特表 2023-521884 トレンチの光測定用ターゲット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-25

(54)【発明の名称】トレンチの光測定用ターゲット

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20230518BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 P

H01L21/66 W

H01L21/66 Y

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022562649

(86)(22)【出願日】2021-04-16

(85)【翻訳文提出日】2022-12-13

(86)【国際出願番号】 US2021027714

(87)【国際公開番号】W WO2021211988

(87)【国際公開日】2021-10-21

(31)【優先権主張番号】63/011,856

(32)【優先日】2020-04-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/231,508

(32)【優先日】2021-04-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】516312501

【氏名又は名称】オントゥー イノヴェイション インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100151987

【弁理士】

【氏名又は名称】谷口 信行

(72)【発明者】

【氏名】ケラー ニコラス ジェイムズ

(72)【発明者】

【氏名】アントネッリ ジョージ アンドリュー

【テーマコード（参考）】

4M106

【Ｆターム（参考）】

4M106AA01

4M106AA07

4M106AB15

4M106AB17

4M106BA08

4M106CA48

4M106DH13

(57)【要約】

計測ターゲットは、三次元（３Ｄ）ＮＡＮＤのワード線内のタングステンリセス垂直プロファイルなどの被試験デバイス内のトレンチの底部における特徴を測定するために設計されている。計測ターゲットは、被試験デバイスの設計ルールに従い、各々がタングステンなどの導体層と二酸化ケイ素などの絶縁体層とを含む複数のティアスタックペアを有するティアスタックと、ティアスタックペアを貫通して延伸するトレンチとを含む。計測ターゲットは、ティアスタックペアを貫通して延伸し、ワード線スリットの底部のタングステンリセスなどのトレンチの特性の測定のために、プラズモン共鳴を介してトレンチの底部への光の到達を促進するように、トレンチに対して横方向の距離を置いて配置されるビアを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被試験デバイス内のトレンチの特性を測定するための光計測ターゲットを備えるウェハであって、前記トレンチが、光が前記トレンチの底部に到達するのが困難な深さを有し、前記光計測ターゲットが、
複数のティアスタックペアを含むティアスタックであって、各ティアスタックペアが導体層と絶縁体層とを備え、前記ティアスタックが前記複数のティアスタックペアを貫通して垂直に延伸する前記トレンチを備えるティアスタックと、
前記複数のティアスタックペアを貫通して延伸する複数のビアであって、各々が絶縁側壁を有しかつ導体材料で充填され、ビアから前記トレンチまでの横方向距離が、前記トレンチの前記特性の測定のために、前記光計測ターゲットの前記トレンチの底部への光の到達を促進する、複数のビアとを備える、光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項2】

前記被試験デバイスが三次元（３Ｄ）ＮＡＮＤであり、前記トレンチがワード線スリットであり、前記導体層がタングステンを含み、前記トレンチの特性がタングステンリセス垂直プロファイルを含む、請求項１に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項3】

前記ビアから前記トレンチまでの前記横方向距離が、前記トレンチの前記底部への前記光の到達を促進する前記光のプラズモン共鳴を促進する、請求項１に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項4】

前記光計測ターゲットが前記被試験デバイスと同数の前記複数のティアスタックペアを備え、前記被試験デバイスと同じトレンチ特性を含み、前記被試験デバイスが前記光計測ターゲットの前記複数のビアに対応するビアを含まない、請求項１に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項5】

前記ティアスタックが前記光に対して不透明である、請求項１に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項6】

前記光計測ターゲットが前記被試験デバイスの全ての設計ルールを満たす、請求項１に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項7】

前記ティアスタック内の前記複数のビアが前記ティアスタックに構造的支持を提供する、請求項１に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項8】

前記光計測ターゲットが第１の光計測ターゲットであり、前記ビアから前記トレンチまでの前記横方向距離が第１のビアから第１のトレンチまでの第１の横方向距離であり、前記ウェハが、前記ティアスタックを備え、前記トレンチの前記特性を測定するために、前記第２のトレンチの底部への光の到達を促進し、かつ前記第１の横方向距離とは異なる第２のビアから第２のトレンチまでの第２の横方向距離を有する第２の光計測ターゲットを更に備える、請求項１に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項9】

トレンチの特性を測定するための光計測ターゲットを備えるウェハであって、前記トレンチが、光が前記トレンチの底部に到達するのが困難な深さを有し、前記光計測ターゲットが、
複数のティアスタックペアを含むティアスタックであって、前記複数のティアスタックペアを貫通して垂直に延伸するトレンチを備えるティアスタックと、
前記複数のティアスタックペアを貫通して延伸する複数のビアであって、前記トレンチの前記特性の測定のために前記トレンチの前記底部への光の到達を促進するための手段を備える複数のビアとを備える、光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項10】

前記光計測ターゲットが三次元（３Ｄ）ＮＡＮＤ用であり、前記トレンチがワード線スリットであり、前記導体層がタングステンを含み、前記トレンチの特性がタングステンリセス垂直プロファイルを含む、請求項９に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項11】

前記トレンチの前記底部への光の到達を促進するための手段が、前記トレンチの前記底部への前記光の到達を促進する前記光のプラズモン共鳴を促進する、請求項９に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項12】

前記光計測ターゲットが被試験デバイスと同数の前記複数のティアスタックペアを備え、被試験デバイスと同じトレンチ特性を含み、被試験デバイスが、前記光計測ターゲットの前記複数のビアに対応するビアを含まない、請求項９に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項13】

前記ティアスタックが前記光に対して不透明である、請求項９に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項14】

前記光計測ターゲットが被試験デバイスの全ての設計ルールを満たす、請求項９に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項15】

前記ティアスタック内の前記複数のビアが前記ティアスタックに構造的支持を提供する、請求項９に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項16】

前記光計測ターゲットが第１の光計測ターゲットであり、前記トレンチの前記底部への光の到達を促進するための前記手段が光の到達を促進するための第１の手段であり、前記ウェハが前記ティアスタック、第２のトレンチ、及び前記第２のトレンチの底部への光の到達を促進するための第２の手段を含む第２の光計測ターゲットを更に備える、請求項９に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項17】

被試験デバイスを有するウェハ上の光計測ターゲットを使用して被試験デバイス内のトレンチの特性を測定するように構成された光計測装置であって、光計測ターゲットが、複数のティアスタックペアを含むティアスタックを備え、各ティアスタックペアが導体層と絶縁体層とを備え、前記ティアスタックが前記ティアスタックを貫通して延伸するトレンチを備え、複数のビアが前記複数のティアスタックペアを貫通して延伸し、ビアから前記トレンチまでの横方向距離が前記トレンチの前記特性の測定のために、前記トレンチの底部への光の到達を促進し、
前記光計測ターゲットに向けられ、前記光計測ターゲットと相互作用する光を生成する光源であって、前記光源によって生成される前記光は、各ティアスタックペアにおける導体層のプラズモン周波数よりも長い波長を有し、前記光のプラズモン共鳴は前記トレンチの前記底部への前記光の到達を促進し、前記光が前記光測定ターゲットに向けられる光源と、
前記光計測ターゲットから戻ってきた前記光を受光する少なくとも１つの検出器と、
前記少なくとも１つの検出器に結合された少なくとも１つのプロセッサであって、前記検出光を使用して前記トレンチの前記特性を測定するように構成されている少なくとも１つのプロセッサとを備える、光計測装置。

【請求項18】

前記被試験デバイスが三次元（３Ｄ）ＮＡＮＤであり、前記トレンチがワード線スリットであり、前記導体層がタングステンを含み、前記トレンチの前記特性がタングステンリセス垂直プロファイルを含む、請求項１７に記載の光計測装置。

【請求項19】

前記光源によって生成された前記光が複数の入射角、複数の方位角、又はこれらの組合せのうちの少なくとも１つを有する前記光計測装置に向けられ、
前記少なくとも１つのプロセッサが、前記複数の入射角、前記複数の方位角、又は前記これらの組合せのうちの１つに基づいて、前記トレンチの前記特性を測定するために前記検出光を使用するように構成される、請求項１７に記載の光計測装置。

