CN113643996B - 致密性的表征方法 - Google Patents
致密性的表征方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113643996B CN113643996B CN202110872477.9A CN202110872477A CN113643996B CN 113643996 B CN113643996 B CN 113643996B CN 202110872477 A CN202110872477 A CN 202110872477A CN 113643996 B CN113643996 B CN 113643996B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film sample
- film
- control
- density
- control film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 title abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 83
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 41
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 890
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 121
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 44
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 44
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 43
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 36
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 claims description 33
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 26
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 23
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical group [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 13
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 11
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 417
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 90
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 46
- 238000005430 electron energy loss spectroscopy Methods 0.000 description 22
- 241000252073 Anguilliformes Species 0.000 description 21
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- DOTMOQHOJINYBL-UHFFFAOYSA-N molecular nitrogen;molecular oxygen Chemical compound N#N.O=O DOTMOQHOJINYBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 9
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000619 electron energy-loss spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 229910007991 Si-N Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910006294 Si—N Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000005211 surface analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
本申请实施例公开了一种致密性的表征方法，包括：提供具有预设厚度范围的薄膜样品和对照薄膜样品，其中，所述薄膜样品和对照薄膜样品分别包括待检测的膜层和对照待检测的膜层；利用预设条件分别对所述薄膜样品和所述对照薄膜样品进行刻蚀；在进行刻蚀的过程中，获取多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱；利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
Description
技术领域
本申请涉及半导体测试领域，更具体地涉及一种致密性的表征方法。
背景技术
在微电子器件制造过程中，各种薄膜的质量情况对最终器件的性能至关重要。例如，在三维NAND存储器中，存储层ONOP(氧化物-氮化物-氧化物-多晶硅，oxide-nitride-oxide-polysilicon)薄膜中的氮化物层致密性的优劣关系到存储器的性能。相关技术中，对薄膜的物理性质的表征仅局限于一些表面分析，例如硬度，强度等，而缺少对薄膜致密性的表征，从而也无法较全面的评估薄膜的质量情况。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例为解决上述技术问题提供一种致密性的表征方法。
为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供了一种致密性的表征方法，包括：
提供具有预设厚度范围的薄膜样品和对照薄膜样品，其中，所述薄膜样品和对照薄膜样品分别包括待检测的膜层和对照待检测的膜层；
利用预设条件分别对所述薄膜样品和所述对照薄膜样品进行刻蚀；在进行刻蚀的过程中，获取多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱；
利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
上述方案中，所述利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量；
利用多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量；
基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
上述方案中，当所述薄膜样品包括氮化硅膜层时，所述至少一个元素信号包括氮信号。
上述方案中，当所述氮化硅膜层为三维存储器的沟道结构中的氮化硅膜层时，所述至少一个元素信号还包括氧信号；所述沟道结构包括层叠设置的氧化硅膜层、氮化硅膜层、氧化硅膜层和多晶硅膜层。
上述方案中，当所述薄膜样品为碳硬掩膜层时，所述至少一个元素信号包括碳信号。
上述方案中，所述基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系；
基于所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
上述方案中，所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量均为归一化曲线；所述基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，包括：
