CN105632961B - 用于监测水渍状缺陷的检测晶圆及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种用于监测水渍状缺陷的检测晶圆及检测方法，其中检测晶圆，包括晶圆；位于晶圆上的介质层；位于介质层中的若干钨金属插塞，钨金属插塞的表面与介质层的表面齐平。将本发明的检测晶圆对某一化学机械研磨机台设备进行监测时，当检测过程中如果有去离子水溅射到检测晶圆表面时，去离子水仍为液态，该溅射到检测晶圆表面的去离子水溶解钨金属插塞表面的钨盐，经过热板干燥、风干或自然干燥后，该去离子水经浓缩后在介质层区域形成含有钨盐的水渍状缺陷，通过缺陷检测设备可以检测到该水渍状缺陷，因而可以很快的判断该化学机械研磨机台是否存在问题，防止将在线产品在存在问题的化学机械研磨机台上进行相应的工艺，防止产生漏电现象或开路现象。

Description

用于监测水渍状缺陷的检测晶圆及检测方法

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种用于监测水渍状缺陷的检测晶圆及检测方法。

背景技术

通常，半导体制程是用淀积工艺、光刻工艺、刻蚀工艺等在硅晶片上形成集成电路的半导体器件。为了连接各个半导体器件构成集成电路，通常需要使用具有相对高导电率的金属材料形成金属互连结构，一般的金属互连结构包括金属插塞与金属插塞电连接的金属线，金属插塞可以用于半导体器件与第一层金属线之间的电连接，也可以用于相邻层的金属线之间的电连接。

现有的金属互连结构的形成过程为包括：提供基底，所述基底上形成有介质层；刻蚀所述介质层，在介质层中形成通孔；形成填充满通孔并覆盖介质层表面的金属层，一般金属层的材料为钨；采用化学机械研磨工艺平坦化所述金属层暴露出介质层的表面，在通孔中形成金属插塞；化学机械研磨工艺后进行清洗工艺；在介质层上形成与金属插塞电连接的金属线。

但是现有形成的金属互连结构的电学性能稳定性还有待提升。

发明内容

本发明解决的问题是怎样防止在线产品中形成的金属互连结构产生漏电或开路现象。

为解决上述问题，本发明提供一种用于监测水渍状缺陷的检测晶圆，包括：

晶圆；位于晶圆上的介质层；位于介质层中的若干钨金属插塞，所述钨金属插塞的表面与介质层的表面齐平。

可选的，所述钨金属插塞在介质层中均匀分布。

可选的，所述钨金属插塞的分布与在线产品中的钨金属插塞分布相同。

可选的，所述钨金属插塞的表面具有氧化钨，所述水渍状缺陷中含有钨盐。

本发明还提供例如一种进行水渍状缺陷的检测方法，包括：

提供如前述所述的检测晶圆；在化学机械研磨机台上采用酸性溶液对检测晶圆的表面进行第一清洗；第一清洗后，采用去离子水对检测晶圆的表面进行第二清洗；第二清洗后，检测检测晶圆的表面是否存在水渍状缺陷。

可选的，所述化学机械研磨机台包括研磨腔、第一清洗腔和第二清洗腔，研磨腔用于进行化学机械研磨工艺，第一清洗腔用于进行第一清洗工艺，第二清洗腔用于进行第二清洗工艺，若检测到检测晶圆的表面不存在水渍状缺陷，则在该化学机械研磨机台上对在线产品上进行化学机械研磨工艺、第一清洗和第二清洗工艺，若存在水渍状缺陷，则对化学机械研磨设备进行检修。可选的，所述水渍状缺陷中含有钨盐。

可选的，所述水渍状缺陷为第二清洗后，去离子水溅射到检测晶圆表面，经浓缩后形成。

可选的，第一清洗时，酸性溶液将钨金属插塞表面的氧化钨分解为钨盐，第二清洗后，所述钨金属插塞表面仍会存在部分钨盐；第二清洗后，去离子水溅射到检测晶圆表面时，溅射到检测晶圆表面的去离子水溶解钨盐，该去离子水经浓缩后在介质层区域形成水渍状缺陷中含有钨盐。