【請求項20】

前記光計測ターゲットが第１の光計測ターゲットであり、前記ビアから前記トレンチまでの前記横方向距離が第１のビアから第１のトレンチまでの第１の横方向距離であり、前記被試験デバイスを有するウェハは、前記ティアスタックと、前記第２のトレンチの底部への光の到達を促進し、かつ前記第１の横方向距離とは異なる第２のビアから第２のトレンチまでの第２の横方向距離とを含む第２の光計測ターゲットを備え、
前記光源が、前記第２の光計測ターゲットに向けられ、前記第２の光計測ターゲットと相互作用する光を生成し、前記光源が、前記第２の光計測ターゲット内の各ティアスタックペアにおける前記導体層の前記プラズモン周波数よりも長い波長の光を生成し、前記光の前記プラズモン共鳴が前記第２のトレンチの前記底部への前記光の到達を促進し、
前記少なくとも１つの検出器が前記第２の光計測ターゲットから戻ってきた前記光を受光し、
前記少なくとも１つのプロセッサが前記第２の光計測ターゲットからの前記検出光と前記第１の光計測ターゲットからの前記検出光とを使用して、前記被試験デバイス内の前記トレンチの前記特性を判定するように更に構成される、請求項１７に記載の光計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（米国特許法第１１９条に基づく優先権の主張）
本件特許出願は、米国特許法第１１９条に基づき、２０２０年４月１７日に出願された「ＴＡＲＧＥＴ ＦＯＲ ＯＰＴＩＣＡＬ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＯＦ ＴＲＥＮＣＨＥＳ」と題する米国仮特許出願第６３／０１１，８５６号、及び２０２１年４月１５日に出願された「ＴＡＲＧＥＴ ＦＯＲ ＯＰＴＩＣＡＬ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＯＦ ＴＲＥＮＣＨＥＳ」と題する米国非仮特許出願第１７／２３１，５０８号に対する利益と優先権を主張するものであり、その両方は本譲受人に譲渡されており、参照により全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

（発明の分野）
本明細書で説明する主題の実施形態は、概して、光計測ターゲットに関し、より具体的には、高アスペクト比トレンチにおける特性を監視するためのターゲット設計に関する。

【背景技術】

【0003】

半導体及び他の同様の産業では、加工中に基板を非接触で評価するために光計測装置が使用されることが多い。光計測では、被試験試料に対して、例えば、単一の波長又は複数の波長の光を照射する。試料と相互作用した後、生じた光を検出、分析して、試料の所望の特性を判定する。

【0004】

光学的に測定が特に困難なタイプの試料の一つに、多くの層が積層されたデバイスがある。例えば、垂直ＮＡＮＤ型フラッシュメモリなどの３次元（３Ｄ）メモリ技術は、メモリセルの複数の層の積み重ねに依存している。層の数は、メモリの量に直接比例して増加する。したがって、製造業者は、メモリを増やすために層の数を増やしている。チャネルサイズがほぼ同じであるにもかかわらず、層数が増えるため、デバイスのアスペクト比が大きくなる。例として、６４層のデバイス構造がある場合、現在の計測システムは、プロセスフローの様々なポイントで、構造の最上部から底部まで寸法情報を得るのに苦心を重ねている。６４層を超えるデバイスが、例えば、９６層以上になると、計測の問題は更に深刻になり、一部の構造では、従来の光計測では測定することができない。多くの層や高アスペクト比を有するデバイス構造を測定する際の根本的な物理的問題は、光子が構造の底にある特徴に物理的に到達することができない、及び／又は測定のために検出器に戻ることができないことである。

【発明の概要】

【0005】

本明細書で説明する光計測ターゲットは、被試験デバイスのトレンチ底部の特徴を非破壊で光学的に測定するために設計されたものである。例として、トレンチは、三次元（３Ｄ）ＮＡＮＤデバイスのワード線（ＷＬ）スリットであってもよく、測定される特徴は、ＷＬスリットの底部にあるタングステン（Ｗ）リセスであってもよい。トレンチの底部にある特徴を光学的に測定できるようにすることで、トレンチ内の特徴の垂直方向のプロファイルを測定してもよい。計測ターゲットは、被試験デバイスと共に製造され、複数のティアスタックペアを有するティアスタックを含み、各ティアは、例えば、タングステン及び二酸化ケイ素などのそれぞれ導体層及び絶縁体層を含む。トレンチは、複数のティアスタックペアを貫通して延伸する。計測ターゲットは、トレンチや、例えば、Ｗ－リセスの限界寸法など被試験デバイスと同じ重要な特徴を持つように設計されているが、それ以外は同じ設計ルールに従いつつも被試験デバイスとは異なる場合がある。計測ターゲットは、ティアスタックを貫通して延伸するビアを含む。ビアは、被試験デバイス内の構造をシミュレートしていない、すなわち、被試験デバイスには、同様のビアが含まれていない。ビアは、ＷＬスリットの底部への光の到達を促進して、トレンチの底部、例えば、Ｗ－リセスの特性の測定を可能にするように設計される。例えば、ビアは、プラズモン共鳴として知られるプロセスによって発生する、トレンチの底部への光の到達を促進するトレンチからの横方向距離を考慮して設計されてもよい。製造中にティアスタックを構造的支持を提供するために、複数のビアをティアスタックに含めてもよい。計測ターゲットは、ティアスタックペアにおける導体層のプラズモン周波数よりも長い波長の光、すなわち、導体層の誘電関数のＥｐｓｉｌｏｎ＿１が負となる光を使用する、例えば、反射測定、エリプソメータ、Ｍｕｅｌｌｅｒ Ｍａｔｒｉｘエリプソメータ、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）などの光計測装置を使用して測定してもよい。

【0006】

一実装態様では、ウェハは、被試験デバイス内のトレンチの特性を測定するための光計測ターゲットを含み、トレンチは、光がトレンチの底部に到達するのが困難な深さを有する。被試験デバイスは、例えば、３次元（３Ｄ）ＮＡＮＤであってもよい。光計測ターゲットは、複数のティアスタックペアを含むティアスタックを含んでもよく、各ティアスタックペアは、導体層と絶縁体層とを含み、ティアスタックは、複数のティアスタックペアを貫通して垂直に延伸するトレンチを含む。光計測ターゲットは、複数のティアスタックペアを貫通して延伸する複数のビアを含んでもよい。各ビアは、絶縁側壁を含み、導体材料で充填される。トレンチの特性を測定するための光計測ターゲットのビアからトレンチまでの横方向距離。

【0007】

一実装態様では、ウェハは、トレンチの特性を測定するための光計測ターゲットを含み、トレンチは、光がトレンチの底部に到達するのが困難な深さを有する。光計測ターゲットは、複数のティアスタックペアを含むティアスタックを含んでもよい。ティアスタックは、複数のティアスタックペアを貫通して垂直に延伸するトレンチを含む。光計測ターゲットは、複数のティアスタックペアを貫通して延伸する複数のビアを含んでもよい。複数のビアは、トレンチの特性の測定のために、トレンチの底部への光の到達を促進するための手段を含む。

【0008】

一実装形態では、被試験デバイス内のトレンチの特性を測定する方法。この方法は、被試験デバイスを有するウェハ上に光計測ターゲットを生成することを含んでもよい。光計測ターゲットは、複数のティアスタックペアを含むティアスタックを含んでもよく、これらの各々は、導体層と、絶縁体層と、複数のティアスタックペアを貫通して延伸するトレンチとを含む。光計測ターゲットは、複数のティアスタックペアを貫通して延伸する複数のビアを含んでもよい。ビアからトレンチまでの横方向距離により、トレンチの特性の測定のために、トレンチの底部への光の到達が促進される。本方法は、光計測ターゲットに焦点を合わせた光計測装置を使用して、各ティアスタックペアにおける導体層のプラズモン周波数よりも長い波長の光を生成することを更に含んでもよく、光のプラズモン共鳴によりトレンチ底部への光の到達が促進される。光計測ターゲットから戻ってきた光は、光計測装置で検出され、トレンチの特性を測定するために使用される。

【0009】

一実装態様では、光計測装置は、被試験デバイスを有するウェハ上の光計測ターゲットを使用して、被試験デバイス内のトレンチの特性を測定するように構成されている。光計測ターゲットは、複数のティアスタックペアを含むティアスタックを備えてもよく、各ティアスタックペアは、導体層と絶縁体層とを含む。ティアスタックは、ティアスタックを貫通して延伸するトレンチと、複数のティアスタックペアを貫通して延伸する複数のビアとを含み、ビアからトレンチまでの横方向距離が、トレンチの特性の測定のためにトレンチの底部への光の到達を促進する。光計測装置は、光計測ターゲットに向けられ、それと相互作用する光を生成する光源を含んでもよい。光源によって生成される光は、各ティアスタックペアにおける導体層のプラズモン周波数よりも長い波長を有し、光のプラズモン共鳴は、トレンチの底部への光の到達を促進し、光は光計測ターゲットに向けられる。光計測装置は、光計測ターゲットから戻ってきた光を受光する少なくとも１つの検出器を更に含んでもよい。光計測装置は、少なくとも１つの検出器に結合された少なくとも１つのプロセッサを更に含んでもよく、少なくとも１つのプロセッサは、検出光を使用してトレンチの特性を測定するように構成されている。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1A】タングステン（Ｗ）リセスを含む製造中の３Ｄ－ＮＡＮＤデバイス構造の等角側面図及び拡大側面図を示す。

