及形成工艺并没有限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。图2A中示出的衬底20中具有5个刻蚀结构。

步骤S12，填充满所述刻蚀结构21，形成填充结构22，如图2B所示。

本领域技术人员可以根据实际需要选择用于填充所述刻蚀结构21的填充材料，例如根据对所述刻蚀结构21进行形貌分析的精度要求、所述衬底20的材料等。

为了进一步提高所述刻蚀结构形貌分析的准确度，可选的，填充满所述刻蚀结构21的具体步骤包括：

选择一填充材料，所述填充材料与形成所述衬底20的材料之间的刻蚀选择比大于预设值；

沉积填充材料至所述刻蚀结构21，形成至少填充满所述刻蚀结构21的填充结构22。

具体来说，所述预设值的具体数值本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如当对所述刻蚀结构的形貌分析的精准性、全面性要求较高时，以能够刻蚀所述衬底20、且完全不刻蚀所述填充材料为宜。

本具体实施方式中可以采用等离子体填充工艺沉积填充材料于所述刻蚀结构21内部，且在填充的过程中，可以根据实际需要调整填充参数，例如增大填充压力、升高填充材料的温度等，使得所述填充材料具有较好的流动性，从而能充分、紧密的填充满所述刻蚀结构21，进而使得形成的所述填充结构22能够准确的反映所述刻蚀结构21的整体形貌。

可选的，所述衬底20包括相对分布的上表面和下表面，所述刻蚀结构21自所述上表面向所述衬底20内部延伸；沉积填充材料至所述刻蚀结构21的具体步骤包括：

沉积填充材料至所述刻蚀结构21内，形成填充满所述刻蚀结构21且覆盖所述上表面的填充结构22。

具体来说，所述填充结构22包括填充于一个所述刻蚀结构21内部的第一部分222以及覆盖于所述衬底20的上表面的所述第二部分221，如图2C所示，这样，一方面，在转移所述填充结构22的过程中，避免与所述第一部分接触，进一步确保所述填充结构22能真实、准确的反映所述刻蚀结构21的形貌；另一方面，对于具有多个所述刻蚀结构21的所述衬底20，可以通过所述第二部分221同时转移与多个所述刻蚀结构21分别对应的多个所述第一部分222，以便于同时对多个所述刻蚀结构21的形貌进行分析。

步骤S13，去除所述衬底20，暴露所述填充结构22，如图2C所示。

本领域技术人员可以根据形貌分析的具体要求，选择去除所述衬底20的量，例如如果是仅对所述刻蚀结构21的底部特征尺寸进行分析，则只需去除部分所述衬底，暴露所述填充结构22的底部。为了能够充分的对所述刻蚀结构21的整体形貌进行分析，以便于更好的对半导体制程工艺进行改进，可选的，暴露所述填充结构22的具体步骤包括：

刻蚀所述衬底20，完全暴露所述填充结构22。

可选的，所述衬底20材料为非金属材料，所述填充材料为金属材料，刻蚀所述衬底20的具体步骤包括：

采用酸性刻蚀剂刻蚀所述衬底20。

可选的，所述衬底20的材料为硅，所述填充材料为钨，所述酸性刻蚀剂为氢氟酸。

本具体实施方式中可以通过化学反应去除所述衬底20，以避免物理去除工艺对所述填充结构22的损伤。举例来说，所述衬底20的材料为硅、所述填充材料为钨、所述酸性刻蚀剂为氢氟酸时，硅与氢氟酸发生化学反应，生成SiF₄气体和H₂，且氢氟酸不与钨反应，从而能够充分的去除所述衬底，使得所述填充结构22完整的暴露。

步骤S14，分析所述填充结构22，如图2D所示，获取所述刻蚀结构21的形貌特征。

可选的，分析所述填充结构22的具体步骤包括：

对所述填充结构22进行三维扫描，建立三维模型；

分析所述三维模型，获取所述刻蚀结构21的形貌。

可选的，建立三维模型的具体步骤包括：

采用一预设波长的光线对所述填充结构22进行非接触式三维扫描，建立三维模型；

显示所述三维模型于一显示界面25。

可选的，所述刻蚀结构21的形貌特征包括所述刻蚀结构顶部的特征尺寸、所述刻蚀结构底部的特征尺寸、所述刻蚀结构的倾斜度、所述刻蚀结构的弯曲度、所述刻蚀结构中部的特征尺寸、所述刻蚀结构的高度中的一种或者多种。本具体实施方式中所述的“多种”是指两种及两种以上。

