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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung von
Mikrostrukturen, etwa modernerintegrierter Schaltungen und betrifft
insbesondere die Herstellung und die zerstörungsfreie Untersuchung leitender
Strukturen, etwa von Metallgebieten und ihrer Eigenschaften während Belastungsbedingungen.
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Bei
der Herstellung moderner Mikrostrukturen, etwa integrierter Schaltungen,
gibt es ein ständiges
Bestreben, die Strukturgrößen der
Mikrostrukturelemente stetig zu reduzieren, um damit die Funktion dieser
Strukturen zu verbessern. Beispielsweise haben in modernen integrierten
Schaltungen die minimalen Strukturgrößen, etwa die Kanallänge von Feldeffekttransistoren,
den Bereich unter 1 μm
erreicht, wodurch das Leistungsverhalten dieser Schaltungen im Hinblick
auf Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme verbessert wird.
Wenn die Größe der einzelnen
Schaltungselemente mit jeder neuen Schaltungsgeneration reduziert
wird, wodurch beispielsweise die Schaltgeschwindigkeit der Transistorelemente
erhöht
wird, erhöht
sich auch der verfügbare
Raumbereich für
Verbindungsleitungen, die die einzelnen Schaltungselemente elektrisch
miteinander verbinden. Folglich müssen die Abmessungen dieser
Verbindungsleitungen verringert werden, um dem geringen Anteil an
verfügbaren
Platz und der erhöhten
Anzahl an Schaltungselementen, die pro Chipeinheitsfläche vorgesehen
sind, Rechnung zu tragen. Die geringere Querschnittsfläche der
Verbindungsleitungen, möglicherweise
in Verbindung mit einem Anstieg der statischen Leistungsaufnahme äußerst größenreduzierter
Transistorelemente, kann es erforderlich machen, dass mehrere gestapelte
Metallisierungsschichten vorgesehen werden, um die Erfordernisse
im Hinblick auf die tolerierbare Stromdichte in den Metallleitungen
zu erfüllen.
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Moderne
integrierte Schaltungen mit Transistorelementen mit einer kritischen
Abmessung von 0,13 μm
und weniger, können
jedoch deutlich erhöhte Stromdichten
in den einzelnen Verbindungsleitungen erfordern, trotz des Vorsehens
einer relativ großen Anzahl
an Metallisierungsschichten, auf Grund der großen Anzahl an Schaltungselementen
pro Einheitsfläche.
Das Betreiben der Verbindungsleitungen bei erhöhten Stromdichten kann jedoch
eine Reihe von Problemen nach sich ziehen, die mit belastungsinduzierter
Beeinträchtigung
der Leitung einhergehen, was schließlich zu einem vorzeitigen
Ausfall der integrierten Schaltung führen kann. Ein wichtiges Phänomen in
dieser Hinsicht ist der strominduzierte Materialtransport in Metallleitungen,
der auch als „Elektromigration" bezeichnet wird,
die zur Ausbildung von Hohlräumen
innerhalb und von Materialanhäufungen
angrenzend zur Metallleitung führen kann,
wodurch sich ein geringeres Leistungsverhalten und eine geringere
Zuverlässigkeit
oder ein vollständiger
Ausfall des Bauelements ergeben kann. Beispielsweise werden Aluminiumleitungen,
die in Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid eingebettet sind, häufig als
Metalle für
Metallisierungsschichten verwendet, wobei, wie zuvor erläutert ist,
moderne integrierte Schaltungen mit kritischen Abmessungen von 0,13 μm oder weniger,
deutlich geringere Querschnittsflächen der Metallleitungen und
damit erhöhte
Stromdichten erfordern, wodurch Aluminium zu einem wenig attraktiven
Metall für
die Herstellung von Metallisierungsschichten wird.
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Folglich
wird Aluminium zunehmend durch Kupfer und Legierungen davon ersetzt,
die einen deutlich geringeren spezifischen Widerstand aufweisen
und merkliche Elektromigrationseffekte bei deutlich höheren Stromdichten
im Vergleich zu Aluminium zeigen. Der Einsatz von Kupfer bei der
Herstellung von Mikrostrukturen und integrierten Schaltungen geht
mit einer Reihe schwieriger Probleme einher, die in der Eigenschaft
des Kupfers liegen, leicht in Siliziumdioxid und einer Vielzahl
von dielektrischen Materialien mit kleinem ε zu diffundieren und eine geringe Haftung
zu den Dielektrika mit kleinem ε aufzuweisen.