【図1B】タングステン（Ｗ）リセスを含む製造中の３Ｄ－ＮＡＮＤデバイス構造の等角側面図及び拡大側面図を示す。

【図2A】ワード線（ＷＬ）スリットのピッチに対して、ＷＬスリットの底部におけるＷ－リセスの測定の不確かさの増加を示すグラフである。

【図2B】ＷＬスリットのピッチに対して、ＷＬスリットの底部におけるＷ－リセスの分光エリプソメトリー（ＳＥ）測定での強度の減少を示す。

【図3A】多数のＮＡＮＤデバイスとＮＡＮＤデバイス構造をモデル化した可能な計測ターゲットレイアウトの上面図を示す。

【図3B】図３Ａに示したＮＡＮＤデバイスと計測ターゲットレイアウトのＳＥパラメータに対する生スペクトルシミュレーションを示す。

【図4】図３Ａに示したＮＡＮＤデバイス及び計測ターゲットレイアウトにおけるＷＬスリットの多数の垂直位置におけるＷ－リセスの測定の不確かさ予測を示すグラフである。

【図5A】それぞれ、３ＤＮＡＮＤデバイスのＷＬスリットにおける底部Ｗ－リセス、したがってＷ－リセスの垂直プロファイルを測定するために使用することができる計測ターゲットの等角図、断面図、及び拡大図を示す。

【図5B】それぞれ、３ＤＮＡＮＤデバイスのＷＬスリットにおける底部Ｗ－リセス、したがってＷ－リセスの垂直プロファイルを測定するために使用することができる計測ターゲットの等角図、断面図、及び拡大図を示す。

【図5C】それぞれ、３ＤＮＡＮＤデバイスのＷＬスリットにおける底部Ｗ－リセス、したがってＷ－リセスの垂直プロファイルを測定するために使用することができる計測ターゲットの等角図、断面図、及び拡大図を示す。

【図6】ポリシリコンチャネルホールを有する構造とタングステンビアを有する同様の構造について、ＷＬスリットの深さに対する電界強度の違いを４つの異なる波長での二次元周波数領域有限差分（ＦＤＦＤ）シミュレーションにより示したものである。

【図7A】ＷＬスリットの底部への光の到達を促進するための様々な手段を備えた計測ターゲットの断面平面図を示す。

【図7B】ＷＬスリットの底部への光の到達を促進するための様々な手段を備えた計測ターゲットの断面平面図を示す。

【図7C】ＷＬスリットの底部への光の到達を促進するための様々な手段を備えた計測ターゲットの断面平面図を示す。

【図8】ＷＬスリットからタングステンビアまでの距離に対して、底部Ｗ－リセスの測定の不確かさのシミュレーションを示すグラフである。

【図9A】ＷＬスリット当たり２、３、及び５個のタングステンビアを有するティアスタックの断面図であり、ビアとＷＬスリット間の各距離は同じである。

【図9B】図９Ａに示すティアスタックのＳＥパラメータの生スペクトル比較を示す。

【図10】シングルモーダル及びマルチモーダル測定について、計測ターゲットのＷＬスリットの多数の垂直位置におけるＷ－リセスの測定の不確かさのシミュレーションを示すチャートである。

【図11A】ビアとＷＬスリットの間の距離においてオフセットが異なる計測ターゲット案を示す。

【図11B】図１１Ａに示されるティアスタックのＳＥパラメータの生スペクトル比較を示す。

【図12】被試験３ＤＮＡＮＤデバイスのＷＬスリット内のＷ－リセスの垂直プロファイルを測定するために、計測ターゲット案からデータを収集し分析できる光計測装置の概略図を示す。

【図13】三次元（３Ｄ）ＮＡＮＤにおけるＷＬ内のＷ－リセス垂直プロファイルを測定する方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

半導体及び同様のデバイスの製造中に、デバイスを非破壊的に測定することによって製造プロセスを監視する必要がある場合がある。プロセシング中の試料の非接触評価には、光計測が採用されることがある。光学的に測定することが特に困難な試料の１つのタイプは、高アスペクト比のトレンチ、すなわち非常に深く狭いトレンチを有するデバイスである。場合によっては、デバイスの測定に使用される光の波長よりも狭く、不透明な材料の多くの層、例えば、６４層、９６層、又はそれ以上の層を貫通して延伸してもよいトレンチを有するデバイスが製造されている。現在の計測システムは、６４層からなるデバイスの最上部から底部まで寸法情報を得るのに苦心を重ねている。６４層を超えるデバイスが、例えば、９６層以上になると、計測問題は更に深刻になり、深いトレンチの特性評価など、従来の光計測では不可能な測定も出てくる。多くの層又は高アスペクト比を有するデバイスの根本的な物理的問題は、光子が構造の底部に到達することができない、及び／又は検出器に戻ることができないことである。光の特定の波長を使用して、多層デバイスの透過を補助してもよいが、光の波長を慎重に選択しても、製造中のデバイスのトレンチの底部を測定できないことが分かっている。したがって、本明細書で説明するように、被試験デバイスとして同じ特徴、例えば、トレンチを含み、かつトレンチの底部への光の到達を可能にする特徴をも含む、特殊な光計測ターゲットをトレンチの特性を測定するために採用してもよい。

【0012】

従来の光計測を使用して測定することが困難なトレンチを有するデバイスの一例として、３ＤＮＡＮＤデバイスがある。３ＤＮＡＮＤデバイスの製造プロセスは複雑であり、多くの堆積、リソグラフィ、エッチング、及び充填ステップを必要とする。３ＤＮＡＮＤデバイスの製造中、１つの重要な特徴は、ワード線（ＷＬ）スリット内のタングステン（Ｗ）リセスであり、デバイスの収率及び性能に直接影響を及ぼす。構造が許容範囲内にあることを保証するために、製造中、特に、重要なプロセスステップ後に構造を測定し評価することが望ましい。現在、３ＤＮＡＮＤのＷＬ内のＷ－リセスの垂直プロファイルを測定できるのは、破壊測定技術のみである。例えば、エッチングバック走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）及び断面ＳＥＭ測定などの破壊技術を使用してもよい。しかしながら、これらの技術は破壊的であり、その結果、製造中の重要なプロセスステップのインライン評価には不適切である。

【0013】

本明細書で説明する光計測ターゲットは、３ＤＮＡＮＤデバイスのＷＬなど、デバイスなどにおける高アスペクト比トレンチの様々な深さでの特徴の非破壊光計測を提供するために使用されてもよい。光計測ターゲットを使用して測定することができるトレンチの特徴の一例は、ＷＬスリットの底部におけるＷ－リセスを含む、ＮＡＮＤデバイスのＷＬ内のＷ－リセス垂直プロファイルであるが、他の特徴を測定することはできる。本明細書で説明する計測ターゲットは、チップ間のスクライブライン内に配置されてもよいし、場合によってはチップ内に、例えば、チップのアクティブ領域内に配置されてもよい。計測ターゲットは、ＷＬスリット及びＷ－リセスの寸法などの被試験構造の同じ重要な特徴を考慮して設計されているが、それ以外は同じ設計ルールに従いつつも被試験構造とは異なる場合がある。例えば、３ＤＮＡＮＤに使用されるチャネルホールの代わりに、タングステンビアを計測ターゲットに使用してもよい。計測ターゲット内のタングステンビアの位置は、ＷＬスリットの底部への光の到達を促進するように設計される。例えば、計測ターゲットのタングステンビアからＷＬスリットまでの距離は、ＷＬスリットの底部への光の到達を促進するように選択される。したがって、Ｗ－リセスを含むＷＬスリットの底部における構造を光学的に測定してもよく、それによって、被試験３ＤＮＡＮＤのＷＬにおけるＷ－リセスの完全な垂直プロファイルを得ることができる。例として、例えば、中赤外線又はそれより長い波長を使用して、反射測定、エリプソメータ、Ｍｕｅｌｌｅｒ Ｍａｔｒｉｘエリプソメータ、ＦＴＩＲなどの光計測装置を使用して、計測ターゲットを測定してもよい。波長がタングステンのプラズモン周波数よりも長い場合、すなわち、誘電関数のＥｐｓｉｌｏｎ＿１が負である場合、これより短い波長を使用してもよい。

