CN112630238B - 一种空洞的量测方法 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种空洞的量测方法，应用于扫描透射电子显微镜，所述方法包括：获取待测结构，其中，所述待测结构包括至少一个空洞；对所述待测结构进行减薄处理，得到处理后的待测结构，其中，所述处理后的待测结构在与所述空洞的延伸方向垂直的方向上具有第一预设厚度；采集所述处理后的待测结构的扫描透射电子暗场图像；通过所述扫描透射电子暗场图像，对所述空洞进行量测。

Description

一种空洞的量测方法
技术领域
本申请涉及半导体测试领域，涉及但不限于一种空洞的量测方法。
背景技术
钨接触孔(Contact，CT)的生长工艺决定了CT中间总是存在空洞(Void)，Void的大小及封口深浅将明显影响三维存储器的性能。相关技术中，主要基于透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope，TEM)图像对钨接触孔的Void进行表征，通过将样品制备薄来观察Void的大小。
然而，相关技术中表征Void大小的方法，对样品厚度非常敏感，样品厚度不同，Void大小将受到影响，样品越薄，Void越大。相关技术中为了清楚地观察到Void，通常需要将样品来回减薄，非常耗费聚焦离子束(Focused Ion beam，FIB)资源；此外，如果样品太薄，TEM图片中衍射衬度将占主导，进而影响Void大小的判断，且受限于FIB制样精度影响，薄样品无法判断切到CT正中间，从而无法反应Void真实情况。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种空洞的量测方法。
本申请的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供一种空洞的量测方法，应用于扫描透射电子显微镜，所述方法包括：
获取待测结构，其中，所述待测结构包括至少一个空洞；
对所述待测结构进行减薄处理，得到处理后的待测结构，其中，所述处理后的待测结构在与所述空洞的延伸方向垂直的方向上具有第一预设厚度；
采集所述处理后的待测结构的扫描透射电子暗场图像；
通过所述扫描透射电子暗场图像，对所述空洞进行量测。
在一些实施例中，所述通过所述扫描透射电子暗场图像，对所述空洞进行量测，包括：
对所述扫描透射电子暗场图像进行处理，得到所述处理后的待测结构的衬度分布曲线；
通过所述衬度分布曲线，确定所述空洞的边界，以实现对所述空洞的量测。
在一些实施例中，所述对所述空洞的量测，包括获取所述空洞的尺寸、位置、形貌中的一种或几种信息。
在一些实施例中，具有所述第一预设厚度的待测结构在所述扫描透射电子显微镜下的质厚衬度大于衍射衬度。
在一些实施例中，所述第一预设厚度在100nm至150nm之间。
在一些实施例中，所述采集所述处理后的待测结构的扫描透射电子暗场图像，包括：
通过所述扫描透射电子显微镜的低收集角探头，收集穿透所述具有第一预设厚度的待测结构的中角散射电子，以形成所述扫描透射电子暗场图像；
其中，所述低收集角探头能够收集位于第一预设毫弧度和第二预设毫弧度之间的中角散射电子，所述第一预设毫弧度小于所述第二预设毫弧度，且所述第二预设毫弧度小于160。
在一些实施例中，所述低收集角探头能够收集位于25mrad至100mrad的所述中角散射电子。
在一些实施例中，通过所述衬度分布曲线，确定所述空洞的边界，以实现对所述空洞的量测，包括：
确定所述衬度分布曲线中相邻的第一转折点和第二转折点，其中，所述第一转折点和所述第二转折点为所述衬度分布曲线中相邻的两个极小值点；
根据所述第一转折点和第二转折点确定所述空洞的第一边界线和第二边界线，以确定所述空洞的边界；
将所述第一边界线和所述第二边界线之间的垂直距离，确定为所述空洞的尺寸。
在一些实施例中，所述待测结构至少包括：接触孔；所述空洞位于所述接触孔内。
在一些实施例中，所述接触孔为三维存储器中的接触孔，所述空洞位于所述接触孔的中心。
在一些实施例中，所述对所述待测结构进行减薄处理，得到处理后的待测结构，包括：
