檢測(cè)10nm以下半導(dǎo)體　CD-SEM量測(cè)技術(shù)邁大步

　　半導(dǎo)體進(jìn)入10奈米以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)或三維(3D)結(jié)構(gòu)時(shí)，將面臨嚴(yán)重的導(dǎo)孔偏移問題，所幸，設(shè)備商已研發(fā)出具備更高影像解析能力的微距量測(cè)掃描式電子顯微鏡(CD-SEM)，可提供更清晰的對(duì)焦和更精細(xì)的量測(cè)影像，有效克服導(dǎo)孔對(duì)準(zhǔn)挑戰(zhàn)。

　　多年來(lái)，業(yè)界一直使用微距量測(cè)掃描式電子顯微鏡(CD-SEM)來(lái)進(jìn)行量測(cè)，此種顯微鏡會(huì)射出電子束，與要掃描的材料作用，然后回傳訊號(hào)，再由量測(cè)機(jī)臺(tái)比對(duì)運(yùn)算這些訊號(hào)。今日，針對(duì)小于10奈米(nm)的尺寸，CD-SEM或其他所有量測(cè)設(shè)備，必須處理更多的薄膜層、更高的縱橫比(HAR)、更窄的間距，以及三維(3D)架構(gòu)的輪廓和形狀，人們對(duì)于這些設(shè)備是否具備此等能力，提出嚴(yán)重的質(zhì)疑。

　　在量測(cè)技術(shù)、多重微影技術(shù)與材料的改良下，半導(dǎo)體裝置的3D記憶體與臨界尺寸(CD)能夠沿用到小于10奈米制程。在10奈米制程上，元件的復(fù)雜度不斷提高，使得目前的光微影技術(shù)遭遇到極為重大的挑戰(zhàn)。鰭式場(chǎng)效電晶體(FinFET)與3D儲(chǔ)存型快閃記憶體(NANDFlash)設(shè)計(jì)，讓需要量測(cè)與控制的參數(shù)持續(xù)增加，進(jìn)一步提高圖案制作與量測(cè)的復(fù)雜性。

　　技術(shù)新突破CD-SEM量測(cè)精準(zhǔn)度受矚目

　　應(yīng)用材料對(duì)CD-SEM技術(shù)進(jìn)行重大的改良，在最近于加州舉行的國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)(SPIE)先進(jìn)微影技術(shù)研討會(huì)上，展示這項(xiàng)量測(cè)技術(shù)的可沿用性。此項(xiàng)改良技術(shù)的主要應(yīng)用，包括有效將新的先進(jìn)CD-SEM技術(shù)應(yīng)用于邏輯導(dǎo)孔(LogicVias)、復(fù)雜的疊層(Overlay)、超高縱橫比的先進(jìn)記憶體(HARContacts)等高難度制程挑戰(zhàn)。

　　CD-SEM已可做為有效量測(cè)技術(shù)

　　從圖1可看出在溝槽內(nèi)導(dǎo)孔底部臨界尺寸與對(duì)準(zhǔn)方面，所面臨的量測(cè)與監(jiān)控挑戰(zhàn)--導(dǎo)孔的邊緣與位置必須精確，才能確保底層與疊覆金屬層間的正確連結(jié)。位在右側(cè)的導(dǎo)孔并未與下方的銅線對(duì)準(zhǔn)，將會(huì)影響到各層間的導(dǎo)電性;底下的SEM影像則顯示偏移與對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)孔間的差異。這兩組關(guān)鍵影像，都是采用稱為背向散射電子(BSE)影像技術(shù)取得，這項(xiàng)技術(shù)正成為可行的量測(cè)技術(shù)。這個(gè)例子顯示，在此等復(fù)雜的多步驟制程中，可使用CD-SEM做為有效的量測(cè)與對(duì)準(zhǔn)技術(shù)。

　　CD-SEM擁有高解析影像顯示能力

　　由于目前的CD-SEM技術(shù)不夠精確，若要針對(duì)小于10奈米尺寸找出導(dǎo)孔對(duì)準(zhǔn)的問題，則須提高掃描電子顯微鏡(SEM)的解析度。由于制程必須一路往下對(duì)準(zhǔn)底部抗反射涂層(BARC)、硬質(zhì)罩幕層，以及金屬(接點(diǎn)或鰭片)，因此今日業(yè)界的新發(fā)展，是使用數(shù)千伏特能源的SEM來(lái)「透視」到最低層，比較先進(jìn)CD-SEM與傳統(tǒng)SEM技術(shù)，可看出在透視材料時(shí)，擁有更高解析度影像顯示能力。

　　CD-SEM可結(jié)合BSE訊號(hào)輕取導(dǎo)孔真實(shí)影像

　　2D升級(jí)3D量測(cè)技術(shù)迭有突破

　　除了以上范例成功針對(duì)小于10奈米尺寸運(yùn)用CD-SEM技術(shù)外，應(yīng)用材料也提出先前所述應(yīng)用的案例，將CD-SEM應(yīng)用于FinFET電晶體與矽奈米線3D量測(cè)。前述的這些主題都有一個(gè)共通點(diǎn)，就是能夠讓受到光微影限制的2D影像縮放技術(shù)，轉(zhuǎn)換為以量測(cè)與材料為主的3D圖案影像技術(shù)。

　　幸運(yùn)的是，量測(cè)技術(shù)的進(jìn)展正在克服主要的制程微縮問題。小于10奈米結(jié)構(gòu)與3D記憶體需要更高解析度的SEM，提供更清晰的對(duì)焦、更精細(xì)的影像與資料擷取方法，以及對(duì)形狀更為敏感、以物理學(xué)為基礎(chǔ)的模型和模擬技術(shù)。未來(lái)也會(huì)須要結(jié)合不同的量測(cè)技術(shù)，包括CD-SEM、CD原子力顯微鏡(AFM)，以及穿透式電子顯微鏡(TEM)。