基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量对应的归一化曲线的斜率和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量对应的归一化曲线的斜率，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系。
上述方案中，所述利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度关系，包括：
利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述薄膜样品的厚度随时间的变化量；
利用多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量；
基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
上述方案中，所述基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率的关系；
基于所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率的关系，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
上述方案中，所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量均为归一化曲线；
所述基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，包括：
基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量对应的归一化曲线的斜率和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量对应的归一化曲线的斜率，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系。
上述方案中，所述利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述薄膜样品的化学键信息随时间的变化量；
利用多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述对照薄膜样品的化学键信息随时间的变化量；
基于所述薄膜样品的化学键信息随时间的变化量和所述对照薄膜样品的化学键信息随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
上述方案中，所述基于所述薄膜样品的化学键信息随时间的变化量和所述对照薄膜样品的化学键信息随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
基于所述薄膜样品的化学键信息随时间的变化量和所述对照薄膜样品的化学键信息随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率的关系；
基于所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率的关系，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
上述方案中，所述基于所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
响应于所述薄膜样品的被刻蚀速率小于所述对照薄膜样品的被刻蚀速率，确定所述薄膜样品的致密度大于所述对照薄膜样品的致密度；
响应于所述薄膜样品的被刻蚀速率大于所述对照薄膜样品的被刻蚀速率，确定所述薄膜样品的致密度小于所述对照薄膜样品的致密度。
上述方案中，所述薄膜样品为半导体结构的切片，所述对照薄膜样品为对照半导体结构的切片；所述薄膜样品和对照薄膜样品均包括目标检测膜层和非目标检测膜层。
上述方案中，所述薄膜样品和对照薄膜样品为三维存储器中沟道结构的切片；所述切片的剖切面与所述沟道结构的延伸方向垂直；所述沟道结构包括层叠设置的氧化硅膜层、氮化硅膜层、氧化硅膜层和多晶硅膜层。
上述方案中，所述薄膜样品和对照薄膜样品为三维存储器中堆叠结构或硬掩膜的切片；所述切片的剖切面与所述堆叠结构或硬掩膜的延伸方向平行；所述堆叠结构包括层叠设置的氧化硅膜层、氮化硅膜层。
本申请实施例还提供了一种工艺条件调整方法，包括：
根据上述致密性的表征方法，获取待测薄膜样品的致密度和对照薄膜样品的致密度的关系；
基于所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度关系，确定调整所述薄膜样品的工艺条件。
上述方案中，所述基于所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度关系，确定调整所述薄膜样品的工艺条件，包括：
基于所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度关系，将所述薄膜样品的工艺条件向致密度更高的方向调整。
本申请实施例提供了一种致密性表征方法，通过提供具有预设厚度范围的薄膜样品和对照薄膜样品，其中，所述薄膜样品和对照薄膜样品分别包括待检测的膜层和对照待检测的膜层；利用预设条件分别对所述薄膜样品和所述对照薄膜样品进行刻蚀；在进行刻蚀的过程中，获取多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱；利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。本申请实施例中，在对一定厚度范围的薄膜样品和对照薄膜样品进行刻蚀时，分别获取二者对应的多个电子能量损失图谱，并进一步根据二者对应的多个电子能量损失谱对薄膜样品和对照薄膜样品的致密性关系进行量化的表征，进而利用该量化的致密性表征结果能够较全面地评估薄膜样品的质量情况，为后续的薄膜制备工艺优化提供数据支撑。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种致密性的表征方法的实现流程示意图本申请；
图2为本申请的示例中薄膜M1、薄膜M2和薄膜M3的对应的刻蚀位置的示意图；
图3示出了薄膜M1、薄膜M2和薄膜M3中氮化物层的归一化的氮元素信号随时间的变化量；
图4示出了薄膜M1、薄膜M2和薄膜M3中氮化物层的归一化的氧元素信号随时间的变化量；
图5示出了薄膜N1、薄膜N2、薄膜N3和薄膜N4的归一化厚度随时间的变化量；
图6示出了薄膜N1、薄膜N2、薄膜N3和薄膜N4的归一化的氮元素信号随时间的变化量；
图7示出了薄膜C1、薄膜C2、薄膜C3和薄膜C4中归一化的碳元素信号随时间的变化量；
图8示出了薄膜C1、薄膜C2、薄膜C3和薄膜C4中归一化的sp2键信号随时间的变化量；
图9示出了薄膜C1、薄膜C2、薄膜C3和薄膜C4中sp2/(sp2+sp3)键比值随时间的变化量。
具体实施方式
为使本申请实施例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。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体的描述本申请。根据下面说明，本申请的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本申请实施例的目的。
在电子束对薄膜样品进行辐照时，会产生一定程度的损伤。提高电子束的能量，例如提高到107-108Am-2的能量时，则可以制备纳米孔，同时可通过透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope，TEM)实时观察原位(in-situ)纳米材料的情况；并利用电子能量损失图谱(Electron energy loss spectroscopy，EELS)精准获得纳米材料内部实时的化学信息，揭示纳米材料内部的一个物理化学变化。
基于此，在本申请的各实施例中，在对一定厚度范围的薄膜样品和对照薄膜样品进行刻蚀时，分别获取二者对应的多个电子能量损失图谱，并进一步根据二者对应的多个电子能量损失谱对薄膜样品和对照薄膜样品的致密性关系进行量化的表征，进而利用该量化的致密性表征结果能够较全面地评估薄膜样品的质量情况，为后续的薄膜制备工艺优化提供数据支撑。
本申请实施例提供一种致密性的表征方法，图1为本申请实施例提供的一种致密性的表征方法的实现流程示意图。如图1所示，所述方法包括以下步骤：