采用聚焦离子束，沿所述空洞的延伸方向，对所述接触孔的位于平行于所述空洞的延伸方向的相对的两个侧面，分别减薄相同的厚度，得到处理后的接触孔。
在一些实施例中，所述对所述待测结构进行减薄处理，得到处理后的待测结构，包括：
通过所述聚焦离子束的第一模式，将所述待测结构减薄至第二预设厚度，得到具有第二预设厚度的待测结构；
通过所述聚焦离子束的第二模式，将所述具有第二预设厚度的待测结构减薄至所述第一预设厚度，得到具有所述第一预设厚度的待测结构；
其中，所述第一预设厚度与所述第二预设厚度之间的差值小于阈值，所述第一模式包括Cleanning模式，所述第二模式包括Rectangle模式。
本申请实施例提供的空洞的量测方法，对包含至少一个空洞的待测结构进行减薄处理，得到处理后的待测结构，其中，处理后的待测结构在与空洞的延伸方向垂直的方向上具有第一预设厚度，采集处理后的待测结构的扫描透射电子暗场图像，通过扫描透射电子暗场图像，对空洞进行量测，如此，可以根据具有第一预设厚度的待测结构的扫描透射电子暗场图像直观、快速的测量出空洞的大小。
附图说明
在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
图1A为相关技术中钨接触孔和空洞的结构示意图；
图1B为相关技术中较厚样品的横截面图和透射电镜图片；
图1C为相关技术中中间厚度样品的横截面图和透射电镜图片；
图1D为相关技术中较小厚度样品的横截面图和透射电镜图片；
图1E为相关技术中不同厚度样品的透射电子显微镜图片；
图1F为相关技术中接触孔的透射电镜图片；
图1G为相关技术中使用聚焦离子束制样的结构示意图；
图2A为本申请实施例提供的空洞的量测方法的一个可选的实现流程示意图；
图2B为本申请实施例提供的接触孔的透射电镜图像；
图2C为本申请实施例提供的接触孔的横截面图；
图3A为本申请实施例提供的空洞的量测方法的一个可选的实现流程示意图；
图3B为本申请实施例提供的待测结构的电子能量损失谱图、扫描透射电子图像以及衬度分布曲线的对比示意图；
图4为本申请实施例提供的空洞的量测方法的一个可选的实现流程示意图；
图5A为本申请实施例提供的空洞的量测方法的一个可选的实现流程示意图；
图5B为本申请实施例提供的聚焦离子束制备的样品的结构示意图；
图5C为本申请实施例提供的聚焦离子束制备的样品的结构示意图；
图5D为本申请实施例提供的接触孔的扫描透射电子显微镜图片；
图5E为本申请实施例提供的接触孔的扫描透射电子显微镜图片；
图5F为本申请实施例提供的STEM-DF4数据和电子能量损失谱的对比图；
图5G为本申请实施例提供的圆形接触孔的厚度积分曲线；
图5H为本申请实施例提供的不规则接触孔的厚度积分曲线；
图5I为本申请实施例提供的切平之前接触孔的STEM明场图像和横截面图；
图5J为本申请实施例提供的切平之后接触孔的STEM暗场图像和横截面图；
图5K为本申请实施例提供的切平接触孔的结构示意图；
图5L为本申请实施例提供的顶部较薄的接触孔的STEM暗场图像；
图5M为本申请实施例提供的厚度合适的接触孔的STEM暗场图像。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”或“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”或“单元”可以混合地使用。
如图1A所示，为相关技术中钨接触孔和空洞的结构示意图，其中，钨接触孔10中空洞101的大小及封口深浅将明显影响三维存储器件的性能。相关技术中主要基于TEM图像来表征Void，通过将样品制备薄来观察Void的大小。
