[发明专利]一种深孔刻蚀底部硅衬底形貌的量测表征方法

说明书

本发明提供了一种深孔刻蚀底部硅衬底形貌的量测表征方法，所述方法包括：提供一包括在硅衬底上形成氧化物‑氮化硅‑氧化物堆叠结构以及上面的硬掩膜衬底堆叠结构试验片；通过硬掩膜刻蚀、沟道孔刻蚀、干法去胶和湿法清洗工艺来刻蚀沟道孔，再通过湿法刻蚀，清除衬底上面所有的堆叠结构，但不损伤衬底，保留衬底上的刻蚀形貌；采用扫描电镜量测机台量测表征硅衬底全貌。本发明方法测量结果精确度高，且测量范围广、速度快，同时能在更宽的视野下观察沟道孔底部是否存在刻蚀不足或不均匀的情况，为后续沟道孔刻蚀工艺的持续改进提供了更准确有效的参考信息。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种3D NAND闪存结构沟道孔底部形貌的量测表征方法。

背景技术

随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战：物理极限，现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难以及追求更低的单位存储单元的生产成本，各种不同的三维(3D)闪存存储器结构应运而生，例如3D NOR(3D或非)闪存和3D NAND(3D与非)闪存。目前，在3D NAND的发展过程中，随着堆叠层数的增加，对刻蚀、沉积等制备工艺提出了更高的要求。

其中，对于沟道孔(Channel Hole，CH)深孔刻蚀，沟道孔底部孔径大小是一项重要的考察对象，刻蚀要保证沟道孔底部接触到硅衬底：并且底部孔径足够大且均一性和圆度足够好，对后续外延硅的生长(SEG)和沟道孔侧壁阻挡层、存储层和隧穿层的氧化物-氮化物-氧化物结构(ONO)的顺利生长以及硅外延层、沟道孔侧壁阻挡层、存储层和隧穿层的氧化物-氮化物-氧化物结构(SONO)的打穿(punch)刻蚀起着至关重要的作用。若沟道孔底部没有接触到硅衬底，则SEG无法生长；若沟道孔底部孔径太小，则沉积ONO时，会有相融(Merge)的风险，且底部相融的风险最大，或者即使没有出现相融，由于沟道孔底部孔径太小，在SONO打穿刻蚀时也会有无法刻蚀打通的风险。

由于沟道孔数量大且深宽比高(Aspect ratio)，为其底部孔径的测量及形貌的表征带来了较大的困难。目前，在沟道孔刻蚀的研发工艺中，主要采用两种手段来表征沟道孔底部的孔径大小。

第一种手段是，在实验室(Lab)中，制样得到沟道孔的横切截面，通过扫描电镜得到沟道孔的截面形貌图像，再采用其他量测软件测量底部孔径大小，如图1的扫描电镜照片所示。但由于横切制样通常采取手掰的方式，导致切片截面偏离了沟道孔直径的方向，使得最终的结果并非真实的底部孔径，如图2所示，若沿线1的方向制样观测，可得到沟道孔底部孔径的实际值，然而，实际上通常沿着线2的方式来制样，导致测量值比实际值小，因此，此方法误差较大，且表征样品有限。

第二种手段是，在实验室(Lab)中采用氢氟酸(HF)浸蘸的方式将样品的ON堆叠介质层全部泡掉，得到硅衬底底部的俯视(top view)图像；如图3所示。再采用其他量测软件测量底部孔径的大小，自动计算孔径圆度

(Distortion)、光滑度(striation)等相关信息。此方法的准确度高，但由于实验室制样有限，无法表征整个衬底底部孔径的均一性，也无法判断是否所有沟道孔的底部都已接触到硅衬底。

发明内容

针对现有技术上述两种量测和表征方法的缺陷，本发明的目的在于提供一种深孔刻蚀底部硅衬底形貌的量测表征方法，所述方法能直观的观察底部硅衬底形貌，量测底部孔径大小，收集底部全貌孔径数据来表征孔径大小的均一性和收敛性，并可通过量测软件自动计算得到孔的变形来表征孔的圆度。