步骤101：提供具有预设厚度范围的薄膜样品和对照薄膜样品，其中，所述薄膜样品和对照薄膜样品分别包括待检测的膜层和对照待检测的膜层；
步骤102：利用预设条件分别对所述薄膜样品和所述对照薄膜样品进行刻蚀；在进行刻蚀的过程中，获取多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱；
步骤103：利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
本申请实施例提供的致密性的表征方法在表征薄膜样品的致密性方面特别有利。实际应用中，这些薄膜样品可以为一定厚度范围的半导体薄膜，用于各种集成电路设备中。在一些实施例中，所述薄膜样品包含三维存储器的存储层(沟道结构)、堆叠结构或者掩膜层。更具体地，这些半导体薄膜可以包括氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、碳薄膜等。
尽管在以下的实施例中，描述了氧化硅薄膜、氮化硅薄膜和碳薄膜的致密性的表征方法，然而，本领域技术人员应理解到本申请并不局限于任何特定的薄膜。
在步骤101中，主要是获取待进行致密性表征的薄膜样品和对照薄膜样品。
实际应用中，薄膜样品和对照薄膜样品为相同的半导体结构。具体地，二者具有相同的材料、相同的功能层，在后续进行刻蚀时，在相似的位置进行刻蚀。同时，两者具有相似的厚度。如果薄膜样品和对照薄膜样品的厚度过大，则后续步骤中EELS检测到的多重散射比较严重，信号背底相对较高，信号的定域性受到影响。因此需要对提供的薄膜样品和对照薄膜样品进行减薄，以提供预设厚度范围的薄膜样品和对照薄膜样品。
这里，薄膜样品和对照薄膜样品为相对概念，即，可以通过下文中的提到的方法在一组薄膜样品选取性能指标平均或最佳的一个薄膜样品作为对照薄膜样品中，也可以提供已通过性能或指标验证的产品的薄膜作为对照薄膜样品。
实际应用中，薄膜样品和对照薄膜样品的所述预设厚度范围可以为40nm-60nm。
可以理解的是，本申请实施例中的具有预设厚度范围的薄膜样品和对照薄膜样品可以有效地减少多重散射的影响，降低信号背底，增大EELS的接收角能够改善信号的定域性。
实际应用中，当薄膜样品和对照薄膜样品的厚度大于上述预设范围时，可以对目标半导体结构进行切片处理，或者减薄处理以得到所述预设厚度的薄膜样品和对照薄膜样品。实际应用中，所述切片处理或减薄处理的具体执行方式可以是化学机械研磨、干法刻蚀、湿法刻蚀等方式的任一或组合，但不限于此。
在步骤102中，主要利用预设条件分别对所述薄膜样品和对照薄膜样品进行刻蚀，得到纳米孔；并在进行刻蚀的过程中，获取薄膜样品和对照薄膜样品的EELS，因此可以获得薄膜样品和对照薄膜样品被刻蚀部分材料内部实时的化学信息。
实际应用中，所述EELS是利用入射电子引起材料表面原子芯级电子电离、价带电子激发、价带电子集体震荡以及电子震荡激发等，发生非弹性散射而损失的能量来获取表面原子的物理和化学信息的分析方法。EELS能够提供元素的信号、化学键态、薄膜样品厚度等信息，因此能够精准获得材料内部实时的化学和物理信息，揭示材料内部的物理化学变化。这里，所述预设条件包括统一且合适的流密度(即，能量)的电子束、电子能量损失图谱的能量分辨率和测试环境(例如，温度、真空度等)。实际应用中，可以利用预设能量的电子束对薄膜样品和对照薄膜样品的目标位置进行轰击，获得该预设能量的电子束对应的EELS，从而利用该EELS获得薄膜样品和对照薄膜样品的目标位置处的材料内部实时的化学信息。
实际应用中，多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱均是在不同时间获得的，例如，每隔固定时间步长获取一副。实际应用中，可以利用电子能量损失图谱仪获得预设能量的电子束对应的EELS。具体实施时，可以根据实际需求，设置电子能量损失图谱仪拍摄所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的频率，以获得多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱。可以理解的是，这里对薄膜样品和对照薄膜样品的厚度以及轰击薄膜样品和对照薄膜样品的电子束的能量进行统一设置便于对多个薄膜样品的表征数据的横向比较。
在步骤103中，利用多幅所述薄膜样品的EELS和多幅所述对照薄膜样品的EELS，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
实际应用中，考虑到通过EELS的精细结构能够提供元素的化学键态、最近邻原子配位等结构信息。例如，通过EELS获得对应元素的图谱，通过对比EELS中的N、O的K峰区分Si3N4、N2及SiO2，给出对应化学键的信息变化。
基于此，可以利用薄膜样品和对照薄膜样品的EELS，通过不同的实现方式确定它们之间致密度的关系。
以下将详细说明利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱确定致密度关系的不同实现方式。
在一些实施例中，所述利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量；
利用多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量；
基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
在该实施例中，薄膜样品和对照薄膜样品致密度的关系是通过薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量的关系间接确定的。
在一些实施例中，当所述薄膜样品包括氮化硅膜层时，所述至少一个元素信号包括氮信号。
在一些实施例中，当所述氮化硅膜层为三维存储器的沟道结构中的氮化硅膜层时，所述至少一个元素信号还包括氧信号；这里的沟道结构通常包括层叠设置的氧化硅膜层、氮化硅膜层、氧化硅膜层和多晶硅膜层。
需要说明的是，由于薄膜样品中的氮化硅膜层与氧化硅膜层是相邻的，当电子束作用到样品上时，除了产生氮元素的信号之外，相邻的氧化硅层也会由于电子束的作用而产生氧信号的变化。
在一些实施例中，当所述薄膜样品为碳硬掩膜层时，所述至少一个元素信号包括碳信号。
在获得薄膜样品和对照薄膜样品的上述至少一个元素的信号之后，可通过该信号随时间量的变化来判断电子束对薄膜样品和对照薄膜样品的刻蚀速率关系，进而通过刻蚀速率关系来判断它们的致密度的关系。
进一步地，在一些实施例中，所述基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系；
基于所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
进一步地，所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量均为归一化曲线；所述基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，包括：
基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量对应的归一化曲线的斜率和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量对应的归一化曲线的斜率，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系。
需要说明的是，这里的斜率可以是所述归一化曲线上任一点的斜率，也可以是某一特定区间内的平均斜率。并且适用下文中所提到的斜率。
实际应用中，可以根据在指定时段(例如，5秒)的信号值的变化量来确定薄膜样品和对照薄膜样品的致密度之间的关系。也就是说，可以直接将指定时间的信号值与相对致密度相关联。
可以理解的是，在上述实施例中，致密性的表征是这样实现的：即首先分别获取薄膜样品和对照薄膜样品中至少一个元素信号随时间的变化量，然后通过该变化量判断并确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，进一步通过该被刻蚀速率关系来确定薄膜样品和对照薄膜样品的致密度的关系。
以下将详细说明致密度关系的另一种实现方式。
在一些实施例中，所述利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度关系，包括：
