CN103606528A - 生长钨前的硅片检测装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生长钨前的硅片检测装置，应用于设有工艺腔体的用于硅片生长钨的工艺机台中，所述检测装置包含传输腔体，其中，还包含设置在所述传输腔体内用于将入射光线照射到硅片表面的光源，以及用于接收所述入射光线经所述硅片表面反射后的反射光线的接收器；所述光源将所述入射光线照射到所述硅片表面，由所述硅片将所述入射光线反射至所述接收器，所述接收器根据接收到的所述反射光线的强弱判断所述硅片表面是否存在粘附阻挡层。本发明还公开了一种生长钨前的硅片检测方法。采用本发明的装置和方法，可以有效的避免无粘附阻挡层的硅片误进入工艺腔体造成的钨脱落、产品报废、机台整体污染的问题，能够有效减少机台停机时间。

Description

生长钨前的硅片检测装置和方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及钨生长工艺，具体地说是一种生长钨前的硅片检测装置和方法。
背景技术
在传统的钨生长（或淀积）工艺中，由于某些误操作，硅片在生长金属钨前，可能遗漏粘附阻挡层，从而使得钨在硅片表面严重脱落，造成产品报废，机台整体污染，必须机台停机进行清洗，浪费了大量作业时间。如果在钨生长前，衬底上没有粘附阻挡层，那么钨生长工艺气体WF6就会与接触到的衬底Si和铝等金属发生反应，反应的方程式为：WF6+3Si→W+3SiF4。因此，在钨生长之前，必须淀积一层粘附阻挡层，由于钨在氧化层上的粘附性差，因此采用Ti/TiN充当衬底与钨之间的粘附阻挡层，以防止钨生长工艺气体WF6与接触到的衬底Si和铝等金属发生反应。
另外，Ti/TiN粘附阻挡层同时要求一定厚度，如果厚度太低会导致钨生长工艺气体WF6透过粘附阻挡层上层的TiN与下层的Ti反应，生成“火山缺陷（volcano defect）”，如图1A和1B，这样即使钨生长工艺结束，表面有火山缺陷的硅片也将造成机台洁净度异常，同时硅片直接在该工艺站点报废，因此，必须保证Ti/TiN粘附阻挡层达到一定的厚度，才能保证硅片在钨生长工艺后的良率。
因此，如何在进行钨生长工艺之前有效简单地对粘附阻挡层的存在与否以及粘附阻挡层存在时的厚度是否满足要求进行检测，是亟待解决的问题。
中国专利（公开号：CN102062723A）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。该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。
中国专利（公开号：CN102401633A）公开了一种多孔氧化铝薄膜的阻挡层厚度的检测方法，其特征在于，该方法包括根据多孔氧化铝薄膜在200nm～2500nm范围内的透射光谱米判断多孔氧化铝薄膜是否含有阻挡层，其中，如果透射光谱在200nm～2500nm范围内出现振荡，则判断该多孔氧化铝薄膜的阻挡层的厚度大于0；如果透射光谱在200nm～2500nm范围内不出现振荡，则判断该多孔氧化铝薄膜的阻挡层的厚度为0。该发明的方法是一种无损检测方法，该方法能够简便、快速、高效、对样品无损害地监控以及检测多孔氧化铝薄膜的阻挡层的去除程度，在大规模生产中可以作为产品控制以及质量检测的重要手段。
上述两个专利并未解决如何在进行钨生长工艺之前有效简单地对粘附阻挡层的存在与否以及粘附阻挡层存在时的厚度是否满足要求进行检测的问题。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明公开一种生长钨前的硅片检测装置和方法，以克服现有技术中由于无粘附阻挡层硅片误进入工艺腔体造成的钨脱落，从而造成产品报废，机台整体污染，必须机台停机进行清洗，浪费了大量作业时间，以及由于粘附阻挡层的厚度不足，造成硅片在钨生长工艺后的良率低的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种生长钨前的硅片检测装置，应用于设有工艺腔体的用于硅片生长钨的工艺机台中，所述检测装置包含传输腔体，其中，还包含设置在所述传输腔体内用于将入射光线照射到硅片表面的光源，以及用于接收所述入射光线经所述硅片表面反射后的反射光线的接收器；
