[發(fā)明專利]檢測半導(dǎo)體器件的大馬士革結(jié)構(gòu)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910055431.7
• 申請日: 2009-07-27
• 公開（公告）號: CN101969035A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 芮志賢;段淑卿;楊衛(wèi)明;王玉科;蘇鳳蓮
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;G01N1/00
• 代理公司: 北京德琦知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制程技術(shù)，特別涉及一種檢測半導(dǎo)體器件的大馬士革結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體器件的后段(back-end-of-line，BEOL)工藝中，可根據(jù)不同需要在半導(dǎo)體襯底上生長多層金屬互連層，每層金屬互連層包括金屬互連線和絕緣層，這就需要對上述絕緣層制造溝槽(trench)和連接孔，然后在上述溝槽和連接孔內(nèi)沉積金屬，沉積的金屬即為金屬互連線，一般選用銅作為金屬互連線材料。

由于銅比較難以刻蝕，為了在每層金屬互連層形成銅互連金屬線，采用的方法為大馬士革方法以避免銅的刻蝕。大馬士革方法的過程為：在絕緣層刻蝕連接孔和溝槽后，然后沉積銅到刻蝕好的連接孔和溝槽內(nèi)，應(yīng)用化學(xué)機械平坦化(CMP)工藝去掉額外沉積的銅。

具體地說，就是在金屬互連層100上沉積絕緣層101，再沉積氮化硅層102，光刻氮化硅層102形成連接孔位置；沉積絕緣層103后，光刻絕緣層103形成溝槽位置；以絕緣層103和氮化硅層102為掩膜，繼續(xù)刻蝕絕緣層101，形成連接孔和溝槽；在形成的連接孔和溝槽中依次沉積鉭和氮化鉭后，再沉積銅種子層，形成了大馬士革結(jié)構(gòu)。

圖1為半導(dǎo)體器件的大馬士革結(jié)構(gòu)示意圖，包括：金屬互連層100、絕緣層101、氮化硅層102、絕緣層103、鉭層104、氮化鉭層105以及銅種子層106。從圖中可以看出，圖1所示的大馬士革結(jié)構(gòu)中具有兩個通孔107以及兩個溝槽108，在這個大馬士革結(jié)構(gòu)上沉積銅，就形成了金屬互連層。

在制造完大馬士革結(jié)構(gòu)后，需要對所制造的大馬士革結(jié)構(gòu)的銅種子層106的厚度以及刻蝕形貌進(jìn)行檢測，以確定是否為設(shè)計的大馬士革結(jié)構(gòu)。采用的檢測方法一般采用兩種：第一種方式，對大馬士革結(jié)構(gòu)進(jìn)行手工磨樣加離子減薄的方式；第二種方式，聚焦離子束(FIB)方式。

隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，為了減少半導(dǎo)體器件的RC效應(yīng)，低介電常數(shù)(Low-K)材料，例如含有硅、氧、碳、氫元素的類似氧化物(Oxide)的黑鉆石(black?diamond，BD)材料，被用來作為絕緣層，這加大了檢測所形成的大馬士革結(jié)構(gòu)的銅種子層106以及刻蝕形貌的難度。

第一種方式，對大馬士革結(jié)構(gòu)進(jìn)行手工磨樣加離子減薄的方式，由于這種方式需要進(jìn)行手工磨樣，所以不適用于樣品面積小的大馬士革結(jié)構(gòu)，一般適用于樣品大于等于20納米乘以20納米的結(jié)構(gòu)。具體方法為：

對大馬士革結(jié)構(gòu)樣品進(jìn)行手工磨樣，得到大馬士革結(jié)構(gòu)的樣片，對該樣片采用能量低于5電子伏特的離子減薄后，得到樣品，將樣品在透射電子顯微鏡(TEM)下進(jìn)行觀測，得到的照片如圖2所示，圖2為現(xiàn)有技術(shù)適用手工磨樣加離子減薄的方式獲得的TEM照片，從照片可以看出，大馬士革結(jié)構(gòu)樣品沒有變形，可以完全反應(yīng)大馬士革結(jié)構(gòu)的銅種子層106的厚度以及刻蝕形貌。

因此，采用這種方法對大馬士革結(jié)構(gòu)檢測，對樣品材質(zhì)的影響小，低于5電子伏特能量的離子減薄過程不會導(dǎo)致樣品中具有低介電常數(shù)材料的絕緣層產(chǎn)生變形，從而樣片完全反應(yīng)大馬士革結(jié)構(gòu)的銅種子層106的厚度以及刻蝕形貌。但是這種方法也存在缺點：由于需要手工磨樣，所以檢測的大馬士革結(jié)構(gòu)面積受限，小于20納米乘以20納米的大馬士革結(jié)構(gòu)，無法采用該方法檢測完成。

第二種方法，對大馬士革結(jié)構(gòu)進(jìn)行FIB方式

這種方式采用FIB制造樣品，適用于樣品面積小的大馬士革結(jié)構(gòu)，一般適用于樣品小于20納米乘以20納米的大馬士革結(jié)構(gòu)。具體方法為：

采用大于5電子伏特能量的電子束和大于30電子伏特能量的離子束對放置在FIB機臺上的大馬士革結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割，得到樣品后，在TEM上進(jìn)行觀測，得到的照片如圖3所示。圖3為現(xiàn)有技術(shù)適用于FIB方式獲得的TEM照片示意圖，從圖3可以看出，由于大電子伏特能量的電子束和離子束的切割，會導(dǎo)致在切割樣品時，切割大馬士革結(jié)構(gòu)中具有低介電常數(shù)材料的絕緣層發(fā)生收縮，從而導(dǎo)致互連金屬線區(qū)域跟隨變形，特別是大馬士革結(jié)構(gòu)中的底部通孔發(fā)生嚴(yán)重變形，從而切割得到的樣品發(fā)生嚴(yán)重變形，很難真實反應(yīng)大馬士革結(jié)構(gòu)的銅種子層106的厚度以及刻蝕形貌。

綜上，目前沒有一種方法能夠檢測面積小的大馬士革結(jié)構(gòu)的銅種子層的厚度以及刻蝕形貌。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種檢測半導(dǎo)體器件的大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，該方法能夠檢測面積小的大馬士革結(jié)構(gòu)的銅種子層的厚度以及刻蝕形貌。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實施例的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的：

一種檢測半導(dǎo)體器件的大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，包括：