具体来说，在获得如图2C所示的填充结构22之后，将所述填充结构22置于一扫描腔室23中，采用能够发射预设波长光线的光源24对所述填充结构22进行非接触式三维扫描，建立所述填充结构22的三维模型，并将所述三维模型显示于所述显示界面25。之后，工程师可以根据实际需要在所述显示界面25对所述三维模型进行各种形貌特征的分析。

不仅如此，本具体实施方式还提供了一种刻蚀结构的形貌分析装置，附图3是本发明具体实施方式中刻蚀结构的形貌分析装置结构框图。本具体实施方式中用于分析的填充结构可以采用如图1、图2A-图2D所示的方法获得。如图1、图2A-图2D和图3所示，本具体实施方式提供的刻蚀结构的形貌分析装置，包括：

获取模块30，用于对一填充结构22进行三维扫描，以建立所述填充结构22的三维模型，所述填充结构22是通过填充满一衬底20内部的刻蚀结构21、并去除所述衬底20之后得到的；

分析模块32，用于分析所述三维模型，获取所述刻蚀结构21的形貌特征。

可选的，所述获取模块30用于采用一预设波长的光线对所述填充结构22进行非接触式三维扫描，以建立三维模型。

可选的，所述刻蚀结构的形貌分析装置还包括：

显示模块31，用于将所述三维模型显示于一显示界面25。

可选的，所述刻蚀结构21的形貌特征包括所述刻蚀结构顶部的特征尺寸、所述刻蚀结构底部的特征尺寸、所述刻蚀结构的倾斜度、所述刻蚀结构的弯曲度、所述刻蚀结构中部的特征尺寸、所述填充结构的高度中的一种或者多种。

本具体实施方式提供的刻蚀结构的形貌分析方法及装置，通过对衬底内部的刻蚀结构进行填充，形成填充结构，在去除衬底之后，对暴露的填充结构进行分析，从而直观、准确的了解刻蚀结构的形貌，简化了刻蚀结构的形貌分析步骤，提高了刻蚀结构形貌分析的准确度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种刻蚀结构的形貌分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供一衬底，所述衬底内具有刻蚀结构；

填充满所述刻蚀结构，形成填充结构；

去除所述衬底，暴露所述填充结构；

分析所述填充结构，获取所述刻蚀结构的形貌特征。

2.根据权利要求1所述的刻蚀结构的形貌分析方法，其特征在于，填充满所述刻蚀结构的具体步骤包括：

3.根据权利要求2所述的刻蚀结构的形貌分析方法，其特征在于，所述衬底包括相对分布的上表面和下表面，所述刻蚀结构自所述上表面向所述衬底内部延伸；沉积填充材料至所述刻蚀结构的具体步骤包括：

4.根据权利要求3所述的刻蚀结构的形貌分析方法，其特征在于，暴露所述填充结构的具体步骤包括：

刻蚀所述衬底，完全暴露所述填充结构。

5.根据权利要求1所述的刻蚀结构的形貌分析方法，其特征在于，分析所述填充结构的具体步骤包括：

对所述填充结构进行三维扫描，建立三维模型；

分析所述三维模型，获取所述刻蚀结构的形貌。

6.根据权利要求5所述的刻蚀结构的形貌分析方法，其特征在于，建立三维模型的具体步骤包括：

显示所述三维模型于一显示界面。

7.根据权利要求1所述的刻蚀结构的形貌分析方法，其特征在于，所述刻蚀结构的形貌特征包括所述刻蚀结构顶部的特征尺寸、所述刻蚀结构底部的特征尺寸、所述刻蚀结构的倾斜度、所述刻蚀结构的弯曲度、所述刻蚀结构中部的特征尺寸、所述刻蚀结构的高度中的一种或者多种。

8.一种刻蚀结构的形貌分析装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的刻蚀结构的形貌分析装置，其特征在于，所述获取模块用于采用一预设波长的光线对所述填充结构进行非接触式三维扫描，以建立三维模型。

10.根据权利要求8所述的刻蚀结构的形貌分析装置，其特征在于，还包括：

显示模块，用于将所述三维模型显示于一显示界面。

11.根据权利要求8所述的刻蚀结构的形貌分析装置，其特征在于，所述刻蚀结构的形貌特征包括所述刻蚀结构顶部的特征尺寸、所述刻蚀结构底部的特征尺寸、所述刻蚀结构的倾斜度、所述刻蚀结构的弯曲度、所述刻蚀结构中部的特征尺寸、所述刻蚀结构的高度中的一种或者多种。