CN110832631A - 用于检测深度特征中的缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于检测高深宽比沟道孔、通孔或沟槽中的缺陷的方法。首先,提供衬底,所述衬底上具有膜堆叠以及膜堆叠中的多个深度特征。所述多个深度特征中的至少一个深度特征包括缺陷。然后,对衬底进行光学检查过程。衬底由宽带光束照射。由检测器收集从衬底散射和/或反射的一些宽带DUV光束,从而产生膜堆叠中的多个深度特征的亮场照明图像。
Description
技术领域
本公开涉及缺陷检查方法。更具体而言,本公开涉及一种用于捕获在诸如孔、通孔、缝隙和/或沟槽的深度(高深宽比)特征的底部处的缺陷的非破坏性方法。
背景技术
三维(3D)NAND存储器持续发展,随着堆叠变得越来越厚,单元密度变得越来越高,临界尺寸(CD)持续缩小。在3D NAND存储器制造过程中,随着膜堆叠层数的增加以及多堆叠技术的出现,检测下部堆叠,尤其是深度(高深宽比)特征,例如孔、通孔、缝隙和/或沟槽处的缺陷已变得越来越关键。
然而,由于沟道孔的高深宽比(40~100),难以实施检测缺陷的常规方法,例如沟道孔底部的欠蚀刻缺陷。现有方法主要通过利用酸洗去除表面膜以显露掩埋的缺陷,接着进行高灵敏度的缺陷检查,从而实现底部缺陷检测。现有方法很昂贵并且是一种破坏性的方法,其精确度低且难以满足生产要求。
因此,行业中非常需要提供一种有效方法来快速且直接地检测深度特征底部处的缺陷。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种改善的缺陷检查方法,能够以非破坏性、低成本、易操纵和在线的方式捕获像孔、通孔、缝隙和/或沟槽的深度特征底部处的缺陷。
根据本公开的一个方面,公开了一种用于检测深度(高深宽比)沟道孔、通孔、缝隙和/或沟槽中的缺陷的方法。首先,提供衬底,所述衬底上具有膜堆叠以及膜堆叠中的多个深度特征。多个深度特征中的至少一个包括缺陷。然后,对衬底进行光学检查过程。衬底由宽带光束照射。由检测器收集从衬底散射和/或反射的一些宽带DUV光束,从而产生膜堆叠中的多个深度特征的亮场照明图像。
根据一些实施例,所述缺陷是欠蚀刻缺陷。
根据一些实施例,所述欠蚀刻缺陷是多个深度特征中的至少一个深度特征的底部处剩余的残余多晶硅插塞。
根据一些实施例,所述宽带光束是宽带深紫外(DUV)光束。
根据一些实施例,所述宽带深紫外(DUV)光束具有270nm至400nm范围的波长。
根据一些实施例,例如,通过宽带光束在-0.2至-1.2范围的焦点处照射衬底。
根据一些实施例,所述衬底是半导体衬底。
根据一些实施例,所述膜堆叠是交替的氧化物/氮化物膜堆叠。
根据一些实施例,所述多个深度特征中的每一个深度特征都具有40至100范围的深宽比。
在阅读各附图所示的优选实施例的以下详细描述之后,本发明的这些和其他目的对于本领域普通技术人员来说毫无疑问将变得显而易见。
附图说明
附图被并入本文并形成说明书的一部分,例示了本公开的实施例并与说明书一起进一步用以解释本公开的原理,并使相关领域的技术人员能够做出和使用本公开。
图1是示意性截面图,其示出了根据本公开一个实施例的示范性3DNAND存储器件的关联部分(germane portion);以及
图2是根据本公开的一个实施例的示范性晶圆检查系统的示意图。
将参考附图来描述本公开的实施例。
具体实施方式
现在将具体地参考本发明的示范性实施例,在附图中示出了它们,以便理解和实施本公开并实现技术效果。可以理解的是,以下描述仅仅通过举例给出,而不是要限制本公开。本公开的各实施例以及实施例中彼此不冲突的各特征可以通过各种方式组合并重新布置。在不脱离本公开的精神和范围的情况下,对本公开做出的修改、等价或改进能够被本领域的技术人员理解并意在被涵盖在本公开的范围之内。
要指出的是,在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示范性实施例”“一些实施例”等表示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性,但未必每个实施例都包括该特定的特征、结构或特性。此外,这样的措辞未必是指相同的实施例。
另外,在结合实施例描述特定的特征、结构或特性时,结合明确或未明确描述的其他实施例实现此类特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围之内。
