CN111958363A - 分析测试面平整度的判断方法及装置、半导体样品的制备方法 - Google Patents

分析测试面平整度的判断方法及装置、半导体样品的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种分析测试面平整度的判断方法及装置、半导体样品的制备方法，观测分析测试面是否存在干涉条纹，当分析测试面存在干涉条纹时，根据干涉条纹的明暗分布和/或颜色分布判断分析测试面的平整度。这样，根据分析测试面上的干涉条纹判断分析测试面的平整度，无需判断分析测试面的边界是否与平面上的结构平行，也无需在半导体样品中在垂直于分析测试面方向上存在多个重复结构，突破现有的判断分析测试面平整度的方法的局限性，有效进行分析测试面平整度的判断。

Description

分析测试面平整度的判断方法及装置、半导体样品的制备 方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种分析测试面平整度的判断方法及装置、半导体样品的制备方法。
背景技术
对半导体样品的分析测试面进行分析是样品失效分析的重要组成。通常，对半导体样品进行研磨，获得半导体样品的分析测试面，但是在研磨的过程中，可能由于分析测试面水平调节存在差异，导致分析测试面在左右方向上或前后方向上可能发生倾斜即分析测试面的平整度较低，进而导致分析结果的准确度较低。
现有的判断分析测试面平整度的方法可以是，判断分析测试面的边界与平面上的结构是否平行，以判断分析测试面的平整度，该平面平行于半导体样品的衬底且垂直于分析测试面。但是该方法需要通过光学显微镜观察平面上的结构，而光学显微镜的观察尺寸有限而出现较大的误差，影响分析测试面平整度的判断。现有的判断分析测试面平整度的方法还可以是，通过分析测试面上的特殊结构进行判断，例如通过垂直于分析测试面方向上的多个重复结构是否被同时研磨出判断分析测试面的平整度，但是该方法需要在垂直于分析测试面方向上存在多个重复结构，并非每个半导体样品在垂直于分析测试面方向均存在多个重复结构，因而该方法具有一定的局限性。
因此，现有的判断分析测试面平整度的方法具有一定的局限性，难以有效进行分析测试面平整度的判断。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种分析测试面平整度的判断方法及装置、半导体样品的制备方法，有效进行分析测试面平整度的判断。
为实现上述目的，本发明有如下技术方案：
一种分析测试面平整度的判断方法，包括：
观测分析测试面是否存在干涉条纹；
当所述分析测试面存在干涉条纹时，根据所述干涉条纹的明暗分布和/或颜色分布判断所述分析测试面的平整度。
可选的，根据所述干涉条纹的明暗分布判断所述分析测试面的平整度，包括：
根据所述干涉条纹的明暗分布获得所述干涉条纹的密度；
判断所述密度是否大于阈值，若是，则所述分析测试面在第一方向上的平整度低于第一预设值，所述第一方向为平行于所述分析测试面且平行于所述半导体样品的衬底底面的方向。可选的，根据所述干涉条纹的明暗分布判断所述分析测试面的平整度，包括：
根据所述干涉条纹的明暗分布判断所述干涉条纹是否倾斜；
若是，则所述分析测试面在第二方向上的平整度低于第二预设值，所述第二方向为平行于所述分析测试面且垂直于所述第一方向的方向。
可选的，所述干涉条纹的颜色至少包括红橙和蓝紫；
根据所述干涉条纹的颜色分布判断所述分析测试面的平整度，包括：
所述干涉条纹的颜色分布为红橙和蓝紫时，所述分析测试面在所述第一方向上的平整度低于所述第一预设值。
可选的，所述分析测试面为3D-NAND存储器的截面，所述截面为垂直于3D-NAND存储器的衬底方向的平面。
一种半导体样品的制备方法，包括：
利用上述所述的方法判断半导体样品分析测试面的平整度；
根据所述干涉条纹的颜色分布减薄所述半导体样品，以调整所述半导体样品分析测试面的平整度。
可选的，所述干涉条纹的颜色分布至少包括：红橙和蓝紫，所述红橙对应的半导体样品的厚度大于所述蓝紫对应的半导体样品的厚度；
所述根据所述干涉条纹的颜色分布减薄所述半导体样品，以调整所述半导体样品分析测试面的平整度，包括：