然而，相关技术中的方法对样品厚度非常敏感，样品的厚度不同，Void的大小将受到影响，具体是样品越薄，Void越大。图1B为相关技术中较厚样品的横截面图和透射电镜图片，如图1B所示，当样品的厚度为A时，对应样品的透射电镜图片中几乎不能看到空洞；图1C为相关技术中中间厚度样品的横截面图和透射电镜图片，如图1C所示，当样品的厚度为B时，对应样品的透射电镜图片中可以看到部分空洞的存在，其中，B小于A；图1D为相关技术中较小厚度样品的横截面图和透射电镜图片，如图1D所示，当样品的厚度为C时，对应样品的透射电镜图片中可以完全看到空洞的存在，其中，C小于B。相关技术中在将TEM样品切薄之后，由于样品的厚度不均匀，因此，无法得到可比拟的结果。如图1E所示，为相关技术中不同厚度样品的透射电子显微镜图片，其中，图1E中左边的图为较薄样品的TEM图，图1E中右边的图为较厚样品的TEM图，可以看出，如果样品的厚度不均匀，将导致TEM图片不能显示出空洞，无法有效地表征出Void。进一步地，相关技术中，样品太薄，衍射衬度将占主导进而影响Void大小的判断，如图1F所示，为相关技术中接触孔的透射电镜图片，可以看出，当样品较薄时，所述接触孔中10的空洞101'和金属线区域102'均呈现出较大的亮度，影响Void大小的判断。
受限于聚焦离子束制样精度影响，薄样品无法判断切到接触孔正中间，从而无法反应Void真实情况，图1G为相关技术中使用聚焦离子束制样的结构示意图，如图1G中左边的图所示，当聚焦离子束切到接触孔的正中间时，可以反映出Void真实的大小；如图1G中右边的图所示，当聚焦离子束没有切到接触孔的正中间时，则不能反映Void真实的大小。
综上所述，基于相关技术中，TEM图片无法快速有效地表征Void的大小，无法为生产线上提供工艺监控的问题，本申请实施例提供一种空洞的量测方法，通过将样品厚度增厚，来抑制衍射衬度，并使用扫描透射电子显微镜(Scanning Transmission ElectronMicroscopy，STEM)来平衡CT，Void和氧化物的衬度(Contrast)，可以直观、快速地表征出Void，且本申请实施例提供的空洞的量测方法，对样品的厚度非常不敏感，不同的样品可直接对比，无需制备极薄样品，样品制备成功率与速度均极大提高，降低了FIB资源使用，节约了成本。
实施例一
图2A为本申请实施例提供的空洞的量测方法的一个可选的实现流程示意图，所述量测方法应用于扫描透射电子显微镜，如图2A所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S201、获取待测结构，其中，所述待测结构包括至少一个空洞。
所述待测结构至少包括至少一个空洞，所述至少一个空洞可以位于所述待测结构的中心，所述至少一个空洞也可以不位于所述待测结构的中心。
这里，所述待测结构可以是三维存储器的接触孔，本申请实施例中，可以采用聚焦离子束对三维存储器进行切割处理，以获取所述待测结构，在其它实施例中，也可以采用其它方式获取所述待测结构。
本申请实施例中，以所述待测结构为接触孔为例，进行说明。
步骤S202、对所述待测结构进行减薄处理，得到处理后的待测结构，其中，所述处理后的待测结构在与所述空洞的延伸方向垂直的方向上具有第一预设厚度。
图2B为本申请实施例提供的接触孔的透射电镜图像，如图2B所示，所述空洞的延伸方向为Z轴方向，与所述空洞的延伸方向垂直的方向为X轴方向。图2C为本申请实施例提供的接触孔的横截面图，本申请实施例中，采用聚焦离子束系统，沿Z轴方向对待测结构在X轴方向上进行减薄处理，以使得所述待测结构在X轴方向上具有第一预设厚度。请继续参见图2C，图2C中左边的图为未经过减薄处理的接触孔的横截面图，未经过减薄处理的接触孔的厚度D0为所述接触孔的原始厚度；图2C中右边的图为经过减薄处理的接触孔的横截面图，可以看出，经过减薄处理后的接触孔的厚度D1为所述第一预设厚度。在一些实施例中，所述第一预设厚度小于或等于所述待测结构在与空洞的延伸方向垂直的方向上的原始厚度。
步骤S203、采集所述处理后的待测结构的扫描透射电子暗场图像。
本申请实施例中，将处理后的待测结构放入扫描透射电子显微镜中，利用扫描透射电子显微镜的场发射电子源发射出电子，通过位于所述处理后的待测结构前的磁透镜以及光阑把电子会聚成原子尺度的电子束斑，电子束斑聚焦在所述处理后的待测结构表面后，通过线圈控制逐点扫描所述处理后的待测结构的每一个区域，在每扫描一点的同时，位于所述处理后的待测结构下面的探测器同步接收被散射的电子，以获得所述处理后的待测结构的扫描透射电子暗场图像。
在一些实施例中，具有所述第一预设厚度的待测结构在所述扫描透射电子显微镜下的质厚衬度大于衍射衬度，如此，通过具有第一预设厚度的待测结构可以清楚地看到所述空洞在所述待测结构中的位置和所述空洞的形貌。
