JP2015533263A - 多次元構造体アクセス - Google Patents

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Abstract

電気プローブによって接触するために、単一の視点から見て、試料内の複数の平面を露出させる。試料を直角でない角度で試料をミリングして、異なる複数の層を、傾斜した表面として露出させることができる。複数の平行な導体平面の傾斜した縁は、複数のレベルへの上方からのアクセスを提供する。これらの平面には、例えば電気プローブによって接触して電圧を印加しまたは電圧を感知するためにアクセスすることができる。この直角でないミリングによって全ての層が上方から見えるようになるため、接触する露出させた層のレベルは例えば、露出させた層を試料表面から下方へ数えることによって識別することができる。あるいは、表面に対して直角に試料をミリングし、次いで試料を傾け、かつ／または試料を回転させて、デバイスの複数のレベルへのアクセスを提供することもできる。関心領域への電気的アクセスを提供し、同時に関心領域に対する損傷を最小限に抑えるため、このミリングは、関心領域から離れた位置で実行されることが好ましい。

Description

本発明は、内部構造体への電気的アクセスを提供するための多次元マイクロスコピック構造体（ｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ，ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の処理に関する。
半導体製造プロセスでは、より多くの回路がより小さなパッケージに詰め込まれるため、集積回路（ＩＣ）設計はますます３次元（３Ｄ）化している。３Ｄマイクロスコピック構造体（ナノスコピック構造体を含む）内の障害の測定、分析および位置特定は難しい。
技術者は通常、調べたい関心領域（ＲＯＩ）を、例えば回路構成要素の異常な電気的振る舞いに基づいて識別する。従来のＩＣ内の大部分のＲＯＩは、デバイスの平面領域内の小さな体積に限定されている。例えば、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）または従来の「否定論理積（ｎｏｔ−ａｎｄ）」（ＮＡＮＤ）フラッシュ・セルはそれぞれ異なるＸ／Ｙ位置を占有し、能動エリアの体積はＺ方向に小さい。技術者は通常、ＲＯＩの識別を、論理ビットまたはゲート・アドレスから開始し、次いでその論理ビットまたはゲート・アドレスを、構造体の能動領域内の物理的なＸ／Ｙ位置にマップすることができる。
ＲＯＩはしばしば、絶縁体層および導体の下に埋まっている。ＲＯＩを識別した後、回路を「デプロセッシング」して、すなわちその上の構造体を除去して、ＲＯＩを露出させることができる。現行のデプロセッシング（ｄｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）技法は通常、構造体へのアクセスを、平面的に提供する。すなわち、画像化、プロービング（ｐｒｏｂｉｎｇ）または他の位置特定（ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）技法を可能にするために、デバイス表面に対して直角の表面を、イオン・ビーム・ミリングによって形成する。同様に、ウェーハのクリービング（ｃｌｅａｖｉｎｇ）または平行ラッピング（ｐａｒａｌｌｅｌ−ｌａｐｐｉｎｇ）デプロセッシングも、構造体の平面へのアクセスを提供する。
ＲＯＩを分析する技法には例えばマイクロ・プロービングがあり、マイクロ・プロービングでは、導電性プローブをＩＣ上の導体に接触させて、電圧もしくは電流を印加しおよび／または電圧もしくは電流を測定する。ＲＯＩを分析する別の技法が電圧コントラスト画像化（ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｉｍａｇｉｎｇ）であり、電圧コントラスト画像化では、回路の一部に電圧が印加されている間に荷電粒子ビーム画像を得る。この画像は、画像化された表面の電圧に対して感度を有する。分析技法にはこの他、走査型静電容量顕微鏡法（ｓｃａｎｎｉｎｇ−ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）などの走査型プローブ顕微鏡法などがあり、走査型プローブ顕微鏡法では、関心領域の上方で微細なプローブを走査し、プローブの電気的または物理的な振る舞いを監視する。本明細書で使用されるとき、分析技法は画像化技法を含む。
現行の技法は、集積回路上の位置を、そのデバイスがあたかも平屋だけの都市であるかのようにマップする。郵便物を正しい場所へ届けるには単純に番地を得るだけで十分である。新進の３次元（３Ｄ）ＩＣ製造技術は、Ｚ方向において、能動エリア（すなわちトランジスタまたはメモリ・セル）を１つの平面だけに制限しない。能動エリアは、３Ｄデバイスの多くのレベル（ｌｅｖｅｌ）を占有する。この市街図は現在、高層建築によって占められている。番地情報は、郵便物をどの階に届けるのかを示す必要がある。技術者は、関心の２Ｄ領域を識別するのではなく、３次元の関心の体積（ｖｏｌｕｍｅ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒｓｔ：ＶＯＩ）を明確に分離する必要がある。
３Ｄ ＩＣ構造体に対して、平面アクセスを提供する先行技術の技法は本来的に、その構造体の２次元だけに限定され、その結果、最終的なＶＯＩへのアクセスは、より複雑になるかまたは不可能である。
米国特許出願第１３／９２１，４６６号明細書 米国特許第６，３７３，０７０号明細書 米国特許第５，８５１，４１３号明細書 米国特許第５，４３５，８５０号明細書
本発明の一実施形態は、３次元構造体の内部構成要素への電気的アクセスを提供する。
