CN108063099B - 物理气相沉积机台对孔或沟槽的填充能力的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及物理气相沉积机台的检测方法，包括：取得物理气相沉积机台分别在偏压P1～Pn的条件下在平整表面进行铜沉积时各自的消减比EDR1～EDRn；将EDR1～EDRn分别与标准机台在相同偏压下的标准消减比进行一一对比，或将EDR1～EDRn与偏压P1～Pn拟合并建立关系式，将标准机台的最大极限消减比取值带入关系式，得出理论最大偏压，将物理气相机台的最大偏压取值与理论最大偏压比较，检测物理气相沉积机台对孔或沟槽的填充能力。本发明通过一种更为科学的方法对物理气相沉积机台的填充能力进行评估，评估方法简单，易操作，结果更为准确。

Description

物理气相沉积机台对孔或沟槽的填充能力的检测方法
技术领域
本发明涉及半导体的制造工艺领域，特别涉及物理气相沉积机台对孔或沟槽的填充能力的检测方法。
背景技术
随着半导体技术的不断发展，目前存储器制造技术已经逐步从简单的平面结构过渡到较为复杂的三维结构，三维存储器的技术研发是国际研发的主流之一。
在三维存储器中，用于连线的金属层沉积结构通常采用化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)工艺实现。其中物理气相沉积工艺为，在真空条件下，采用物理方法，将材料源表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。此项技术通过物理气相沉积机台(PVD机台)实现。
伴随半导体工艺尺寸的不断降低，用于连线的金属层沉积结构也越来越复杂，在沟槽或孔结构的金属铜填充中，对种子层PVD工艺的要求越来越大，因此如何去模拟PVD机台的填充能力，也就是偏压影响的稳定性，是产品质量把握的重点。
在当前先进机台的研发评估中，往往通过评估种子层的沉积质量来评估机台的填充能力，而种子层的沉积质量只能通过对结构片的实验和切片来测算种子层的台阶覆盖率进行评估。而结构片的区别会严重影响台阶覆盖率进而影响对机台填充能力的测评结果的的准确性。因此需要找到一种更能为稳定的衡量方法去检测PVD机台的填充能力。
发明内容
本发明的目的是为解决以上问题的至少一个，本发明提供
本发明的目的是为解决以上问题的至少一个，本发明提供一种物理气相沉积机台的检测方法。
一种物理气相沉积机台对孔或沟槽的填充能力的检测方法，包括以下步骤：
取得物理气相沉积机台分别在偏压P1～Pn的条件下在平整表面进行铜沉积时各自的消减比EDR1～EDRn。
将EDR1～EDRn分别与标准机台在相同偏压下的标准消减比进行一一对比，或将EDR1～EDRn与偏压P1～Pn拟合并建立关系式，将标准机台的最大极限消减比取值带入关系式，得出理论最大偏压，将物理气相机台的最大偏压取值与理论最大偏压比较，实现物理气相沉积机台对孔或沟槽的填充能力的检测。
其中，取得消减EDR1～EDRn的步骤包括：
在物理气相沉积机台中放置设有平整表面的基板。
设置沉积条件，不加偏压，对基板进行铜沉积，在平整表面形成基准铜薄膜。
测量基准金属薄膜的厚度或方块电阻为THK D。
更换基板。
保持沉积条件不变，先不加偏压进行铜沉积，当铜沉积的厚度等于基准铜薄膜的厚度时，再加入偏压P1继续沉积，在基板上沉积形成铜薄膜；
测量铜薄膜的厚度或方块电阻为THK DCE1。
根据公式EDR＝(THK DCE1-THK D)/THK D，计算偏压P1下物理气相沉积机台的消减比EDR1。
循环重复更换基板、形成铜薄膜、测量铜薄膜的厚度或方块电阻以及计算消减比的步骤，分别计算出各偏压P2～Pn下物理气相沉积机台的EDR2～EDRn(n为大于2的自然数)。
其中，n>5。
其中，测量基准铜薄膜的厚度的步骤和测量铜薄膜的厚度的步骤中，通过量测控片的方式对基准铜薄膜和铜薄膜的厚度进行测量。
其中，最大极限消减比取值为1。
其中，沟槽或孔的线宽为20～30nm。
本发明通过一种更为科学的方法对物理气相沉积机台的填充能力进行评估，评估方法简单，易操作，结果更为准确。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本发明实施方式的物理气相沉积机台的检测方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
PVD机台中，铜离子在偏压的作用下，会不断沉积在基板表面，与此同时也会有铜离子轰击基板表面的薄膜，并将附着在基板表面的原子向不同方向溅射出去，如图所示，此过程叫做铜的沉积蚀刻工艺(DCE)。
本发明利用这一工艺现象，通过量测控片的方式作出PVD铜的消减比(EDR)曲线，通过EDR曲线检测机台对于种子层台阶覆盖率可以达到的能力。
本发明提供一种物理气相沉积机台的检测方法。该检测方法具体包括以下步骤：
