用于傾斜銑削保護(hù)的體沉積的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)的帶電粒子束處理。
【背景技術(shù)】
[0002]檢查微觀(包括納米尺度)結(jié)構(gòu)以用于工藝監(jiān)視和失效分析的常見(jiàn)方法是:利用聚焦離子束(FIB)在結(jié)構(gòu)中切割溝槽以暴露與表面正交的橫截面，并且然后利用掃描電子顯微鏡(SEM)查看橫截面。另一技術(shù)是:從結(jié)構(gòu)中提取薄樣本以在透射電子顯微鏡(TEM)上進(jìn)行查看。然而，離子束銑削偽像可能使所暴露的結(jié)構(gòu)失真，使得電子束圖像并不準(zhǔn)確地表示原始結(jié)構(gòu)。
[0003]一種類(lèi)型的偽像稱(chēng)為“垂落(curtaining)”，因?yàn)樗赡芸雌饋?lái)像是垂幕。垂落發(fā)生在不同材料以不同速率被移除時(shí)，諸如在樣本由通過(guò)離子束以不同速率銑削的材料構(gòu)成時(shí)。未經(jīng)填充的孔能夠?qū)е麓孤?，如通過(guò)高斯形離子束的“拖尾”進(jìn)行的銑削所能夠?qū)е碌哪菢?。垂落還可能發(fā)生在銑削具有不規(guī)則形狀的表面時(shí)。有時(shí)，在感興趣的區(qū)域的頂部上沉積保護(hù)層以減少來(lái)自由如描述在例如美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)N0.20130143412 "Methods forPreparing Thin Samples for Tem Imaging〃和美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi) N0.20120199923 "Methodand Apparatus for Controlling Topographical Variat1n on a Milled Cross-Sect1nof a Structure" (二者均被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人)中的高斯形射束的拖尾導(dǎo)致的銑削的垂落。
[0004]在暴露具有比其寬度大得多的高度的特征時(shí)可能造成嚴(yán)重的偽像。這樣的結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為“高縱橫比”特征。例如，具有其寬度四倍大的高度的特征將被視為高縱橫比特征。集成電路中的層之間的孔或接觸件通常是高縱橫比結(jié)構(gòu)，其具有其寬度若干倍大的高度。
[0005]隨著半導(dǎo)體制造工藝將更多電路包裝到更小的封裝中，集成電路設(shè)計(jì)正在變得更加三維(3D)并合并了更多高縱橫比特征。在分析高縱橫比結(jié)構(gòu)、尤其是未經(jīng)填充的接觸孔時(shí)，對(duì)于諸如3D NAND電路之類(lèi)的3D集成電路(IC)結(jié)構(gòu)，常規(guī)離子束樣本制備導(dǎo)致不可接受的偽像，諸如失真和垂落。
[0006]當(dāng)在樣本上存在未經(jīng)填充的高縱橫比孔時(shí)，在實(shí)心區(qū)域與鄰近于未經(jīng)填充的孔的區(qū)域之間在銑削速率方面存在較大差異。在銑削速率方面的較大差異導(dǎo)致垂落或瀑布效應(yīng)，所述瀑布效應(yīng)是使孔的形狀失真的另一偽像。來(lái)自離子束銑削工藝的結(jié)構(gòu)破壞和偽像使得難以分析高縱橫比垂直結(jié)構(gòu)。
[0007]工藝工程師需要觀察的一個(gè)結(jié)構(gòu)特征是硅通孔(TSV)。橫截TSV是在半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室中用以表征空隙和表面界面的習(xí)慣做法。由于TSV的深度(典型地，50-300nm)，利用離子束銑削TSV的橫截面可以導(dǎo)致實(shí)質(zhì)的垂落。
[0008]由于由離子束銑削的使用以暴露特征導(dǎo)致的破壞和偽像，圖像并不忠實(shí)地示出制造工藝的結(jié)果。偽像干擾測(cè)量并干擾制造工藝的評(píng)估，因?yàn)閳D像和測(cè)量示出樣本制備的效應(yīng)，以及原始制造工藝的結(jié)果。
[0009]具有復(fù)雜材料堆疊的高縱橫比孔或溝槽同樣難以利用其它已知方法加以測(cè)量，諸如散射測(cè)量和臨界尺寸掃描電子顯微鏡(CD-SEM)。