画像化および／またはプロービングのために、単一の視点から見て、試料内の複数の平面を露出させる。例えば、直角でない角度で試料をミリングして、異なる複数の層を、傾斜した表面として露出させることができる。この直角でないミリングは、複数の平行な導体平面の縁を露出させて、複数のレベルへの上方からのアクセスを提供する。露出させた後、例えば電気プローブによって接触して電圧を印加しまたは電圧を感知するために、それらの平面にアクセスすることができる。この直角でないミリングによって全ての層が上方から見えるようになるため、接触する露出させた層のレベルは例えば、露出させた層を試料表面から下方へ数えることによって識別することができる。あるいは、表面に対して直角に試料をミリングし、次いで試料を傾け、および／または試料を回転させて、デバイスの複数のレベルへのアクセスを提供することもできる。関心領域への電気的アクセスを提供し、同時に関心領域に対する損傷を最小限に抑えるため、このミリングは、関心領域から離れた位置で実行されることが好ましい。
例えば、パッシベーションを実施すること、試料の部分に絶縁体を付着させること、回路を切断すること、および導体を付着させて振る舞いを変化させること、またはプロービング点を形成することなどの回路編集型の技法を使用して、露出させた層に追加の処理を加えることもできる。
以上では、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり大まかに概説した。以下では、本発明の追加の特徴および利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の目的と同じ目的を達成するために他の構造体を変更しまたは設計するベースとして容易に利用することができることを当業者は理解すべきである。さらに、このような等価の構造体は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。
次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、添付図面に関して書かれた以下の説明を参照する。
垂直面を露出させるためにその中にトレンチがミリングされた３Ｄ記憶デバイスを示す図である。 図１の３Ｄ記憶デバイスの上面図である。 本発明の一実施形態に従ってミリングされた３Ｄ記憶デバイスを示す図である。 図３の記憶デバイスを示す上面図である。 加工物表面に対して斜めにミリングすることを必要とせずに埋込み導電層へのアクセスを提供する傾けられた加工物の一部分を示す図である。 本発明の一実施形態の諸ステップを示す流れ図である。 本発明を実現する目的に使用することができるデュアル・ビーム・システムを概略的に示す図である。
２次元処理の従来の１つの分析では、イオン・ビーム・ミリングによって関心領域を露出させ、その関心領域に電気プローブを、通常は上方から接触させる。関心領域は、電子ビームを使用し、電圧コントラスト画像化のために電圧を印加して、上方から観察することができる。この分析は２Ｄ構造体に対してはうまく機能するが、多くの層上にトランジスタまたはメモリ・セルを有するより新しい構造体に対しては、上から構造体を見ているときにスタック内の正しい層にアクセスすることが非常に難しい。本発明のいくつかの実施形態の一態様によれば、試料をミリングしおよび／または傾けて、画像化またはプロービングのために、単一の視点から見て、通常は上方から見て、試料内の複数の平面が露出するようにする。
さらに、先行技術の大部分の断面形成技法は、故障分析における特定の故障部分など、関心領域を通るように実行される。新しい３Ｄ構造体では複雑さが増すため、分析の間、関心領域の周囲の構造体の多くを無傷に保つことが有利である。本発明のいくつかの実施形態の一態様によれば、ミリングが、ＲＯＩへの電気接続を露出させ、ＲＯＩの多くを無傷に保ち、同時にＲＯＩへの電気的アクセスを提供する。本明細書で使用されるとき、用語ＲＯＩまたは関心領域は、関心体積またはＶＯＩを指すためにも使用される。
オフアングル・ミリング、好ましくは表面に対する垂線から約３０°から約４５°のオフアングル・ミリングは、上から下を見たときに層を空間的に分離して、それらの層を観察し、それらの層にアクセスすることができるようにする。直角からのずれが大きいほど、試料を上方から垂直に見たときに、より多くの表面が露出する。露出したエリアに対する垂線は垂直方向の成分を有し、そのため、水平層を上方から観察することができ、電気プローブによって水平層に上方から接触することができる。試料を傾けることも、上から下を見たときに層を観察し、層を露出させるために層を分離する同じ効果を提供することができる。
加工物表面に対して直角でない向きにミリングすることによって、または垂直ミリングの後に構造体を傾けることによって、ユーザは、ＲＯＩをアドレス指定する電気接続を、光学顕微鏡またはＳＥＭを使用して見ることができ、したがって、実際にＲＯＩを見ることができなくてもＲＯＩに電気信号を送ることができる。このテーパを付けてミリングすることまたは試料を傾けることは、斜めの側壁における試料へのアクセスを提供して、欠陥または他のＲＯＩの電気的な位置特定を可能にする。斜めの側壁へのアクセスは、関心のｚ深さにある平面のプロービングを可能にし、同時に垂直導体へのアクセスも依然として提供する。本発明の実施形態は、試料を上から見てＸ、ＹおよびＺ位置特定にアクセスすることを提供し、現行のトップダウン・プロービング技法を使用したＶＯＩへの電気的プロービング・アクセスを可能にする。
この斜めミリングまたは垂直ミリングの後、試料のミリングされた面と試料の上面の両方を観察することができ、および／またはこれらの両方の面を電気的にプロービングすることができるような向きに試料を向ける。この観察およびプロービングは、例えば電圧コントラスト画像化、異なる層をプロービングし、診断機器を使用して電気的応答を観察することによる電気的特性評価、原子間力顕微鏡プローブの感知、または光子放出の観察のために使用される。
