將材料沉積到高深寬比結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及形成納米尺度結(jié)構(gòu)，特別地涉及使用束誘發(fā)沉積來填充高深寬比結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]形成集成電路和其它納米技術(shù)的結(jié)構(gòu)具有納米尺度上的尺寸。對于較大尺度上的結(jié)構(gòu)有用的許多過程不適合于處理納米尺度上的結(jié)構(gòu)。為過程發(fā)展、過程控制、和缺陷分析而觀察結(jié)構(gòu)的一種方法是:使用聚焦離子束暴露結(jié)構(gòu)的部分，并且使用掃描電子顯微鏡(SEM)或透射電子顯微鏡(TEM)來觀察暴露的結(jié)構(gòu)。當(dāng)離子束研磨材料以暴露結(jié)構(gòu)用于觀察時，離子束能夠使結(jié)構(gòu)變形并且創(chuàng)建干擾觀察的偽影。
[0003]高深寬比(HAR)結(jié)構(gòu)是高度遠大于其寬度的結(jié)構(gòu)。例如，高度為其寬度的3倍的特征將被認為高深寬比特征。例如，集成電路中的各層之間的孔可以具有其寬度的若干倍的高度。在分析集成電路(諸如在閃存中使用的3D NAND電路)中的高深寬比結(jié)構(gòu)(諸如未填充的接觸或通孔)中，常規(guī)的離子束樣品制備過程引起顯著的偽影，諸如結(jié)構(gòu)變形，以及離子束卷簾效應(yīng)。
[0004]離子束卷簾效應(yīng)或卷簾當(dāng)以不同研磨速率來去除材料時發(fā)生。這能夠當(dāng)研磨由多種材料組成的特征時發(fā)生，該多種材料通過相同的束以不同速率來去除。這也能夠當(dāng)研磨具有不規(guī)則形狀的表面時發(fā)生。例如，感興趣的特征能夠是硅通孔(TSV)。將TSV橫截是在半導(dǎo)體實驗室中的通常作法以表征空隙和表面界面。由于TSV的深度(典型地為50 -300nm)，用離子束來研磨TSV的橫截面能夠?qū)е嘛@著的卷簾。
[0005]當(dāng)在樣品上存在未填充的孔時，在材料與鄰近開口區(qū)域或孔的區(qū)域之間的研磨速率上存在大的差異。研磨速率上的大的差異導(dǎo)致使孔的形狀變形的卷簾或瀑布效應(yīng)。離子束過程的結(jié)構(gòu)損壞和偽影使得難以執(zhí)行高深寬比垂直結(jié)構(gòu)分析。
[0006]因為通過離子束研磨來暴露特征所引起的損壞和偽影，所以圖像不如實地示出制作過程的結(jié)果。這干擾測量結(jié)果并且干擾制作過程的評定，因為圖像和測量結(jié)果示出樣品制備而不僅僅制造過程的結(jié)果。
[0007]典型地，離子束誘發(fā)沉積被用來在制備用于分析的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中填充孔。在使用帶電粒子束誘發(fā)沉積來填充高深寬比孔中，空隙經(jīng)常在孔的填充不均勻時被創(chuàng)建，并且填充趨向夾斷區(qū)，從而使它與束和前體氣體隔離。
[0008]隨著器件結(jié)構(gòu)在大小上減少(小于100 nm范圍的臨界尺寸(⑶))并且層的數(shù)目增加，新的制作技術(shù)面臨巨大需求，諸如在復(fù)雜結(jié)構(gòu)(像深溝槽、高深寬比(HAR)結(jié)構(gòu)、具有小于20 nm的直徑的溝道線或溝道孔)上創(chuàng)建精細堆疊層，包含溫度敏感和能量敏感材料像用于IC器件的高K聚合物材料上的特征。至今，常規(guī)的技術(shù)不能夠局域地填充間隙而沒有在填充結(jié)構(gòu)中創(chuàng)建空隙或者沒有引起偽影，諸如結(jié)構(gòu)變形或離子束卷簾效應(yīng)。
[0009]需要一種用于填充高深寬比孔而沒有變更結(jié)構(gòu)或創(chuàng)建偽影的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目標(biāo)是提供用于填充微觀高深寬比孔而沒有創(chuàng)建空隙的方法和設(shè)備。
[0011]依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，帶電粒子束誘發(fā)沉積被用來在孔內(nèi)并且遠離孔壁典型地在孔的中間沉積結(jié)構(gòu)。依據(jù)本發(fā)明的一些實施例，使用電子束誘發(fā)沉積來沉積結(jié)構(gòu)，其中該電子束具有相對高的能量。該結(jié)構(gòu)通過以下來沉積:以不重疊孔的邊沿并且典型地覆蓋小于孔橫截面的面積的百分之五十的圖案來引導(dǎo)束，并且然后以重疊孔的邊沿并且完成填充過程的第二圖案來引導(dǎo)束。
[0012]通過消除任何偽影，實施例針對高深寬比3D IC結(jié)構(gòu)過程和包含孔、溝槽、和其它結(jié)構(gòu)的其它高深寬比過程提供可靠的失效分析(FA)結(jié)果。