[0010]所需要的是暴露感興趣的區(qū)域以用于檢查和/或測(cè)量并且產(chǎn)生反映制造工藝的準(zhǔn)確圖像而不破壞感興趣的區(qū)域或在所暴露的表面中造成偽像的方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是暴露所埋藏的特征以用于檢查而同時(shí)最小化對(duì)那些特征的破壞。
[0012]本發(fā)明的實(shí)施例移除材料以留下鄰近于感興趣的特征的孔并利用所沉積的材料填充孔以創(chuàng)建“隔板”。被部分地引導(dǎo)通過(guò)所沉積的材料的離子束暴露感興趣的特征的一部分。通過(guò)引導(dǎo)射束通過(guò)所沉積的材料，偽像被減少并且所暴露的表面更準(zhǔn)確地表示就像其在暴露之前看上去那樣的結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，通過(guò)以與表面的掠射角進(jìn)行銑削來(lái)暴露感興趣的特征的部分。
[0013]前文已經(jīng)相當(dāng)寬泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以使得下文的本發(fā)明的詳細(xì)描述可以被更好地理解。后文將描述本發(fā)明的附加特征和優(yōu)勢(shì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)領(lǐng)會(huì)的是，公開(kāi)的概念和特定實(shí)施例可以被容易地用作用于修改或設(shè)計(jì)用于執(zhí)行本發(fā)明的相同目的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，這樣的等價(jià)構(gòu)造不背離如隨附權(quán)利要求中所闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0014]為了本發(fā)明及其優(yōu)勢(shì)的更透徹的理解，現(xiàn)參考結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，在附圖中:
圖1是示出本發(fā)明的方法的流程圖；
圖2A-2E圖示了圖1的流程圖的動(dòng)作；
圖3A示出在處理之前樣本的自頂向下視圖；圖3B示出圖3A的樣本的橫截面視圖；
圖4A示出具有銑削的孔的樣本的自頂向下視圖；圖4B示出圖4A的樣本的橫截面視圖；
圖5A示出具有填充有所沉積的材料的孔的樣本的自頂向下視圖；圖5B示出圖5A的樣本的橫截面視圖；
圖6A示出在樣本上執(zhí)行的掠射角銑削的自頂向下視圖；圖6B示出圖6A的樣本的橫截面視圖；
圖7A示出利用附加的掠射角銑削的圖6A的樣本的自頂向下視圖；圖7B示出圖7A的樣本的橫截面視圖；
圖8A示出利用附加的掠射角銑削的圖7A的樣本的自頂向下視圖；圖8B示出圖8A的樣本的橫截面視圖；
圖9是使用成角度沉積的本發(fā)明的第二實(shí)施例的流程圖；
圖1OA示出漸進(jìn)式掠射角銑削的自頂向下視圖；圖1OB示出圖1OA的橫截面視圖；
圖11不出圖1OA的另一橫截面視圖；
圖12示出圖1OA的另一橫截面視圖；
圖13是示出使用隔板沉積保護(hù)加上成角度銑削的本發(fā)明的第三實(shí)施例的步驟的流程圖； 圖14A示出用于成角度銑削的隔板沉積保護(hù)的自頂向下視圖；
圖14B示出用于成角度銑削的隔板沉積保護(hù)的橫截面視圖；圖14C示出用于成角度銑削的隔板沉積保護(hù)的另一橫截面視圖；
圖15示出在其上可實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例的典型雙射束系統(tǒng)；
圖16示出用于高效產(chǎn)生無(wú)偽像橫截面的隔板；以及圖17示出非最優(yōu)隔板。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明的實(shí)施例使用離子束來(lái)銑削掉鄰近于感興趣的區(qū)域或特征的樣本的部分以創(chuàng)建向其中沉積“隔板”的溝槽?！案舭濉笔请x子束在銑削感興趣的區(qū)域之前行進(jìn)通過(guò)的材料。隔板典型地為固體材料塊。鄰近于感興趣的區(qū)域而不是處于其頂部上的沉積在銑削期間在射束方向上保護(hù)感興趣的區(qū)域的邊緣。一些實(shí)施例提供傾斜角銑削結(jié)合鄰近保護(hù)沉積的組合。本發(fā)明的實(shí)施例的銑削產(chǎn)生向其上沉積鄰近于感興趣的特征而不是處于其上方的材料的新表面，而現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)在現(xiàn)有表面上的特征上方沉積保護(hù)層。術(shù)語(yǔ)“感興趣的區(qū)域”、“感興趣的結(jié)構(gòu)”和“感興趣的特征”在本文中可互換地使用。