図１は、垂直断面を露出させるためにその中にトレンチがミリングされた３Ｄ記憶デバイス１００を示す。このようなデバイスは通常、ガラス（図示せず）の中に封入されている。垂直導体１０２が、異なる水平層内の垂直に整列した複数の要素に電気的に接続している。パターン形成された水平導体１０４が、ｘ−ｙ平面内の接続を形成している。符号が付けられた３つの導体１０４はそれぞれ、同じＹ−Ｚ平面内（すなわち同じｘ座標を有する）ではあるが、異なるＺ平面内の回路要素と接触している。図１は、面１０６を露出させるためにミリングされた断面を示す。面１０６に接続するためには、上面からではなく側面から接触する必要がある。露出させた垂直面の側面は上から見ても見えないため、および、大部分のプローブは上方から導体に接触するように設計されているため、プローブを見、側面アクセスを提供するようにプローブを操作することは難しい。図２は、この３Ｄ記憶デバイスの上面図である。Ｘ−Ｙ位置を観察することはできるが、ミリングされた面１０６の上面図からＺ情報を得ることはできないことに留意されたい。このような場合に、欠陥がデバイス・スタックの最上位層にあるのか、または最上位層よりも下の別の層にあるのかを識別する信頼できる方法はない。
図３は、傾斜した側面３０２および３０４を生み出す本発明の一実施形態に基づく斜めミリングを有する記憶デバイス３００を示す。傾斜した側面３０２および３０４は、図１の垂直面１０６よりもはるかに容易な電気接触を可能にする。図４は、斜めミリングによって形成されたデバイスの表面３０２および３０４を示す上面図である。接点のＸ−Ｙ位置は容易に決定することができ、スタック内の接点のＺ位置も同様に容易に決定することができる。異なるＺ位置にあるさまざまな層をこの傾斜した面内で観察できるようにすることによって、関心の正確なＺ層に対応する導体平面を識別し、その平面に接触して、ＶＯＩへの電気接触を提供することができる。図４は、関心領域と電気的に接触した内部導体の露出した縁に接触した電気プローブ４０２Ａおよび４０２Ｂを示している。プローブ４０２Ｃは、関心領域と電気的に接触した垂直導体１０２に接触している。これらのプローブは、手動制御または自動化されたコントローラの制御の下で、所望の位置まで水平に移動する。これらのプローブは次いで、やはり手動制御またはコントローラの制御の下でＺ方向に下ろされて、所望の位置にある選択された導電層に接触することができる。１つもしくは複数のプローブに電気信号を印加し、その間に、例えば、別の１つもしくは複数のプローブによって別の電気信号を感知し、または電圧コントラスト画像を観察することができる。これらの電気プローブは、上方から下ろすことによって、露出した導体上に接触する。その間、この工程は上方から観察されている。
斜めミリングは、特定の電気構成要素を、たとえその構成要素自体が露出していない場合でもアドレス指定することを可能にする接点を露出させる。このようにすると、その構成要素および隣接する構成要素を無傷のまま残すことができる。いくつかの実施形態では、それぞれの電気構造体が、単一のビット、例えば３Ｄ ＮＡＮＤ内またはＤＲＡＭ内の単一のビットを表す。対応するレベルの露出したＸ接続およびＹ接続ならびに対応するＺ接続を使用して、そのビットをアドレス指定することができる。この斜めミリングによって導体が露出しているとき、または垂直ミリングの後に導体が傾けられたときには、任意のＺレベルのＸおよびＹ導体を上方から容易に観察することができる。露出した導体が関心の構造体に隣接している必要はない。ユーザは、この斜めミリングにおいて段数を観察し、下に向かって層を数えることによって、どのＺレベルにそのｘコネクタおよびｙコネクタがあるのかを決定することができる。
斜めにミリングすることによってまたは傾けることによって接続は露出し、そのため、側面からではなく上方からその接続に接触することができる。ミリングは、イオン・ビームを使用し、エッチングを強化するガラスを用いまたは用いずに、例えば米国特許出願第１３／９２１，４６６号明細書に記載されているように実行することができる。
図５は、図３の壁３０２と壁３０４の交線の近くの体積に類似した３Ｄ構造体の一部を示す。しかしながら、図５では、ミリングされた壁５０２および５０４が垂直である。次いでこの加工物を傾けて、ミリングされたそれぞれの面５０２および５０４に対する垂線が垂直方向の成分を有するようにする。すなわち、ミリングされた面５０２および５０４は上方から見ることができ、そのため、電気プローブ４０２Ａ、４０２Ｂおよび４０２Ｃを水平面内で別々に移動させて、選択された導体の上方に配置し、次いでそれらのプローブを上方から下ろして適切な層に接触させ、それによって関心領域への電気接続を提供することができる。多層デバイス５０４は、約３０°から約４５°の間に傾けることが好ましい。
図６は、本発明の好ましい一実施形態の諸ステップを示す流れ図である。ステップ６０２で、関心領域を識別する。ＲＯＩは例えば、十分に機能していないことが判明したデバイスの要素に対応する。論理要素を電気構成要素にマップし、次いでデバイス上の物理的な位置にマップするコンピュータ援用設計情報から、ＲＯＩの位置を決定する。ステップ６０４で、そのデバイスを、好ましくは約３０°から約４５°の間の角度でミリングして、関心領域の近くの導体を露出させる。ステップ６０６で、好ましいプローブ接触位置を決定する。例えば、チップのレイアウトを調べて、どの導電層上のどの導体が関心領域と接触しているのかを決定する。この斜めミリングは複数のレベルの視認性を提供するため、識別する導電層は、チップの最上部から適切なレベルまで下方へ数えることによって識別することができる。ステップ６０８で、電気プローブをＸ−Ｙ方向に移動させて、ステップ６０６で決定された位置にプローブを適切に配置し、次いでステップ６１０で、プローブをＺ方向に下ろして、関心領域のところの電気導体または関心領域の近くの電気導体に接触させる。プローブのこの動きは、単純な直角のＸ−Ｙ−Ｚ移動ではないことがあり、プローブは、空間内を下方へ移動して、電気導体に接触することが理解される。本明細書で使用されるとき、Ｘ−Ｙ方向またはＺ方向の移動は、記載された平面内または記載された方向の別個の複数の動きを必要とせず、同じ結果を達成する回転および異なる複数の方向の同時運動を含む。ステップ６１２で、１つまたは複数のプローブを通して試料に電圧または電流を印加する。ステップ６１４で、印加した電圧または電流の効果を観察する。この効果の観察は例えば、１つまたは複数のプローブからの電圧もしくは電流を感知すること、電圧コントラスト画像化を使用して関心領域を観察すること、マイクロ・ラマン分析（ｍｉｃｒｏ Ｒａｍａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ）、または他の画像化技法もしくは他の分析技法を含むことができる。
