專利名稱：檢測半導(dǎo)體器件的大馬士革結(jié)構(gòu)的方法
專利說明本發(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，BE0L)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)進行手工磨樣加離子減薄的方式，由于這種方式需 要進行手工磨樣，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)進行切割，得到樣品后，在TEM上進行觀測，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)生嚴重變形，從而切割得到的樣品發(fā)生嚴重變形，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，包括在大馬士革結(jié)構(gòu)上依次沉積液態(tài)有機物保護層及金屬鉬層后，放置在聚焦離子束 FIB機臺上切割得到樣品；將樣品放置在透射電子顯微鏡TEM下觀測得到大馬士革結(jié)構(gòu)的銅種子層厚度及 刻蝕形貌。所述液態(tài)有機物保護層的厚度為500納米 700納米。所述液態(tài)有機物保護層的有機物為乙酸丙酯η-Propyl acetate、乙酸乙酯ethyl acetate或液態(tài)樹脂。所述金屬鉬層采用化學(xué)氣相沉積CVD的方式以低于5電子伏特能量的離子沉積得 到。所述金屬鉬層為40納米 60納米厚的金屬鉬層。所述放置在FIB機臺上是在所述液態(tài)有機物保護層未出現(xiàn)空洞的時間內(nèi)放置的。該方法適用于小于20納米乘以20納米的大馬士革結(jié)構(gòu)檢測。由上述技術(shù)方案可見，本發(fā)明提供的方法當(dāng)采用FIB方式在FIB機臺上切割大馬 士革結(jié)構(gòu)時，在大馬時革結(jié)構(gòu)沉積液態(tài)有機物保護層和金屬鉬(Pt)層，由于液態(tài)有機物保 護層的存在，使得在采用FIB切割大馬士革結(jié)構(gòu)時，不會對大馬士革結(jié)構(gòu)的絕緣層造成損傷，從而得到的樣品不會出現(xiàn)變形；由于金屬Pt層的存在，防止在采用FIB切割大馬士革結(jié) 構(gòu)得到樣品時的電荷積累效應(yīng)，不影響切割得到的樣品質(zhì)量。這樣，在采用了該方法后，切 割得到的樣品沒有變形，可以準(zhǔn)確反應(yīng)出大馬士革結(jié)構(gòu)的銅種子層的厚度以及刻蝕形貌， 從而根據(jù)該樣品就可以檢測面積大的大馬士革結(jié)構(gòu)的銅種子層的厚度以及刻蝕形貌。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件的大馬士革結(jié)構(gòu)示意圖；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照片示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)適用于FIB方式獲得的TEM照片示意圖；圖4為本發(fā)明提供的檢測半導(dǎo)體器件的大馬士革結(jié)構(gòu)的方法流程圖；圖5為采用本發(fā)明提供的方法獲得的TEM照片示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對 本發(fā)明作進一步詳細說明。從現(xiàn)有技術(shù)可以看出，在對大馬士革結(jié)構(gòu)進行檢測時，需要從大馬士革結(jié)構(gòu)上切 割樣品后，到TEM上觀測。切割的樣品和大馬士革結(jié)構(gòu)的相似程度決定了最終檢測的準(zhǔn)確 度。對于大面積的大馬士革結(jié)構(gòu)，可以采用手工磨樣加離子減薄的方式進行，得到的樣品沒 有變形，和大馬士革結(jié)構(gòu)的相似程度很高，但是，由于需要手工磨樣，所以只能針對面積大 的大馬士革結(jié)構(gòu)；對于面積小的大馬士革結(jié)構(gòu)，采用的FIB方式，就是直接將大馬士革結(jié)構(gòu) 送到FIB機臺采用聚焦離子束切割得到樣品，這種方式由于要采用高電子伏特能量的離子 束切割，在切割過程中對大馬士革結(jié)構(gòu)造成損傷和變形，切割得到的樣品也會變形，切割得 到的樣品和大馬士革結(jié)構(gòu)的相似程度不高，降低了最終檢測的準(zhǔn)確度。因此，本發(fā)明在進行面積小的大馬士革結(jié)構(gòu)檢測過程中，特別是在小于20納米乘 以20納米的大馬士革結(jié)構(gòu)檢測過程中，在制造樣品時，對大馬士革結(jié)構(gòu)進行處理，在大馬 士革結(jié)構(gòu)上沉積一層厚度為500納米 700納米的液態(tài)有機物保護層，然后再沉積一層金 屬鉬層后，再放置到FIB機臺進行切割得到樣品。其中，由于液態(tài)有機物保護層的存在，使 得在采用FIB切割大馬士革結(jié)構(gòu)時，不會對大馬士革結(jié)構(gòu)的絕緣層造成損傷，從而得到的 樣品不會出現(xiàn)變形；由于金屬鉬層的存在，防止在采用FIB切割大馬士革結(jié)構(gòu)得到樣品時 的電荷積累效應(yīng)，不影響切割得到的樣品質(zhì)量；使得切割得到的樣品變形問題得到解決。當(dāng)然，這種方式也可以應(yīng)用在面積大的大馬士革結(jié)構(gòu)檢測過程中。圖4為本發(fā)明提供的檢測半導(dǎo)體器件的大馬士革結(jié)構(gòu)的方法流程圖，其具體步驟 為步驟401、對大馬士革結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)沉積液態(tài)有機物保護層；在本步驟中，沉積的液態(tài)有機物保護層的厚度為500納米 700納米，如可以為 550納米、600納米或650納米等，采用該厚度范圍的有機物保護層在FIB機臺通過FIB方 式切割大馬士結(jié)構(gòu)時，不會對大馬士革結(jié)構(gòu)損傷，切割得到的樣品不會變形；如果超過該厚 度范圍，則切割時間變長，會對大馬士革結(jié)構(gòu)造成損傷；如果小于該厚度范圍，則對大馬士 革結(jié)構(gòu)在切割過程中保護不夠，切割得到的樣品也會出現(xiàn)變形；
在本步驟中，液態(tài)有機物保護層采用的有機物可以是任一一種，只要保證該有 機物是液態(tài)的，且張力較小，可以均勻覆蓋在大馬士革結(jié)構(gòu)上即可，比如可以為乙酸丙酯 (η-Propyl acetate)、乙酸乙酯(ethyl acetate)或液態(tài)樹脂等；步驟402、在所述液態(tài)有機物保護層上沉積金屬鉬層； 在本步驟中，可以采用化學(xué)氣相沉積(CVD)的方式使用低于5電子伏特能量沉積 一層約40納米 60納米厚的金屬鉬層，例如可以沉積50納米厚的金屬鉬層，以防止在沉 積過程中穿透所述液態(tài)有機物保護層對大馬士革結(jié)構(gòu)造成損傷；在本步驟中，該金屬鉬層用于防止在采用FIB切割大馬士革結(jié)構(gòu)時的電荷積累效 應(yīng)；步驟403、在所述液態(tài)有機物保護層未出現(xiàn)空洞的時間內(nèi)，將具有金屬鉬層和液態(tài) 有機物保護層的大馬士革結(jié)構(gòu)放置到FIB機臺上，進行樣品切割，得到樣品；在本步驟中，所述液態(tài)有機物保護層未出現(xiàn)空洞的時間為小于等于半個小時，如 果在所述液態(tài)有機物保護層未出現(xiàn)空洞的時間外，才將具有金屬鉬層和液態(tài)有機物保護層 的大馬士革結(jié)構(gòu)放置到FIB機臺上進行切割，就會在所述液態(tài)有機物保護層出現(xiàn)空洞，無 法對要切割的大馬士革結(jié)構(gòu)起到保護作用；在本步驟中，如何采用FIB方式具體切割大馬士革結(jié)構(gòu)，得到樣品采用現(xiàn)有技術(shù) 完成，這里不再累述，如可以采用大于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)進行切割，得到樣品；步驟404、將步驟403得到的樣品放置到TEM上進行觀測，得到照片，真實反應(yīng)大馬 士革結(jié)構(gòu)的銅種子層的厚度以及刻蝕形貌。在本步驟中，按照現(xiàn)有技術(shù)的方法，將得到的樣品直接沉積一層金屬鉬層，放置到 TEM上進行觀測，得到照片，其中金屬鉬層用于在TEM進行觀測過程中，保護樣品的，這和現(xiàn) 有技術(shù)相同，這里不再累述。圖5為采用本發(fā)明提供的方法獲得的TEM照片示意圖，可以看出，得到的照片中的 絕緣層沒有發(fā)生變形，切割的樣品和大馬士革結(jié)構(gòu)的相似程度很高，能夠反應(yīng)大馬士革結(jié) 構(gòu)的銅種子層的厚度以及刻蝕形貌。以上舉較佳實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點進行了進一步詳細說明，所 應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的 精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種檢測半導(dǎo)體器件的大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，包括在大馬士革結(jié)構(gòu)上依次沉積液態(tài)有機物保護層及金屬鉑層后，放置在聚焦離子束FIB機臺上切割得到樣品；將樣品放置在透射電子顯微鏡TEM下觀測得到大馬士革結(jié)構(gòu)的銅種子層厚度及刻蝕形貌。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述液態(tài)有機物保護層的厚度為500納米 700納米。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述液態(tài)有機物保護層的有機物為乙 酸丙酉旨η-Propyl acetate、乙酸乙酉旨ethyl acetate或液態(tài)樹月旨。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬鉬層采用化學(xué)氣相沉積CVD的方式 以低于5電子伏特能量的離子沉積得到。
5.如權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述金屬鉬層為40納米 60納米厚的 金屬鉬層。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述放置在FIB機臺上是在所述液態(tài)有機物 保護層未出現(xiàn)空洞的時間內(nèi)放置的。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法適用于小于20納米乘以20納米的大 馬士革結(jié)構(gòu)檢測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測半導(dǎo)體器件的大馬士革結(jié)構(gòu)的方法，包括在大馬士革結(jié)構(gòu)上依次沉積液態(tài)有機物保護層及金屬鉑層后，放置在聚焦離子束FIB機臺上切割得到樣品；將樣品放置在透射電子顯微鏡TEM下觀測得到大馬士革結(jié)構(gòu)的銅種子層厚度及刻蝕形貌。本發(fā)明提供的方法可以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。
文檔編號G01N1/00GK101969035SQ20091005543
公開日2011年2月9日 申請日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者楊衛(wèi)明, 段淑卿, 王玉科, 芮志賢, 蘇鳳蓮 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司