專(zhuān)利名稱(chēng)：一種有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種判定阻擋層阻擋能力的方法，尤其涉及一種有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法。
背景技術(shù)：
硅中的金屬雜質(zhì)銅在硅中的能級(jí)位置一般遠(yuǎn)離導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂，因此被稱(chēng)為深能級(jí)雜質(zhì)。其在硅中擴(kuò)散快，并起復(fù)合中心作用，嚴(yán)重影響少子壽命。并且其本身可產(chǎn)生缺陷，并易與缺陷絡(luò)合，惡化材料和器件的性能。在常規(guī)的工藝監(jiān)控中，Cu互聯(lián)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散特性無(wú)法做到有效直觀(guān)地監(jiān)控，只能通過(guò)斷面確認(rèn)阻擋層的填充覆蓋率的方法來(lái)進(jìn)行。即使在開(kāi)發(fā)的初期，對(duì)于Cu的擴(kuò)散特性的監(jiān)控也只能通過(guò)二次電子圖譜(SIMS)測(cè)量Cu在介質(zhì)中 的分布來(lái)作為基準(zhǔn)。也有文獻(xiàn)中采用MOS電容結(jié)構(gòu)來(lái)研究，但該方法需要制作新的器件結(jié)構(gòu)。并且由于銅通過(guò)擴(kuò)散阻擋層的擴(kuò)散的量比較有限，并且這不是一種直觀(guān)的方法。由此導(dǎo)致了工藝開(kāi)發(fā)中擴(kuò)散阻擋層的厚度由于無(wú)法取得第一手的阻擋特性信息，而選擇保險(xiǎn)性的加厚以保證其良好的擴(kuò)散阻擋特性。由此導(dǎo)致使其厚度在工藝的等比例縮小過(guò)程中的無(wú)法跟隨其他工藝按照同樣比例縮小。從目前業(yè)界主流的擴(kuò)散阻擋層監(jiān)控規(guī)格和實(shí)際監(jiān)控結(jié)果，可以看到，業(yè)界中傳統(tǒng)的工藝中主要采用鎢作為接觸孔的材料，對(duì)于擴(kuò)散阻擋層的監(jiān)控依然使用階層覆蓋率(step coverage)這種物理形貌的方式來(lái)進(jìn)行。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種更直觀(guān)、更準(zhǔn)確的有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有的。本發(fā)明提供的一種有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法，包括以下步驟
步驟I，在半導(dǎo)體器件上形成硅化物；
步驟2，在半導(dǎo)體器件及硅化物上形成介質(zhì)層；
步驟3，在介質(zhì)層上形成接觸孔和金屬層所需的溝槽結(jié)構(gòu)；
步驟4，沉淀阻擋層并在溝槽結(jié)構(gòu)中淀積銅；
步驟5，通過(guò)研磨成型接觸孔和金屬層層次，形成金氧半場(chǎng)效晶體管；
步驟6，通過(guò)測(cè)量器件的電學(xué)特性是否符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，如是，阻擋層具有阻擋能力；如否，阻擋層不具有阻擋能力。在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施方式中，所述步驟I中通過(guò)濺射形成硅化物。在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式中，所述步驟2中通過(guò)化學(xué)沉積法形成介質(zhì)層。在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式中，所述步驟3中通過(guò)大馬士革法形成所需的溝槽結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式中，所述步驟4中采用化學(xué)電鍍法淀積銅。
在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式中，所述步驟5中通過(guò)化學(xué)或機(jī)械研磨成型接觸孔和金屬層。在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式中，所述步驟6中的電學(xué)特性包括器件結(jié)點(diǎn)的電學(xué)特性數(shù)值。在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式中，所述結(jié)點(diǎn)的電學(xué)特性數(shù)值包括HCl、VTS、NBTI。在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式中，所述步驟6中的電學(xué)特性包括器件電容數(shù)值。在本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式中，所述器件電容數(shù)值包括CV、GOI、TDDB。本發(fā)明的方法比現(xiàn)有的方法更加有效的監(jiān)控和評(píng)估。并能準(zhǔn)確的對(duì)擴(kuò)散阻擋層的質(zhì)量和厚度進(jìn)行有效的評(píng)估，從而對(duì)于Cu工藝的等比例縮小提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。