所述光源将所述入射光线照射到所述硅片表面，由所述硅片将所述入射光线反射至所述接收器，所述接收器根据接收到的所述反射光线的强弱判断所述硅片表面是否存在粘附阻挡层；
在所述接收器判定所述硅片表面不存在粘附阻挡层时，所述传输腔体停止运行；在所述接收器判定所述硅片表面存在粘附阻挡层时，由所述接收器根据所述反射光线的强度计算所述粘附阻挡层的厚度是否超过预设的厚度范围；
在所述粘附阻挡层的厚度超过预设的厚度范围时，所述传输腔体停止运行；在所述粘附阻挡层的厚度未超过预设的厚度范围时，由所述传输腔体将所述硅片传输到所述工艺腔体中进行钨的生长。
上述的生长钨前的硅片检测装置，其中，所述接收器还具有一个报警单元，在所述接收器判定所述硅片表面不存在粘附阻挡层时，或者在所述粘附阻挡层的厚度超过预设的厚度范围时，所述报警单元进行报警。
上述的生长钨前的硅片检测装置，其中，所述报警单元包含扬声器和\或警示灯。
上述的生长钨前的硅片检测装置，其中，所述粘附阻挡层为Ti/TiN，所述粘附阻挡层的预设的厚度范围根据不同技术节点的产品进行调整。
上述的生长钨前的硅片检测装置，其中，所述光源采用波长范围为450-850nm的白光光源。
一种生长钨前的硅片检测方法，采用上述的生长钨前的硅片检测装置，其中，所述检测包括如下步骤：
步骤S1，于传输腔体内预设一光源和一接收器；
步骤S2，所述光源将所述入射光线照射到所述硅片表面，由所述硅片将所述入射光线反射至所述接收器；
步骤S3，所述接收器根据接收到的所述反射光线的强弱判断所述硅片表面是否存在粘附阻挡层；
步骤S4，在所述接收器判定所述硅片表面不存在粘附阻挡层时，所述传输腔体停止运行；在所述接收器判定所述硅片表面存在粘附阻挡层时，由所述接收器根据所述反射光线的强度计算所述粘附阻挡层的厚度是否超过预设的厚度范围；
步骤S5，在所述粘附阻挡层的厚度超过预设的厚度范围时，所述传输腔体停止运行；在所述粘附阻挡层的厚度未超过预设的厚度范围时，由所述传输腔体将所述硅片传输到所述工艺腔体中进行钨的生长。
上述的生长钨前的硅片检测方法，其中，所述接收器还具有一个报警单元，在所述接收器判定所述硅片表面不存在粘附阻挡层时，或者在所述粘附阻挡层的厚度超过预设的厚度范围时，所述报警单元进行报警。
上述的生长钨前的硅片检测方法，其中，所述报警单元包含扬声器和\或警示灯。
上述的生长钨前的硅片检测方法，其中，所述粘附阻挡层为Ti/TiN，所述粘附阻挡层的预设的厚度范围根据不同技术节点的产品进行调整。
上述的生长钨前的硅片检测方法，其中，所述光源采用波长范围为450-850nm的白光光源。
本发明具有如下优点或者有益效果：
1、采用本发明的装置和方法，可以有效的避免无粘附阻挡层的硅片误进入工艺腔体造成的钨脱落、产品报废、机台整体污染的问题，在工业生产中，能够有效减少机台停机时间。
2、采用本发明的装置和方法，可以有效简单地对粘附阻挡层的存在与否以及粘附阻挡层存在时的厚度是否满足要求进行检测，从而保证粘附阻挡层满足要求的厚度时才能进行钨的生长工艺，保证了硅片在钨生长工艺后的良率。
具体附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1A是本发明现有技术中火山缺陷产生前的结构示意图；
图1B是本发明现有技术中火山缺陷产生后的结构示意图；
图2是本发明第一实施方式的结构示意图；
图3是本发明第三实施方式的流程示意图。
参见图2，1为传输腔体；2为工艺腔体；3为光源；4为接收器。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
本发明的第一实施方式涉及一种生长钨前的硅片检测装置，应用于设有工艺腔体2的用于硅片生长钨的工艺机台中，检测装置包含传输腔体，参见图2，还包含设置在传输腔体1内用于将入射光线照射到硅片表面的光源3，以及用于接收入射光线经硅片表面反射后的反射光线的接收器4，光源3和接收器4的具体位置可根据不同传输腔体的硬件结构选择能够最有效检测硅片的位置。
光源3将入射光线照射到硅片表面，由硅片将入射光线反射至接收器4，接收器4接收到反射光线，然后接收器4根据接收到的反射光线的强弱判断硅片表面是否存在粘附阻挡层。