减薄所述红橙对应的半导体样品的厚度大于减薄所述蓝紫对应的半导体样品的厚度，以调整所述半导体样品分析测试面的平整度。
一种分析测试面平整度的判断装置，包括：
检测单元，用于观测分析测试面是否存在干涉条纹；
判断单元，用于当所述分析测试面存在干涉条纹时，根据所述干涉条纹的明暗分布和/或颜色分布判断所述分析测试面的平整度。
可选的，所述判断单元，具体用于，根据所述干涉条纹的明暗分布获得所述干涉条纹的密度，以及判断所述密度是否大于阈值，若是，则所述分析测试面在第一方向上的平整度低于第一预设值，所述第一方向为平行于所述分析测试面且平行于所述半导体样品的衬底底面的方向。
可选的，所述判断单元，具体用于，根据所述干涉条纹的明暗分布判断所述干涉条纹是否倾斜，若是，则所述分析测试面在第二方向上的平整度低于第二预设值，所述第二方向为平行于所述分析测试面且垂直于所述第一方向的方向。
本发明实施例提供的一种分析测试面平整度的判断方法，观测分析测试面是否存在干涉条纹，当分析测试面存在干涉条纹时，根据干涉条纹的明暗分布和/或颜色分布判断分析测试面的平整度。这样，根据分析测试面上的干涉条纹判断分析测试面的平整度，无需判断分析测试面的边界是否与平面上的结构平行，也无需半导体样品中在垂直于分析测试面方向上存在多个重复结构，突破现有的判断分析测试面平整度的方法的局限性，有效进行分析测试面平整度的判断。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了根据本发明实施例一种半导体样品的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例一种分析测试面平整度的判断方法的流程示意图；
图3-5示出了根据本发明实施例一种分析测试面的干涉条纹图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术中的描述，现有的判断分析测试面平整度的方法具有一定的局限性，难以有效进行分析测试面平整度的判断。
为此，本申请提供一种分析测试面平整度的判断方法，观测分析测试面是否存在干涉条纹，当分析测试面存在干涉条纹时，根据干涉条纹的明暗分布和/或颜色分布判断分析测试面的平整度。这样，根据分析测试面上的干涉条纹判断分析测试面的平整度，无需判断分析测试面的边界是否与平面上的结构平行，也无需半导体样品中在垂直于分析测试面方向上存在多个重复结构，突破现有的判断分析测试面平整度的方法的局限性，有效进行分析测试面平整度的判断。
为了便于理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例进行详细的说明。
参见图1所示，在衬底100上方形成有有效结构区200，例如3D-NAND存储器，在衬底100上形成有堆叠层。通常，对半导体样品进行分析时，需要对多个分析测试面进行分析，为了便于描述，将衬底100所在的方向分别作为x方向和y方向，将垂直于衬底100的方向作为z方向。则，沿x方向对半导体样品进行研磨获得yz平面，沿y方向对半导体样品进行研磨获得xz平面，沿z方向对半导体样品进行研磨获得xy平面，则，分析测试面可以为yz平面，可以为xz平面，也可以为xy平面。
但是在研磨的过程中，可能由于分析测试面水平调节存在差异，导致分析测试面在左右方向上或前后方向上发生倾斜，进而使得分析测试面的平整度较低。以沿y方向进行研磨获得xz平面进行举例，在研磨的过程中，xz平面可能会发生倾斜，例如，可以是xz平面在x方向上发生倾斜，此时xz平面与x方向具有一定的夹角，可以理解为xz平面左右倾斜，也可以是xz平面在y方向上发生倾斜，此时xz平面与y方向具有一定的夹角，可以理解为xz平面前后倾斜。这样，由于分析测试面发生倾斜，使得分析测试面的平整度较低，分析测试面的倾斜程度越大，分析测试面的平整度越低。
本申请实施例提供了一种分析测试面平整度的判断方法，参见图2和图3所示，在步骤S01中，观测分析测试面是否存在干涉条纹201。
