CN102062723B - 检测铝连接线过热缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测铝连接线过热缺陷的方法，在晶圆的铝连线层以及钛/氮化钛阻挡层沉积完成后，沉积包含多个层间介质子层的层间介质，在任意一个或者多个层间介质子层沉积完成后，执行如下步骤：用具有连续光谱的光束倾斜照射晶圆表面，并用椭圆偏光计接收晶圆反射、折射和/或散射的光线，将所接收光线的光谱与预先形成的标准光谱进行比较，如果两者的差距超过阈值，则判定最后沉积的层间介质子层出现异常；如果没有超过阈值，则判定该层间介质子层正常。本发明方案能够及时可靠地检测出铝连接线过热缺陷，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路(IC)制造技术领域，特别涉及检测铝连接线过热缺陷的方法和装置。
背景技术
芯片金属化是应用化学或物理处理方法在芯片上淀积导电金属薄膜的过程。这一过程与介质的淀积紧密相连，金属线在集成电路中传导信号，介质层则保证信号不受邻近金属线的影响。金属化对于不同金属连接有专门的术语名称。互连(interconnect)意指由导电材料制成的连接线将电信号传输到芯片的不同部分。
在半导体集成电路制造业中，最早且最普遍用作连接线的金属是铝。图1所示芯片上的铝连接线截面的示意图。其中左图为正常情况下的截面。在铝103a构成的连接线的上层有一层钛/氮化钛102a，铝连接线的下层有一层钛/氮化钛104a，钛/氮化钛102a和钛/氮化钛104a形成阻挡层。然后在钛/氮化钛102a的上面，生长作为层间介质101a的氧化物薄膜。
在生长上面的氧化物薄膜时会要求特定的温度。由于铝的熔点较低且活性较高，如果温度超过特定值，下面的铝会和钛反应，形成导电性差的铝钛混合相，从而使金属连线电阻值升高，芯片整体失效，这被称为铝连接线过热缺陷。出现铝连接线过热缺陷的截面如图1中的右图所示，铝103b和上层的钛/氮化钛102b之间形成了不规则的铝钛混合相105，铝103b和下层的钛/氮化钛104b之间形成不规则的铝钛混合相。
这种缺陷不易检测，目前常用的明场和暗场检测方法是用激光束对芯片进行扫描，如果出现了铝钛混合相的缺陷区域，铝连接线与阻挡层的界面对 激光的反射就会与正常情况存在差异，所能观察的现象就是缺陷区域的颜色与正常情况下有所差别，因此可以根据缺陷区域的微弱颜色差异来发觉，但是并不可靠。另外这种检测方法速度慢，当发现异常时，已经有大量的芯片经过了有问题的生产步骤，损失变大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于，提出一种检测铝连接线过热缺陷的方法和装置，能够及时可靠地检测出铝连接线过热缺陷。
本发明实施例提出的一种检测铝连接线过热缺陷的方法，在晶圆的铝连线层以及钛/氮化钛阻挡层沉积完成后，沉积包含多个层间介质子层的层间介质，在任意一个或者多个层间介质子层沉积完成后，包括如下步骤：
用具有连续光谱的光束倾斜照射晶圆表面，并用椭圆偏光计接收晶圆反射、折射和/或散射的光线，计算理论光谱图和实际光谱图的匹配因子；判断计算得到的匹配因子的值是否小于预先设定的门限值，如果小于，说明理论光谱与实际光谱的差距超过了阈值；
如果两者的差距超过阈值，则判定最后沉积的层间介质子层出现异常；如果没有超过阈值，则判定该层间介质子层正常。
所述连续光谱的光束的光源为氙光灯。
所述判定最后沉积的层间介质子层出现异常之后，进一步包括：发出告警信息或者停止运行沉积层间介质子层的相应设备。
从以上技术方案可以看出，采用椭圆偏光计接收晶圆的反射、折射和/或散射光线，通过实际光谱与理论光谱的比较来判断是否出现铝连接线过热缺陷，相对于现有技术中常采用的明场和暗场检测方法，可以大大提高检测的准确性。
附图说明
图1为芯片上的铝连接线截面的示意图，其中左图为正常情况，右图为 出现铝连接线过热缺陷的情况；
图2为本发明实施例提出的检测铝连接线过热缺陷的流程图；
图3为本发明的一个实施例中椭圆偏光计得到的光谱图像。