Um die erforderliche Haftung bereitzustellen und um die unerwünschte Diffusion
von Kupferatomen in empfindliche Bauteilgebiete zu vermeiden, ist
es daher für
gewöhnlich
erforderlich, eine Barrierenschicht zwischen dem Kupfer und dem
dielektrischen Material, in welchem die Kupferleitungen eingebettet
sind, vorzusehen. Obwohl Siliziumnitrid ein dielektrisches Material
ist, das in effizienter Weise die Diffusion von Kupferatomen verhindert,
ist die Auswahl von Siliziumnitrid als ein Zwischenschichtdielektrikumsmaterial
wenig wünschenswert,
da Siliziumnitrid eine moderat hohe Permittivität aufweist, wodurch die parasitäre Kapazität zwischen
benachbarten Kupferleitungen ansteigt. Folglich wird eine dünne leitende
Barrierenschicht, die dem Kupfer auch die erforderliche mechanische
Stabilität
verleiht, gebildet, um den Hauptanteil des Kupfers von den umgebenden
dielektrischen Material zu trennen und es wird lediglich eine dünne Siliziumnitridschicht
oder Siliziumkarbidschicht oder eine stickstoffangereicherte Siliziumkarbidschicht
in Form einer Deckschicht häufig
in Metallisierungsschichten auf Kupferbasis verwendet. Gegenwärtig sind
Tantal, Titan, Wolfram und deren Verbindungen mit Stickstoff und
Silizium und dergleichen bevorzugte Kandidaten für eine leitende Barrierenschicht,
wobei die Barrierenschicht zwei oder mehrere Teilschichten unterschiedlicher
Zusammensetzungen aufweisen kann, um damit die Erfordernisse im Hinblick
auf die Diffusionsreduzierung und die Hafteigenschaften zu erfüllen.
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Eine
weitere Eigenschaft des Kupfers, die es deutlich von Aluminium unterscheidet,
ist die Tatsache, dass Kupfer nicht in effizienter Weise in größeren Mengen
durch chemische und physikalische Dampfabscheideverfahren aufgebracht
werden kann, wozu sich die Tatsache gesellt, dass Kupfer nicht effizient
durch anisotrope Trockenätzprozesse strukturiert
werden kann, wodurch eine Prozessstrategie erforderlich ist, die üblicherweise
als Damaszener- oder Einlegetechnik bezeichnet wird. In dem Damaszener-Prozess
wird zunächst
eine dielektrische Schicht gebildet, die dann strukturiert wird,
so dass diese Gräben
und Kontaktlöcher
aufweist, die nachfolgend mit Kupfer gefüllt werden, wobei, wie zuvor erwähnt ist,
vor dem Einfüllen
des Kupfers eine leitende Barrierenschicht typischerweise an Seitenwänden der
Gräben
und Kontaktlöcher
gebildet wird. Das Abscheiden des Hauptanteils des Kupfermaterials
in die Gräben
und Kontaktdurchführungen
wird typischerweise durch nasschemische Abscheideprozesse, etwa
Elektroplattieren und stromloses Plattieren, bewerkstelligt, wodurch
das zuverlässige
Auffüllen von
Kontaktlöchern
mit einem Aspektverhältnis
von 5 oder höher
mit einem Durchmesser von 0,3 μm
oder deutlich weniger in Verbindung mit Gräben mit einer Breite im Bereich
von 0,1 μm
bis einigen Mikrometer erforderlich ist. Obwohl elektrochemische
Abscheideprozesse für
Kupfer auf dem Gebiet der Herstellung von Leiterplatten gut bekannt
sind, ist eine im Wesentlichen hohlraumfreie Auffüllung von
Kontaktlöchern
mit hohem Aspektverhältnis
eine äußerst komplexe
und herausfordernde Aufgabe, wobei die Eigenschaften der schließlich erhaltenen
Kupfermetallleitung deutlich von den Prozessparametern, Materialien
und der Geometrie der interessierenden Struktur abhängen. Da
die Geometrie von Verbindungsstrukturen durch die Entwurtserfordernisse
bestimmt ist und daher nicht wesentlich bei einer gegebenen Mikrostruktur
geändert
werden kann, ist es von großer
Wichtigkeit, den Einfluss von Materialien, etwa leitende und nicht
leitende Barrierenschichten der Kupfermikrostruktur und deren gegenseitige Wechselwirkung
auf die Eigenschaften der Verbindungsstruktur abzuschätzen und
zu steuern, um sowohl eine hohe Ausbeute als auch die erforderliche Produktzuverlässigkeit
sicherzustellen. Insbesondere ist es wichtig, Mechanismen für eine Beeinträchtigung
oder den Ausfall von Verbindungsstrukturen für diverse Konfigurationen zu
erkennen und zu überwachen,
um damit die Bauteilzuverlässigkeit
für jede neue
Bauteilgeneration oder für
jede neue Technologie beizubehalten.