利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述薄膜样品的厚度随时间的变化量；
利用多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量；
基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
进一步地，所述基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率的关系；
基于所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率的关系，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
进一步地，所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量均为归一化曲线；
所述基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，包括：
基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量对应的归一化曲线的斜率和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量对应的归一化曲线的斜率，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系。
可以理解的是，在上述实施例中，致密性的表征是这样实现的：即首先分别获取薄膜样品和对照薄膜样品中厚度随时间的变化量，然后通过该变化量判断并确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，进一步通过该被刻蚀速率关系来确定薄膜样品和对照薄膜样品的致密度的关系。
以下将详细说明致密度关系的又一种实现方式。
在一些实施例中，所述利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述薄膜样品的化学键信息随时间的变化量；
利用多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述对照薄膜样品的化学键信息随时间的变化量；
基于所述薄膜样品的化学键信息随时间的变化量和所述对照薄膜样品的化学键信息随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
这里，化学键信息可以是化学健信号，例如为sp2信号或sp3信号等。
进一步地，所述基于所述薄膜样品的化学键信息随时间的变化量和所述对照薄膜样品的化学键信息随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
基于所述薄膜样品的化学键信息随时间的变化量和所述对照薄膜样品的化学键信息随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率的关系；
基于所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率的关系，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
可以理解的是，在上述实施例中，致密性的表征是这样实现的：即首先分别获取薄膜样品和对照薄膜样品中化学键信息随时间的变化量，然后通过该变化量判断并确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，进一步通过该被刻蚀速率关系来确定薄膜样品和对照薄膜样品的致密度的关系。
在上述表征致密性的不同实现方式中，需要对薄膜样品的电子能量损失图谱和对照薄膜样品的电子能量损失图谱进行处理，在实际应用中，例如可通过通过DigitalMicrographTM等图像数据处理软件，获取至少一个元素信号随时间的变化量、厚度随时间的变化量或化学键信息随时间的变化量，也可以通过其他合适的方式来获得，本申请对此不作限制。
本领域技术人员可根据薄膜样品的实际情况，选择上述三种实现方式中的一种或多种来确定薄膜样品和对照薄膜样品的被刻蚀速率关系。例如，本领域技术人员可根据薄膜样品和对照薄膜样品的材料成分、结构特性以及信号的敏感程度等因素综合考虑选择确定至少一个元素信号随时间的变化量、厚度随时间的变化量或化学键信息随时间的变化量中的至少一个来确定薄膜样品和对照薄膜样品的被刻蚀速率关系。
示例性地，对于碳薄膜，适合采用至少一个元素信号或化学键信息随时间的变化量来确定薄膜样品和对照薄膜样品的被刻蚀速率关系的方式，而对于含有氮化硅的层叠结构的薄膜样品，适合采用至少一个元素信号和/或厚度随时间的变化量或来确定。
在上述表征致密性的不同实现方式中，所述基于所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
响应于所述薄膜样品的被刻蚀速率小于所述对照薄膜样品的被刻蚀速率，确定所述薄膜样品的致密度大于所述对照薄膜样品的致密度；
响应于所述薄膜样品的被刻蚀速率大于所述对照薄膜样品的被刻蚀速率，确定所述薄膜样品的致密度小于所述对照薄膜样品的致密度。
可以理解的是，在其他条件不变的情况下，施加恒定的电子束的能量，则不同的薄膜样品被电子束刻蚀的程度也不同，刻蚀程度越大，则薄膜样品的致密性越差；反之，刻蚀程度越小，则薄膜样品的致密性越好。
本申请实施例首先通过不同的途径确定被刻蚀速率，进而确定致密性。
本申请实施例中薄膜的致密性表征是通过电子束对薄膜样品的蚀刻来进行的。例如对于不同工艺所制备的薄膜样品，在其他条件不变的情况下，施加恒定的电子束的能量，则不同的薄膜样品被电子束刻蚀的程度也不同。可以理解，刻蚀程度越大，则薄膜样品的致密性越差；刻蚀程度越小，则薄膜样品的致密性越好。
本领域技术人员将理解，在相同条件下，薄膜样品的被刻蚀速率越大，说明薄膜样品的致密性越差。薄膜样品的被刻蚀速率越小，说明薄膜样品的致密性越好。通过上述电子束刻蚀过程可通过电子束刻蚀速率来评估材料的质量缺陷以及细微的不同，具体而言是评估材料的致密性，能够为后续的薄膜制备工艺优化提供支撑。
本领域技术人员将理解，薄膜的致密性与薄膜的被刻蚀速率呈反相关关系，换句话说，薄膜的被刻蚀速率越大，说明薄膜的致密性越差。薄膜的被刻蚀速率越小，说明薄膜的致密性越好。在一些实施例中，所述薄膜样品为半导体结构的切片，对应地，所述对照薄膜样品为对照半导体结构的切片；所述薄膜样品和对照薄膜样品均包括目标检测膜层和非目标检测膜层。
需要说明的是，上述薄膜样品和对照薄膜样品除了包括目标检测膜层，还包括非目标检测膜层。因此，无需获取仅包括待检测薄膜的膜层，省去了分离非目标检测膜层的步骤，从而降低制样难度。
在一些实施例中，所述薄膜样品和对照薄膜样品为三维存储器中沟道结构的切片；所述切片的剖切面与所述沟道结构的延伸方向垂直；所述沟道结构包括层叠设置的氧化硅膜层、氮化硅膜层、氧化硅膜层和多晶硅膜层。
这里，沟道结构为柱状结构，沟道结构包括径向层叠设置的氧化硅膜层、氮化硅膜层、氧化硅膜层和多晶硅膜层，因此，切片的剖切面可以是沿径向的方向，即与柱状结构的沟道结构的延伸方向垂直。
在另一些实施例中，所述薄膜样品和对照薄膜样品为三维存储器中堆叠结构或硬掩膜的切片；所述切片的剖切面与所述堆叠结构或硬掩膜的延伸方向平行；所述堆叠结构包括层叠设置的氧化硅膜层、氮化硅膜层。
这里，切片的剖切面与所述堆叠结构或硬掩膜的延伸方向平行，即堆叠结构或硬掩膜铺展的方向。
本申请实施例提供了一种致密性表征方法，通过提供具有预设厚度范围的薄膜样品和对照薄膜样品，其中，所述薄膜样品和对照薄膜样品分别包括待检测的膜层和对照待检测的膜层；利用预设条件分别对所述薄膜样品和所述对照薄膜样品进行刻蚀；在进行刻蚀的过程中，获取多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱；利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。本申请实施例中，在对一定厚度的薄膜样品和对照薄膜样品进行刻蚀时，获取电子能量损失图谱，并进一步根据电子能量损失谱确定薄膜样品和对照薄膜样品被刻蚀速率系统，从而根据该关系对薄膜样品和对照薄膜样品的致密性关系进行量化的表征，进而利用该量化的致密性表征结果能够较全面地评估薄膜样品的质量情况，为后续的薄膜制备工艺优化提供数据支撑。