【0014】

図１Ａは、例として、製造中の３ＤＮＡＮＤデバイス構造１００の等角図を示し、図１Ｂは、図１Ａのボックス１０１の拡大図を示し、ＷＬスリット１３０内のＷ－リセス構造を示している。図１Ａ及び図１Ｂは、基板１０２上にタングステン１１２及び二酸化ケイ素１１４（又は他のタイプの絶縁材料）の多数の交互層を含むティアスタック１１０を示し、ハードマスク１０４は、ティアスタック１１０の最上面に示されている。二酸化ケイ素１１４及びタングステン１１２の各２層は、ティアスタックペアと呼ばれることがあり、フルティアスタック１１０は、多数の、例えば、２５６個のティアスタックペアを含む。二酸化ケイ素層１１４とタングステン層１１２との間に、タングステン層１１２の前に堆積される場合がある高Ｋ誘電体層及び窒化チタン（ＴｉＮ）層などの追加の層が存在する場合があることを理解されたい。チャネルホール１２０は、チャネルＣＤとして図示される限界寸法を持つ各ティアスタックに形成される。チャネルホール１２０は、例えば、酸化ケイ素－窒化ケイ素－シリコン酸化物（ＯＮＯ）１２２及びポリシリコン側壁１２２を含んでもよく、酸化ケイ素１２６で充填される。追加の又は異なる材料、例えば、酸化物ライナなどが存在してもよい。例えば、チャネルホール１２０内の材料及び層は、製造業者に基づいて変化する場合があることを理解されたい。

【0015】

図示の通り、ＷＬスリット１３０は、ティアスタック内に存在する。図１Ｂから分かるように、ＷＬスリット１３０内の同じ層レベルでの二酸化ケイ素層１１４間の距離、すなわち二酸化ケイ素層１１４におけるＷＬスリット１３０の幅は、ＷＬ限界寸法（ＷＬＣＤ）と呼ばれることがある。ＷＬスリット１３０内の同じ層レベルでのタングステン層１１２間の距離は、リセスＣＤと呼ばれることがある。タングステンリセス（Ｗ－リセス）は、二酸化ケイ素層１１４に対するＷＬスリット１３０のタングステン層１１２のリセス、例えば、タングステン層１１２の縁から二酸化ケイ素層１１４の縁までの距離である。したがって、ＷＬスリット１３０内の任意の垂直位置でのＷ－リセスとリセスＣＤは、ＷＬＣＤによって関連付けられており、互換的に使用されてもよい。

【0016】

ＷＬスリット１３０内のＷ－リセス垂直プロファイルを測定するために、Ｗ－リセス（又は同等に、リセスＣＤ）は、ＷＬスリット１３０内の複数の垂直位置、例えば、底部層１４２ｂ、第１の中間層１４２ｍ１、第２の中間層１４２ｍ２、及び最上層１４２ｔで測定される。しかしながら、最上層１４２ｔの下のＷ－リセスの光計測は、犠牲シリコン窒化層（図示せず）がＷＬスリットの側面から離れて選択的にエッチングされ、例えば、ゲート及び電荷トラップ（図示せず）を生成するために、タングステン層１１２を生成するためのタングステンを含めて様々な材料で置き換えられるゲートリプレースメントプロセス後に必然的に発生するため、困難である。

【0017】

タングステン層１１２は、ティアスタック１１０内の最初の数層を超えて、可視及び近赤外線領域の光、例えば、２５００ｎｍ未満の光に対して、構造全体を不透明にする。結果として、これらの波長では、例えば、底部Ｗ－リセス（層１４２ｂ）の測定を含めて、Ｗ－リセス垂直プロファイルの光計測は、不可能である。中赤外領域及びそれより長い波長（例えば、２５００ｎｍ超）を用いた光計測により、光の透過性が改善される。しかしながら、３ＤＮＡＮＤの規模が大きくなると、ＷＬピッチもティアスタックペア数も両方が増加し、中赤外線を用いた場合、ＷＬスリット底部のＷ－リセスに対する測定感度が指数関数的に低下してしまう。

【0018】

図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、１９２ペアのＷ－リセス構造を有する計測ターゲットにおいて、ＷＬスリット底部のＷ－リセスを中赤外測定した場合のシミュレーションのグラフと感度曲線である。図２Ａは、ＷＬスリットピッチに対する測定の不確かさ（０シグマ）の増加を示すグラフであり、図２Ｂは、波長に対して、分光エリプソメトリー（ＳＥ）Ｃパラメータ測定のスペクトル応答の振幅を示すグラフである。図２Ａ及び２Ｂから分かるように、ＷＬスリットピッチが増加すると測定感度は低下し、３ＤＮＡＮＤデバイス自体の底部Ｗ－リセスの光計測は不可能である。

【0019】

潜在的な計測ターゲットのシミュレーションによれば、計測ターゲットが１μｍ未満のＷＬピッチでＷＬあたり３～４個のチャネルホールを持つか、又はＷＬＣＤが、例えば、Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｒｅｃｏｒｄ（ＰＯＲ）ＮＡＮＤデバイスのＷＬＣＤの２～３倍大きく、１．５μｍピッチでＷＬ当たり９個のチャンネルホールを持つかいずれかの場合、構造内の底部Ｗ－リセスに対する感度は高い測定感度を示すことが分った。

【0020】

図３Ａは、それぞれＰＯＲデバイス及びＮ＋１世代（例えば、次のノード）デバイスである、潜在的な計測ターゲット及び３ＤＮＡＮＤデバイス構造３１０及び３１２用の多数のターゲットレイアウト案３０２、３０４、３０６、及び３０８の上面図を示す。図３Ｂは、図３Ａに示したターゲットとデバイスについて５０００ｎｍ～１２０００ｎｍの波長を用いたＳＥパラメータＳ、Ｃ、及びＮの生スペクトルシミュレーションを、図３Ａに示したレイアウトに対応する曲線を識別するために、同じ参照番号を使用して示す。

【0021】

以上のように、ターゲット案３０２～３０８の構造は、３ＤＮＡＮＤデバイス３１０及び３１２の構造と同じであるが、寸法が異なる。例えば、図示するように、ＰＯＲＮＡＮＤデバイス構造３１０は、ＷＬ当たり９個のチャネル列と１５０ｎｍのＷＬＣＤを有し、一方、Ｎ＋１世代ＮＡＮＤデバイス構造３１２は、ＷＬ当たり１９個のチャネル列と１５０ｎｍのＷＬＣＤを有する。ターゲット案３０２は、ＷＬ当たり９個のチャネル列で３００ｎｍのＷＬＣＤを有し、ターゲット案３０４は、ＷＬ当たり７個のチャネル列で４５０ｎｍのＷＬＣＤを有し、ターゲット案３０６は、４個のチャネル列で１５０ｎｍのＷＬＣＤと８００ｎｍのピッチを有し、ターゲット案３０８は、３個のチャネル列で１５０ｎｍのＷＬＣＤと８００ｎｍのピッチを有する。

【0022】

図４は、計測ターゲット３０２～３０８とＮＡＮＤデバイス３１０～３１２について、底部Ｗ－リセス（図１Ａの１４２ｂ）、中間部１Ｗ－リセス（１４２ｍ１）、中間部２Ｗ－リセス（１４２ｍ２）、最上部Ｗ－リセス（１４２ｔ）における不確かさ予測（１シグマ）（ｎｍ）を示すグラフ４００である。以上のように、ターゲット案３０４、３０６、及び３０８の不確かさ予測によれば、底部Ｗ－リセスに対してｎｍ未満の不確かさがある。Ｎ＋１世代デバイス４１２のＷＬスリットの底部には本質的に光が到達せず、例えば、不確かさは１μｍより大きいことに留意されたい。

【0023】

ターゲット案３０４、３０６、及び３０８には、底部Ｗ－リセスに対してｎｍ未満の不確かさがあるが、これらの計測ターゲットは、３ＤＮＡＮＤの設計ルールに違反しているので、３ＤＮＡＮＤはＮ＋１世代まで（及び３μｍに近いピッチまで）スケールアップして製造することができない。デバイスがどのように製造されるかにより、計測ターゲットのＷＬピッチをより小さくしたり又はＷＬＣＤをより大きくしたりすることにより設計ルールを違反すると、計測ターゲットだけでなく、ウェハ上の他のデバイスに不具合を生じさせ、ウェハを破壊する可能性がある。したがって、ＮＡＮＤデバイスの計測ターゲット設計は、ＮＡＮＤデバイスと同じ設計ルールに従う必要がある。例えば、Ｎ＋１世代ＮＡＮＤデバイス用の計測ターゲットは、Ｎ＋１世代ＮＡＮＤデバイスと同じピッチ、例えば、約３μｍを有する必要があるが、この場合、上記に示したように、底部Ｗ－リセスに対して所望の測定感度を得ることはできない。

【0024】

図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃは、それぞれ、ＮＡＮＤデバイスの設計ルールに従って、３ＤＮＡＮＤデバイスのＷＬスリットの底部の構造を測定するために使用することができる計測ターゲット５００の等角図、断面図、及び拡大図を示す。例えば、計測ターゲット５００を使用して、底部Ｗ－リセス、したがって３ＤＮＡＮＤデバイスのＷＬスリット内のＷ－リセスの垂直プロファイルを測定してもよい。計測ターゲット５００は、例えば、被試験デバイスと共にウェハ上に配置される。計測ターゲット５００は、チップ間のスクライブライン内に配置されてもよいし、又はチップ内に、例えば、チップのアクティブ領域内に配置されてもよい。