步骤S204、通过所述扫描透射电子暗场图像，对所述空洞进行量测。
本申请实施例中，在获取到所述处理后的待测结构的扫描透射电子暗场图像后，通过特定的软件获取所述扫描透射电子暗场图像中的轮廓曲线，通过获取的轮廓曲线，确定位于处理后的待测结构中的所述空洞的边界，并根据边界，对所述空洞进行量测，以获取所述空洞的大小及空间分布。
本申请实施例提供的空洞的量测方法，对包含至少一个空洞的待测结构进行减薄处理，得到处理后的待测结构，其中，处理后的待测结构在与空洞的延伸方向垂直的方向上具有第一预设厚度，采集处理后的待测结构的扫描透射电子暗场图像，通过扫描透射电子暗场图像，对空洞进行量测，如此，可以根据具有第一预设厚度的待测结构的扫描透射电子暗场图像直观、快速的测量出空洞的大小。
实施例二
图3A为本申请实施例提供的空洞的量测方法的一个可选的实现流程示意图，所述方法应用于扫描透射电子显微镜，如图3A所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S301、获取待测结构，其中，所述待测结构包括至少一个空洞。
这里，所述待测结构可以为三维存储器的接触孔，所述接触孔包括至少一个空洞和形成每一空洞的金属线；所述金属线可以使包括钨线；所述接触孔还包括：位于所述金属线四周的氧化物，如SiO2。
步骤S302、对所述待测结构进行减薄处理，得到处理后的待测结构，其中，所述处理后的待测结构在与所述空洞的延伸方向垂直的方向上具有第一预设厚度。
本申请实施例中，对所述待测结构的减薄处理，可以是沿所述空洞的延伸方向，对所述待测结构的位于平行于所述空洞的延伸方向的相对的侧面进行减薄处理，以使得所述处理后的待测结构在与所述空洞的延伸方向垂直的方向上具有第一预设厚度。
这里，所述减薄处理可以是对所述待测结构的位于平行于所述空洞的延伸方向的一个侧面或两个侧面进行减薄处理。
本申请实施例中，可以采用聚焦离子束系统对所述待测结构进行减薄处理。
在一些实施例中，具有所述第一预设厚度的待测结构在所述扫描透射电子显微镜下的质厚衬度大于衍射衬度，所述第一预设厚度在100nm至150nm之间。
步骤S303、通过所述扫描透射电子显微镜的低收集角探头，收集穿透所述具有第一预设厚度的待测结构的中角散射电子，以形成所述扫描透射电子暗场图像。
其中，所述低收集角探头能够收集位于第一预设毫弧度和第二预设毫弧度之间的中角散射电子，所述第一预设毫弧度小于所述第二预设毫弧度，且所述第二预设毫弧度小于160。
在一些实施例中，所述低收集角探头可以为暗场(Dark Field，DF)4探头，所述DF4探头能够收集位于25mrad至100mrad的所述中角散射电子。
本申请实施例中，通过扫描透射电子显微镜的DF4探头，收集穿透具有第一预设厚度的所述待测结构的中角散射电子，并将接收到的电子信号转换成电流强度显示在荧光屏或计算机显示器上，从而获取到所述待测结构的扫描透射电子暗场图像。
在一些实施例中，以所述待测结构为接触孔为例，在获取具有第一预设厚度的待测结构的扫描透射电子暗场图像之前，所述方法还包括：
S10、采用扫描透射电子显微镜，调节所述空洞、所述金属线和所述氧化物的对比度。
本申请实施例中，将所述待测结构放入所述扫描透射电子显微镜之后，通过调整所述扫描透射电镜的属性参数，以实现调节所述空洞、所述金属线和所述氧化物之间的对比度，使得所述空洞的第一亮度与所述金属线的第二亮度之间的差值小于预设亮度值，并使得所述第一亮度与所述氧化物的第三亮度之间的差值小于所述预设亮度值，这里，对所述预设亮度值的大小不作限制。
这里，在获取具有第一预设厚度的待测结构的扫描透射电子暗场图像之前，首先平衡所述待测结构中空洞、金属线和氧化物之间的亮度或者衬度，这样，金属线上自身也有一些衬度的变化会更明显。
步骤S304、对所述扫描透射电子暗场图像进行处理，得到所述处理后的待测结构的衬度分布曲线。
这里，可以通过特定的软件处理所述扫描透射电子暗场图像，将所述扫描电子暗场图像进行数字化，本申请实施例中，通过特定的软件提取所述扫描透射电子暗场图像中的轮廓曲线，得到所述处理后的待测结构的衬度分布曲线。所述衬度分布曲线反映了所述待测结构中每一组份的轮廓信息。
步骤S305、通过所述衬度分布曲线，确定所述空洞的边界，以实现对所述空洞的量测。