本申请以下将结合具体的示例来描述本申请的方法。
示例1
三维NAND存储器的存储层(沟道结构)中氮化硅层致密性的表征
首先，获取三种不同工艺条件下的三维NAND存储器的存储层ONOP沟道结构，其中，氮化物层为氮化硅，进行切片处理，切片的剖切面与沟道结构的延伸方向垂直，得到的3个薄膜样品分别记为薄膜M1、薄膜M2和薄膜M3。
需要指出的是，可以选取薄膜M1、薄膜M2和薄膜M3中任意一个作为对照薄膜样品，也可以通过本申请实施例提供的表征的方法选取性能指标最优的一个作为对照薄膜样品，并将该对照薄膜样品固定用于后续其他待测量薄膜样品的对照薄膜样品。
在真空环境下，使用TEM观察薄膜M1、薄膜M2和薄膜M3，并分别使电子束对准薄膜M1、薄膜M2和薄膜M3中的氮化物层(氮化硅)，图2为本申请的示例中薄膜M1、薄膜M2和薄膜M3的对应的刻蚀位置，就绪后，使用统一能量的电子束进行轰击，并获取EELS，利用EELS分别得到氮元素信号和氧元素信号随时间的变化量。如图3和图4所示，图3示出了薄膜M1、薄膜M2和薄膜M3中氮化物层的归一化的氮元素信号随时间的变化量，图4示出了薄膜M1、薄膜M2和薄膜M3中氮化物层的归一化的氧元素信号随时间的变化量。
可以看出，薄膜M1、薄膜M2和薄膜M3中归一化的氮元素信号随时间推移呈减小趋势，而归一化的氧元素信号分别在12s、16s和26s内随时间推移呈增大趋势，并分别在12s、16s和26s后随时间推移呈减小趋势。
这是由于电子束开始照射时，ONOP层中的氮化硅开始扩散，此时，检测区域氮信号逐渐减小，同时位于氮化物硅邻近的氧化物也开始扩散至检测区域，此时，出现氧信号，并逐渐增大。随着氮化物持续扩散，并持续吸收能量，直到Si-N键接近断裂的边缘。Si-N键断裂，氮气产生，短时间内释放出氮气，氮气聚集导致N信号升高。氮气的产生，局部压力过大，阻止了氮化硅的扩散使O信号达到了顶峰。真空环境使氮气快速释放，氮化硅材料迅速解体，氮化硅材料解体和周边氮化硅的补救维持平衡，N/O信号均趋于稳定。
对于所得的薄膜M1、薄膜M2和薄膜M3中氮化物层的归一化的氮元素信号和归一化的氧元素信号随时间的变化量，对它们进行比较，可以看出，在归一化的氮信号下降到为0.5左右时，对于薄膜M3所用的时长最短，薄膜M1次之，薄膜M2最长。而在归一化的氧信号上升到1左右时，对于薄膜M3所用的时间最短，薄膜M1次之，薄膜M2最长。
此时，可以理解，该电子束对于薄膜M1、薄膜M2和薄膜M3的刻蚀速率EM1、EM2、EM3的大小关系为EM3＞EM1＞EM2。
需要说明的是，图3和图4分别出了一种元素信号随时间的变化量。由图3示出的归一化的氮元素信号随时间的变化量所确定的刻蚀速率关系与由图4示出的归一化的氧元素信号随时间的变化量随时间的变化量所确定的刻蚀速率关系基本相同。
可以理解的是，薄膜的致密度与薄膜的被刻蚀速率呈反相关关系，换句话说，薄膜的被刻蚀速率越大，说明薄膜的致密度越差。薄膜的被刻蚀速率越小，说明薄膜的致密度越好。
因此，通过上述EM1、EM2、EM3的大小关系可以确定薄膜M2的致密度最好，薄膜M1的致密度次之，薄膜M3的致密度最差。
在该实施例中，在实际应用时，上述实施例方法对于不同工艺批次的三维NAND存储器的存储层ONOP中氮氧化物层的致密性评估是有利的，由于氮氧化物层是储存记忆电子的层，因此，氮氧化物层致密度对于三维NAND存储器的性能和读写寿命至关重要。上述实施例方法在具体应用时，可通过数次试验确定出电子束的合适能量，然后以该能量的电子束对性能符合产品标准的存储层ONOP中氮氧化物层作为对照薄膜样品进行上述致密性的表征的步骤，得到氮信号和/或氧信号随时间的变化量的图作为对照。
如上所分析的，以选择薄膜M1为对照薄膜样品为例，由于薄膜M2的致密度优于对照薄膜样品M1，可以视薄膜M2的致密度符合要求。此时，致密度最差的薄膜M3的制备工艺则需要优化调整。
对于新的批次的待进行致密性的表征的存储层ONOP薄膜，按上述方法进行测试，所得到的致密性的表征结果与上述对照进行比较，如果致密性的表征结果优于对照，表明所测试的存储层ONOP薄膜的致密度达到较佳水平，反之，则表明所测试的存储层ONOP薄膜的致密度未达到较佳水平，此时，可将致密度未达到较佳水平的薄膜样品的工艺条件向致密度更高的方向调整，例如通过改善沉积条件，调整沉积方式等。因此对致密度未达到较佳水平的存储层ONOP薄膜制备工艺进行优化改进具有重要的反馈意义。
示例2
三维NAND存储器的氮氧堆叠结构中氮化硅层的致密性的表征
首先，获取氮氧堆叠(NO stack)结构，其中，氮氧堆叠分别为氮化硅和二氧化硅。取四种不同工艺条件制备的氮氧堆叠的结构，对该堆叠结构切片减薄，切片的剖切面与所述堆叠结构的延伸方向平行，得到4个薄膜样品，分别记为薄膜N1、薄膜N2、薄膜N3和薄膜N4。
在真空环境下，使用TEM观察薄膜N1、薄膜N2、薄膜N3和薄膜N4，并分别使统一能量的电子束对薄膜N1、薄膜N2、薄膜N3和薄膜N4表面的区域进行轰击，并获取EELS，利用EELS分别得到被电子束作用区域的厚度随随时间的变化量和氮信号随时间的变化量，分别如图5和图6所示。图5示出了薄膜N1、薄膜N2、薄膜N3和薄膜N4被刻蚀部分的归一化的厚度随时间的变化量，图6示出了薄膜N1、薄膜N2、薄膜N3和薄膜N4的归一化的氮元素信号随时间的变化量。
从图5和图6中可以看出，在开始测试的一段时间内，薄膜N1、薄膜N2、薄膜N3和薄膜N4中被刻蚀部分厚度和氮信号均随时间推移呈减小趋势。另外，薄膜N1、薄膜N2、薄膜N3和薄膜N4厚度下降的快慢程度ΔTN3、ΔTN1、ΔTN2和ΔTN3不同，其关系为ΔTN4≈ΔTN3＞ΔTN2＞ΔTN1。薄膜N1、薄膜N2、薄膜N3和薄膜N4的氮信号随时间变化的关系与厚度随时间变化的关系类似，在此不再详述。
由上述归一化的厚度和的归一化的氮元素信号随时间的关系可以看出，对于相同能量的电子束，在归一化的厚度下降到为0.5左右时，对于薄膜N4(薄膜N3与之近似)所用的时间最短，薄膜N2次之，而薄膜N1用时最长；在归一化的氮信号下降到为0.2左右时，薄膜N4(薄膜N3与之近似)所用的时间最短，薄膜N2次之，而薄膜N1用时最长。
可以看出，该电子束对于薄膜N1、薄膜N2、薄膜N3和薄膜N4的刻蚀速率EN1、EN2、EN3和EN4的大小关系为EN4≈EN3＞EM2＞EM1。
需要说明的是，图5和图6分别出了归一化的厚度以及氮元素信号随时间的变化量。由图5示出的归一化的厚度随时间的变化量所确定的刻蚀速率关系与由图6示出或归一化的氮元素信号随时间的变化量所确定的刻蚀速率关系基本相同。
可以理解，薄膜的致密度与薄膜的被刻蚀速率呈反相关关系，换句话说，薄膜的被刻蚀速率越大，说明薄膜的致密度越差。薄膜的被刻蚀速率越小，说明薄膜的致密度越好。
因此，通过上述EN1、EN2、EN3和EN4的大小关系可以确定薄膜N1的致密度最佳，薄膜N2的致密度次之，薄膜N3或N4的致密度最差。
在实际应用时，上述实施例方法对于不同工艺批次的氮氧堆叠结构致密性的评估是有利的，由于氮氧化物层是储存记忆电子的层，因此，氮氧化物层致密度对于芯片器件的性能和寿命至关重要。上述实施例方法在具体应用时，可通过数次试验确定出电子束的合适能量，然后以该能量的电子束对性能符合产品标准的氮氧堆叠结构作为对照薄膜样品进行上述致密度的表征的步骤，得到厚度和/或氧信号随时间的变化量的图作为对照。
类似于上文中所述的，也可以选择薄膜N1或薄膜N2的作为对照薄膜样品。
对于新的批次的待进行致密度的表征的氮氧堆叠结构薄膜，按上述方法进行测试，所得到的致密度的表征结果与上述对照进行比较，如果致密度的表征结果优于对照，表明所测试的氮氧堆叠结构的致密度达到较佳水平，反之，则表明所测试的氮氧堆叠结构的致密度未达到较佳水平，此时，可将致密度未达到较佳水平的薄膜样品的工艺条件向致密度更高的方向调整，例如通过改善沉积条件，调整沉积方式等。因此，对致密度未达到较佳水平的氮氧堆叠结构制备工艺进行优化改进具有重要的反馈意义。
示例3碳薄膜的致密性的表征
首先，取四种不同工艺条件制备的碳掩膜层的薄膜，对该碳薄膜进行切片，切片的剖切面与硬掩膜的延伸方向平行，得到4个薄膜样品，分别记为薄膜C1、薄膜C2、薄膜C3和薄膜C4。
在真空环境下，使用TEM观察薄膜C1、薄膜C2、薄膜C3和薄膜C4，并分别使统一能量的电子束对薄膜C1、薄膜C2、薄膜C3和薄膜C4表面的区域进行轰击，并获取EELS，利用EELS分别得到被电子束作用区域的归一化的碳元素信号、归一化的sp2键信号、sp2/(sp2+sp3)比值分别随时间的变化量，分别如图7、图8和图9所示。图7示出了薄膜C1、薄膜C2、薄膜C3和薄膜C4中碳元素信号随时间的变化量，图8示出了薄膜C1、薄膜C2、薄膜C3和薄膜C4中归一化的sp2键信号随时间的变化量。图9示出了薄膜C1、薄膜C2、薄膜C3和薄膜C4中sp2/(sp2+sp3)键信号随时间的变化量。