本实施例中，在对半导体样品进行研磨后获得分析测试面，由于获得的分析测试面可能发生倾斜，使得分析测试面不平整，而分析测试面不平整时，分析测试面上可能存在干涉条纹。因此，在研磨半导体样品获得分析测试面之后，可以利用通过光学显微镜(Optical Microscope，OM)观察分析测试面是否存在干涉条纹，通常，分析测试面不平整时，光学显微镜能够观察到明显的干涉条纹。
在步骤S02中，当分析测试面存在干涉条纹201时，根据干涉条纹201的明暗分布和/或颜色分布判断分析测试面的平整度。
本实施例中，干涉条纹201的明暗分布是指明条纹和暗条纹相间分布，平行的单色光投射到一个有两条狭缝的挡板上，两条狭缝相距很近，平行的单色光的光波会同时传到两个狭缝，它们就成了两个振动情况总是相同的波源称为相干波源，它们发出的光在档板后面的空间相互叠加，就发生了干涉现象。而叠加后的单色光在光屏上会产生明暗相间的干涉条纹。当光屏上某处与两个狭缝的路程差是半波长的偶数倍时，形成亮条纹。当光屏上某处与两个狭缝的路程差是半个波长的奇数倍时，出现暗条纹。
本实施例中，可以根据干涉条纹201的明暗分布获得干涉条纹201的密度，而后判断该密度是否大于阈值，若是，则分析测试面在第一方向上的平整度低于第一预设值，第一方向为平行于分析测试面且平行于半导体样品的衬底底面的方向。。以分析测试面为xz平面为例，参考图3所示，根据xz平面上的干涉条纹201的明暗分布获得xz平面上干涉条纹201的密度。通常暗条纹之间的间距越小，干涉条纹201的密度越大，而干涉条纹201的密度越大，表明xz平面的平整度越差。在获得xz平面上的干涉条纹201的密度之后，判断该密度是否大于阈值，若密度大于阈值，则分析测试面在第一方向上的平整度低于第一预设值，此时的第一方向为x方向，衬底底面为xy平面，即分析测试面在x方向上的平整度较差。本申请中，阈值可以为平整度较高的平面上的干涉条纹的密度，第一预设值可以为平整度较高的分析测试面在第一方向上的平整度，也可以理解为分析测试面在第一方向上没有发生倾斜或倾斜程度较小。
本实施例中，可以根据干涉条纹201的明暗分布判断干涉条纹201是否倾斜；若是，则分析测试面在第二方向上的平整度低于第二预设值，第二方向为平行于分析测试面且垂直于第一方向的方向。以分析测试面为xz平面为例，参考图4所示，根据干涉条纹201的明暗分布可以获得干涉条纹201的明条纹和暗条纹的分布情况，即可以得知干涉条纹201是否发生倾斜。通常干涉条纹201发生倾斜时，表明分析测试面在第二方向上的平整度较差，此处的第二方向为y方向，干涉条纹201的倾斜程度越大，分析测试面在y方向上的平整度越差。本申请中，第二预设值可以为平整度较高的分析测试面在第二方向上的平整度，也可以理解为分析测试面在第二方向上没有发生倾斜或倾斜程度较小。
本申请实施例中，可以根据干涉条纹201的颜色分布判断分析测试面的平整度。由于白光是由多种单色光组成的复合光，白光发生干涉时，产生彩色条纹，不同颜色的光的条纹间距不同，干涉条纹间距Δx＝(L/d)λ随波长的增大而增大，从而能够观察到干涉条纹201的颜色分布，进而可以根据干涉条纹201的颜色分布判断分析测试面的平整度。
本实施例中，干涉条纹201的颜色至少包括红橙和蓝紫，干涉条纹的颜色分布为红橙和蓝紫时，分析测试面在所述第一方向上的平整度低于第一预设值，并且红橙对应的半导体样品的厚度大于蓝紫对应的半导体样品的厚度。干涉条纹201的颜色例如可以为红橙黄绿青蓝紫，观察干涉条纹201的颜色分布沿第一方向上是否为红橙黄绿青蓝紫排布，若是，分析测试面在第一方向上的平整度较差。以分析测试面为xz平面为例，参考图5所示，在光学显微镜下观察干涉条纹201的颜色分布，通常利用光学显微镜观察干涉条纹201的颜色分布与观察干涉条纹201的明暗分布相比，观察干涉条纹201的颜色分布时光学显微镜的放大倍数更大。由于红橙211、黄绿212和蓝紫213更容易被判断出，可以利用红橙211、黄绿212和蓝紫213的排布判断分析测试面在x方向上的平整度。干涉条纹201沿红橙211、黄绿212和蓝紫213排布时，分析测试面在x方向上的平整度较差，并且红橙211对应的半导体样品的厚度大于蓝紫213对应的半导体样品的厚度。本实施例中，可以根据干涉条纹201的颜色分布获得干涉条纹201是否发生倾斜，若发生倾斜，表明分析测试面在第二方向的平整度较差。