在一些实施例中，对所述空洞的量测，包括获取所述空洞的尺寸、位置、形貌中的一种或几种信息。
在一些实施例中，所述通过所述衬度分布曲线，确定所述空洞的边界，以实现对所述空洞的量测，包括以下步骤：
步骤S3051、确定所述衬度分布曲线中相邻的第一转折点和第二转折点，其中，所述第一转折点和所述第二转折点为所述衬度分布曲线中相邻的两个极小值点。
步骤S3052、根据所述第一转折点和第二转折点确定所述空洞的第一边界线和第二边界线，以确定所述空洞的边界。
步骤S3053、将所述第一边界线和所述第二边界线之间的垂直距离，确定为所述空洞的尺寸，以实现对所述空洞的量测。
在一些实施例中，所述方法还包括：
步骤S20、获取所述具有第一预设厚度的待测结构的电子能量损失谱。
这里，可以通过电子能量损失谱仪(Electron Energy Loss Spectroscopy，EELS)获取所述具有第一预设厚度的待测结构的电子能量损失谱，所述电子能量损失谱用于表征所述具有第一预设厚度的待测结构的厚度信息。
这里，通过对比同一待测结构的电子能量损失谱、扫描透射电子图像和所述衬度分布曲线，可以进一步确定，所述扫描透射电子暗场图像中空洞的位置和边界，也证实了本申请实施例中所获取的扫描透射电子暗场图像的可靠性。
如图3B所示，为本申请实施例提供的待测结构的电子能量损失谱图、扫描透射电子图像以及衬度分布曲线的对比示意图，其中，图3B中的a图为待测结构的电子能量损失谱图、b图为待测结构的扫描透射电子暗场图像、c图为衬度分布曲线；这里，所述衬度分布曲线中的第一极小值点P1，为所述第一转折点；所述衬度分布曲线中的第二极小值点P2，为所述第二转折点，所述第一极小值点P1与所述第二极小值点P2相邻。将所述第一转折点P1与所述空洞延伸方向的切线(如图3B中经过P1点的虚线所示)，确定为所述空洞的第一边界线，将所述第二转折点P2与所述空洞延伸方向的切线(如图3B中经过P2点的虚线所示)，确定为所述空洞的第二边界线，将所述第一边界线和所述第二边界线之间的距离d确定为所述空洞的尺寸，即所述空洞的大小。
这里，通过c图衬度分布曲线和b图扫描透射电子暗场图像所确定出来的空洞的边界与a图中电子能量损失谱所呈现的结果是完全一致，因此，这也证明了本申请实施例所提供的空洞的量测方法具有一定的可靠性。
本申请实施例中，可以通过衬度分布曲线来确定所述空洞的边界，并通过所述空洞的边界，进而测量所述空洞的尺寸；且由于具有所述第一预设厚度的待测结构在所述扫描透射电子显微镜下的质厚衬度大于衍射衬度，如此，通过具有第一预设厚度的待测结构可以清楚地看到所述空洞在所述待测结构中的位置和所述空洞的形貌。
本申请实施例提供的空洞的量测方法，对包含至少一个空洞的待测结构进行减薄处理，得到在与空洞的延伸方向垂直的方向上具有第一预设厚度的待测结构，并通过DF4探头收集穿透具有第一预设厚度的待测结构的中角散射电子，以获取待测结构的扫描透射电子暗场图像，由于具有第一预设厚度的待测结构在扫描透射电子显微镜下的质厚衬度大于衍射衬度，如此，可以根据具有第一预设厚度的待测结构的扫描透射电子暗场图像以及与扫描透射电子暗场图像对应的衬度分布曲线衬度，准确快速地确定出空洞的边界，进而可以实现直观、快速的获取空洞的大小、形貌和位置。
实施例三
图4为本申请实施例提供的空洞的量测方法的一个可选的实现流程示意图，所述量测方法应用于扫描透射电子显微镜，如图4所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S401、获取待测结构，其中，所述待测结构包括至少一个空洞。
这里，所述待测结构至少包括：接触孔；所述空洞位于所述接触孔内。所述接触孔为三维存储器中的接触孔，所述空洞位于所述接触孔的中心。
步骤S402、采用聚焦离子束，沿所述空洞的延伸方向，对所述接触孔的位于平行于所述空洞的延伸方向的相对的两个侧面，分别减薄相同的厚度，得到处理后的接触孔。
这里，聚焦离子束(Focused Ion Beam，FIB)是将离子源产生的离子束经过离子枪加速，聚焦后作用于接触孔的表面，通过强电流离子束对接触孔表面的原子进行剥离，以实现对接触孔的减薄处理。