在接收器4判定硅片表面不存在粘附阻挡层时，传输腔体1停止运行；在接收器4判定硅片表面存在粘附阻挡层时，由接收器4根据反射光线的强度计算粘附阻挡层的厚度是否超过预设的厚度范围。
在粘附阻挡层的厚度超过预设的厚度范围时，传输腔体1停止运行；在粘附阻挡层的厚度未超过预设的厚度范围时，由传输腔体1将硅片传输到工艺腔体2中进行钨的生长。
其中，粘附阻挡层为Ti/TiN，即在衬底上从下到上依次为介质层、Ti层、TiN层，Ti层和TiN层组成了粘附阻挡层，由于金属具有不透光性，粘附阻挡层Ti/TiN与介质层相比透光性差，因此硅片表面为粘附阻挡层Ti/TiN时对光线的反射率高。而在粘附阻挡层缺失时，硅片表面为介质层，光线容易透过，因而具有低反射率。接收器根据接收到的反射光线的强弱判断硅片表面是否存在粘附阻挡层，粘附阻挡层存在时的反射光线与粘附阻挡层缺失时的反射光线相比，其强弱有明显的差别，粘附阻挡层存在时的反射光线的强度要比粘附阻挡层缺失时的反射光线的强度强得多，因此通过接收器可以很容易判断硅片在生长钨前是否生长了粘附阻挡层Ti/TiN。
而粘附阻挡层Ti/TiN的预设的厚度范围根据不同技术节点的产品进行调整，如对于55nm的闪存产品，Ti层的厚度为100-120A，TiN层的厚度为50-70A。
此外，在本实施方式中，光源采用波长范围为450-850nm的白光光源。
本发明的第二实施方式涉及一种生长钨前的硅片检测装置。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于，在本实施方式中，在接收器判定硅片表面不存在粘附阻挡层时，或者在粘附阻挡层的厚度超过预设的厚度范围时，报警单元进行报警，报警单元包含扬声器和\或警示灯。此外，本领域技术人员可以理解，报警单元通过扬声器和\或警示灯对工程师进行示警，并将报警信息传送给生产机台操作界面（UI，User Interface），工程师在得到报警信号后，通过查看UI的报警信息及产品工艺历史记录数据，确定异常；而异常可能是粘附阻挡层缺失，也可能是粘附阻挡层的厚度不满足预设的厚度范围，而此时传输腔体停止运行，工程师可以将传输腔体中的晶圆取出进行粘附阻挡层的补生长。
本发明第三实施方式涉及一种生长钨前的硅片检测方法，粘附阻挡层为Ti/TiN，如图3所示，检测包括如下步骤：
步骤S1，于传输腔体内预设一光源和一接收器。
步骤S2，光源将入射光线照射到硅片表面，由硅片将入射光线反射至接收器。
步骤S3，接收器根据接收到的反射光线的强弱判断硅片表面是否存在粘附阻挡层。
步骤S4，在接收器判定硅片表面不存在粘附阻挡层时，传输腔体停止运行；在接收器判定硅片表面存在粘附阻挡层时，由接收器根据反射光线的强度计算粘附阻挡层的厚度是否超过预设的厚度范围。
由接收器根据反射光线的强度计算粘附阻挡层的厚度是否超过预设的厚度范围，实际是根据入射光线和反射光线得到的反射率来计算是否超过预设的厚度范围。对于预设的厚度范围，包括一个最大厚度和一个最小厚度的集合，反射率R=反射光线强度/入射光线强度=f（Ti/TiN厚度，光源波长），即Ti/TiN厚度和光源波长与反射率形成了一个映射集合。只要计算硅片表面粘附阻挡层Ti/TiN的反射率对应的粘附阻挡层Ti/TiN的厚度是否符合上述的映射集合中，如果在上述映射集合中，那么粘附阻挡层Ti/TiN的厚度就未超过预设的厚度范围，那么硅片就可以由传输腔体将硅片传输到工艺腔体中进行钨的生长，如下述的步骤S5。
步骤S5，在粘附阻挡层的厚度超过预设的厚度范围时，传输腔体停止运行；在粘附阻挡层的厚度未超过预设的厚度范围时，由传输腔体将硅片传输到工艺腔体中进行钨的生长。
在本实施方式中，如果传输腔体上的硅片粘附阻挡层Ti/TiN缺失或者粘附阻挡层Ti/TiN的厚度不满足预设的厚度范围，那么传输腔体停止运行，工程师可以将传输腔体中的晶圆取出进行粘附阻挡层的补生长；粘附阻挡层Ti/TiN的生长流程为：湿法预清洗去除氧化层与杂质→去除自然氧化层→Ti淀积→TiN淀积。
另外，光源为可旋转光源，其可对硅片表面进行扫射。
本实施方式可以有效的避免无粘附阻挡层的硅片误进入工艺腔体造成的钨脱落、产品报废、机台整体污染的问题，在工业生产中，能够有效减少机台停机时间。同时，可以有效简单地对粘附阻挡层的存在与否以及粘附阻挡层存在时的厚度是否满足要求进行检测，从而保证粘附阻挡层满足要求的厚度时才能进行钨的生长工艺，保证了硅片在钨生长工艺后的良率。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