本申请实施例中，可以根据干涉条纹201的明暗分布以及干涉条纹201的颜色分布判断分析测试面的平整度。具体的，可以为，根据干涉条纹201的密度判断分析测试面在第一方向上的平整度，而后根据干涉条纹201的颜色分布是否为红橙黄绿青蓝紫判断分析测试面在第一方向上的平整度。根据干涉条纹201的密度判断出分析测试面在第一方向的平整度较差的同时，干涉条纹的颜色分布也判断出分析测试面在第一方向的平整度较差，表明分析测试面在第一方向上的平整度较差。也可以根据干涉条纹201的明暗分布获得干涉条纹201发生倾斜，同时根据干涉条纹201的颜色分布获得干涉条纹201发生倾斜，则分析测试面在第二方向上的平整度较差。
在具体的实施例中，分析测试面可以为3D-NAND存储器的截面，截面可以为垂直于3D-NAND存储器的衬底方向的平面，参考图1所示，x方向为衬底延伸的方向，y方向与x方向垂直，y方向为衬底另一延伸方向，z方向为堆叠层延伸的方向，z方向与x方向和y方向垂直，截面可以为xz平面或yz平面。由于z方向的厚度仅为几微米或几十微米，而x方向和y方向的厚度为数毫米，因此在对3D-NAND存储器进行研磨以获得截面的过程中，在z方向水平调节有微小差异，获得的截面在x方向或y方向上便会出现较大的倾斜，导致截面的平整度较差，本申请实施例中通过截面上的干涉条纹可以有效判断截面上干涉条纹的平整度。
本实施例中，在研磨半导体样品获得分析测试面之后，可以利用水平仪判断分析测试面在第一方向上的平整度，若经过水平仪测试之后，发现获得的分析测试面在第一方向上的平整度较差，可以后续利用光学显微镜观测分析测试面上的干涉条纹，而后利用干涉条纹的明暗分布或颜色分布更为精确的判断分析测试面的平整度。
以上对本申请实施例提供的一种分析测试面平整度的判断方法进行了详细的描述，观测分析测试面是否存在干涉条纹，当分析测试面存在干涉条纹时，根据干涉条纹的明暗分布和/或颜色分布判断分析测试面的平整度。
本申请实施例还提供一种半导体样品制备方法，包括：
利用上述判断方法判断半导体样品分析测试面的平整度；
当半导体样品分析测试面的平整度低于预设值时，根据干涉条纹的颜色分布减薄半导体样品，以调整半导体样品分析测试面的平整度。
本实施例中，可以利用干涉条纹的颜色分布获得半导体样品的分析测试面在第一方向上的平整度，而后根据干涉条纹的颜色分布调整半导体样品的分析测试面的平整度。也可以利用干涉条纹的明暗分布获得半导体样品的分析测试面在第一方向上的平整度，当分析测试面在第一方向上的平整度较差时，可以利用增大光学显微镜的放大倍数观察分析测试面的颜色分布，而后根据颜色分布减薄半导体样品，调整半导体样品的分析测试面的平整度。
在具体的实施例中，干涉条纹的颜色分布至少包括：红橙和蓝紫。例如可以包括：红橙黄绿青蓝紫，由于红橙211和蓝紫213的辨识度更高，进而可以根据红橙和蓝紫的分布获得干涉条纹的颜色分布，也可以根据红橙、黄绿和蓝紫的分布获得干涉条纹的颜色分布。红橙对应的半导体样品的厚度大于蓝紫对应的半导体样品的厚度，表明在研磨半导体样品获得分析测试面的过程中，红橙一侧对应的半导体样品研磨过少，蓝紫一侧对应的半导体样品研磨过多可以对半导体样品进行减薄，减薄红橙对应的半导体样品的厚度大于减薄蓝紫对应的半导体样品的厚度，以使得获得的分析测试面两侧对应的半导体样品的厚度基本相同。
本申请实施例还提供了一种分析测试面平整度的判断装置，包括：
检测单元，用于观测分析测试面是否存在干涉条纹；
判断单元，用于当所述分析测试面存在干涉条纹时，根据所述干涉条纹的明暗分布和/或颜色分布判断所述分析测试面的平整度。
本实施例中，该判断装置中的检测单元观测分析测试面是否存在干涉条纹，检测单元检测到分析测试面存在干涉条纹时，将观测到的干涉条纹的图像传输至判断单元，干涉条纹的图像中可以包括干涉条纹的明暗分布或干涉条纹的颜色分布，也可以包括干涉条纹的明暗分布和颜色分布，而后判断单元根据干涉条纹的颜色分布判断分析测试面的平整度，或者判断单元根据干涉条纹的明暗分布判断分析测试面的平整度，或者判断单元根据干涉条纹的明暗分布和颜色分布判断分析测试面的平整度。