在一些实施例中，对所述接触孔进行减薄处理的过程包括以下步骤：
步骤S30、通过所述聚焦离子束的第一模式，将接触孔减薄至第二预设厚度，得到具有第二预设厚度的接触孔。
步骤S31、通过所述聚焦离子束的第二模式，将所述具有第二预设厚度的接触孔减薄至所述第一预设厚度，得到具有所述第一预设厚度的接触孔。
其中，所述第一预设厚度与所述第二预设厚度之间的差值小于阈值，也就是说，首先采用聚焦离子束的第一模式将接触孔减薄至接近第一预设厚度的第二预设厚度，然后，采用聚焦离子束的第二厚度将接触孔减薄至第一预设厚度。
本申请实施例中，所述第一模式包括Cleanning模式，所述第二模式包括Rectangle模式。
步骤S403、采集所述处理后的接触孔的扫描透射电子暗场图像。
本申请实施例中，将处理后的接触孔放入扫描透射电子显微镜中，利用扫描透射电子显微镜的场发射电子源发射出电子，通过位于所述处理后的接触孔前的磁透镜以及光阑把电子会聚成原子尺度的电子束斑，电子束斑聚焦在所述处理后的接触孔表面后，通过线圈控制逐点扫描所述处理后的接触孔的每一个区域，在每扫描一点的同时，位于所述处理后的接触孔下面的探测器同步接收被散射的电子，以获得所述处理后的接触孔的扫描透射电子暗场图像。
在一些实施例中，具有所述第一预设厚度的接触孔在所述扫描透射电子显微镜下的质厚衬度大于衍射衬度，如此，通过具有第一预设厚度的接触孔可以清楚地看到所述空洞在所述接触孔中的位置和所述空洞的形貌。
本申请实施例中，所述第一预设厚度可以是100nm。
步骤S404、通过所述扫描透射电子暗场图像，对所述空洞进行量测。
步骤S404的实现过程和实现的功能与上述实施例中步骤S204的实现过程和实现的功能相同。
本申请实施例提供的空洞的量测方法，对包含至少一个空洞的接触孔进行减薄处理，得到处理后的接触孔，其中，处理后的接触孔在与空洞的延伸方向垂直的方向上具有第一预设厚度，采集处理后的接触孔的扫描透射电子暗场图像，通过扫描透射电子暗场图像，对空洞进行量测，如此，可以根据具有第一预设厚度的接触孔的扫描透射电子暗场图像直观、快速的测量出空洞的大小。
实施例四
图5A为本申请实施例提供的空洞的量测方法的一个可选的实现流程示意图，所述量测方法应用于扫描透射电子显微镜，如图5A所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S501、利用聚焦离子束制备厚度在100nm至150nm的TEM样品。
堆叠台阶结构的接触孔(Staircase Stack Contact，SSCT)的关键尺寸(Criticaldimension，CD)大概在200nm，使用聚焦离子束的清洁(Cleanning)模式将接触孔的两个侧面各减薄20nm以上，得到厚度在100nm至150nm的TEM样品(对应上述实施例中的具有第一预设厚度的待测结果)。如图5B和5C所示，为本申请实施例提供的聚焦离子束制备的样品的结构示意图，图5B中的样品厚度D2约150nm；图5C中样品的厚度D3约100nm。
步骤S502、采用扫描透射电子显微镜的DF4探针收集中角散射电子，采集样品的STEM暗场图像(对应上述实施例中的扫描透射电子暗场图像)。
将步骤S501制备的TEM样品放入扫描透射电子显微镜中，插入DF4探头，调整相机常数(Camera Length)使得DF4探头收集25mrad至100mrad的中角散射电子，并使用合适的停留时间(Dwell time)与像素大小(Pixel size)拍摄感兴趣区域。
如图5D和5E所示，为本申请实施例提供的接触孔的扫描透射电子显微镜图片，图5D是采用HT BSL(High temperate Baseline)工艺填充接触孔，所获取的接触孔的STEM图像，图5E是采用ICE(Inhibit Controlled Enhancement)工艺填充接触孔所获取的接触孔的STEM图像。
步骤S503、表征Void的大小。
在一些实施中，可以通过以下步骤来表征Void的尺寸：
步骤S5031、定义Void的边界。