【0025】

計測ターゲット５００は、被試験デバイスと同時に製造され、図１Ａ及び図１Ｂに示すＮＡＮＤデバイスと類似しており、基板５０２上にタングステン５１２と二酸化ケイ素５１４（又は他のタイプの絶縁材料）の多数の交互層を含むティアスタック５１０を含み、ティアスタック５１０の最上面にはハードマスク５０４が示されている。二酸化ケイ素５１４とタングステン５１２の各２層は、ティアスタックペアと呼ばれることがあり、フルティアスタック５１０は、被試験ＮＡＮＤデバイスと同数のティアスタックペアを含む。二酸化ケイ素層５１４とタングステン層５１２との間に、タングステン層５１２の前に堆積される場合がある高Ｋ誘電体層及び窒化チタン（ＴｉＮ）層などの追加の層が存在する場合があることを理解されたい。計測ターゲット５００は、ティアスタック５１０内にＷＬスリット５３０を含む。計測ターゲット５００は、同じピッチ及びＷＬスリットＣＤなど被試験３ＤＮＡＮＤと同じ重要な特徴を考慮して設計され、被試験デバイスと同時に製造される。したがって、タングステン５１２及び二酸化ケイ素５１４の層は、被試験デバイス、例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示される３ＤＮＡＮＤ内のタングステン１１２及び二酸化ケイ素１１４の層と同じ寸法を有する。計測ターゲット５００のスリット５３０は、同じ寸法を考慮して設計され、被試験ＮＡＮＤデバイス内のＷＬスリット１３０と共に製造されるので、計測ターゲット５００が動作ＷＬを有する３ＤＮＡＮＤではなくても、計測ターゲット５００のスリット５３０は、本明細書ではＷＬスリット５３０と呼ばれることを理解されたい。

【0026】

計測ターゲット５００は、複数のタングステンビア５２０を含み、これらは各ティアスタック５１０内でタングステングレーティングを形成する。図５Ｂは、一例として、図５Ａに示す寸法Ａ－Ａに沿ったタングステン層５１２を通る計測ターゲット５００の断面平面図を示し、図５Ｃは、図５Ａに示すボックス５０１の拡大図を示し、複数のタングステンビア５２０を示す。タングステンビア５２０は、ビアトゥペリフェリー（ＶｔＰ）構造と呼ばれることもあり、タングステン層５１２と二酸化ケイ素層５１４の全ての交互層を貫通して延伸する。タングステンビア５２０は、二酸化ケイ素の側壁５２２を含み、タングステンで充填５２４される。タングステンビア５２０は、３ＤＮＡＮＤデバイス内のチャネルホール１２０の代わりに使用され、材料又は設計においてチャネルホール１２０をモデル化することを意図するものではない。言い換えれば、被試験デバイス、例えば、３ＤＮＡＮＤデバイスは、光計測ターゲット内の複数のビアに相当するビアを含まない。ビアＣＤは、チャネルＣＤのサイズの２～３倍であってもよい。タングステンビア５２０の数、寸法、及びレイアウトを、設計ルールごとに選択してもよいし、製造中にティアスタック５１０の構造的支持を提供してもよい。更に、タングステンビア５２０の設計及び配置は、ＷＬスリット５３０の底部への光の到達を促進するように、したがって、ＷＬスリット５３０の底部での測定感度を高めるように選択される。例えば、タングステンビア５２０の適切な選択と設計が行われれば、底部Ｗ－リセスの測定感度を、Ｎ＋１世代ＮＡＮＤデバイスに対して数桁改善する可能性がある。

【0027】

例えば、図２Ｂ及び図２Ｃに示されるように、ビア５２０ＡとＷＬスリット５３０との間の横方向距離（Ｄ）は、ＷＬスリット５３０の底部への光の到達を促進するように選択されてもよい。したがって、例えば、ビア５２０ＡとＷＬスリット５３０との間の横方向距離（Ｄ）を含むタングステンビア５２０の適切な設計と配置が行われれば、ＷＬスリット５３０の底部のＷ－リセスの測定感度が向上し、図５Ａに示す、底部層５４２ｂ、第１の中間層５４２ｍ１、第２の中間層５４２ｍ２、及び最上層５４２ｔを含むＷＬスリット５３０内の複数の垂直位置で、非破壊光計測が可能である。計測ターゲット５００のＷＬスリット５３０のパラメータは、被試験３ＤＮＡＮＤデバイスのＷＬスリット１３０と同じであるため、計測ターゲット５００により、被試験３ＤＮＡＤデバイスのＷ－リセスの垂直プロファイルなどＷＬスリット１３０の特徴の光計測が可能になる。ＷＬスリット５３０の底部に到達する光に基づいて、底部ＣＤなどのＷＬスリット１３０の他の特徴を同様に測定することができる。

【0028】

図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃは、光計測ターゲット５００の一部分のみを示しており、光計測ターゲット５００は、測定中に同時に照明される同じ設計の多数の追加のビア及びＷＬスリットを含んでもよいことを理解されたい。例えば、５０μｍ×５０μｍの光計測ターゲットでは、Ｙ方向に約１００個のビア５２０（図５Ｂの上下方向）、及びＸ方向（図５Ｂの左右）に約１６個のワード線スリット５３０が存在してもよい。

【0029】

タングステンビア５２０は、例えば、被試験デバイスにおいて、チャネルホール及びステアケースの後、しかしＷＬエッチングの前にビア５２０をエッチングすることによって製造してもよい。ビア５２０は最初にエッチングされ、次いで二酸化ケイ素側壁５２２が生成され、続いてタングステン充填が行われる。

【0030】

例えば、トレンチの底部への光の到達を促進するように設計された、ビアからトレンチまでの距離など、同様の設計を有する計測ターゲットを使用して、３ＤＮＡＮＤデバイス以外のデバイス内のトレンチの特性を測定してもよい。光計測ターゲット５００などの光計測ターゲットを使用して、３ＤＮＡＮＤデバイスのＷＬスリットなどの被試験デバイス内のトレンチ、又は別のタイプのデバイスのトレンチなどの特性を測定してもよいが、光は、被試験デバイスのトレンチの底部に到達することができない。光計測装置は、複数のティアスタックペアを含むティアスタックを含んでもよく、各ティアスタックペアは、タングステンを含む層などの導体層と二酸化ケイ素を含む層などの絶縁体層とを備える。ティアスタックはまた、ＷＬスリット５３０などの複数のティアスタックペアを貫通して垂直に延伸するトレンチを含んでもよい。光計測ターゲットは、複数のビア、例えば、複数のティアスタックペアを貫通して延伸するビア５２０を更に含む。ビアは、例えば、二酸化ケイ素の絶縁側壁を有し、タングステンなどの導体材料で充填されてもよい。ビアからトレンチまでの横方向距離により、トレンチ底部のＷ－リセス又はＷ－リセス垂直プロファイルなどのトレンチの特性を測定するための光計測ターゲットのトレンチの底部への光の到達が促進される。

【0031】

図６は、一例として、それぞれ、ポリシリコンチャンネルホールを有する構造（ポリシリコングレーティング）とタングステンビアを有する同様の構造（Ｗグレーティング）について、ＷＬスリットの深さに対する電界強度の違いを４つの異なる波長（６μｍ、８μｍ、１０μｍ、及び１２μｍ）での二次元周波数領域有限差分（ＦＤＦＤ）シミュレーション６００と６１０によりそれぞれ示したものである。シミュレーション６００と６１０で使用された２Ｄシミュレーション対象の構造は、３μｍのピッチを有する２５６個のティアスタックペア（Ｎ＋１世代）構造である。シミュレーション６００は、ＷＬスリットの中心から３００ｎｍのところに１００ｎｍの軽度にドープされたポリシリコングレーティングを配置した構造用で、シミュレーション６１０は、ＷＬの中心から３００ｎｍのところに１００ｎｍのＷグレーティングを配置した構造用である。シミュレーション６００と６１０で使用される２Ｄ構造は、実際のデバイスを模倣するように設計されており、例えば、シミュレーション６００用構造は、チャネルホール１２０と同様にポリシリコンでライニングされたチャネルホールを含み、シミュレーション６１０用構造は、タングステン充填ビア、例えば、ビア５２０を含む。

【0032】

シミュレーション６００で分かるように、ポリシリコンでライニングされたチャネルホールを使用すると、中赤外電界の最大の広がりは、単一波長（８μｍ）でＷＬスリットの約半分まで、他の波長ではそれよりも大幅に短くなっている。シミュレーション６１０によれば、タングステンで充填されたビアを使用した構造では、シミュレーション対象の４つの波長の全てに関して、電界がタングステンでライニングされた構造の底部まで延びていることが分かる。ＷＬスリットに隣接するタングステンビア５２０Ａのグレーティングにより、長波長側で、例えば、中赤外領域以上の波長で、プラズモン共鳴が生じ、ＷＬスリットの底部への光の到達が促進されると考えられる。逆に、シミュレーション６００用構造内のポリシリコンは、例えば、誘電関数の実部が常に正であるため、ＭＩＲ域の全域で波長を吸収し、プラズモン共鳴をサポートしない。結果として、シミュレーション６００に示されるように、光は、このような構造のＷＬスリットの底部に到達することができない。