需要说明的是，本示例中的碳薄膜中存在以sp2键合的碳，同时存在以sp3键合的碳。sp2信号是C与C之间的双键杂化信号。sp3信号是C与C之间的单键杂化信号。
从图7和图8可以看出，薄膜C1、薄膜C2、薄膜C3和薄膜C4中归一化的碳元素信号和归一化的sp2键信号随时间推移均呈减小趋势。
对所得的薄膜C1、薄膜C2、薄膜C3和薄膜C4中归一化的碳元素信号和归一化的sp2键信号，对它们进行比较，可以看出，对于归一化的碳信号，薄膜C1下降得最快，薄膜C2其次之，薄膜C4次之，薄膜C3最慢。对于归一化的sp2键信号，所呈现出的趋势与归一化的碳信号一致。
对于碳薄膜，可以理解，在施加相同的电子束的情况下，归一化的碳元素信号和归一化的sp2键信号下降的越快，则表明该电子束对该碳薄膜的蚀刻速率越大。
该电子束对薄膜C1、薄膜C2、薄膜C3和薄膜C4的刻蚀速率EC1、EC2和EC3和EC4的大小关系为EC1＞EC2＞EC4＞EC3。
需要说明的是，图7和图8分别出了归一化的碳信号以及归一化的sp2信号随时间的变化量。图7示出的归一化的碳信号随时间的变化量所确定的刻蚀速率关系与由图8示出的归一化的sp2信号随时间的变化量所确定的刻蚀速率关系基本相同。
可以理解，碳薄膜的致密度与碳薄膜的被刻蚀速率呈反相关关系，换句话说，碳薄膜的被刻蚀速率越大，说明碳薄膜的致密度越差。碳薄膜的被刻蚀速率越小，说明碳薄膜的致密度越好。
因此，薄膜C3的致密度最佳，薄膜C4的致密度次之，薄膜C2的致密度更次之，薄膜C1的致密度最差。
此外，如图9所示，还示出了sp2/(sp2+sp3)键信号随时间的变化量，这表明在电子束刻蚀的过程中，有一部分sp3键转化为sp2信号。在该实施例中，在实际应用时，上述实施例方法对于碳膜的致密度的评估是有利的，由于碳膜广泛应用于半导体器件的制程中，因此，碳膜的致密度对于半导体制造至关重要。上述实施例方法在具体应用时，可通过数次试验确定出电子束的合适能量，然后以该能量的电子束对性能符合应用标准的碳膜作为对照薄膜样品进行上述致密度的表征的步骤，得到氮信号和/或sp2键信号随时间的变化量的图作为对照。
类似于上文中所述的，也可以选择薄膜C3或C4作为对照薄膜样品。
对于新的批次的待进行致密度表征的碳膜，按上述方法进行测试，所得到的致密度表征结果与上述对照进行比较，如果致密度表征结果优于对照，表明所测试的碳膜的致密度达到较佳水平，反之，则表明所测试的碳膜的致密度未达到较佳水平，此时，可将致密度未达到较佳水平的薄膜样品的工艺条件向致密度更高的方向调整，例如通过改善沉积条件，调整沉积方式等。因此对致密度未达到较佳水平的碳膜制备工艺进行优化改进具有重要的反馈意义。
通过上述原位的电子束刻蚀试验可以通过电子束刻蚀速率来评估材料的质量缺陷以及细微的不同，具体而言是评估材料的致密性。此外，还可以给出薄膜的化学键态等结构信息，例如化学键的信息变化，揭示材料内部的物理化学变化，能够为后续的薄膜制备工艺优化提供数据支撑。
本申请的实施例还提供了一种工艺条件调整方法，包括：
根据上述致密度的表征方法，获取待测薄膜样品的致密度和对照薄膜样品的致密度关系；
基于所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度关系，确定调整所述薄膜样品的工艺条件。
具体地，所述基于所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度关系，确定调整所述薄膜样品的工艺条件，包括：
基于所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度关系，将所述薄膜样品的工艺条件向致密度更高的方向调整。
可以理解的是，在致密度方面而言，可以将符合产品预定要求的工艺条件制备的样品视为对照薄膜样品，在所述薄膜样品的致密度比对照薄膜样品的致密度差的情况下，可对制备薄膜样品的工艺条件进行调整，以优化薄膜样品的致密度。具体做法是，可以对工艺条件进行迭代调整，直到薄膜样品的致密度接近甚至优于对照薄膜样品的致密度为止。
此外，本申请实施例的方法还适用于对采用多种不同的工艺条件制备的多种薄膜样品分别与对照薄膜样品进行致密性表征；利用致密性表征结果，确定多种不同的工艺条件中最优的工艺条件。
在实际应用中，需要评估薄膜的致密性是否符合产品标准，例如，在三维NAND存储器，存储层氮化物(例如氮化硅)的致密性关系到三维NAND存储器的性能和读写寿命，此时，需要评估存储层氮化物层的致密性。对此，可按照本申请的方法进行评估，具体地，首先，选择性能符合产品标准的存储层ONOP中的氮化物层作为对照样品，通过采用不同能量的电子束对上述氮化物层进行刻蚀，确定合适的电子束作为参照，具体过程是通过不同能量的电子束对多组经过减薄后的对照薄膜样品进行刻蚀，获取多组电子能量损失图谱，进一步通过多组对照薄膜样品的至少一个元素信号(例如氮信号或氧信号)随时间的变化量，确定多组对照薄膜样品的被刻蚀的速率。根据该过程选取合适能量的电子束作为参照。
然后可通过参照电子束对不同工艺所制备的存储层ONOP中的氮化物层进行上述致密性表征的步骤，即经过对减薄后的薄膜样品和对照薄膜样品进行电子束刻蚀，获取它们的电子能量损失图谱，进一步地获得薄膜样品和对照薄膜样品的被刻蚀速率关系。
如果参照电子束对薄膜样品的被刻蚀速率大于对对照薄膜样品的刻蚀速率，则表明该薄膜样品的致密性比对照薄膜样品的致密性差，从而存在性能不符合产品标准的可能性。因此可以对制备该存储层ONOP中的氮化硅层的形成工艺进行优化。
反之，如果参照电子束对测薄膜样品的刻蚀速率小于对对照薄膜样品的刻蚀速率，则表明该薄膜样品的致密性优于对照薄膜样品的致密性，因此不需对制备该存储层ONOP中的氮化硅层的工艺进行优化。
需要说明的是，本申请实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种致密性的表征方法，其特征在于，所述方法包括：
提供具有预设厚度范围的薄膜样品和对照薄膜样品，其中，所述薄膜样品和对照薄膜样品分别包括待检测的膜层和对照待检测的膜层；
利用预设条件分别对所述薄膜样品和所述对照薄膜样品进行刻蚀；在进行刻蚀的过程中，获取多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱；
利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量；
利用多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量；
基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述薄膜样品包括氮化硅膜层时，所述至少一个元素信号包括氮信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述氮化硅膜层为三维存储器的沟道结构中的氮化硅膜层时，所述至少一个元素信号还包括氧信号；所述沟道结构包括层叠设置的氧化硅膜层、氮化硅膜层、氧化硅膜层和多晶硅膜层。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述薄膜样品为碳硬掩膜层时，所述至少一个元素信号包括碳信号。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系；
基于所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量均为归一化曲线；
所述基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，包括：
基于所述薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量对应的归一化曲线的斜率和所述对照薄膜样品的至少一个元素信号随时间的变化量对应的归一化曲线的斜率，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度关系，包括：
利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述薄膜样品的厚度随时间的变化量；
利用多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量；