可选的，所述第一清洗时采用的酸性溶液为稀释氢氟酸。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的检测晶圆，包括晶圆；位于晶圆上的介质层；位于介质层中的若干钨金属插塞，所述钨金属插塞的表面与介质层的表面齐平。将本发明的检测晶圆对某一化学机械研磨机台设备进行监测时，当检测过程中如果有去离子水溅射到检测晶圆表面时，去离子水仍为液态，该溅射到检测晶圆表面的去离子水溶解钨金属插塞表面的钨盐，经过热板干燥、风干或自然干燥后，该去离子水经浓缩后在介质层区域形成含有钨盐的水渍状缺陷，通过缺陷检测设备可以检测到该水渍状缺陷，因而可以很快的判断该化学机械研磨机台是否存在问题，防止将在线产品在存在问题的化学机械研磨机台上进行相应 的工艺，防止在该在线产品上形成的金属互连结构产生漏电现象或开路现象。

进一步，所述钨金属插塞在介质层中均匀分布，提高检测的精度。

本发明的检测方法。第一清洗时，酸性溶液将钨金属插塞表面的氧化钨分解为钨盐；第二清洗采用去离子水，以去除第一清洗过程中酸性溶液和反应物，第二清洗后，所述钨金属插塞表面仍会存在部分钨盐，第二清洗后，如果去离子水溅射到检测晶圆表面时，去离子水仍为液态，该溅射到检测晶圆表面的去离子水溶解钨金属插塞表面的钨盐，经过热板干燥、风干或自然干燥后，该去离子水经浓缩后在介质层区域形成含有钨盐的水渍状缺陷；第二清洗后，检测检测晶圆的表面是否存在水渍状缺陷，若检测到检测晶圆的表面不存在水渍状缺陷，则在该化学机械研磨机台上对在线产品上进行化学机械研磨工艺、第一清洗和第二清洗工艺。

附图说明

图1～图2为本发明实施例用于监测水渍状缺陷的检测晶圆的结构示意图；

图3为本发明实施例进行水渍状缺陷的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

如背景技术所言现有技术形成的金属互连结构的电学性能稳定性还有待提升，比如现有技术形成的相邻金属互连结构之间存在漏电现象，或者金属插塞与金属线之间存在开路现象。

对上述漏电现象和开路现象进行研究发现，漏电现象产生的原因为：在形成金属插塞后，介质层表面会残留有含有金属元素(比如钨)的水渍状缺陷，该水渍状缺陷具有导电性，容易使得相邻的金属插塞之间产生漏电；开路现象产生的原因为：金属插塞与金属线的接触面会形成空隙，使得金属插塞和金属线之间产生开路。

进一步研究发现，水渍状缺陷和空隙形成的原因为：在化学机械研磨工艺对金属层进行平坦化形成金属插塞时，由于研磨液中含有双氧水等成分，形成的金属插塞表面会形成金属氧化物(比如氧化钨)，化学机械研磨工艺后 需要对基底进行清洗工艺，所述清洗工艺包括第一清洗工艺和第二清洗工艺，第一清洗工艺采用酸性溶液，用于去除研磨残留物，酸性溶液进行清洗时会与金属氧化物反应形成金属盐(比如钨盐)，第二清洗工艺采用去离子水，用于去除第一清洗工艺时残留的酸性溶液和形成的反应物，第二清洗工艺后，仍会有部分金属盐(比如钨盐)残留(或粘附)在金属插塞的表面。由于在实际的制作工艺中，设备的不稳定不可避免的会带来制作工艺中不期望出现的问题，比如第二清洗工艺后，在从清洗腔室移出基底时，有部分(少量)去离子水会溅射到基底的表面上的某个位置或多个位置(这种情况是制作工艺中不期望出现的)，当溅射到基底表面去离子水覆盖某个或多个金属插塞表面时，金属插塞表面残留的金属盐(比如钨盐)会溶解到该去离子水中，在对基底进行干燥后，基底表面的去离子水会浓缩为含有金属盐(或钨盐)的水渍状缺陷，当含有金属盐(或钨盐)的水渍状缺陷位于相邻金属插塞的介质层表面时，容易使得相邻金属插塞之间产生漏电；当含有金属盐(或钨盐)的水渍状缺陷位于金属插塞表面，在金属插塞表面形成金属层，通过刻蚀工艺形成金属层形成金属线时，该水渍状缺陷会被刻蚀容易溶解，在金属线和金属插塞的地方形成空隙，使得金属线和金属插塞之间产生开路，影响了形成器件的稳定性。