通常,可以至少部分从使用语境来理解术语。例如,至少部分取决于语境,可以使用本文中使用的术语“一个或多个”描述单数意义的特征、结构或特性,或者可以用于描述复数意义的特征、结构或特性的组合。类似地,至少部分取决于语境,诸如“一”、“一个”或“该”的术语也可以被理解为传达单数使用或传达复数使用。
应当容易理解,本公开中的“在……上”、“在……上方”和“在……之上”的含义应当以最宽方式被解读,使得“在……上”不仅表示“直接在“某物”上”而且包括在某物“上”且之间有居间特征或层,并且“在……上方”或“在……之上”不仅表示“在“某物”上方”或“在“某物”之上”,而且还可以包括“在“某物”上方”或“在“某物”之上”且之间没有居间特征或层(即,直接在某物上)的意思。
此外,文中为了便于说明可以采用空间相对术语,例如,“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等,以描述一个元件或特征与其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。所述设备可以具有其他取向(旋转90度或者位于其他取向上),并照样相应地解释文中采用的空间相对描述词。术语“垂直”是指垂直于半导体衬底表面的方向,术语“水平”是指平行于半导体衬底表面的任何方向。
使用光学或电子束成像的晶圆检查是用于调试半导体制造工艺,监测工艺变化并且改善半导体行业中的生产良率的重要技术。随着现代集成电路(IC)的尺度一直减小以及制造工艺的复杂性一直增大,检查变得越来越难。如前所述,用于定位高深宽比(HAR)孔或深孔中的掩埋缺陷的当前检查方法利用破坏性的晶圆回蚀以暴露工艺问题,例如欠蚀刻缺陷,接着是高灵敏度缺陷检查。当前还没有对诸如沟道孔的完全HAR轮廓的非破坏性快速测量。
本公开涉及一种用于检测类似沟道孔、通孔、缝隙或沟槽的深度(高深宽比)特征中的缺陷的方法。首先,提供衬底,所述衬底上具有膜堆叠以及膜堆叠中的多个深度特征。所述多个深度特征中的至少一个深度特征包括欠蚀刻缺陷,例如在所述多个深度特征中的至少一个深度特征底部处剩余的残余多晶硅插塞。然后,对所述衬底进行光学检查过程。由宽带深紫外(DUV)光束照射所述衬底。由检测器收集从所述衬底散射和/或反射的一些宽带DUV光束,从而产生所述膜堆叠中的多个深度特征的亮场照明图像。
图1是示意性截面图,其示出了根据本公开一个实施例的示范性3DNAND存储器件的关联部分。如图1中所示,提供衬底10。衬底10可以是半导体衬底。根据一个实施例,例如,衬底10可以包括硅衬底。根据一些实施例,例如,衬底10可以包括绝缘体上硅(SOI)衬底、SiGe衬底、SiC衬底或外延衬底,但不限于此。可以在衬底10上形成用于制造诸如3DNAND闪存存储器阵列的三维(3D)存储单元阵列的膜堆叠20。
例如,膜堆叠20可以具有大约4~8μm的厚度,但不限于此。例如,膜堆叠20可以是交替的氧化物/氮化物膜堆叠,包括交替的氧化物层202和氮化物层204的多个层。根据一个实施例,例如,氮化物层204可以是牺牲氮化硅层并且可在后期阶段被选择性地去除。在选择性地去除氮化物层204之后,可以在氮化物层204的地方沉积导体层,所述导体层可以充当字线条或栅电极。
要理解的是衬底10可以包括在其上制造的集成电路,例如用于3D存储单元阵列的驱动器电路,为了简单起见,所述驱动器电路在图中未示出。可以通过化学气相沉积(CVD)法、原子层沉积(ALD)法或本领域中已知的任何适当方法形成交替的氧化物层202和氮化物层204。
根据一个实施例,例如,诸如沟道孔的多个深度特征形成于膜堆叠20中。例如,多个深度特征中的每一个都具有40至100范围的深宽比。为了简单起见,在附图中仅示出了两个示范性沟道孔30a和30b。要理解的是沟道孔的阵列可以形成于膜堆叠20中。根据一个实施例,例如,沟道孔30a和30b是穿过膜堆叠20的中空柱形深孔。根据一个实施例,例如,可以通过使用诸如反应离子蚀刻(RIE)法的各向异性干法蚀刻来形成沟道孔30a和30b,但不限于此。
根据一个实施例,例如,沟道孔30a可以包括至少一个端部301a,其基本上垂直于衬底10的主表面10a延伸。端部301可以包括外延硅层310和覆盖外延硅层310的牺牲保护层320。例如,牺牲保护层320可以是具有5埃至100埃范围厚度的薄氧化硅层。例如,牺牲保护层320可以具有大约45埃的厚度。