本发明第四实施方式涉及一种生长钨前的硅片检测方法。第四实施方式与第三实施方式大致相同，主要区别之处在于，在本实施方式中，对于步骤S4和S5，接收器还具有一个报警单元，在接收器判定硅片表面不存在粘附阻挡层时，或者在粘附阻挡层的厚度超过预设的厚度范围时，报警单元进行报警。且报警单元包含扬声器和\或警示灯，报警单元通过扬声器和\或警示灯对工程师进行示警。
由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明的实施方式应用在接触孔为钨填充的的制造工艺技术节点，包含但不限于Logic、Memory、RF、HV、Analog/Power、MEMS、CIS、Flash等产品。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种生长钨前的硅片检测装置，应用于设有工艺腔体的用于硅片生长钨的工艺机台中，所述检测装置包含传输腔体，其特征在于，还包含设置在所述传输腔体内用于将入射光线照射到硅片表面的光源，以及用于接收所述入射光线经所述硅片表面反射后的反射光线的接收器；
所述光源将所述入射光线照射到所述硅片表面，由所述硅片将所述入射光线反射至所述接收器，所述接收器根据接收到的所述反射光线的强弱判断所述硅片表面是否存在粘附阻挡层；
在所述接收器判定所述硅片表面不存在粘附阻挡层时，所述传输腔体停止运行；在所述接收器判定所述硅片表面存在粘附阻挡层时，由所述接收器根据所述反射光线的强度计算所述粘附阻挡层的厚度是否超过预设的厚度范围；
在所述粘附阻挡层的厚度超过预设的厚度范围时，所述传输腔体停止运行；在所述粘附阻挡层的厚度未超过预设的厚度范围时，由所述传输腔体将所述硅片传输到所述工艺腔体中进行钨的生长。
2.根据权利要求1所述的生长钨前的硅片检测装置，其特征在于，所述接收器还具有一个报警单元，在所述接收器判定所述硅片表面不存在粘附阻挡层时，或者在所述粘附阻挡层的厚度超过预设的厚度范围时，所述报警单元进行报警。
3.根据权利要求2所述的生长钨前的硅片检测装置，其特征在于，所述报警单元包含扬声器和\或警示灯。
4.根据权利要求1所述的生长钨前的硅片检测装置，其特征在于，所述粘附阻挡层为Ti/TiN，所述粘附阻挡层的预设的厚度范围根据不同技术节点的产品进行调整。
5.根据权利要求1所述的生长钨前的硅片检测装置，其特征在于，所述光源采用波长范围为450-850nm的白光光源。
6.一种生长钨前的硅片检测方法，采用如权利要求1所述的生长钨前的硅片检测装置，其特征在于，所述检测包括如下步骤：
步骤S1，于传输腔体内预设一光源和一接收器；
步骤S2，所述光源将所述入射光线照射到所述硅片表面，由所述硅片将所述入射光线反射至所述接收器；
步骤S3，所述接收器根据接收到的所述反射光线的强弱判断所述硅片表面是否存在粘附阻挡层；
步骤S4，在所述接收器判定所述硅片表面不存在粘附阻挡层时，所述传输腔体停止运行；在所述接收器判定所述硅片表面存在粘附阻挡层时，由所述接收器根据所述反射光线的强度计算所述粘附阻挡层的厚度是否超过预设的厚度范围；
步骤S5，在所述粘附阻挡层的厚度超过预设的厚度范围时，所述传输腔体停止运行；在所述粘附阻挡层的厚度未超过预设的厚度范围时，由所述传输腔体将所述硅片传输到所述工艺腔体中进行钨的生长。
7.根据权利要求6所述的生长钨前的硅片检测方法，其特征在于，所述接收器还具有一个报警单元，在所述接收器判定所述硅片表面不存在粘附阻挡层时，或者在所述粘附阻挡层的厚度超过预设的厚度范围时，所述报警单元进行报警。
8.根据权利要求7所述的生长钨前的硅片检测方法，其特征在于，所述报警单元包含扬声器和\或警示灯。
9.根据权利要求6所述的生长钨前的硅片检测方法，其特征在于，所述粘附阻挡层为Ti/TiN，所述粘附阻挡层的预设的厚度范围根据不同技术节点的产品进行调整。
10.根据权利要求6所述的生长钨前的硅片检测方法，其特征在于，所述光源采用波长范围为450-850nm的白光光源。
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