例えば、パッシベーションを実施すること、試料の一部に絶縁体を付着させること、回路を切断すること、および導体を付着させて振る舞いを変化させること、またはプロービング点を形成することなどの回路編集型の技法を使用して、露出させた層に追加の処理を加えることもできる。回路編集型の技法はよく知られている。例えば、ビーム誘起付着によって導体を付着させて、露出した２つ以上の層を接続することができる。この導体付着の前に、ビーム誘起付着によって絶縁体を付着させて、集積回路の露出した他の層を付着導体から電気的に絶縁することもできる。露出した導体をイオン・ビームを用いて切削して、電気接触を断つこともできる。
図７は、垂直に装着されたＳＥＭカラムと、垂直から約５２°の角度に装着されたＦＩＢカラムとを備える、本発明を実施するのに適した典型的なデュアル・ビーム・システム７１０を示す。適当なデュアル・ビーム・システムは例えば、本出願の譲受人である米オレゴン州ＨｉｌｌｓｂｏｒｏのＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。適当なハードウェアの一例を以下に示すが、本発明は、特定のタイプのハードウェアで実現されることだけに限定されない。
走査電子顕微鏡７４１および電源および制御ユニット７４５はデュアル・ビーム・システム７１０に備わっている。陰極７５２と陽極７５４の間に電圧を印加することによって、陰極７５２から電子ビーム７４３が放出される。電子ビーム７４３は、集光レンズ７５６および対物レンズ７５８によって微細なスポットに集束する。電子ビーム７４３は、偏向コイル７６０によって試料上で２次元的に走査される。集光レンズ７５６、対物レンズ７５８および偏向コイル７６０の動作は電源および制御ユニット７４５によって制御される。
電子ビーム７４３を、下室７２６内の可動式ステージ７２５上にある基板７２２上に集束させることができる。電子ビーム中の電子が基板７２２に当たると、２次電子が放出される。この２次電子は、後に論じる２次電子検出器７４０によって検出される。
デュアル・ビーム・システム７１０は集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）システム７１１をさらに含み、ＦＩＢシステム７１１は、上部７１２を有する排気された室を含み、上部７１２内にはイオン源７１４および集束カラム７１６が位置し、集束カラム７１６は、引出し電極および静電光学系を含む。集束カラム７１６の軸は、電子カラムの軸から５２度傾いている。上部７１２は、イオン源７１４、引出し電極７１５、集束要素７１７、偏向要素７２０および集束イオン・ビーム７１８を含む。イオン源７１４を出たイオン・ビーム７１８は、集束カラム７１６を通過し、静電偏向器７２０間を通り抜けて、下室７２６内の可動式ステージ７２５上に配置された基板７２２、例えば半導体デバイスを含む基板７２２に向かって進む。
ステージ７２５は、水平面（Ｘ軸およびＹ軸）内で移動することができ、かつ垂直に（Ｚ軸）移動することができることが好ましい。ステージ７２５はさらに約６０°傾くことができ、Ｚ軸を軸にして回転することができる。Ｘ−Ｙステージ７２５上に基板７２２を挿入するため、および内部ガス供給リザーバが使用される場合には内部ガス供給リザーバの整備作業のために、扉７６１が開かれる。システムが真空状態にある場合に開かないように、この扉はインタロックされる。
上部７１２を排気するためにイオン・ポンプ（図示せず）が使用される。室７２６は、真空コントローラ７３２の制御の下、ターボ分子および機械ポンピング・システム７３０によって排気される。この真空システムは、室７２６に、約１×１０−７トルから５×１０−４トルの間の真空を提供する。エッチング支援ガス、エッチング遅延ガスまたは付着前駆体ガスを使用する場合、室のバックグラウンド圧力は典型的には約１×１０−５トルまで上昇することがある。
イオン・ビーム７１８にエネルギーを与え集束させるため、高圧電源が、イオン・ビーム集束カラム集束７１６内の電極に適当な加速電圧を印加する。イオン・ビーム７１８が基板７２２に当たると、材料がスパッタリングされる。すなわち試料から材料が物理的に追い出される。あるいは、イオン・ビーム７１８が前駆体ガスを分解して、材料を付着させることもできる。
液体金属イオン源７１４と、約１ｋｅＶから６０ｋｅＶのイオン・ビーム７１８を形成しそれを試料に向かって導くイオン・ビーム集束カラム７１６内の適当な電極とに高圧電源７３４が接続されている。パターン発生器７３８によって提供される所定のパターンに従って動作する偏向コントローラおよび増幅器７３６が偏向板７２０に結合されており、それによって、対応するパターンを基板７２２の上面に描くようにイオン・ビーム７１８を手動または自動で制御することができる。いくつかのシステムでは、当技術分野ではよく知られているように、偏向板が、最後のレンズの前に配置される。イオン・ビーム集束カラム７１６内のビーム・ブランキング（ｂｌａｎｋｉｎｇ）電極（図示せず）は、ブランキング・コントローラ（図示せず）がブランキング電極にブランキング電圧を印加したときに、イオン・ビーム７１８を、基板７２２ではなくブランキング絞り（図示せず）に衝突させる。
