高纵宽比结构非破坏性SAW测量方法

【来源:smta.org.cn】【编辑:toptouch】【时间: 2004-10-29 16:05:19】【点击:】

高纵宽比结构非破坏性SAW测量方法 作者:Alexander E. Braun， Semiconductor International高级编辑 　 纵宽比高达20:1~60:1的结构毫无疑问会遇到测量方面的难题。通常，高纵宽比（HAR）结构的深度是通过椭偏仪、反射测量仪或横截面进行测量的。但是，由于聚焦离子束（FIB）会产生一些外来影响因素，使测量变得更加复杂化，因此通过横截面进行测量的方法也会遇到一些问题。 　　HAR是沟道电容式DRAM中不可缺少的结构。对于DRAM来说，电容面积足够大是电容器存储电荷的必要条件之一。当器件不断微缩时，设计者希望能够避免电容器空间宽度或大小带来的限制。解决方法之一是在硅衬底中蚀刻出横截面为零点几微米、深度为4~8微米的孔洞，使电容器变得更深，电容面积变得更大。 　　为了确保电容面积够大，对其深度进行测量是非常必要的。多晶硅回填深度也需要进行测量。问题是如何对这些结构进行非破坏性测量，以及如何实现在线测量，将测量结果及时反馈给工艺过程。这个问题不只限于沟道电容式DRAM，制作内联接微通孔（via）时也会遇到HAR结构。随着芯片空间大小和尺寸的继续微缩，从45nm铜导线开始其纵宽比也逐渐变大—目前最先进的结构中，纵宽比已经接近10:1。 　　对于DRAM的沟道式电容器结构来说，红外光谱技术（椭偏仪、反射测量仪或透射光谱仪）是进行深度测量的方法之一，因为它能对进出硅片的红外光进行分析。但是，对于硅晶体来说只有波长为1.5um以上的光才是透明的，因此红外测量法变得比较复杂。红外椭偏光谱仪速度较慢，而且光束较大，只能对较大面积的目标进行采样分析，在背面反射光的干扰下实时分析比较复杂和困难。此外，虽然模型分析方法是分离光谱反馈信号中沟道深度和宽度综合效果的必要手段，但是对于这些设备来说模型分析方法并不总是有效的。 　　最近，Philips Advanced Metrology Systems公司在其AMS 3300平台上开发了另外一项新功能，它可以通过激光诱导超声波技术解决以上难题。该系统可以产生双波长表面声波（SAW），其速度—即测量信号中观察到的频率—与所测结构的硬度相关。它可以在未蚀刻的硅衬底表面产生特殊的SAW频率。在硅衬底上蚀刻得到沟道时，由于结构弱化，硬度降低，相应地SAW频率也降低了。 因此，SAW途经测量结构表面时其反馈信息取决于孔洞的宽度和深度。请注意，SAW是测量表面上的波，它被限制在所测结构的表面上，能够穿透的孔洞深度与波长成比例。如果采用只能穿透沟道一半深度的短波长SAW，由于它不能到达沟道底部，因此可以测得沟道宽度，与深度无关。采用长波长SAW时，因为它能穿透沟道底部，所以可以收集到更多信息，测得沟道深度。因此，双波长测量可以获得两个测量参数：孔洞宽度和深度（见下图）。 　　该系统使用的SAW具有独特的性质，与其它声波测量方法（例如回声-脉冲方法）完全不同。那些方法很难测得HAR结构的深度，因为深度太大时声波脉冲很难穿越样品顶部到达底部，因此也很难捕捉到回声进行分析，得到测量结果。 　　采用红外测量技术时，则必须对沟道宽度变化带来的效应进行模型分析。双波长SAW则不同，它可以同时获取两组数据，将沟道宽度和深度因素分离开来，经过分析即可得到宽度和深度测量结果。它所采用的微小探针对于测量来说也很有帮助。本例中，探针大小仅为15×30um，因此可以在所测结构内部进行测量。 　　测量（包括数据分析）所需时间为5~6秒钟，测量速度大于每小时20片晶片。 <|||> Alexander E. Braun<|||> Semiconductor International高级编辑<|||> <|||> <|||> 2004-10-29

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