【0033】

タングステンビア５２０、特に、ＷＬスリット５３０に最も近いタングステンビア５２０Ａを含む計測ターゲット５００の設計は、ＷＬスリットの底部への光の到達を促進するように選択されてもよい。例えば、公称ＷＬピッチは約３μｍであってもよく、ビア直径は３００ｎｍであってもよいが、これらの寸法は変化する可能性がある。ビア５２０ＡとＷＬスリット５３０との間の横方向距離Ｄを含む計測ターゲット５００の設計は、タングステン１１２と二酸化ケイ素１１４の交互層の数、層の厚さ、ＷＬスリット５３０の深さ、Ｗ－リセスの公称サイズなどを含む様々なパラメータに基づいて選択されてもよい。図７Ａ～図７Ｃは、例として、ＷＬスリットの底部への光の到達を促進するための様々な手段を有する計測ターゲット５００の断面平面図を示す。例えば、図７Ａに示されるように、ビア５２０ＡとＷＬスリット５３０との間の横方向距離Ｄは、複数のビア５２０のピッチＰを制御することによって選択されてもよい。図７Ｂは、ビア５２０ＡとＷＬスリット５３０との間の横方向距離Ｄが、ビア５２０の数の選択に基づいて選択されてもよいことを示している。図７Ｃは、ビア５２０ＡとＷＬスリット５３０との間の横方向距離Ｄが、ビア５２０の数の選択、ピッチＰの制御、及びビアＣＤの制御に基づいて制御されてもよいことを示している。

【0034】

図８は、ＷＬスリットからのタングステンビア５２０Ａまでの横方向距離Ｄに対して、底部Ｗ－リセスの測定の不確かさ（１シグマ）のシミュレーションを示すグラフ８００である。図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃに示すタングステンビア５２０の構造を使用して、ビア径と密度を一定とし、ビア間の間隔のみを変化させ、したがってビアからＷＬまでの距離を変化させてシミュレーションが行われた。グラフ８００から分かるように、ＷＬスリットの中心に最も近いタングステンビアを有する計測ターゲットは、底部Ｗ－リセスに対する測定感度が最も高かった。例えば、ビアからＷＬまでの距離Ｄが約３５０ｎｍの場合は、ビアからＷＬまでの距離Ｄが約９５０ｎｍの場合よりも底部Ｗ－リセスに対する感度が大幅に高く、ビアからＷＬまでの距離と不確かさとの間には指数関数的な関係が存在する。

【0035】

図９Ａは、異なるターゲットからのティアスタックの一部の断面平面図を示し、あるターゲットは２０００ｎｍピッチ及び３５０ｎｍのＷＬＣＤでＷＬスリット当たり２つのタングステンビアを含むティアスタック９０２を有し、別のターゲットは１０００ｎｍピッチ及び３５０ｎｍのＷＬＣＤでＷＬスリット当たり３つのタングステンビアを含むティアスタック９０４を有し、更に別のターゲットは、５００ｎｍピッチ及び３５０ｎｍのＷＬＣＤでＷＬスリット当たり５つのタングステンビアを含むティアスタック９０６を有し、各構造は、ビアからＷＬスリットまで同じ距離Ｄを有する。図９Ｂは、図９Ａに示されたティアスタックについてのＳＥパラメータＮ、Ｃ、及びＳの生スペクトルの比較を示し、曲線９１２はティアスタック９０２のスペクトル曲線を表し、曲線９１４はティアスタック９０４のスペクトル曲線を表し、曲線９１６はティアスタック９０６のスペクトル曲線を表す。図９Ｂから分かるように、異なるティアスタック９０２、９０４、及び９０６のスペクトル曲線は、ぴったり一致する。２つのビアを含むティアスタック９０２と、３つ及び５つのビアを含むティアスタック９０４及び９０６との間で小さなスペクトル差が観察されたが、これはティアスタック構造の最上面における相互作用に起因する可能性がある。

【0036】

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、ＷＬスリットに垂直なタングステンビアの密度、例えば、ＷＬ当たりのビアの数は、底部Ｗ－リセスに対する感度、即ち、垂直（Ｚ）方向におけるＷ－リセスの感度に影響を及ぼさない。したがって、図６に示す２ＤＦＤＦＤシミュレーションに示されるように、ＷＬスリット５３０とＷＬスリット５３０の両側のビア５２０Ａとの間に光が閉じ込められるという理論が検証されるようである。

【0037】

図１０は、シングルモーダル及びマルチモーダル測定について、様々な垂直位置（底部５４２ｂ、中間部１ ５４２ｍ１、中間部２ ５４２ｍ２、及び最上部５４２ｔ）におけるＷ－リセスの測定の不確かさのシミュレーションを示すチャート１０００である。具体的には、チャート１０００は、方位角０°及びＡＯＩ ６０°、方位角９０°及びＡＯＩ ６０°、方位角０°及びＡＯＤ ３０°、複数の方位角（０°及び９０°）、複数のＡＯＩ（３０°及び６０°）、及び複数のターゲット（例えば、ビアＷＬ空間において互いに対して約２００ｎｍのシフトがプログラムされた計測ターゲットの２つの分離した領域）で行われるＳＥ測定に関して、図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃに示すようにタングステンビアを有する計測ターゲットの測定の不確かさ（１シグマ）を示すものである。図１０に示すように、例えば、０°と９０°の複数の方位角、及び複数の計測ターゲットを用いることで、それぞれ１．４倍及び１．６倍、不確かさが改善される。

【0038】

図１１Ａは、互いに対して、ビアからＷＬスリットまでの距離Ｄにオフセットがあるティアスタック１１０２と１１０４を有する光計測ターゲット上の２つの領域の断面図を示す。例えば、２つの領域間のビアからＷＬスリットまでの距離Ｄのオフセットは、約２００ｎｍ異なってもよく、図示の通り、タングステンビアのピッチを変化させることによって達成される。必要に応じて、ビアからＷＬスリットまでの距離Ｄは、図７Ａ～図７Ｃに示されるように、使用されるタングステンビアの数、タングステンビアの配置など、他の方法で変更されてもよい。図１１Ｂは、図１１Ａに示されるティアスタック１１０２と１１０４のＳＥパラメータＮ、Ｃ、及びＳの生スペクトルの比較を示し、曲線１１１２はティアスタック１１０２のスペクトル曲線を表し、曲線１１１４はティアスタック１１０４のスペクトル曲線を表す。図１１Ｂに示すように、ビアからＷＬスリットまでの距離Ｄが変化すると、スペクトル応答が変化する。図１０を参照して説明したように、図１１Ａに示したような計測ターゲットの複数の領域を一緒に測定し、マルチモーダルグローバルフィッティングプロセスで使用して、単一の測定フィッティングプロセスと比較して、不確かさが低減した様々な垂直位置でＷ－リセスを判定してもよい。

【0039】

したがって、測定用のビアからＷＬスリットまでの距離Ｄが異なる１つ以上の領域を有する場合があり、かつ被試験３ＤＮＡＮＤデバイスの設計ルールを満たす計測ターゲット５００を使用して、ビア５２０ＡからＷＬスリットの距離Ｄなどのタングステンビア５２０を適切に選択し設計することにより、ＷＬスリットの底部への光の到達が促進され、ＷＬスリットの底部のＷ－リセスの測定の不確かさ（１シグマ）は、１μｍ超（図４に示すように）から１ｎｍ未満に改善される可能性があり、これは３桁の改善である。

【0040】

光計測ターゲット、したがって、被試験デバイスを反射測定、エリプソメータ、Ｍｕｅｌｌｅｒ Ｍａｔｒｉｘエリプソメータ、ＦＴＩＲなどの光計測装置を使用して測定してもよい。計測装置は、タングステンのプラズモン周波数よりも長い波長の光、すなわち、誘電関数のＥｐｓｉｌｏｎ＿１が負となる光を使用してもよい。いくつかの実装態様では、中赤外線又はそれより長い波長を使用してもよいが、タングステンのプラズモン周波数よりも長い波長であれば、より短い波長を使用してもよい。図１２は、例として、３ＤＮＡＮＤデバイスのＷＬスリット内のＷ－リセス垂直プロファイルなどの被試験デバイス内のトレンチの特性を測定するために、本明細書で説明するように、光計測ターゲットからデータを収集し分析するために使用することのできる光計測装置１２００の概略図を示す。底部ＣＤなどのトレンチの他の特徴を光計測ターゲットを使用して同様に判定してもよい。例えば、タングステンのプラズモン周波数よりも長い波長の光を使用して、計測ターゲット５００を含む試料１２０１の、例えば、分光反射率測定、Ｍｕｅｌｌｅｒ Ｍａｔｒｉｘエリプソメトリー測定、又はＦＴＩＲ測定を実行するように、光計測装置１２００を構成してもよい。