[0016]本發(fā)明的一些實(shí)施例在具有未經(jīng)填充的高縱橫比孔或溝槽的樣本上提供特定優(yōu)點(diǎn)。一些實(shí)施例利用FIB銑削與深孔或要表征的孔鄰近的孔。所銑削的孔被填充有所沉積的材料。所沉積的材料在以?xún)A斜取向(掠射角或者傾斜的橫截面)銑削通過(guò)隔板時(shí)充當(dāng)防止垂落形成的掩模。所沉積的材料貫穿隔板基本上均勻，并因此減少了垂落。
[0017]隔板的實(shí)施例典型地為在水平平面中靠近感興趣的區(qū)域而不是在感興趣的區(qū)域的頂部上定位的厚沉積物，并且材料典型地沉積到為此目的而銑削的孔或溝槽中。暴露感興趣的區(qū)域的銑削則不是自頂向下的，而是具有通過(guò)隔板的水平分量。雖然在以下的示例中使用離子束感應(yīng)沉積，但是可以使用任何合適的沉積方法。例如，可以使用其中諸如激光束或電子束之類(lèi)的射束分解前體以沉積材料的其它不同類(lèi)型的感應(yīng)沉積，以及其中分解材料而不分解前體的諸如團(tuán)簇射束沉積之類(lèi)的直接沉積。
[0018]隔板的優(yōu)選尺寸取決于銑削的深度和角度，其由被暴露的感興趣的特征確定。隔板的寬度應(yīng)當(dāng)至少如感興趣的區(qū)域那樣寬。射束優(yōu)選地在銑削感興趣的特征的全部或大部分之前經(jīng)過(guò)均勻材料。如果隔板在銑削中在某個(gè)點(diǎn)處變得太薄，則垂落可能發(fā)生。隔板的形狀優(yōu)選地為在射束進(jìn)入感興趣的區(qū)域之前向射束呈現(xiàn)均勻材料的最小體積。即，隔板應(yīng)當(dāng)足夠長(zhǎng)和深，使得當(dāng)成角度射束接觸感興趣的區(qū)域的底部時(shí)，射束仍舊行進(jìn)通過(guò)隔板的大部分長(zhǎng)度。
[0019]隔板不必是矩形盒。斜坡圖案將是最高效的，但創(chuàng)建起來(lái)更為復(fù)雜。例如，圖16示出減少垂落而沒(méi)有過(guò)量沉積的高效隔板設(shè)計(jì)。樣本1602包括所沉積的隔板1604和感興趣的特征1606。如箭頭1608所示，當(dāng)射束正在銑削感興趣的特征的底部時(shí)，射束正經(jīng)過(guò)隔板。隔板通過(guò)射束不會(huì)經(jīng)過(guò)的諸如區(qū)域1610之類(lèi)的區(qū)的任何延伸不改進(jìn)銑削且不必要地增加處理時(shí)間。圖17示出具有非最優(yōu)隔板1704和感興趣的特征1706的樣本1702。射束1708將在特征1710的底部處在其路徑中遭遇非均勻密度，這將導(dǎo)致隔板的非均勻銑削，其進(jìn)而可以導(dǎo)致在隔板的另一側(cè)上的感興趣的特征的非均勻銑削。
[0020]涉及CD-SEM、散射測(cè)量和TEM的現(xiàn)有方法由于分別涉及深度、太復(fù)雜/太多變量和樣本完整性的原因而未能表征復(fù)雜材料堆疊上的開(kāi)孔尺寸。所描述的本發(fā)明的實(shí)施例提供了表征復(fù)雜材料堆疊上的開(kāi)孔尺寸的能力。
[0021]以下描述用于空結(jié)構(gòu)樣本制備的隔板沉積的三個(gè)實(shí)施例:
1.切片和查看類(lèi)型，掠射類(lèi)型銑削工藝；
2.用于掠射類(lèi)型銑削的成角度沉積工藝；以及
3.暴露垂直平面以用于觀察而不是掠射角平面的成角度銑削工藝。
[0022]方法1-利用掠射角銑削的切片和查看
在以下描述的工藝中，SEM的電子柱是垂直安裝的并且FIB以52度安裝。這樣的系統(tǒng)在圖15中示出且在下文中詳細(xì)描述。以下所描述的角度關(guān)于該配置。當(dāng)使用其它配置時(shí)，將使用不同的角度，但是在一些實(shí)施例中，將使用相同的相對(duì)角度。
[0023]圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施例的流程圖。圖2A-2E示出在每一個(gè)步驟處的離子束和電子束。圖3A示出將經(jīng)歷該工藝的樣本302的自頂向下視圖，并且圖3B示出通過(guò)圖3A的線3B-3B取得的橫截面