基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率的关系；
基于所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率的关系，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量均为归一化曲线；
所述基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，包括：
基于所述薄膜样品的厚度随时间的变化量对应的归一化曲线的斜率和所述对照薄膜样品的厚度随时间的变化量对应的归一化曲线的斜率，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系。
11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱和多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
利用多幅所述薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述薄膜样品的化学键信息随时间的变化量；
利用多幅所述对照薄膜样品的电子能量损失图谱，获取所述对照薄膜样品的化学键信息随时间的变化量；
基于所述薄膜样品的化学键信息随时间的变化量和所述对照薄膜样品的化学键信息随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述基于所述薄膜样品的化学键信息随时间的变化量和所述对照薄膜样品的化学键信息随时间的变化量，确定所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
基于所述薄膜样品的化学键信息随时间的变化量和所述对照薄膜样品的化学键信息随时间的变化量，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率的关系；
基于所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率的关系，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的致密度的关系。
13.根据权利要求6、9或12中任一项所述的方法，其特征在于，所述基于所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的被刻蚀速率关系，确定所述薄膜样品和所述对照薄膜样品的致密度的关系，包括：
响应于所述薄膜样品的被刻蚀速率小于所述对照薄膜样品的被刻蚀速率，确定所述薄膜样品的致密度大于所述对照薄膜样品的致密度；
响应于所述薄膜样品的被刻蚀速率大于所述对照薄膜样品的被刻蚀速率，确定所述薄膜样品的致密度小于所述对照薄膜样品的致密度。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜样品为半导体结构的切片，所述对照薄膜样品为对照半导体结构的切片；所述薄膜样品和对照薄膜样品均包括目标检测膜层和非目标检测膜层。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述薄膜样品和对照薄膜样品为三维存储器中沟道结构的切片；所述切片的剖切面与所述沟道结构的延伸方向垂直；所述沟道结构包括层叠设置的氧化硅膜层、氮化硅膜层、氧化硅膜层和多晶硅膜层。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述薄膜样品和对照薄膜样品为三维存储器中堆叠结构或硬掩膜的切片；所述切片的剖切面与所述堆叠结构或硬掩膜的延伸方向平行；所述堆叠结构包括层叠设置的氧化硅膜层、氮化硅膜层。
17.一种工艺条件调整方法，其特征在于，包括：
根据权利要求1至16任一项所述的致密性的表征方法，获取待测薄膜样品的致密度和对照薄膜样品的致密度关系；
基于所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度关系，确定调整所述薄膜样品的工艺条件。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述基于所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度关系，确定调整所述薄膜样品的工艺条件，包括：
基于所述薄膜样品的致密度和所述对照薄膜样品的致密度关系，将所述薄膜样品的工艺条件向致密度更高的方向调整。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110872477.9A CN113643996B (zh) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | 致密性的表征方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110872477.9A CN113643996B (zh) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | 致密性的表征方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113643996A CN113643996A (zh) | 2021-11-12 |
| CN113643996B true CN113643996B (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=78419209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110872477.9A Active CN113643996B (zh) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | 致密性的表征方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113643996B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001156137A (ja) * | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Matsushita Electronics Industry Corp | 半導体装置の解析方法 |
| US6372103B1 (en) * | 1998-10-12 | 2002-04-16 | The Regents Of The University Of California | Ultrashort pulse laser deposition of thin films |
| JP2009529222A (ja) * | 2006-03-03 | 2009-08-13 | カリフォルニア・インスティテュート・オブ・テクノロジー | フッ化物イオン電気化学セル |
| CN102420151A (zh) * | 2011-04-29 | 2012-04-18 | 上海华力微电子有限公司 | 一种用于表征低介电常数介质材料损伤的检测方法 |
| CN107816949A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-03-20 | 长江存储科技有限责任公司 | 一种用于3d nand存储器的存储层薄膜厚度测量方法 |
| CN112557430A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-03-26 | 长江存储科技有限责任公司 | 一种试样的表征方法 |
| CN113097089A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-09 | 长江存储科技有限责任公司 | 一种薄膜连续度的确定方法及确定薄膜连续度的系统 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101065074B1 (ko) * | 2004-01-16 | 2011-09-15 | 삼성전자주식회사 | 투과전자현미경 성분 맵핑용 표준시료 및 이를 이용한 투과전자현미경 성분 맵핑방법 |