圖I是本發(fā)明的實(shí)施例形成硅化物的示意 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例形成介質(zhì)層的示意 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例形成溝槽結(jié)構(gòu)的示意 圖4是本發(fā)明的實(shí)施例形成沉淀的示意 圖5是本發(fā)明的實(shí)施例研磨后的示意 圖6是本發(fā)明的實(shí)施例的流程示意 圖7a是測(cè)量本發(fā)明的實(shí)施例測(cè)量的MOSFET示意 圖7b是圖7a的剖視 圖8a是測(cè)量本發(fā)明的實(shí)施例測(cè)量的結(jié)的示意 圖8b是圖8a的剖視 圖8c是測(cè)量本發(fā)明的實(shí)施例測(cè)量的另一結(jié)的示意 圖8d是圖8c的剖視 圖Se是測(cè)量本發(fā)明的實(shí)施例測(cè)量的另一結(jié)的示意 圖8f是圖8e的剖視 圖9a是測(cè)量本發(fā)明的實(shí)施例測(cè)量的器件示意 圖9b是圖9a的剖視 圖9c是測(cè)量本發(fā)明的實(shí)施例測(cè)量的另一器件示意 圖9d是圖9c的剖視 圖9e是測(cè)量本發(fā)明的實(shí)施例測(cè)量的另一器件示意 圖9f是圖9e的剖視 圖9g是測(cè)量本發(fā)明的實(shí)施例測(cè)量的另一器件示意 圖9h是圖9g的剖視圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做具體闡釋。本發(fā)明的實(shí)施例的一種有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法，包括以下步驟
步驟1，如圖I中所示，在半導(dǎo)體器件I上形成硅化物2 ;步驟2，如圖2中所示，在半導(dǎo)體器件及硅化物上形成介質(zhì)層3 ;步驟3，如圖3所示，在介質(zhì)層3上形成接觸孔41和金屬層42所需的溝槽結(jié)構(gòu)4 ；
步驟4，如圖4所示，沉淀阻擋層5并在溝槽結(jié)構(gòu)4中淀積銅；
步驟5，如圖5所示，通過(guò)研磨成型接觸孔和金屬層層次，形成金氧半場(chǎng)效晶體管MOSFET。步驟6，通過(guò)測(cè)量器件的電學(xué)特性是否符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，如是，阻擋層具有阻擋能力；如否，阻擋層不具有阻擋能力。本發(fā)明中所述的阻擋層的阻擋能力特性只要為阻擋層的材料特性和厚度。本發(fā)明既可用于對(duì)于擴(kuò)散阻擋層材料的日常監(jiān)控，又可用于對(duì)于新材料或現(xiàn)有材料在等比例縮小過(guò)程中的特性進(jìn)行評(píng)估檢驗(yàn)。

在用于對(duì)材料進(jìn)行評(píng)估時(shí)，如圖6所示的本發(fā)明的實(shí)施例的流程圖，其中，當(dāng)通過(guò)測(cè)量器件的電學(xué)特性符合可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，材料評(píng)估完成。當(dāng)通過(guò)測(cè)量器件的電學(xué)特性不符合可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，重新進(jìn)行步驟4至6，直至符合可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，材料評(píng)估完成。本發(fā)明通過(guò)一次成型接觸孔和金屬層層次，并利用Cu是硅半導(dǎo)體的深能級(jí)的特性，配合常規(guī)的柵氧和器件可靠性結(jié)構(gòu)，通過(guò)MOS器件的電學(xué)特性和可靠性對(duì)于Cu深能級(jí)的極端敏感性來(lái)測(cè)量并進(jìn)一步監(jiān)控阻擋層的阻擋能力。本專(zhuān)利的一種用于監(jiān)控和評(píng)估銅工藝中擴(kuò)散阻擋層擴(kuò)散阻擋特性的方法，比現(xiàn)有的方法更加有效的監(jiān)控和評(píng)估。并能準(zhǔn)確的對(duì)擴(kuò)散阻擋層的質(zhì)量和厚度進(jìn)行有效的評(píng)估，從而對(duì)于Cu工藝的等比例縮小提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，步驟I中可通過(guò)濺射形成硅化物。步驟2中可以通過(guò)化學(xué)沉積法形成介質(zhì)層。此外，在本發(fā)明的實(shí)施例的有效監(jiān)控銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的實(shí)驗(yàn)方法中，步驟3中可以通過(guò)大馬士革法形成所需的溝槽結(jié)構(gòu)。同時(shí)，優(yōu)選在步驟4中采用化學(xué)電鍍法填充淀積銅，在步驟5中通過(guò)化學(xué)或機(jī)械研磨成型接觸孔和金屬層。另外，在本發(fā)明的實(shí)施例的有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法中，步驟6中的電學(xué)特性主要包括以下三種
一)為M0SFET，其基本結(jié)構(gòu)如圖7a和7b所示，其中6、7、8、9分別為該結(jié)構(gòu)的有源區(qū)、P阱、多晶硅、P+，由于Cu是半導(dǎo)體介質(zhì)中的深能級(jí)雜質(zhì)，所以，其存在會(huì)導(dǎo)致熱載流子注入(Hot Carrier Injection, HCl),負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性效應(yīng)(negative bias temperatureinstability, NBTI)以及閾值電壓不穩(wěn)定性(Vth stability, VTS)等可靠性問(wèn)題的發(fā)生。通過(guò)建控這些參數(shù)可以確認(rèn)Cu雜質(zhì)在硅中的存在，進(jìn)而確認(rèn)Cu擴(kuò)散阻擋層的質(zhì)量；