具体实施方式
本发明提供一种应用椭圆偏振光检验铝连接线过热缺陷的方法。应用此方法，检测快，可靠性高，可以比目前常用的明场和暗场检测方法更早的发现问题，减少损失。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细阐述。
在晶圆的铝连线层以及钛/氮化钛阻挡层沉积完成后，会沉积层间介质。根据不同的性能需求，层间介质可能包括一个以上的子层，每个子层用一套沉积步骤进行沉积，每个子层的材料可能不同。本发明提供的方法如下：在形成层间介质的过程中，任何一个子层沉积完成后，增加一个检测步骤：
用具有连续光谱的光束倾斜照射晶圆表面，并用椭圆偏光计接收晶圆反射、折射和/或散射的光线，将所接收光线的光谱与预先形成的标准光谱进行比较，如果两者的差距超过阈值，则判定最后沉积的层间介质子层出现异常，如果没有超过阈值，则判定该层间介质子层正常。
所述具有连续光谱的光束可以是氙光灯。
该步骤可以增加在任何一个层间介质子层沉积步骤之后，也可以增加在根据以往经验较容易出现铝过热缺陷的层间介质子层沉积步骤之后。
假如设计的晶圆膜结构自下到上为铝层、钛/氮化钛层和掺氟的二氧化硅层。本发明实施例的铝连接线过热缺陷的流程如图2所示，包括如下步骤：
步骤201：根据所设计的膜结构，建立相应的运算模型，计算出理论光谱；
步骤202：当晶圆的一个层间介质子层沉积后，用具有连续光谱的光束倾斜照射晶圆表面，用椭圆偏光计区收集晶圆的反射、折射和/或散射光线， 做出实际光谱。
步骤203：计算理论光谱和实际光谱的匹配因子，该匹配因子取值介于0和1的数，当理论光谱和实际光谱完全重合时，匹配因子取值为1；当两者完全不重合时，匹配因子取值为0。
正常的工艺条件下，匹配因子为一个接近于1的稳定数值。当设备或工艺条件异常导致铝过热时，铝会和与其接触的钛和氮化钛发生反应，从而膜结构变化。这时用椭圆偏光计收到的光谱会和正常条件下不一样，匹配因子会有显著的下降。
步骤204：判断计算得到的匹配因子的值是否小于预先设定的门限值，如果小于，说明理论光谱与实际光谱的差距超过了阈值，进行相应的故障处理。所述故障处理可以是发出告警信息等待操作人员处理，或者直接停止运行沉积层间介质子层的相应设备。如果大于，则表明情况正常，不做任何特殊处理。
本发明方案采用椭圆偏光计接收晶圆的反射、折射和/或散射光线，通过实际光谱与理论光谱的比较来判断是否出现铝连接线过热缺陷，相对于现有技术中常采用的明场和暗场检测方法，可以大大提高检测的准确性。
如图3所示为本发明的一个实施例中椭圆偏光计得到的光谱图像。横坐标表示光的波长，纵坐标表示频谱强度。其中，301表示理论计算得到的光谱，302表示正常情况的光谱，303表示出现铝连接线过热缺陷情况的光谱。可以看出，301和302重合得很好，但303就与301有较大的偏差，体现出匹配因子显著小于1。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种检测铝连接线过热缺陷的方法，在晶圆的铝连线层以及钛/氮化钛阻挡层沉积完成后，沉积包含多个层间介质子层的层间介质，其特征在于，在任意一个或者多个层间介质子层沉积完成后，执行如下步骤：
用具有连续光谱的光束倾斜照射晶圆表面，并用椭圆偏光计接收晶圆反射、折射和/或散射的光线，计算理论光谱图和实际光谱图的匹配因子；
判断计算得到的匹配因子的值是否小于预先设定的门限值，如果小于，说明理论光谱与实际光谱的差距超过了阈值如果两者的差距超过阈值，则判定最后沉积的层间介质子层出现异常；如果没有超过阈值，则判定该层间介质子层正常。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连续光谱的光束的光源为氙光灯。
3.根据权利要求1至2任一项所述的方法，其特征在于，所述判定最后沉积的层间介质子层出现异常之后，进一步包括：发出告警信息或者停止运行沉积层间介质子层的相应设备。
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