取得物理气相沉积机台分别在偏压P1～Pn的条件下在平整表面进行铜沉积时各自的消减比EDR1～EDRn。
将EDR1～EDRn分别与标准机台在相同偏压下的标准消减比进行一一对比，或将EDR1～EDRn与偏压P1～Pn拟合并建立关系式，将标准机台的最大极限消减比取值带入关系式，得出理论最大偏压，将物理气相机台的最大偏压取值与理论最大偏压比较，实现物理气相沉积机台对孔或沟槽的填充能力的检测。
取得消减EDR1～EDRn的步骤具体包括：在物理气相沉积机台中放置设有平整表面的基板；设置沉积条件，不加偏压，对基板一进行铜沉积，在平整表面形成基准铜薄膜；测量基准铜薄膜的厚度或者基准的方块电阻THK D；保持除偏压外的沉积条件不变，在基板二上分两步沉积，第一步沉积不加偏压，对基板进行铜沉积，当沉积厚度等于基准铜薄膜的厚度时，加入偏压P1进行第二步的铜沉积，并最终在基板上形成铜薄膜；测量铜薄膜的厚度或此时方块电阻THK DCE1；根据公式计算偏压P1下物理气相沉积机台的消减比EDR1，计算公式为EDR1＝(THK DCE1-THK D)/THK D；循环重复以上步骤，分别根据EDRx＝(THK DCEx-THK D)/THK D计算出偏压P2～Pn下的各消减比。
检测物理气相沉积机台对孔或沟槽的填充能力的步骤中，将EDR1～EDRn与偏压P1～Pn拟合并建立关系式，绘制填充能力曲线，将填充能力曲线与标准机台的填充能力曲线对比，两者相同时，待检测的物理气相沉积机台对20～30nm线宽的沟槽或孔具有达标的填充能力。或者建立关系式后，将标准机台的最大极限消减比取值带入关系式，得出理论最大偏压，将物理气相机台的最大偏压取值与理论最大偏压比较，如果该物理气相机台的最大偏压取值大于等于理论最大偏压，则该物理气相沉积机台对20～30nm线宽的沟槽或孔的填充能力达标。
经实验测算，多数情况下，只有在铜离化率高，偏压控制良好的工艺腔体中才可以做到EDR从0到1的范围，因此最大极限消减比取值为1。
在检测的过程中，当n>5时，能够保证检测结果足够准确。
在一个具体的实施例中，将n的取值设为13，将沉积条件设为：真空度5e10-8torr，直流溅射功率38KW，将形成基准铜薄膜的沉积时间设为15秒，形成基准铜薄膜后继续加偏压并最终形成铜薄膜的时间也设为15秒，以此条件为基础计算该物理气相沉积机台在各个偏压下的消减比数值，然后将各消减比数值与标准机台的消减比数值进行一一对比检测。经实验验证，该实施例最终的检测结果准确。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.物理气相沉积机台对孔或沟槽的填充能力的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
取得物理气相沉积机台分别在偏压P1～Pn的条件下在平整表面进行铜沉积时各自的消减比EDR1～EDRn；
将EDR1～EDRn分别与标准机台在相同偏压下的标准消减比进行一一对比，或
将EDR1～EDRn与偏压P1～Pn拟合并建立关系式，将标准机台的最大极限消减比取值带入关系式，得出理论最大偏压，将物理气相机台的最大偏压取值与理论最大偏压比较，检测物理气相沉积机台对孔或沟槽的填充能力；
其中，取得消减EDR1～EDRn的步骤包括：
在物理气相沉积机台中放置设有平整表面的基板；
设置沉积条件，不加偏压，对基板进行铜沉积，在平整表面形成基准铜薄膜；
测量基准铜薄膜的厚度或方块电阻为THK D；
更换基板；
保持沉积条件不变，先不加偏压进行铜沉积，当铜沉积的厚度等于基准铜薄膜的厚度时，再加入偏压P1继续沉积，在基板上沉积形成铜薄膜；
测量铜薄膜的厚度或方块电阻为THK DCE1；
根据公式EDR1＝(THK DCE1-THK D)/THK D，计算偏压P1下物理气相沉积机台的消减比EDR1；
循环重复更换基板、形成铜薄膜、测量铜薄膜的厚度或方块电阻以及计算消减比的步骤，分别计算出各偏压P2～Pn下物理气相沉积机台的EDR2～EDRn，n为大于2的自然数。
2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
n>5。
3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
测量基准铜薄膜的厚度的步骤和测量铜薄膜的厚度的步骤中，通过量测控片的方式对基准铜薄膜和铜薄膜的厚度进行测量。
4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
最大极限消减比取值为1。
5.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
所述沟槽或孔的线宽为20～30nm。
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