液体金属イオン源７１４は通常、ガリウムの金属イオン・ビームを提供する。イオン・ミリング、強化されたエッチングもしくは材料付着によって基板７２２を改変するため、または基板７２２を画像化するために、この源は通常、基板７２２の位置における幅が１／１０マイクロメートル未満のビームに集束させることができる。プラズマ・イオン源などの他のイオン源を使用することもできる。
プローブ・アセンブリは、プローブ運動機構７８０およびプローブ・チップ（ｐｒｏｂｅ ｔｉｐ）７８１を含む。プローブ・チップを、所望の位置まで個別に移動させ、下ろして、基板７２２に接触させることができる。３つのプローブ・チップが示されているが、プローブ・チップの数は変更することができる。複数のプローブ運動機構を使用して、任意の数のプローブを制御することができる。プローブ・チップは、基板７２２の正確な位置に電圧または電流を印加することができ、および／または電圧または電流を感知することができる。いくつかの実施形態では、プローブが、加工物の周囲のリング上に装着されている。
２次イオンまたは２次電子の放出を検出する目的に使用されるエバーハート・ソーンリー（Ｅｖｅｒｈａｒｔ Ｔｈｏｒｎｌｅｙ）検出器、マルチチャンネル・プレートなどの荷電粒子検出器７４０がビデオ回路７４２に接続されており、ビデオ回路７４２は、ビデオ・モニタ７４４に駆動信号を供給し、コントローラ７１９から偏向信号を受け取る。下室７２６内における荷電粒子検出器７４０の位置は実施形態によって変更することができる。例えば、荷電粒子検出器７４０はイオン・ビームと同軸とすることができ、イオン・ビームが通り抜けることを可能にする穴を含むことができる。他の実施形態では、最終レンズを通過させ、次いで軸から逸らした２次粒子を集めることができる。
光学顕微鏡７５１は、試料７２２およびプローブ７８１の観察を可能にする。この光学顕微鏡は、例えば本出願の出願人に譲渡されたＲａｓｍｕｓｓｅｎの「Ｍｅｔｈｏｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ａ ｃｏａｘｉａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｗｉｔｈ ｆｏｃｕｓｅｄ ｉｏｎ ｂｅａｍ」という名称の米国特許第６，３７３，０７０号明細書に記載されているように、一方の荷電粒子ビームと同軸とすることができる。
ガス蒸気を導入し基板７２２に向かって導くためにガス送達システム７４６が下室７２６内へ延びている。本発明の譲受人に譲渡されたＣａｓｅｌｌａ他の「Ｇａｓ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」という名称の米国特許第５，８５１，４１３号明細書は適当なガス送達システム７４６を記載している。別のガス送達システムが、やはり本発明の譲受人に譲渡されたＲａｓｍｕｓｓｅｎの「Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許第５，４３５，８５０号明細書に記載されている。例えば、イオン・ビームまたは電子ビームの衝突時に金属を付着させるため、ビーム衝突位置に金属有機化合物を送達することができる。白金を付着させるための（ＣＨ３）３Ｐｔ（ＣｐＣＨ３）、タングステンを付着させるためのタングステンヘキサカルボニルなどの前駆体ガスを送達し、電子ビームによって分解して、ステップ１０８の保護層を提供することができる。
システム・コントローラ７１９は、デュアル・ビーム・システム７１０のさまざまな部分の動作を制御する。従来のユーザ・インタフェース（図示せず）にコマンドを入力することにより、ユーザは、システム・コントローラ７１９を介して、イオン・ビーム７１８または電子ビーム７４３を所望の通りに走査することができる。あるいは、システム・コントローラ７１９は、プログラムされた命令に従って、デュアル・ビーム・システム７１０を制御することができる。好ましいコントローラは、図６のステップを自動的に実施する命令を記憶した記憶装置と通信し、または図６のステップを自動的に実施する命令を記憶した記憶装置を含む。システム・コントローラ７１９を使用して、プローブ運動アセンブリ７８０を制御することができる。いくつかの実施形態では、デュアル・ビーム・システム７１０が、関心領域を自動的に識別する、米マサチューセッツ州ＮａｔｉｃｋのＣｏｇｎｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているソフトウェアなどの画像認識ソフトウェアを含み、システムは、本発明に従って画像化する断面を手動でまたは自動的に露出させることができる。例えば、このシステムは、複数のデバイスを含む半導体ウェーハ上の同様の特徴部分の位置を自動的に突き止め、異なる（または同じ）デバイス上の関心の特徴部分を露出させ、それらの特徴部分の画像を形成することができる。
本発明は、幅広い適用可能性を有し、上記の例において説明し示した多くの利点を提供することができる。本発明の実施形態は、具体的な用途によって大きく異なる。全ての実施形態が、これらの全ての利点を提供するわけではなく、全ての実施形態が、本発明によって達成可能な全ての目的を達成するわけでもない。本発明を実施するのに適した粒子ビーム・システムは例えば、本出願の譲受人であるＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。
本明細書の説明では、ウェーハまたは他の加工物に対して水平、およびウェーハまたは他の加工物に対して垂直という用語が使用される。「水平」は通常、加工物表面および加工物表面に付着した導電性の平面に対して水平であることを意味するために使用され、「垂直」は通常、加工物表面に対して直角であることを意味するために使用されることが理解される。