二)結(jié)(junction)進(jìn)行測(cè)量得到的電學(xué)特性數(shù)值。如圖8a、8b、8c、8d、8e、8f中所示，其中，10、11、13、12分別為該結(jié)構(gòu)的有源區(qū)、P阱、多晶硅、P+，測(cè)試的結(jié)點(diǎn)的電學(xué)特性包括結(jié)的漏電特性以及擊穿特性。通過(guò)上述結(jié)的電學(xué)特性數(shù)值的測(cè)量，從而判斷出阻擋層是否具有阻擋能力；
三)為器件電容特性的測(cè)量，其基本結(jié)構(gòu)如圖9&、％、9(3、9(1、96、9€、98、911，其中，14、15、16,17分別為該結(jié)構(gòu)的有源區(qū)、P阱、多晶硅、P+，本專(zhuān)利通過(guò)對(duì)器件電容的特性數(shù)值，例如電容電壓曲線(xiàn)(Conductance-Voltage, CV)、柵氧化層完整性(gate oxide integrity,GOI)和柵氧經(jīng)時(shí)擊穿(Tims Dependent Dielectic Breakdown, TDDB)等電學(xué)及可靠性測(cè)量，是否符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)范圍，從而判斷出阻擋層是否具有阻擋能力，及阻擋能力的大小。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明 并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟I，在半導(dǎo)體器件上形成硅化物； 步驟2，在半導(dǎo)體器件及硅化物上形成介質(zhì)層； 步驟3，在介質(zhì)層上形成接觸孔和金屬層所需的溝槽結(jié)構(gòu)； 步驟4，在溝槽結(jié)構(gòu)中沉淀阻擋層并在溝槽結(jié)構(gòu)中淀積銅； 步驟5，通過(guò)研磨成型接觸孔和金屬層層次，形成金氧半場(chǎng)效晶體管； 步驟6，通過(guò)測(cè)量器件的電學(xué)特性是否符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，如是，阻擋層具有阻擋能力；如否，阻擋層不具有阻擋能力。
2.如權(quán)利要求I所述的有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法，其特征在于，所述步驟I中通過(guò)濺射形成硅化物。
3.如權(quán)利要求I所述的有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法，其特征在于，所述步驟2中通過(guò)化學(xué)沉積法形成介質(zhì)層。
4.如權(quán)利要求I所述的有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法，其特征在于，所述步驟3中通過(guò)大馬士革法形成所需的溝槽結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求I所述的有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法，其特征在于，所述步驟4中采用化學(xué)電鍍法淀積銅。
6.如權(quán)利要求I所述的有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法，其特征在于，所述步驟5中通過(guò)化學(xué)或機(jī)械研磨成型接觸孔和金屬層。
7.如權(quán)利要求I所述的有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法，其特征在于，所述步驟6中的電學(xué)特性包括器件結(jié)點(diǎn)的電學(xué)特性數(shù)值。
8.如權(quán)利要求7所述的有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法，其特征在于，所述結(jié)點(diǎn)的電學(xué)特性數(shù)值包括HCI、VTS、NBTI。
9.如權(quán)利要求I所述的有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法，其特征在于，所述步驟6中的電學(xué)特性包括器件電容數(shù)值。
10.如權(quán)利要求9所述的有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法，其特征在于，所述器件電容數(shù)值包括cv、GOI、TDDB。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種有效判定銅擴(kuò)散阻擋層阻擋能力的方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體器件介質(zhì)層上形成接觸孔和金屬層所需的溝槽結(jié)構(gòu)；沉淀阻擋層并在溝槽結(jié)構(gòu)中淀積銅形成金氧半場(chǎng)效晶體管；步驟6，通過(guò)測(cè)量器件的電學(xué)特性是否符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，如是，阻擋層具有阻擋能力；如否，重新進(jìn)行步驟4至6。本發(fā)明的方法比現(xiàn)有的方法更加有效的監(jiān)控判定和評(píng)估。并能準(zhǔn)確的對(duì)擴(kuò)散阻擋層的質(zhì)量和厚度進(jìn)行有效的評(píng)估，從而對(duì)于Cu工藝的等比例縮小提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102768988SQ20121025921
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月25日
發(fā)明者曹永峰 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司