为此，本发明提供了一种用于监测水渍状缺陷的检测晶圆及检测方法，本发明的检测晶圆，包括晶圆；位于晶圆上的介质层；位于介质层中的若干钨金属插塞，所述钨金属插塞的表面与介质层的表面齐平。将本发明的检测晶圆对某一化学机械研磨机台设备进行监测时，当检测过程中如果有去离子水溅射到检测晶圆表面时，去离子水仍为液态，该溅射到检测晶圆表面的去离子水溶解钨金属插塞表面的钨盐，经过热板干燥、风干或自然干燥后，该去离子水经浓缩后形成含有钨盐的水渍状缺陷，通过缺陷检测设备可以检测到该水渍状缺陷，因而可以很快的判断该化学机械研磨机台是否存在问题，防止将在线产品在存在问题的化学机械研磨机台上进行相应的工艺，防止在该在线产品上形成的金属互连结构产生漏电现象或开路现象。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明， 示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

图1～图2为本发明实施例用于监测水渍状缺陷的检测晶圆的结构示意图；图3为本发明实施例进行水渍状缺陷的检测方法的流程示意图。

结合参考图1和图2，图2为图1沿切割线AB方向的剖面结构示意图，所述用于监测水渍状缺陷的检测晶圆，包括：

晶圆101；

位于晶圆上的介质层102；

位于介质层102中的若干钨金属插塞103，所述钨金属插塞103的表面与介质层102的表面齐平。

所述晶圆101的材料为硅(Si)、锗(Ge)、或硅锗(GeSi)、碳化硅(SiC)；也可以是绝缘体上硅(SOI)，绝缘体上锗(GOI)；或者还可以为其它的材料，例如砷化镓等Ⅲ-Ⅴ族化合物。本实施例中，所述晶圆101的材料为硅。

所述晶圆101用于形成检测晶圆，检测晶圆仅用于检测水渍状缺陷，在检测过程完成后，该检测晶圆经去离子水冲洗后还可以被再次利用。

本实施例中，所述晶圆101表面不会形成半导体器件，直接在晶圆101的表面上形成介质层102。所述介质层102的材料为氧化硅、氮氧化硅或其他合适的介质材料。

所述介质层102中形成有钨金属插塞103。在一实施例中，所述钨金属插塞103的形成过程为：刻蚀所述介质层102，在介质层102中形成若干刻蚀孔；在刻蚀孔中和介质层102表面形成钨金属层，所述钨金属层填充满刻蚀孔；以所述介质层102表面为停止层，采用化学机械研磨工艺平坦化所述钨金属层，在所述刻蚀孔中形成钨金属插塞；化学机械研磨工艺后，采用酸性溶液对晶圆101的表面进行第一清洗；第一清洗后，采用去离子水对晶圆101的表面进行第二清洗。

在化学机械研磨工艺对钨金属层进行平坦化形成金属插塞时，由于研磨 液中含有双氧水等成分，形成的钨金属插塞表面会形成氧化钨，化学机械研磨工艺后需要对基底进行第一清洗工艺和第二清洗工艺，第一清洗工艺采用酸性溶液，用于去除研磨残留物，酸性溶液进行清洗时会与氧化钨反应形成钨盐(钨盐中包括钨元素、氧元素和氢元素)，第二清洗工艺采用去离子水，用于去除第一清洗工艺时残留的酸性溶液和形成的反应物，第二清洗工艺后，仍会有部分钨盐残留(或粘附)在钨金属插塞的表面，该制作工艺形成的检测晶圆的表面是不会存在水渍状的缺陷，将该检测晶圆采用后续的检测方法可以用于检测生产用的化学机械研磨机台是否会溅射去离子水，若去离子水溅射到检测晶圆表面会形成含有钨盐的水渍状缺陷。