本発明は、幅広い適用可能性を有し、上記の例において説明し示した多くの利点を提供することができる。本発明の実施形態は、具体的な用途によって大きく異なる。全ての実施形態が、これらの全ての利点を提供するわけではなく、全ての実施形態が、本発明によって達成可能な全ての目的を達成するわけでもない。本発明を実施するのに適した粒子ビーム・システムは例えば、本出願の譲受人であるＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。
本明細書は、方法とその方法の操作を実行する装置の両方を開示する。このような装置は、必要な目的に合わせて特に構築することができ、または、コンピュータに記憶されたコンピュータ・プログラムによって選択的に起動されもしくは再構成される汎用コンピュータもしくはその他のデバイスを備えることができる。さまざまな汎用荷電粒子ビーム・システムを、本明細書の教示に基づくプログラムとともに使用することができる。あるいは、必要な方法ステップを実行するより専門化された装置を構築した方が適切なこともある。
加えて、本明細書に記載された方法の個々のステップをコンピュータ・コードによって実行に移すことができることは当業者には明白であるため、本明細書は、コンピュータ・プログラムも暗に開示する。このコンピュータ・プログラムは、特定のプログラム言語および特定のプログラム言語の実装だけに限定されることは意図されていない。さまざまなプログラム言語およびさまざまなプログラム言語コーディングを使用して、本明細書に含まれる開示の教示を実現することができることが理解される。さらに、このコンピュータ・プログラムが、特定の制御フローだけに限定されることは意図されていない。このコンピュータ・プログラムには他の多くの変型があり、それらの変型プログラムは、本発明の趣旨または範囲を逸脱しないさまざまな制御フローを使用することができる。
このようなコンピュータ・プログラムは任意のコンピュータ可読媒体上に記憶することができる。このコンピュータ可読媒体は、磁気もしくは光ディスク、メモリ・チップなどの記憶デバイス、または汎用コンピュータとインタフェースするのに適した他の記憶装置デバイスを含むことができる。このコンピュータ可読媒体はさらに、インターネット・システムにおいて例証されている媒体などのハード・ワイヤード媒体、またはＧＳＭ（登録商標）移動電話システムにおいて例証されている媒体などの無線媒体を含むことができる。このコンピュータ・プログラムは、このような汎用コンピュータまたは荷電粒子ビーム用のコントローラ上にロードされ実行されたときに、好ましい方法のステップを実現する装置を効果的に構成する。
本発明は、ハードウェア・モジュールとして実現することもできる。より具体的には、ハードウェアに関して、モジュールは、他の構成要素または他のモジュールと一緒に使用されるように設計された機能ハードウェア・ユニットである。例えば、モジュールは、別個の電子構成部品を使用して実現することができ、または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの全体電子回路の一部分を形成することができる。この他にも数多くの可能性が存在する。このシステムは、ハードウェア・モジュールとソフトウェア・モジュールの組合せとして実現することもできることを当業者は理解するであろう。
以上の説明の多くは半導体ウェーハを対象としているが、本発明は、適当な任意の基板または表面に対して使用することができる。さらに、本明細書において、用語「自動」、「自動化された」または類似の用語が使用されるとき、これらの用語は、自動プロセスもしくは自動ステップまたは自動化されたプロセスもしくは自動化されたステップの手動による開始を含むものと理解される。以下の議論および特許請求の範囲では、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が、オープン・エンド（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ）型の用語として使用されており、したがって、これらの用語は、「．．．を含むが、それらだけに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ，ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ．．．）」ことを意味すると解釈すべきである。
ある用語が本明細書で特に定義されていない場合、その用語は、その通常の一般的な意味で使用されることが意図されている。添付図面は、本発明の理解を助けることが意図されており、特記しない限り、一定の比率では描かれていない。
用語「集積回路」は、マイクロチップの表面にパターン形成された一組の電子構成部品およびそれらの相互接続（ひとまとめにして内部電気回路要素）を指す。用語「半導体チップ」は、総称的に集積回路（ＩＣ）を指し、この集積回路（ＩＣ）は、半導体ウェーハと一体でも、またはウェーハから切り離されていても、または回路板上で使用するためにパッケージングされていてもよい。本明細書では用語「ＦＩＢ」または「集束イオン・ビーム」が、イオン光学部品によって集束させたビームおよび整形されたイオン・ビームを含む、平行イオン・ビームを指すために使用される。
上記の実施形態は３Ｄ ＮＡＮＤ型の構造体を記載しているが、本発明は、このような構造体だけに限定されず、例えばＤＲＡＭに対して、また、トレンチおよび他の構造体ならびに円形のホールの特性評価に対して有用である。
ある用語が本明細書で特に定義されていない場合、その用語は、その通常の一般的な意味で使用されることが意図されている。添付図面は、本発明の理解を助けることが意図されており、特記しない限り、一定の比率では描かれていない。