为了定量分析Void大小，首先获取上述两个步骤所制备的TEM样品的STEM-DF4数据，其中，STEM-DF4数据包括：DF4图像52(对应上述实施例中的扫描透射电子暗场图像)和DF4轮廓曲线53(对应上述实施例中的衬度分布曲线)。其次，获取所述TEM样品电子能量损失谱51，所述电子能量损失谱为测定的样品厚度信息；对比所述STEM-DF4数据和所述电子能量损失谱，如图5F所示，为本申请实施例提供的STEM-DF4数据和电子能量损失谱的对比图，显然，DF4轮廓曲线中的两个极小值就是Void的边界，DF4轮廓曲线中氧化物的衬度相对均匀，衬度发生变化的转折点就是接触孔的边界(包含氮化钛)，如此，通过在所述DF4轮廓曲线中确定所述接触孔的边界，即可测量出所述空洞的大小。
步骤S5032、测量误差。
通常认为，STEM图像为衍射衬度和质厚衬度的混合衬度。本申请实施例中，通过增加样品厚度，来抑制样品的衍射衬度的占比。本申请实施例的空洞的量测方法，由于样品具有特定的厚度，因此，所获取的STEM图片主要为样品的质厚衬度。而电子能量损失谱数据也验证了这一点。质厚衬度，可通过对电子束穿透方向物质重量进行积分模拟衬度。图5G为本申请实施例提供的圆形接触孔的厚度积分曲线，如图5G所示，当CT和Void都是圆形的时候，Void大小是不受样品厚度影响的。而事实上，CT和Void形状并不规整，如图5H所示，为本申请实施例提供的不规则接触孔的厚度积分曲线，可以看出，对于不规则的接触孔，当样品的厚度不同时，测量的Void的大小也不同。
图5I为本申请实施例提供的切平之前接触孔的明场图像和横截面图，图5I中上边的图为切平之前不同形状接触孔的横截面图，当未切平时，接触孔表面比较粗糙，图5I中下边的图为接触孔的明场图像，可以看出，当未切平时，接触孔和空洞的衬度对比不明显。图5J为本申请实施例提供的切平之后接触孔的暗场图像和横截面图，图5J中上边的图为不同形状接触孔的横截面图，当切平之后，接触孔表面比较光滑，图5J中下边的图为切平之后接触孔的暗场图像，可以看出，当切平之后，接触孔和空洞的衬度对比比较明显。
结合图5I和5J中所示的空洞1、空洞2和空洞3，如下表1所示，为本申请实施例提供的不同接触孔的厚度和误差表，可以看出，dthick<dthin，(dthin-dthick)/dthin<10％，其中，dthick为厚度较厚的样品测得的空洞的尺寸大小；dthin为厚度较薄的样品测得的空洞的尺寸大小。
表1不同接触孔的厚度和误差表
在一些实施例中，由于样品的厚度不同所引起的空洞的尺寸的误差小于或等于10％时，是可以被接受的。
步骤S5033、误差控制。
本申请实施例中，采用FIB将CT两边各切平大于Void区域。
在一些实施例中，如图5K所示，为本申请实施例提供的切平接触孔的结构示意图，本申请实施例中，切掉的厚度可以是20nm。
在一些实施例中，Void最大值大约为120nm。
这里，FIB的Rectangle模式无法将两面削平，因此，先采用FIB的Cleanning模式减薄，再用FIB的Rectangle稍微去除非晶损伤层。
本申请实施例中，过薄的样品，衍射衬度将占主导，因此，薄样品的STEM暗场图像将无法正确反映Void情况。在一些实施例中，当样品的厚度大于100nm时，样品的质厚衬度大于衍射衬度。如图5L所示，为本申请实施例提供的顶部较薄的接触孔的STEM暗场图像，可以看出，当接触孔的顶部过薄时，接触孔的衍射衬度将占主导，导致STEM图像各个区域的亮度不均衡，无法有效地观测Void。如图5M所示，为本申请实施例提供的厚度合适的接触孔的STEM暗场图像，可以看出，当接触孔的厚度合适时，接触孔的质厚衬度将占主导，STEM暗场图像各个区域的亮度均衡，可以直观、有效地观测出Void。
本申请实施例中与相关技术中采用TEM表征样品切薄、切均匀难度很高不同，采用STEM-DF4表征切厚、切均匀是一个很容易达到的目标。本申请实施例中，通过收集中角，实现较厚样品中Void的表征，其中，厚样品反过来抑制衍射衬度，是本申请实施例的技术方案的亮点。
本申请实施例提供的空洞的量测方法，可以直观、快速的测量出Void大小；且本申请实施例提供的空洞的量测方法，对样品厚度非常不敏感，不同样品可直接对比，具有普适性。