本实施例中，判断单元，具体用于，根据干涉条纹的明暗分布获得面在第一方向上的平整度低于第一预设值，第一方向为平行于所述分析测试面且平行于所述半导体样品的衬底底面的方向。
本实施例中，判断单元，具体用于，根据干涉条纹的明暗分布判断干涉条纹是否倾斜，若是，则分析测试面在第二方向上的平整度低于第二预设值，第二方向为平行于分析测试面且垂直于第一方向的方向。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种分析测试面平整度的判断方法，其特征在于，包括：
观测分析测试面是否存在干涉条纹；
当所述分析测试面存在干涉条纹时，根据所述干涉条纹的明暗分布和/或颜色分布判断所述分析测试面的平整度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述干涉条纹的明暗分布判断所述分析测试面的平整度，包括：
根据所述干涉条纹的明暗分布获得所述干涉条纹的密度；
判断所述密度是否大于阈值，若是，则所述分析测试面在第一方向上的平整度低于第一预设值，所述第一方向为平行于所述分析测试面且平行于所述半导体样品的衬底底面的方向。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述干涉条纹的明暗分布判断所述分析测试面的平整度，包括：
根据所述干涉条纹的明暗分布判断所述干涉条纹是否倾斜；
若是，则所述分析测试面在第二方向上的平整度低于第二预设值，所述第二方向为平行于所述分析测试面且垂直于所述第一方向的方向。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述干涉条纹的颜色至少包括红橙和蓝紫；
根据所述干涉条纹的颜色分布判断所述分析测试面的平整度，包括：
所述干涉条纹的颜色分布为红橙和蓝紫时，所述分析测试面在所述第一方向上的平整度低于所述第一预设值。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述分析测试面为3D-NAND存储器的截面，所述截面为垂直于3D-NAND存储器的衬底方向的平面。
6.一种半导体样品的制备方法，其特征在于，包括：
利用如权利要求1-5任意一项所述的方法判断半导体样品分析测试面的平整度；
根据所述干涉条纹的颜色分布减薄所述半导体样品，以调整所述半导体样品分析测试面的平整度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述干涉条纹的颜色分布至少包括：红橙和蓝紫，所述红橙对应的半导体样品的厚度大于所述蓝紫对应的半导体样品的厚度；
所述根据所述干涉条纹的颜色分布减薄所述半导体样品，以调整所述半导体样品分析测试面的平整度，包括：
减薄所述红橙对应的半导体样品的厚度大于减薄所述蓝紫对应的半导体样品的厚度，以调整所述半导体样品分析测试面的平整度。
8.一种分析测试面平整度的判断装置，其特征在于，包括：
检测单元，用于观测分析测试面是否存在干涉条纹；
判断单元，用于当所述分析测试面存在干涉条纹时，根据所述干涉条纹的明暗分布和/或颜色分布判断所述分析测试面的平整度。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述判断单元，具体用于，根据所述干涉条纹的明暗分布获得所述干涉条纹的密度，以及判断所述密度是否大于阈值，若是，则所述分析测试面在第一方向上的平整度低于第一预设值，所述第一方向为平行于所述分析测试面且平行于所述半导体样品的衬底底面的方向。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述判断单元，具体用于，根据所述干涉条纹的明暗分布判断所述干涉条纹是否倾斜，若是，则所述分析测试面在第二方向上的平整度低于第二预设值，所述第二方向为平行于所述分析测试面且垂直于所述第一方向的方向。
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