【0041】

光計測装置１２００は、光１２１２を生成する光源１２１０を含む。光１２１２は、例えば、中赤外線又はこれより長いスペクトル領域などの赤外スペクトル領域にあってもよい。例えば、光源１２１０は、２．５μｍ～３０μｍの波長の赤外光を生成してもよい。波長がタングステンのプラズモン周波数よりも長い場合、より短い波長を使用してもよい。光源１２１０によって生成された光１２１２は、広い波長域、すなわち広帯域を含んでもよいし、又は単色であってもよい。しかしながら、光計測ターゲットのティアスタックは、光１２１２に対して不透明であってもよく、したがって、光は、上記で説明したように、ビアの存在及びビアからトレンチまでの距離の適切な選択なしに光計測ターゲットのトレンチの底部に到達することができない。

【0042】

光計測装置１２００は、光を集光して受光し、光を試料１２０１の最上面に斜めに入射するように導く集光光学系１２２０と１２３０を含む。光学系１２２０、１２３０は、屈折型、反射型、又はこれらの組合せであってもよいし、対物レンズであってもよい。集光光学系は、反射素子として金属やガラス基板に金やアルミニウムをコーティングしたものなど、又は屈折素子としてセレン化亜鉛、シリコン、ゲルマニウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウムなど、使用する光の波長での使用に適したコーティングを含んでもよいし、又は材料から製造してもよい。

【0043】

反射光は、レンズ１２１４によって集光されてもよいし、反射光を受光する検出器１２５０によって受光されてもよい。検出器１２５０は、１つ又は複数の単一ピクセルの光検出器素子、例えば、赤外光に感度の高い単一ピクセルを有するモノリシックチップを含んでもよい。検出器素子のサイズは、検出器素子の平面でのビームサイズと一致するように選択されてもよい。検出器１２５０は、光源１２１０の出力波長域に一致させてもよい。例えば、熱電冷却（ＴＥＣ）された水銀カドミウムテルル（ＭＣＴ）検出器を、中赤外スペクトル領域、例えば、約５μｍ～１３μｍの波長を生成する光源と共に使用してもよい。低信号レベルには液体窒素冷却ＭＣＴ検出器を、高反射値でＭＣＴ検出器が飽和する可能性のあるアプリケーションには重水素化トリグリシン硫酸ベースの素子（ＤＴＳＧ）を使用してもよい。波長域が約２μｍ～５μｍである実施形態では、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、又はインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）ベースの検出器を使用して検出力を高めることができる。

【0044】

光計測装置１２００のビーム経路には、１つ又は複数の偏光素子が存在してもよい。例えば、図１に点線で示すように、光計測装置１２００は、試料１２０１の前のビーム経路に偏光素子１２０４、及び試料１２０１の後のビーム経路に偏光素子（アナライザ）１２１２の一方又は両方を含んでよく（又は全くなくてもよく）、光弾性変調器１２０５の補償器など１つ又は複数の追加要素を含んでもよい。例えば、セレン化亜鉛のワイヤグリッド偏光板は、検出器１２５０内の検出素子を励起する前に、ビームの最終状態だけでなく入力偏光状態を制御するために使用してもよい。

【0045】

検出器１２５０は、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、中央処理ユニット、又は他の適切なコンピュータシステム、又は複数のシステムなどの少なくとも１つのプロセッサ１２６０に結合されていてもよい。１つのプロセッサ、複数の別個のプロセッサ又は複数の連結されたプロセッサが使用されてもよく、それらの全ては、本明細書では、交換可能にプロセッサ１２６０、少なくとも１つのプロセッサ１２６０、１つ又は複数のプロセッサ１２６０と呼ばれることがあることを理解されたい。プロセッサ１２６０は、好ましくは、光計測装置１２００に含まれるか、又はそれに接続されるか、又はその他の方法でそれに関連付けられる。例えば、プロセッサ１２６０は、例えば、チャックに結合されたステージ１２０９の動きを制御することによって、試料１２０１の位置決めを制御してもよい。ステージ１２０９は、例えば、デカルト（すなわち、Ｘ及びＹ）座標、又は極（すなわち、Ｒ及びθ）座標又は２つの何らかの組合せのいずれかで水平方向の運動が可能であってもよい。ステージはまた、Ｚ座標に沿った垂直方向の運動が可能であってもよい。プロセッサ１２６０は、チャック１２０８の動作を更に制御して、試料１２０１を保持又は解放してもよい。プロセッサ１２６０はまた、検出器１２５０から得られたデータを収集及び分析してもよい。プロセッサ１２６０は、データを分析して、Ｗ－リセスを含む試料１２０１の１つ又は複数の物理的特性を判定してもよい。例えば、プロセッサ１２６０は、光計測ターゲットから測定されたデータと、光計測ターゲット用の１つ又は複数のモデルに基づいた予測データとを比較してもよい。例えば、１つ又は複数の方位角及び／又はＡｏＩでの光計測ターゲットを測定することによって測定データを取得してもよい。モデルのパラメータを変化させ、予測データと測定データを、例えば、線形回帰処理などで比較し、予測データと測定データの間で良好な適合が得られると、その時点で、モデル化されたパラメータは、光計測ターゲットの特性、例えば、Ｗ－リセス垂直プロファイルであると判定され、更には被試験ＮＡＮＤデバイスの特性であると判定される。例えば、ビアからＷＬスリットまでの距離が異なる光計測ターゲットの複数の領域を測定し、マルチモーダルグローバルフィッティングプロセスで使用してもよく、光計測ターゲット内の異なる領域における特性、例えば、Ｗ－リセス垂直プロファイルなどの特性であると判定し、更には被試験ＮＡＮＤデバイスの特性であると判定してもよい。

【0046】

メモリ１２６４を有する少なくとも１つの処理ユニット１２６２を含むプロセッサ１２６０、並びに、例えば、ディスプレイ１２６６及び入力デバイス１２６８を含むユーザインタフェース。具体化されたコンピュータ可読プログラムコードを有する非一時的コンピュータ使用可能記憶媒体１２６９は、少なくとも１つのプロセッサに、光計測装置１２００を制御させ、本明細書で説明する分析を含む機能を実行させるために、プロセッサ１２６０によって使用されてもよい。この詳細な説明において説明された１つ又は複数の行為を自動的に実施するためのデータ構造及びソフトウェアコードは、本開示に照らして当業者によって実装され、例えば、処理ユニット１２６２などのコンピュータシステムによって使用するためのコード及び／又はデータを格納できる任意の装置又は媒体であり得るコンピュータ使用可能記憶媒体１２６９に格納され得る。コンピュータ使用可能記憶媒体１２６９は、ディスクドライブ、磁気テープ、コンパクトディスク、及びＤＶＤ（デジタル用途ディスク又はデジタルビデオディスク）などの磁気及び光記憶デバイス、フラッシュドライブであってもよいが、これらに限定されない。通信ポート１２６７はまた、プロセッサ１２６０をプログラムして本明細書で説明する機能のうちの任意の１つ又は複数を実行するために使用される命令を受信するために使用されてもよく、インターネット又は他のコンピュータネットワークなどの任意のタイプの通信接続を代表してもよい。通信ポート１２６７は、測定結果に基づいて、試料の製造プロセスステップに関連付けられたプロセスパラメータを調整するために、フィードフォワード又はフィードバックプロセスにおいて、例えば、測定結果及び／又は命令を伴う信号を外部プロセスツールなどの別のシステムに更にエクスポートしてもよい。更に、本明細書で説明する機能は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）の回路内で全体的又は部分的に具体化されてもよく、機能は、本明細書で説明されたように動作するＡＳＩＣ又はＰＬＤを作成するために使用され得るコンピュータ理解可能な記述言語で実施されてもよい。データの分析結果は、例えば、試料１２０１と関連付けられたメモリ１２６４内に記憶されてもよく、かつ／又は、例えば、ディスプレイ１２６６、アラーム、又は他の出力デバイスを介してユーザに提供されてもよい。更に、分析結果をプロセス装置にフィードバックし、検出されたマルチパターニングプロセスのばらつきを補正するために適切なパターニングステップを調整してもよい。