根据一个实施例,例如,沟道孔30a还包括欠蚀刻缺陷302。根据一个实施例,例如,欠蚀刻缺陷302是沟道孔30a中剩余的残余多晶硅层或多晶硅插塞。根据一个实施例,例如,欠蚀刻缺陷302设置于牺牲保护层320上。根据一个实施例,例如,沟道孔30b包括由外延硅层310构成的端部301b。如同可以从这一附图中看出,从沟道孔30b完全去除多晶硅层和牺牲保护层并且从沟道孔30b的底部暴露外延硅层310的顶表面。因此,示范性沟道孔30a表示异常沟道孔,而示范性沟道孔30b表示正常沟道孔。
如前所述,为了捕获异常沟道孔30a中的欠蚀刻缺陷302,常规方法是使用酸洗蚀刻掉膜堆叠20以暴露欠蚀刻缺陷302,接着进行高灵敏度缺陷检查。不过,常规方法成本昂贵且是破坏性的,并且精确度低。常规方法难以满足生产需求。本公开通过提供非破坏性的、精确的和高效率的检查方法以捕获HAR沟道孔30a中的欠蚀刻缺陷302,从而解决了这一问题。
图2是根据本公开的一个实施例的示范性晶圆检查系统的示意图。如图2所示,例如,示范性晶圆检查系统4可以使用宽带气体放电光源402。例如,宽带气体放电光源402可以使用放电气体中的氢和/或氘。例如但不构成限制,放电灯402可以包括具有一个或多个壁的外壳,这些壁中的至少一个是至少部分透明的。包括但不限于氢和/或氘的气体混合物可以包含在外壳内。曲面镜404和聚光透镜406对来自放电源402的宽带光进行聚焦和准直。诸如宽带深紫外线(DUV)的宽带光403通过滤光器408并从分束器410反射且被物镜412聚焦到固定于台516上的被检查样本414的表面上。根据一个实施例,入射宽带光403以基本垂直的方式入射到被检查样本414的表面上。根据一个实施例,被检查样本414包括如图1中所示的HAR孔结构。根据一个实施例,被检查样本414的表面散射和/或反射的一些辐射返回通过分束器410并被检测器418收集,由此产生亮场照明图像。
本公开利用了光的穿透特性来实现深度特征中或深度特征底部处的缺陷检测。与电子束相比,光的波长足够大,以在膜堆叠20中穿透得更深。通过调节被检查样本晶圆或衬底的位置,使得入射光403的焦点在接近衬底10的膜堆叠20的内部中,可以观察并区分由缺陷302导致的光学异常,并可以通过与正常光学图像的比较来检测缺陷302。通过调节入射光403的波长,可以平衡检测深度和图像清晰度的需求,并且可以实现深孔缺陷的迅速和准确检测。
根据一个实施例,例如,宽带光403是宽带DUV光,并且可以具有270nm至400nm范围的波长,但不限于此。根据一个实施例,例如,通过宽带光束在-0.2至-1.2范围的焦点处照射衬底。例如,焦点可以在-0.5至-0.9之的范围内。例如,焦点可以是-0.7。要理解的是,可以根据物镜412和被检查样本414之间的距离、膜堆叠20和缺陷的材料以及膜堆叠20的厚度来调节焦点。
所公开的缺陷检查方法使得能够精确地检测深度特征缺陷,而不损伤被检查的晶圆或样本。本公开的益处包括高精确度、对被检查样本无损伤以及低成本。
本领域的技术人员将容易发现,可以对所述装置和方法做出多种修改和更改同时保持本发明的教导。因此,应当将以上公开解释为仅受所附权利要求的范围限制。
Claims (9)
1.一种缺陷检查方法,包括:
提供衬底,所述衬底上具有膜堆叠以及所述膜堆叠中的多个深度特征,其中所述多个深度特征中的至少一个深度特征包括缺陷;以及
对所述衬底进行光学检查过程,其中所述衬底由宽带光束照射,并且其中由检测器收集从所述衬底散射和/或反射的一些宽带DUV光束,从而产生所述膜堆叠中的所述多个深度特征的亮场照明图像。
2.根据权利要求1所述的缺陷检查方法,其中所述缺陷是欠蚀刻缺陷。
3.根据权利要求2所述的缺陷检查方法,其中所述欠蚀刻缺陷是所述多个深度特征中的所述至少一个深度特征的底部处剩余的残余多晶硅插塞。
4.根据权利要求1所述的缺陷检查方法,其中所述宽带光束是宽带深紫外(DUV)光束。
5.根据权利要求4所述的缺陷检查方法,其中所述宽带深紫外(DUV)光束具有270nm至400nm范围的波长。
6.根据权利要求1所述的缺陷检查方法,其中通过所述宽带光束在-0.2至-1.2范围的焦点处照射所述衬底。
7.根据权利要求1所述的缺陷检查方法,其中所述衬底是半导体衬底。
8.根据权利要求1所述的缺陷检查方法,其中所述膜堆叠是交替的氧化物/氮化物膜堆叠。
9.根据权利要求1所述的缺陷检查方法,其中所述多个深度特征中的每一个深度特征具有40至100范围的深宽比。
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