[发明专利]电子束扫描电子显微镜用于表征从电子束的视线看被遮挡的侧壁的用途

说明书

由扫描电子显微镜(SEM)的电子束扫描半导体装置。区域包括具有顶部开口和侧壁的三维(3D)特征。在改变所述电子束的能量值时，对所述3D特征进行成像。所述电子束撞击在所述半导体装置的所选择的区域内的第一点处并与所述侧壁进行相互作用，其中所述第一点在远离所述顶部开口的边缘的某一距离处。基于表示在所述边缘处的二次电子产率的信号随着所述电子束的所述能量值在SEM成像期间变化而发生的变化，确定所述侧壁是否从所述电子束的视线看被遮挡。可通过将所测量的信号与同各种斜率相对应的模拟波形进行比较来确定所述侧壁的斜率。

技术领域

本公开内容的实施方式大体涉及使用源自扫描电子显微镜(SEM)的精确三维轮廓对在半导体晶片上的装置中的精细特征进行成像，并且具体地涉及对具有从SEM的电子束看被遮挡的侧壁的精细特征进行成像。

背景技术

半导体集成电路的制造工艺要求对精细特征的高分辨率测量，以实现准确的计量。需要沿着纵向方向(z轴)准确地表征具有各种侧壁角度的三维(3D)特征的轮廓，以实现有效的工艺优化和控制。到目前为止，主要地通过破坏性成像技术(如在扫描电子显微镜(x-SEM)或透射电子显微镜(TEM)下检查纵向截面)完成整个轮廓表征。纵向截面可通过使用聚焦离子束(FIB)或其他工具来制备。检查纵向截面可有助于通过在纵向平面中组合多个2D轮廓来准确地揭示浅或深特征的真实3D轮廓，但所搜集的信息仅限于晶片上的小区域(生成非常低的统计信息)，并且样品制备可能耗时。此外，由于半手动样品制备，测量结果易于变化。基于衍射成像的另选技术(例如，临界尺寸小角度X射线散射法(CDSAXS))限于大区域的平均信息，并且要求复杂的数据分析，这样的数据分析通常要求对实际结构的先验知识。因此，衍射成像不适合于要求高准确度的精细特征的3D型廓(profiling)。

在这里，提出了一种用于即使当特征具有从电子束的视线(line-of-sight)看被遮挡的侧壁(即，所述侧壁具有负斜率)时也能使用电子束(E束)成像获得半导体特征的3D轮廓的方法。电子束成像的非破坏性性质允许进行大规模的型廓分析(即，大规模测量)，从而提供对整个晶片的统计概述。另外，可在不破坏晶片的情况下顺序地(in-line)使用电子束型廓以得到纵向截面，如在x-SEM和TEM中常规地进行的那样。由于与生产线中的其余晶片处理步骤集成是可行的，因此这种非破坏性方法提高产量并优化成本。

发明内容

以下是本公开内容的简化概述，以便提供对本公开内容的一些方面的基本理解。该概述并非本公开内容的全面综述。该概述既不旨在标识本公开内容的关键或重要元素，也不旨在描绘本公开内容的特定实施方式的任何范围或权利要求的任何范围。该概述的唯一目的是以简化形式呈现本公开内容的一些概念作为在稍后呈现的某种详细描述的前序。

本文中披露的技术获得在撞击在晶片上远离特征的边缘的点处的一次电子束(其可为与包括3D特征的半导体器件的有限区域进行相互作用的聚焦电子束)的各种能量值下的一系列SEM图像。所述特征具有侧壁和顶部开口。随着增大束能量，二次电子从特征的侧壁的较深部分中出来。然而，如果侧壁从一次电子束的视线看被遮挡，则二次电子产率降低，并且所测量的信号减弱。可通过对半导体装置的在3D特征周围的所选择的区域进行充电来抵消这种减弱。分析在特征的边缘处的信号的变化，可计算出侧壁的斜率。然后，可使用计算出的在各种深度处的斜率来重建特征的复合3D轮廓。

具体地，本公开内容的各方面描述了一种用于以下操作的方法和对应的系统：选择半导体装置的待由扫描电子显微镜(SEM)的电子束扫描的区域，其中所述区域包括具有顶部开口和侧壁的三维(3D)特征；在改变所述电子束的能量值时对所述3D特征进行成像，其中所述电子束撞击在所述半导体器件装置的所选择的区域内的第一点处并与所述侧壁进行相互作用，其中所述第一点在远离所述顶部开口的边缘的某一距离处；以及基于表示在所述边缘处的二次电子产率的信号随着所述电子束的所述能量值在所述SEM成像期间变化而发生的变化，确定所述侧壁是否从所述电子束的视线看被遮挡。响应于确定所述侧壁从所述电子束的所述视线看被遮挡，可确定所述侧壁的斜率。