本発明のいくつかの実施形態は、複数の導電材料層を有する３次元集積回路構造体内の関心領域を分析する方法であって、複数の水平導電層を露出させるために、導電材料層に対して垂直でない角度で３次元集積回路構造体に向かって集束イオン・ビームを導くこと、露出させたどの水平導体が関心の構成要素の垂直位置に対応するのかを決定すること、露出させた水平導体に上方から接触させるために、１つまたは複数の電気プローブを移動させること、電気プローブに電圧を印加すること、および、関心領域を分析するために、印加した電圧の効果を観察することを含む方法を提供する。
いくつかの実施形態では、３次元集積回路構造体に向かって集束イオン・ビームを導くことが、関心領域を無傷のまま残すように集束イオン・ビームを導き、その一方で、関心領域への電気的アクセスを提供するために複数の水平導電層を露出させることを含む。
いくつかの実施形態では、露出させた水平導体に接触させるために、１つまたは複数の電気プローブを移動させることが、プローブを、露出させた水平導体の上に配置するために、１つまたは複数の電気プローブを移動させること、および、次いで、露出させた水平導体に接触させるために、垂直成分を有する方向にプローブを移動させることを含む。
いくつかの実施形態では、３次元構造体がデータ記憶回路を含む。
いくつかの実施形態では、３次元構造体が、論理回路、および／またはＮＡＮＤ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭもしくはメモリ・セルを含む。
いくつかの実施形態は、３次元集積回路構造体内の関心領域を分析する方法であって、複数の水平導電層を露出させるように表面をミリングするために、３次元集積回路構造体に向かって集束イオン・ビームを導くこと、露出させたどの水平導電層が関心領域の垂直位置に対応するのかを決定すること、関心領域に対応する、決定された水平導電層内の導体に接触させるために、電気プローブを下ろすこと、電気プローブに電圧を印加すること、および、関心領域を分析するために、印加した電圧の効果を観察することを含む方法を提供する。
いくつかの実施形態では、複数の水平導電層を露出させるように表面をミリングするために、３次元集積回路構造体に向かって集束イオン・ビームを導くことが、加工物表面に対して垂直に集束イオン・ビームを導くことを含み、ミリングされた表面に対する垂線が垂直成分を有するように、加工物を傾けることをさらに含む。
いくつかの実施形態では、加工物を傾けることが、約３０°から約４５°の間の角度に加工物を傾けることを含む。
いくつかの実施形態では、複数の水平導電層を露出させるように表面をミリングするために、３次元集積回路構造体に向かって集束イオン・ビームを導くことが、水平導電層に対して垂直でない角度で集束イオン・ビームを導くことを含む。
いくつかの実施形態では、水平導電層に対して垂直でない角度で集束イオン・ビームを導くことが、水平導電層に対して約３０°から約４５°の間の角度で集束イオン・ビームを導くことを含む。
いくつかの実施形態では、関心領域を分析するために、印加した電圧の効果を観察することが、電圧コントラスト画像化を使用すること、電気信号を感知すること、または原子間力顕微鏡プローブを使用することを含む。
いくつかの実施形態では、電気信号を感知することが、１つまたは複数の電気プローブを使用して電圧または電流を感知することを含む。
いくつかの実施形態は、３次元集積回路内の関心領域を分析するシステムであって、集束イオン・ビームを供給するイオン光学カラムと、集束電子ビームを供給する電子光学カラムと、試料から放出された２次粒子を検出する粒子検出器と、３次元で移動可能な電気プローブであり、集積回路と接触し、関心領域に対する電気接触を提供する電気プローブと、コンピュータ・メモリと通信するコントローラとを備え、このコンピュータ・メモリが、複数の水平導電層を露出させるように表面をミリングするために、３次元集積回路構造体に向かって集束イオン・ビームを導く命令、露出させたどの水平導電層が関心領域の垂直位置に対応するのかを決定する命令、関心領域に対応する、決定された水平導電層内の導体に接触させるために、電気プローブを下ろす命令、電気プローブに電圧を印加する命令、および、関心領域を分析するために、印加した電圧の効果を観察する命令を記憶したシステムを提供する。
いくつかの実施形態では、３次元集積回路構造体に向かって集束イオン・ビームを導くコンピュータ・インストラクタが、水平導電層に対して垂直でない角度で集束イオン・ビームを導くコンピュータ命令を含む。
いくつかの実施形態では、３次元集積回路構造体に向かって集束イオン・ビームを導くコンピュータ・インストラクタが、加工物表面に対して垂直に集束イオン・ビームを導くことを含み、ミリングされた表面に対する垂線が垂直成分を有するように、加工物を傾けるコンピュータ命令をさらに含む。
本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する既存のまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。

Claims (18)

  1. 複数の導電材料層を有する３次元集積回路構造体内の関心領域を分析する方法であって、
    複数の水平導電層を露出させるために、前記導電材料層に対して垂直でない角度で前記３次元集積回路構造体に向かって集束イオン・ビームを導くこと、
    露出させたどの水平導体が関心の構成要素の垂直位置に対応するのかを決定すること、
    露出させた前記水平導体に上方から接触させるために、１つまたは複数の電気プローブを移動させること、
    前記電気プローブに電圧を印加すること、および
    前記関心領域を分析するために、印加した前記電圧の効果を観察すること
    を含む方法。