本申请实施例提供的空洞的量测方法无需制备极薄样品，因为，样品太薄会导致样品的衍射衬度大于质厚衬度，导致无法准确地确定出Void的边界，进而无法准确地测量出Void的大小，而本申请实施例中制备的样品的厚度在100nm至150nm之间，由于本申请实施例制备的样品不是太薄，所以，样品制备成功率与速度均极大地提高了，也降低FIB资源使用，节约了成本。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理模块中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种空洞的量测方法，其特征在于，应用于扫描透射电子显微镜，所述方法包括：
获取待测结构，其中，所述待测结构包括至少一个空洞；
对所述待测结构进行减薄处理，得到处理后的待测结构，其中，所述处理后的待测结构在与所述空洞的延伸方向垂直的方向上具有第一预设厚度；具有所述第一预设厚度的待测结构在所述扫描透射电子显微镜下的质厚衬度大于衍射衬度；
采集所述处理后的待测结构的扫描透射电子暗场图像；
对所述扫描透射电子暗场图像进行处理，得到所述处理后的待测结构的衬度分布曲线；
确定所述衬度分布曲线中相邻的第一转折点和第二转折点，其中，所述第一转折点和所述第二转折点为所述衬度分布曲线中相邻的两个极小值点；
根据所述第一转折点和第二转折点确定所述空洞的第一边界线和第二边界线，以确定所述空洞的边界；
确定所述空洞的边界，以实现对所述空洞的量测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述空洞的量测，包括获取所述空洞的尺寸、位置、形貌中的一种或几种信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预设厚度在100nm至150nm之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集所述处理后的待测结构的扫描透射电子暗场图像，包括：
通过所述扫描透射电子显微镜的低收集角探头，收集穿透所述具有第一预设厚度的待测结构的中角散射电子，以形成所述扫描透射电子暗场图像；
其中，所述低收集角探头能够收集位于第一预设毫弧度和第二预设毫弧度之间的中角散射电子，所述第一预设毫弧度小于所述第二预设毫弧度，且所述第二预设毫弧度小于160。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述低收集角探头能够收集位于25mrad至100mrad的所述中角散射电子。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述空洞的边界，以实现对所述空洞的量测，包括：
将所述第一边界线和所述第二边界线之间的垂直距离，确定为所述空洞的尺寸，以实现对所述空洞的量测。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测结构至少包括：接触孔；所述空洞位于所述接触孔内。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述接触孔为三维存储器中的接触孔，所述空洞位于所述接触孔的中心。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述对所述待测结构进行减薄处理，得到处理后的待测结构，包括：
采用聚焦离子束，沿所述空洞的延伸方向，对所述接触孔的位于平行于所述空洞的延伸方向的相对的两个侧面，分别减薄相同的厚度，得到处理后的接触孔。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述待测结构进行减薄处理，得到处理后的待测结构，包括：
通过聚焦离子束的第一模式，将所述待测结构减薄至第二预设厚度，得到具有第二预设厚度的待测结构；
通过所述聚焦离子束的第二模式，将所述具有第二预设厚度的待测结构减薄至所述第一预设厚度，得到具有所述第一预设厚度的待测结构；
其中，所述第一预设厚度与所述第二预设厚度之间的差值小于阈值，所述第一模式包括Cleanning模式，所述第二模式包括Rectangle模式。
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