[0013]前述內(nèi)容已經(jīng)相當(dāng)廣泛地概述本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)勢，以便下面對本發(fā)明的詳細描述可以被更好理解。本發(fā)明的附加特征和優(yōu)勢將此后被描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會的是，公開的概念和特定實施例可以容易地被用作用于修改或設(shè)計用于執(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)人員也應(yīng)當(dāng)認識到的是，這樣的等價構(gòu)造不脫離如在所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0014]圖1A示出被用來填充高深寬比孔的常規(guī)束掃描圖案。圖1B至ID示出現(xiàn)有技術(shù)的孔填充過程的進展。
[0015]圖2是使用現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)來填充的孔的橫截面圖像，填充包含空隙。
[0016]圖3是使用現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)來填充的若干孔的橫截面圖像，填充包含空隙。
[0017]圖4A示出高深寬比孔的頂視圖的圖像。圖4B示出其中在中心孔中以增加的直徑的圓形圖案來掃描束的優(yōu)選的束掃描圖案。圖4C示出使用本發(fā)明的實施例開始被填充的孔。圖4D至4F示出圖4C的使用第一掃描圖案逐漸被填充的孔。圖4G是對應(yīng)于圖4F的繪圖并且示出在使用第一掃描圖案的填充之后的孔的顯微鏡照片。圖4H示出使用在第一掃描圖案之后的第二掃描圖案來填充的孔。圖41示出在完成圖4H的第二掃描圖案之后的孔的頂視圖。圖4J是圖41的填充的孔的傾斜視圖。
[0018]圖5A示出圖4A的高深寬比孔的頂視圖的圖像。圖5B-5D是示出各種階段中的填充過程的顯微鏡照片。圖5E示出依據(jù)本發(fā)明的實施例來填充的孔的橫截面。圖5F示出依據(jù)本發(fā)明的實施例來填充的多個高深寬比孔的橫截面。圖5G是示出本發(fā)明的實施例的步驟的流程圖。圖5H是示出本發(fā)明的另一個實施例的步驟的流程圖。
[0019]圖6A示出依據(jù)本發(fā)明的實施例來部分填充的高深寬比溝道。圖6B示出溝道中的填充的橫截面。
[0020]圖7示出被用來研磨感興趣的區(qū)而沒有創(chuàng)建卷簾偽影的本發(fā)明的實施例。
[0021]圖8示出依據(jù)本發(fā)明的實施例的多個高深寬比結(jié)構(gòu)。
[0022]圖9示出能夠被用來實施本發(fā)明的實施例的雙束系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0023]當(dāng)形成包含高深寬比孔的樣品的區(qū)的橫截面時，橫截面中的偽影源于當(dāng)以常規(guī)方法來填充孔時形成的空隙。通過填充高深寬比孔而沒有產(chǎn)生空隙，偽影在橫截以及可靠失效分析結(jié)果中不被創(chuàng)建。填充孔在一些應(yīng)用中對于創(chuàng)建有用結(jié)構(gòu)而言也是有用的。
[0024]在使用常規(guī)帶電粒子束技術(shù)來填充高深寬比孔或溝道中存在困難。在束誘發(fā)沉積中，帶電粒子或光子誘發(fā)前體氣體分子(諸如，有機金屬分子像六羰基鎢(WCO6)或鉑(Pt)前體)的分解。前體典型地是以氣體的形式，該氣體通過氣體注入管口被引導(dǎo)朝向工件表面。在一些實施例中，整個工件是在填充有前體氣體的單元中，或者工件的部分被部分包圍以在表面上的束沖擊點處創(chuàng)建氣體環(huán)境。
[0025]據(jù)認為，初級束中的相對高能量的帶電粒子典型地不直接與前體氣體分子反應(yīng)。初級束中的帶電粒子與工件的相互作用創(chuàng)建低能量的二次電子，該低能量的二次電子更可能引起前體分子的分解。離子束也可以創(chuàng)建晶格振動或光子，其誘發(fā)前體分子與工件之間的反應(yīng)。
[0026]當(dāng)帶電粒子束在表面引起沉積前體分子的分解以沉積材料時，附加的氣體分子擴散到該表面以繼續(xù)束誘發(fā)沉積反應(yīng)。在高深寬比孔的底部中，氣體分子不與在表面上一樣快速地補充。而且，所生成的二次電子的數(shù)目取決于工件的材料和幾何形狀。與在平坦的表面相比，例如在邊沿處可以生成更多的二次電子。氣體可用性和二次電子生成中的這樣的不一致性在高深寬比孔中引起不規(guī)則沉積，這使得難以填充高深寬比孔而沒有空隙。
[0027]圖1A示出覆蓋到高深寬比孔100上的常規(guī)矩形光柵束掃描圖案102的自頂向下視圖。圖1B-1D示出通過使用局域鉑(Pt)氣體104的帶電粒子束誘發(fā)沉積來填充孔100，這創(chuàng)建了如在圖1C中示出的在孔100的上區(qū)處的瓶頸效應(yīng)108，從而隨后將孔100隔離并且留下高深寬比結(jié)構(gòu)100中的空隙110，如在圖1D中示出的。圖1B示出孔內(nèi)的氣流，該氣流使Pt氣體的湍流和上升氣流106出現(xiàn)，從而導(dǎo)致瓶頸效應(yīng)。
[0028]圖2和3示出使用現(xiàn)有技術(shù)孔填充過程所創(chuàng)建的空隙的橫截面視圖。圖2示出在高深寬比結(jié)構(gòu)200中創(chuàng)建的單個空隙202。圖3示出在高深寬比結(jié)構(gòu)300中創(chuàng)建的多個空隙302的橫截面視圖。
[0029]雖然離子束誘發(fā)沉積、激光束誘發(fā)沉積、或由另一個能量源誘發(fā)的沉積能夠與一些實施例一起使用，但是一些實施例使用高加速的電子與前體氣體反應(yīng)。電子而