本发明的检测晶圆在作为一次检测工艺后，可以通过擦片清洗工艺清洗检测晶圆的表面，清洗完成后可以用于下一次检测工艺，因而可以实现检测晶圆的重复利用。虽然在下一次检测时没有化学机械研磨工艺在钨金属柱的表面形成氧化钨，但是由于该检测晶圆适于空气接触的，通过自然氧化也可以在钨金属柱的表面形成氧化钨，因而在进行检测时，钨金属柱的表面仍会残留(或粘附)部分钨盐，若有去离子水溅射到检测晶圆上，也会形成含有钨盐的水渍状缺陷，从而实现对化学机械研磨机台的监测。

由于去离子水溅射到检测晶圆上的位置存在较大的随机性，为了提高检测的精度，本实施例中，所述钨金属插塞在介质层中均匀分布，无论去离子水从哪个位置溅射，都会在检测晶圆上形成含有钨盐的水渍状缺陷。

在其他实施例中，所述晶圆被划分为若干区域，每个区域中具有若干钨金属插塞，不同区域中的钨金属插塞的分布相同，且每个区域中的钨金属插塞的分布与在线产品中的钨金属插塞分布是相同，从而可以更好的模拟再现产品在该化学机械研磨机台上是否会产生水渍状缺陷。

需要说明的是，所述钨金属插塞可以为其他的分布方式。

本发明实施例还提供了一种进行水渍状缺陷的检测方法，请参考图3，包括步骤:

步骤S201，提供检测晶圆；

步骤S202，在化学机械研磨机台上采用酸性溶液对检测晶圆的表面进行 第一清洗；

步骤S203，第一清洗后，采用去离子水对检测晶圆的表面进行第二清洗；

步骤S204，第二清洗后，检测检测晶圆的表面是否存在水渍状缺陷；

步骤S205，若检测到检测晶圆的表面不存在水渍状缺陷，则在该化学机械研磨机台上对在线产品上进行化学机械研磨工艺、第一清洗和第二清洗工艺。

下面对上述过程进行详细的描述。

进行步骤S201，提供检测晶圆。

提供的检测晶圆可以为一片或多片，检测晶圆的表面没有水渍状缺陷及其他缺陷。检测晶圆的具体结构请参考前述介绍，在此不再赘述。

步骤S202，在化学机械研磨机台上采用酸性溶液对检测晶圆的表面进行第一清洗。

所述化学机械研磨机台为需要检测其去离子水喷射方向是否异常的化学机械研磨机台。

在一实施例中，所述化学机械研磨机台包括研磨腔、第一清洗腔和第二清洗腔，研磨腔用于进行化学机械研磨工艺，第一清洗腔用于进行第一清洗工艺，第二清洗腔用于进行第二清洗工艺。

在开始检测时，化学机械研磨机台将晶圆盒中的检测晶圆传输到第一清洗腔，在第一清洗腔中采用酸性溶液对检测晶圆的表面进行第一清洗。

所述第一清洗时采用的酸性溶液为氢氟酸。第一清洗时，酸性溶液将钨金属插塞表面的氧化钨分解为钨盐。

第一清洗时的工艺参数与在线产品制作使得工艺参数相同，以使检测过程更好的模拟在线产品制作过程。

进行步骤S203，第一清洗后，采用去离子水对检测晶圆的表面进行第二清洗。

第二清洗采用去离子水，以去除第一清洗过程中酸性溶液和反应物，第 二清洗后，所述钨金属插塞表面仍会存在部分钨盐。

第二清洗时，去离子水通过喷嘴喷吐到检测晶圆上。

第二清洗时的工艺参数与在线产品制作使得工艺参数相同，以使检测过程更好的模拟在线产品制作过程。

在实际的制作工艺中，第二清洗时，去离子水是一直供应的，因而完成一片晶圆的清洗，可以直接进行第二片晶圆的清洗，以提高生产效率，但是由于一方面随着设备的不停使用，部分设备的去离子水的喷嘴可能会发生偏移，去离子水喷吐的位置会发生偏移，另一方面，由于产线上的多台化学机械研磨机台的去离子水均是通过同一供应端供应，供应端水压的变化会造成机台端去离子水的压力的波动，去离子水喷吐的位置也会发生偏移，因而在一片晶圆第二清洗步骤后，喷吐的去离子可能会再次溅射到该晶圆表面，从而在该晶圆表面上产生水渍状缺陷，因而本发明的检测方法可以检测某个化学机械研磨机台是否存在去离子水溅射的问题，在检测过程中，如果该化学机械研磨机台存在去离子水溅射的问题，相应的检测晶圆表面会形成水渍状缺陷。