| WO2010052289A1 (en) * | 2008-11-06 | 2010-05-14 | Nanomegas Sprl | Methods and devices for high throughput crystal structure analysis by electron diffraction |
-
2021
- 2021-07-30 CN CN202110872477.9A patent/CN113643996B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6372103B1 (en) * | 1998-10-12 | 2002-04-16 | The Regents Of The University Of California | Ultrashort pulse laser deposition of thin films |
| JP2001156137A (ja) * | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Matsushita Electronics Industry Corp | 半導体装置の解析方法 |
| JP2009529222A (ja) * | 2006-03-03 | 2009-08-13 | カリフォルニア・インスティテュート・オブ・テクノロジー | フッ化物イオン電気化学セル |
| CN102420151A (zh) * | 2011-04-29 | 2012-04-18 | 上海华力微电子有限公司 | 一种用于表征低介电常数介质材料损伤的检测方法 |
| CN107816949A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-03-20 | 长江存储科技有限责任公司 | 一种用于3d nand存储器的存储层薄膜厚度测量方法 |
| CN112557430A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-03-26 | 长江存储科技有限责任公司 | 一种试样的表征方法 |
| CN113097089A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-09 | 长江存储科技有限责任公司 | 一种薄膜连续度的确定方法及确定薄膜连续度的系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| FCVA法制备的超薄类金刚石薄膜的结构分析;车晓舟;尹云飞;马洪涛;刘凡新;;真空(第02期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113643996A (zh) | 2021-11-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6963630B2 (en) | Method for evaluating an SOI substrate, evaluation processor, and method for manufacturing a semiconductor device | |
| CN107507787B (zh) | 一种沟道孔的检测方法 | |
| US8056402B2 (en) | Nanoprobe tip for advanced scanning probe microscopy comprising a layered probe material patterned by lithography and/or FIB techniques | |
| CN113097089B (zh) | 一种薄膜连续度的确定方法及确定薄膜连续度的系统 | |
| US11587838B2 (en) | Grinding control method and device for wafer, and grinding device | |
| CN102074488A (zh) | 开口填充材料的缺陷检测方法 | |
| CN113643996B (zh) | 致密性的表征方法 | |
| US9171765B2 (en) | Inline residual layer detection and characterization post via post etch using CD-SEM | |
| US20080268557A1 (en) | Method for measuring a thin film thickness | |
| Vanstreels et al. | Effect of bake/cure temperature of an advanced organic ultra low-k material on the interface adhesion strength to metal barriers | |
| KR20040072780A (ko) | 박막의 두께 측정 방법 | |
| US7297950B2 (en) | Transmission electron microscope specimen and method of manufacturing the same | |
| EP3940337B1 (en) | A method and apparatus for measuring a lateral depth in a microstructure | |
| Hölck et al. | Development of process and design criteria for stress management in through silicon vias | |
| CN112041671B (zh) | 制备和分析薄膜的方法 | |
| LEE et al. | Post‐thinning using Ar ion‐milling system for transmission electron microscopy specimens prepared by focused ion beam system | |
| Courtas et al. | Electron BackScattered Diffraction (EBSD) use and applications in newest technologies development | |
| Meyer et al. | Challenges for physical failure analysis of 3D-integrated devices—Sample preparation and analysis to support process development of TSVs | |
| Zschech et al. | Devices, materials, and processes for nanoelectronics: characterization with advanced x‐ray techniques using lab‐based and synchrotron radiation sources | |
| Gluch et al. | Correction of stress release during sample preparation for TEM CBED measurements | |
| JP2016532127A (ja) | ウエハーの損傷深さを測定する方法 | |
| JP5625877B2 (ja) | 歪測定方法及び試料加工装置 | |
| CN114923938A (zh) | 样品的表征方法 | |
| Vogel et al. | Local stress measurement on metal lines and dielectrics of BEoL pattern by stress relief technique | |
| Baumann et al. | A Closer “Look” at Modern Gate Oxides |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |