專利名稱：一種分析在Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu分布狀況的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料分布的分析方法，特別是涉及一種分析在Al-CU導(dǎo)電材料中 Cu分布狀況的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，金屬鋁(Al)是一種被普遍使用的導(dǎo)體材料。但是隨著半導(dǎo)體 元件的集成度的不斷提高，要求鋁線的線寬越來越窄。鋁線的變窄會產(chǎn)生由電遷移引發(fā)的 鋁原子的移動，從而導(dǎo)致鋁線的斷路。銅(Cu)的加入有利于減弱電遷移。所以目前的半導(dǎo)體制程中，會在鋁中加入適量 的銅(0. 5% 4% )，以形成Al-Cu合金導(dǎo)電層材料，來提高晶片的導(dǎo)電性能和使用壽命。目前半導(dǎo)體制程主要用氯化物形成的等離子體(Plasma)來蝕刻金屬鋁，但是，對 于銅的蝕刻就非常困難。因為氯與銅形成的化合物-CuCl2并不是一種揮發(fā)能力很好的物 質(zhì)。因此銅的蝕刻不能以化學(xué)反應(yīng)的方式來進(jìn)行，而必須以等離子體內(nèi)的離子，對銅施以濺 擊方能將其以物理的能量轉(zhuǎn)換來去除之。但如果在金屬濺射時，Cu沒有均勻分布在Al中，會在Al中形成部分聚集。在后 續(xù)的蝕刻過程中，這些部分聚集的Cu會因為局部蝕刻偏慢而不能完全蝕刻，殘留下來的部 分銅會導(dǎo)致短路，從而降低晶片良率。因此，對提高晶片良率而言，要求Cu在合金中能夠均勻分布。但是由于在金屬濺 射后，Cu存在于Al之間，因而無法直接通過掃描電子顯微鏡(SEM)等的觀察(如圖1所 示)，來分析和判斷Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu的分布狀況。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述問題和缺陷，本發(fā)明的目的在于對Al-Cu導(dǎo)電材料進(jìn)行處理，以提 供一種直觀觀察來分析Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu分布狀況的方法。本發(fā)明分析Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu分布狀況的方法，在金屬濺射形成Al-Cu導(dǎo)電材 料以后，對其進(jìn)行等離子體蝕刻，等離子體蝕刻采用蝕刻氣和保護(hù)氣的混合氣體，蝕刻完后 在顯微鏡下進(jìn)行觀察，根據(jù)Cu的殘留分析Cu的分布狀況。作為優(yōu)選，所述蝕刻氣為Cl2。作為優(yōu)選，所述保護(hù)氣為N2。作為優(yōu)選，蝕刻氣和保護(hù)氣的體積比為3 1 40 1。作為優(yōu)選，所述Al-Cu導(dǎo)電材料是金屬線或?qū)щ妼?。作為?yōu)選，Cu在導(dǎo)電材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% 4%。作為優(yōu)選，所述顯微鏡是掃描電子顯微鏡(SEM)，透射電子顯微鏡(TEM)，掃描隧 道顯微鏡(STM)，原子力顯微鏡(AFM)中的一種。本發(fā)明分析Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu分布狀況的方法，通過在等離子體蝕刻時同時使 用蝕刻氣和保護(hù)氣，蝕刻氣用于對Al-Cu導(dǎo)電材料中的Al進(jìn)行蝕刻，而與Cu形成了在半導(dǎo)體制程中難揮發(fā)的物質(zhì)。保護(hù)氣用于與Al形成難揮發(fā)的物質(zhì)，而使得Al的側(cè)壁不會被蝕 刻。因而蝕刻過程中，只發(fā)生Al向下的蝕刻，而阻止了其向側(cè)壁的蝕刻，所以能將Cu殘留 下來。可以通過顯微鏡對被殘留下來的Cu進(jìn)行觀察，從而分析Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu的分 布狀況。同時，還能夠?qū)⑾嗤瑓^(qū)域內(nèi)不同樣品的Cu殘留進(jìn)行比較，計算殘留的數(shù)量，而得出
定量的結(jié)果。


圖1為金屬濺射后形成的Al-Cu導(dǎo)電材料的SEM圖；圖2為采用Cl2等離子體蝕刻后Al-Cu導(dǎo)電材料的SEM圖；圖3為本發(fā)明一實施例Al-Cu導(dǎo)電材料采用Cl2+N2等離子體蝕刻后的SEM圖；圖4為本發(fā)明另一實施例Al-Cu導(dǎo)電材料采用Cl2+N2等離子體蝕刻后的SEM圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。對于所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員而言，從對本發(fā)明的詳細(xì)說明中，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將顯 而易見。比較例采用金屬濺射形成Al-Cu導(dǎo)電材料，金屬濺射后形成的Al-Cu導(dǎo)電材料的SEM圖 如圖1所示，在該SEM圖中由于Cu存在于Al當(dāng)中，因此并不能直接地觀測到Cu的分布狀況。比較例采用等離子體蝕刻Al-Cu導(dǎo)電材料，使用的蝕刻氣優(yōu)選為Cl2，蝕刻氣是針 對金屬Al而言，其能與Al形成在半導(dǎo)體制程中易于揮發(fā)的物質(zhì)，當(dāng)然也可以使用本領(lǐng)域的 技術(shù)人員能得到的任何其它蝕刻氣。蝕刻氣Cl2與Cu形成難于揮發(fā)的物質(zhì)CuCl2,因此其 并不能夠蝕刻Cu。但是由于其蝕刻的各向異性特性，在向下和向側(cè)壁方向的蝕刻率是一樣 的。雖然未被蝕刻掉的Cu能夠部分阻止位于其下方的Al的蝕刻，但是Cl2還能將在側(cè)壁方 向Cu底部的Al蝕刻掉。由于Cu底部的Al被蝕刻掉，其失去了底部支撐，所以并沒有形成 Cu殘留。采用Cl2等離子體蝕刻后Al-Cu導(dǎo)電材料的SEM圖如圖2所示，從該圖中也很難 觀察到Cu的分布狀況。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明同樣也能夠采用其它觀察微觀 形貌的顯微鏡，如透射電子顯微鏡(TEM)，掃描隧道顯微鏡(STM)，原子力顯微鏡(AFM)等。實施例1實施例1也采用等離子體蝕刻Al-Cu導(dǎo)電材料，等離子體蝕刻除了使用比較例中 使用的蝕刻氣Cl2外，還使用了保護(hù)氣，保護(hù)氣優(yōu)選N2。保護(hù)氣是針對金屬Al而言，其能在 Al表面形成在半導(dǎo)體制程中難于揮發(fā)的物質(zhì)，當(dāng)然也可以使用本領(lǐng)域的技術(shù)人員能得到的 任何其它保護(hù)氣。蝕刻氣和保護(hù)氣的體積比可以為3 1 40 1。由于使用保護(hù)氣后， 在Al表面形成了難于揮發(fā)的物質(zhì)，阻止了側(cè)壁的蝕刻，因此不會出現(xiàn)比較例中Cu底部的 Al被蝕刻掉的情況，所以能夠得到底部支撐，在該蝕刻過程中Cu也不會被蝕刻，于是形成 了如圖3所示的Cu殘留。在圖中所示的突出部分即為Cu殘留，從圖中還可以看出，所示的 Cu殘留有部分集中在Al顆粒上，因此分布并不是很均勻，這可能會引起后續(xù)金屬蝕刻中形 成短路。
實施例2與實施例1相同，實施例2也采用Cl2+N2等離子體蝕刻Al-Cu導(dǎo)電材料，其中Cl2 用作蝕刻氣，N2用作保護(hù)氣。圖4為實施例2的Al-Cu導(dǎo)電材料采用Cl2+N2等離子體蝕刻 后的SEM圖。從圖中可以看出，形成的Cu殘留與圖3相比要均勻很多，沒有出現(xiàn)部分集中 在Al顆粒上的情況。同時，還能夠通過計算殘留的數(shù)量，而得出定量的結(jié)果。圖3和圖4均選自 2. 5μ mX2. 5μ m的Al-Cu導(dǎo)電材料區(qū)域，分別從其相同的區(qū)域，可以計算出在圖3中的Cu 殘留只有40個左右(以突起計算)，即6. 4個/( μ m)2，而在圖4中的Cu殘留有60個左右， 即9. 6個/(μ m)2，因此也可以得出定量的結(jié)果。很明顯，與實施例2對應(yīng)的圖4中的Al-Cu 導(dǎo)電材料中Cu的含量要高于實施例2中的Cu含量。因而，本發(fā)明不僅能夠分析在Al-Cu 導(dǎo)電材料中Cu的分布狀況，也可以大致對Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu的含量進(jìn)行定量分析和比 較。雖然，本發(fā)明已通過以上實施例及其附圖而清楚說明，然而在不背離本發(fā)明精神 及其實質(zhì)的情況下，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的變化和修 正，但這些相應(yīng)的變化和修正都應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.分析Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu分布狀況的方法，其特征在于，該方法包括在金屬濺射形 成Al-Cu導(dǎo)電材料以后，對其進(jìn)行等離子體蝕刻，所述等離子體蝕刻采用蝕刻氣和保護(hù)氣 的混合氣體，蝕刻完后在顯微鏡下進(jìn)行觀察，根據(jù)Cu的殘留分析Cu的分布狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu分布狀況的方法，其特征在于，所 述蝕刻氣為Cl2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分析Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu分布狀況的方法，其特征在 于，所述保護(hù)氣為N2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu分布狀況的方法，其特征在于，蝕 刻氣和保護(hù)氣的體積比為3 1 40 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu分布狀況的方法，其特征在于，所 述Al-Cu導(dǎo)電材料是金屬線或?qū)щ妼印?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu分布狀況的方法，其特征在于，Cu 在導(dǎo)電材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% 4%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu分布狀況的方法，其特征在于，所 述顯微鏡是掃描電子顯微鏡(SEM)，透射電子顯微鏡(TEM)，掃描隧道顯微鏡(STM)，原子力 顯微鏡(AFM)中的一種。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種分析Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu分布狀況的方法，該方法包括在金屬濺射形成Al-Cu導(dǎo)電材料以后，對其進(jìn)行等離子體蝕刻，等離子體蝕刻采用蝕刻氣和保護(hù)氣的混合氣體，蝕刻完后在顯微鏡下進(jìn)行觀察，根據(jù)Cu的殘留分析Cu的分布狀況。本發(fā)明通過對Al-Cu導(dǎo)電材料的處理，可以通過顯微鏡的直觀觀察，分析Al-Cu導(dǎo)電材料中Cu的分布狀況。同時，還能夠?qū)⑾嗤瑓^(qū)域內(nèi)不同樣品的Cu殘留進(jìn)行比較，計算殘留的數(shù)量，而得出定量的結(jié)果。
文檔編號G01N23/225GK102103050SQ200910261619
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者張進(jìn)剛, 黃志剛 申請人:和艦科技(蘇州)有限公司