第二清洗后，去离子水溅射到检测晶圆表面时，去离子水仍为液态，该溅射到检测晶圆表面的去离子水溶解钨金属插塞表面的钨盐，经过热板干燥、风干或自然干燥后，该去离子水经浓缩后在介质层区域形成含有钨盐的水渍状缺陷。

进行步骤S204，第二清洗后，检测检测晶圆的表面是否存在水渍状缺陷。

检测过程在缺陷扫描设备中进行，即在第二清洗后，将检测晶圆传送到缺陷扫描设备中，缺陷扫描设备对晶圆的表面进行扫描，查看是否存在水渍状缺陷。

在一实施例中，缺陷扫描设备通过识别相邻检测区域的图像差异性判断是否存在差异，由于水渍状缺陷中含有钨盐，因而水渍状缺陷区域的图像与相邻区域的图像存在较大的区别，很容易被缺陷扫描设备检测到。

步骤S205，若检测到检测晶圆的表面不存在水渍状缺陷，则在该化学机械研磨机台上对在线产品上进行化学机械研磨工艺、第一清洗和第二清洗工 艺。

若检测到检测晶圆的表面不存在水渍状缺陷，表面该监测的化学机械研磨机台能正常运行，因而在该化学机械研磨机台上对在线产品上进行化学机械研磨工艺、第一清洗和第二清洗工艺。

若检测到检测晶圆的表面存在水渍状缺陷，则该检测的化学机械研磨机台存在问题，不能进行在线产品的制作工艺，需要设备维护人员对该化学机械研磨机台进行维护或检修。

因而本发明的检测方法，可以对化学机械研磨机台是否存在去离子水的溅射问题进行监测，防止将在线产品在存在问题的化学机械研磨机台上进行相应的工艺，防止在该在线产品上形成的金属互连结构产生漏电现象或开路现象。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种进行水渍状缺陷的检测方法，所述检测方法用于检测化学机械研磨机台是否存在去离子水溅射的问题，其特征在于，包括：

提供检测晶圆，所述检测晶圆包括：晶圆；位于晶圆上的介质层；位于介质层中的若干钨金属插塞，所述钨金属插塞的表面与介质层的表面齐平；

在化学机械研磨机台上采用酸性溶液对检测晶圆的表面进行第一清洗；

第一清洗后，采用去离子水对检测晶圆的表面进行第二清洗，第二清洗后钨金属插塞表面存在钨盐；

第二清洗后，当去离子水再次溅射到检测晶圆表面时，所述溅射到检测晶圆表面的去离子水会溶解钨金属插塞表面的钨盐，在介质层区域形成含有钨盐的水渍状缺；

第二清洗后，检测检测晶圆的表面介质层区域是否存在水渍状缺陷，若检测到水渍状缺陷，则化学机械研磨机台存在去离子水溅射的问题。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述钨金属插塞在介质层中均匀分布。

3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述钨金属插塞的分布与在线产品中的钨金属插塞分布相同。

4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述钨金属插塞的表面具有氧化钨。

5.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述化学机械研磨机台包括研磨腔、第一清洗腔和第二清洗腔，研磨腔用于进行化学机械研磨工艺，第一清洗腔用于进行第一清洗工艺，第二清洗腔用于进行第二清洗工艺，若检测到检测晶圆的表面不存在水渍状缺陷，则在该化学机械研磨机台上对在线产品上进行化学机械研磨工艺、第一清洗和第二清洗工艺，若存在水渍状缺陷，则对化学机械研磨设备进行检修。

6.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述水渍状缺陷为第二清洗后，去离子水溅射到检测晶圆表面，经浓缩后形成。

7.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于，第一清洗时，酸性溶液将钨金属插塞表面的氧化钨分解为钨盐，第二清洗后，所述钨金属插塞表面仍会存在部分钨盐；第二清洗后，去离子水溅射到检测晶圆表面时，溅射到检测晶圆表面的去离子水溶解钨盐，该去离子水经浓缩后在介质层区域形成水渍状缺陷中含有钨盐。

8.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述第一清洗时采用的酸性溶液为稀释氢氟酸。