  2. 前記３次元集積回路構造体に向かって集束イオン・ビームを導くことが、前記関心領域への電気的アクセスを提供するために複数の水平導電層を露出しながら、前記関心領域を無傷のまま残すように前記集束イオン・ビームを導くことを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 露出させた前記水平導体に接触させるために、１つまたは複数の電気プローブを移動させることが、前記プローブを、露出させた前記水平導体の上に配置するために、前記１つまたは複数の電気プローブを移動させること、および、次いで、露出させた前記水平導体に接触させるために、垂直成分を有する方向に前記プローブを移動させることを含む、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記導電材料表面層に対して垂直でない角度で集束イオン・ビームを導くことが、前記表面に対する垂線から約３０°から約４５°の間の角度で前記集束イオン・ビームを導くことを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 印加した前記電圧の効果を観察することが、電圧コントラスト画像化を使用すること、電気信号を感知すること、または原子間力顕微鏡プローブを使用することにより、前記関心領域を分析することを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 電気信号を感知することが、１つまたは複数の電気プローブを使用して電圧または電流を感知することを含む、請求項５に記載の方法。
  7. 前記３次元構造体がデータ記憶回路を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記３次元構造体が、論理回路、および／またはＮＡＮＤ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭもしくはメモリ・セルを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. ３次元集積回路構造体内の関心領域を分析する方法であって、
    複数の水平導電層を露出させるよう表面をミリングするために、前記３次元集積回路構造体に向かって集束イオン・ビームを導くこと、
    露出させたどの水平導電層が関心領域の垂直位置に対応するのかを決定すること、
    関心領域に対応する、決定された前記水平導電層内の導体に接触させるため、電気プローブを下ろすこと、
    前記電気プローブに電圧を印加すること、および
    前記関心領域を分析するために、印加した前記電圧の効果を観察すること
    を含む方法。
  10. 複数の水平導電層を露出させるよう表面をミリングするために、前記３次元集積回路構造体に向かって集束イオン・ビームを導くことが、加工物表面に対して垂直に前記集束イオン・ビームを導くことを含み、ミリングされた表面に対する垂線が垂直成分を有するように、前記加工物を傾けることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記加工物を傾けることが、約３０°から約４５°の間の角度に前記加工物を傾けることを含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 複数の水平導電層を露出させるように表面をミリングするために、前記３次元集積回路構造体に向かって集束イオン・ビームを導くことが、前記水平導電層に対して垂直でない角度で前記集束イオン・ビームを導くことを含む、請求項９に記載の方法。
  13. 前記水平導電層に対して垂直でない角度で前記集束イオン・ビームを導くことが、前記水平導電層に対して約３０°から約４５°の間の角度で前記集束イオン・ビームを導くことを含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記関心領域を分析するために、印加した前記電圧の効果を観察することが、電圧コントラスト画像化を使用すること、電気信号を感知すること、または原子間力顕微鏡プローブを使用することを含む、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 電気信号を感知することが、１つまたは複数の電気プローブを使用して電圧または電流を感知することを含む、請求項１４に記載の方法。
  16. ３次元集積回路内の関心領域を分析するシステムであって、
    集束イオン・ビームを供給するイオン光学カラムと、
    集束電子ビームを供給する電子光学カラムと、
    試料から放出された２次粒子を検出する粒子検出器と、
    ３次元で移動可能な電気プローブであり、前記集積回路と接触し、前記関心領域に対する電気接触を提供する電気プローブと、
    コンピュータ・メモリと通信するコントローラと
    を備え、前記コンピュータ・メモリが、
    複数の水平導電層を露出させるように表面をミリングするために、前記３次元集積回路構造体に向かって集束イオン・ビームを導く命令、
    露出させたどの水平導電層が関心領域の垂直位置に対応するのかを決定する命令、
    関心領域に対応する、決定された前記水平導電層内の導体に接触させるために、電気プローブを下ろす命令、
    前記電気プローブに電圧を印加する命令、および
    前記関心領域を分析するために、印加した前記電圧の効果を観察する命令
    を記憶した
    システム。
  17. 前記３次元集積回路構造体に向かって前記集束イオン・ビームを導く前記コンピュータ・インストラクタが、前記水平導電層に対して垂直でない角度で前記集束イオン・ビームを導くコンピュータ命令を含む、請求項１６に記載のシステム。
  18. 前記３次元集積回路構造体に向かって前記集束イオン・ビームを導く前記コンピュータ・インストラクタが、加工物表面に対して垂直に前記集束イオン・ビームを導くことを含み、ミリングされた表面に対する垂線が垂直成分を有するように、前記加工物を傾けるコンピュータ命令をさらに含む、請求項１６または１７に記載のシステム。
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