【0047】

図１３は、三次元（３Ｄ）ＮＡＮＤのワード線内のタングステンリセス垂直プロファイルなどの、被試験デバイス内のトレンチの特性を測定する方法を示すフローチャートである。図示されるように、本方法は、被試験デバイスを有するウェハ上の光計測ターゲットを生成することを含む（１３０２）。光計測ターゲットは複数のティアスタックペアを含むティアスタックを含み、各ティアスタックは導体層と絶縁体層とを備え、ティアスタックはティアスタックを貫通して延伸するトレンチを備え、複数のビアが複数のティアスタックペアを貫通して延伸し、ビアからトレンチまでの横方向距離により、例えば、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示されるように、トレンチの特性を測定するためにトレンチの底部への光の到達が促進される。各ティアスタックペアにおける導体層のプラズモン周波数よりも長い波長の光は、光計測装置１２００などの光計測装置を使用して生成され、光計測ターゲット上に集光され、光のプラズモン共鳴により、例えば、図６に示されるように、トレンチ底部への光の到達が促進される（１３０４）。例えば、導体層はタングステンを含み、光の波長は２５００ｎｍより長くてもよい。いくつかの実装態様では、波長がタングステンのプラズモン周波数よりも長い場合、すなわち、誘電関数のＥｐｓｉｌｏｎ＿１が負である場合、これより短い波長を使用してもよい。光計測ターゲットから戻ってきた光は光計測装置で検出される（１３０６）。検出光は、トレンチの特性を測定するために使用される（１３０８）。

【0048】

いくつかの実装態様では、被試験デバイスが３ＤＮＡＮＤであり、トレンチがワード線スリットであり、導体層がタングステンを含み、トレンチの特性にはタングステンリセス垂直プロファイルが含まれる。

【0049】

いくつかの実装態様では、光計測装置で生成された光は、複数の入射角、複数の方位角、又はこれらの組合せのうちの１つで生成されてもよい。トレンチの特性を測定するための検出光は、図１０を参照して説明したように、複数の入射角、複数の方位角、又はこれらの組合せのうちの１つで生成された光であってもよい。

【0050】

いくつかの実装態様では、光計測ターゲットは、第１の光計測ターゲットであり、ビアからトレンチまでの横方向距離は、第１のビアから第１のトレンチまでの第１の横方向距離である。第２の光計測ターゲットは、例えば、第１の光計測ターゲット及び被試験デバイスと同時に製造されてもよい。第２の光計測ターゲットは、ティアスタックと、第２のトレンチの底部への光の到達を促進し、かつ第１の横方向距離とは異なる、第２のビアから第２のトレンチまでの第２の横方向距離とを含む。光計測装置で各ティアスタックペアにおける導体層のプラズモン周波数よりも長い波長の光を生成し、その光を第２の光計測ターゲットに集光することができるが、光のプラズモン共鳴により第２のトレンチの底部への光の到達が促進される。第２の光計測ターゲットから戻ってきた光は、光計測装置で検出される。例えば、図１０及び図１１を参照して説明したように、第２の光計測ターゲットからの検出光を第１の光計測ターゲットからの検出光と共に使用して、被試験デバイスのトレンチの特性を判定してもよい。

【0051】

本発明は、説明目的のために特定の実施形態に関連して例示されているが、本発明はこれに限定されない。本発明の範囲から逸脱することなく、様々な適合及び修正を行ってもよい。したがって、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲は、前述の説明に限定されるべきではない。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】

【手続補正書】

【提出日】2022-12-13

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被試験デバイス内のトレンチの特性を測定するための光計測ターゲットを備えるウェハであって、前記トレンチが、光が前記トレンチの底部に到達するのが困難な深さを有し、前記光計測ターゲットが、
複数のティアスタックペアを含むティアスタックであって、各ティアスタックペアが導体層と絶縁体層とを備え、前記ティアスタックが前記複数のティアスタックペアを貫通して垂直に延伸する前記トレンチを備えるティアスタックと、
前記複数のティアスタックペアを貫通して延伸する複数のビアであって、各々が絶縁側壁を有しかつ導体材料で充填され、ビアから前記トレンチまでの横方向距離が、前記トレンチの前記特性の測定のために、前記光計測ターゲットの前記トレンチの底部への光の到達を促進する複数のビアとを備える、光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項2】

前記被試験デバイスが三次元（３Ｄ）ＮＡＮＤであり、前記トレンチがワード線スリットであり、前記導体層がタングステンを含み、前記トレンチの特性がタングステンリセス垂直プロファイルを含む、請求項１に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項3】

前記ビアから前記トレンチまでの前記横方向距離が、前記トレンチの前記底部への前記光の到達を促進する前記光のプラズモン共鳴を促進する、請求項１に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項4】

前記光計測ターゲットが前記被試験デバイスと同数の前記複数のティアスタックペアを備え、前記被試験デバイスと同じトレンチ特性を含み、前記被試験デバイスが前記光計測ターゲットの前記複数のビアに対応するビアを含まない、請求項１に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項5】

前記ティアスタックが前記光に対して不透明である、請求項１に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項6】

前記光計測ターゲットが前記被試験デバイスの全ての設計ルールを満たす、請求項１に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項7】

前記ティアスタック内の前記複数のビアが前記ティアスタックに構造的支持を提供する、請求項１に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項8】

前記光計測ターゲットが第１の光計測ターゲットであり、前記ビアから前記トレンチまでの前記横方向距離が第１のビアから第１のトレンチまでの第１の横方向距離であり、前記ウェハが、前記ティアスタックを備え、前記トレンチの前記特性を測定するために、前記第２のトレンチの底部への光の到達を促進し、かつ前記第１の横方向距離とは異なる第２のビアから第２のトレンチまでの第２の横方向距離を有する第２の光計測ターゲットを更に備える、請求項１に記載の光計測ターゲットを備えるウェハ。

【請求項9】

被試験デバイスを有するウェハ上の光計測ターゲットを使用して被試験デバイス内のトレンチの特性を測定するように構成された光計測装置であって、光計測ターゲットが、複数のティアスタックペアを含むティアスタックを備え、各ティアスタックペアが導体層と絶縁体層とを備え、前記ティアスタックが前記ティアスタックを貫通して延伸するトレンチを備え、複数のビアが前記複数のティアスタックペアを貫通して延伸し、ビアから前記トレンチまでの横方向距離が前記トレンチの前記特性の測定のために、前記トレンチの底部への光の到達を促進し、
前記光計測ターゲットに向けられ、前記光計測ターゲットと相互作用する光を生成する光源であって、前記光源によって生成される前記光は、各ティアスタックペアにおける導体層のプラズモン周波数よりも長い波長を有し、前記光のプラズモン共鳴は前記トレンチの前記底部への前記光の到達を促進し、前記光が前記光測定ターゲットに向けられる光源と、
前記光計測ターゲットから戻ってきた前記光を受光する少なくとも１つの検出器と、
前記少なくとも１つの検出器に結合された少なくとも１つのプロセッサであって、前記検出光を使用して前記トレンチの前記特性を測定するように構成されている少なくとも１つのプロセッサとを備える、光計測装置。

【請求項10】

前記被試験デバイスが三次元（３Ｄ）ＮＡＮＤであり、前記トレンチがワード線スリットであり、前記導体層がタングステンを含み、前記トレンチの前記特性がタングステンリセス垂直プロファイルを含む、請求項９に記載の光計測装置。

【請求項11】

前記光源によって生成された前記光が複数の入射角、複数の方位角、又はこれらの組合せのうちの少なくとも１つを有する前記光計測装置に向けられ、
前記少なくとも１つのプロセッサが、前記複数の入射角、前記複数の方位角、又は前記これらの組合せのうちの１つに基づいて、前記トレンチの前記特性を測定するために前記検出光を使用するように構成される、請求項９に記載の光計測装置。

【請求項12】

前記光計測ターゲットが第１の光計測ターゲットであり、前記ビアから前記トレンチまでの前記横方向距離が第１のビアから第１のトレンチまでの第１の横方向距離であり、前記被試験デバイスを有するウェハは、前記ティアスタックと、前記第２のトレンチの底部への光の到達を促進し、かつ前記第１の横方向距離とは異なる第２のビアから第２のトレンチまでの第２の横方向距離とを含む第２の光計測ターゲットを備え、
前記光源が、前記第２の光計測ターゲットに向けられ、前記第２の光計測ターゲットと相互作用する光を生成し、前記光源が、前記第２の光計測ターゲット内の各ティアスタックペアにおける前記導体層の前記プラズモン周波数よりも長い波長の光を生成し、前記光の前記プラズモン共鳴が前記第２のトレンチの前記底部への前記光の到達を促進し、
前記少なくとも１つの検出器が前記第２の光計測ターゲットから戻ってきた前記光を受光し、
前記少なくとも１つのプロセッサが前記第２の光計測ターゲットからの前記検出光と前記第１の光計測ターゲットからの前記検出光とを使用して、前記被試験デバイス内の前記トレンチの前記特性を判定するように更に構成される、請求項９に記載の光計測装置。

【国際調査報告】