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Ein
wichtiger Aspekt kupferbasierter Leitungen und Gebiete im Hinblick
auf das Leistungsverhalten ist die kristalline Struktur des Kupfers
und der Kupferlegierungen, da der effektive Widerstand der Kupferleitungen
deutlich von der Größe, der
Anzahl und der Orientierung der Kristallkörner in den Metallleitungen
abhängen
kann. Folglich können
die verwendeten Materialien und auch die Prozesse, etwa das Abscheiden
und der Abscheidung nachgeschalteter Prozesse einen deutlichen Einfluss
auf das Leistungsverhalten dieser Leitungen ausüben. Ferner können Betriebsbedingungen
ebenso die Kristallstruktur ändern,
wodurch auch ein Beitrag zur Beeinträchtigung des Leistungsverhaltens
entstehen kann. Andere beeinträchtigende
Prozesse, etwa belastungsinduzierter Materialtransport, beispielsweise Elektromigration,
können
die Kristallstruktur des Metalls beeinflussen. Daher werden große Anstrengungen
unternommen, um die Auswirkung von Metallkörnern auf das Gesamtleistungsverhalten
von Metallisierungsstrukturen zu untersuchen, wobei jedoch für gewöhnliche
komplexe und zerstörerische
Messprozeduren erforderlich sind. Folglich kann eine „direkte" Beobachtung durch
Prozesse und Materialien hervorgerufene Auswirkungen sowie durch
den Betrieb bedingte Einflüsse
auf die Kristallsstruktur der Metallleitungen zeitaufwendig sein,
insbesondere wenn das Leistungsverhalten mehrerer gestapelter Metallisierungsschichten
in ihrer Gesamtheit zu bewerten sind.
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Die
US 2003/0128809 A1 offenbart ein Verfahren zum Bewerten einer SOI-Halbleiterschicht,
die auf einer auf einem Halbleitersubstrat gebildeten Isolierschicht
angeordnet ist. Dazu werden Röntgenstrahlbeugungsmessungen
auf der SOI-Halbleiterschicht
und auf dem Halbleitersubstrat ausgeführt und auf der Grundlage der
beiden Messungen ein der SOI-Schicht entsprechendes Auswertebeugungsmuster
bestimmt.
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Die
US 2001/0043668 A1 offenbart ein Verfahren zum Messen von Dünnfilmeigenschaften
während
des Abscheidens des Dünnfilms
mittels reflektierter Röntgenstrahlung.
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Die
US 5 587 590 offenbart eine
Teststruktur mit einem Silizid, das einen Dünnfilm bildet, wobei die Breite
der Teststruktur kleiner als der Durchmesser der Silizidpartikel
ist. Mit der Teststruktur wird die Kristallstruktur des Dünnfilms
mittels eines Röntgenstrahlbeugungsverfahrens
ermittelt.
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Die
WO 2006/010091 A2 offenbart ein System zum Analysieren einer Kupfermetallisierung
mittels Röntgenfluoreszenzmessungen.
Dabei werden z. B. die Dicke, die Stufenbedeckung und die Gleichförmigkeit
von freiliegenden Schichten bestimmt.
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Da
moderne Mikrostrukturen, etwa schnelle Mikroprozessoren, zunehmend
komplexe Verbindungsstrukturen mit dichtliegenden Metallstrukturen bei äußerst reduzierten
Abmessungen erforderlich machen können, und da viele Inspektionsverfahren bereits
bis an ihre Grenzen ausgereizt sind, besteht ein Bedarf für verbesserte
oder alternative Techniken zum Untersuchen von gestapelten Metallisierungsschichten,
wobei eines oder mehrere der zuvor erkannten Probleme vermieden
oder deren Auswirkungen zumindest reduziert werden.
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik zum Überwachen
und/oder Untersuchen und/oder Steuern des Fertigungsprozesses für äußerst komplexe
Metallisierungsstrukturen, etwa Metallisierungsschichtstapel auf
Kupferbasis von modernsten integrierten Schaltungen, im Hinblick
auf Eigenschaften, die die Oberflächenbeschaffenheit betreffen,
etwa Größe und/oder
Orientierung von Metallkörnern
in entsprechenden Metallgebieten auf der Grundlage von Röntgenanalyse,
wobei eine oder mehrere Metallisierungsschichten der Messung in Anwesenheit
noch anderer Metallisierungsschichten des Metallstapels unterzogen
werden. Folglich können
physikalische Fehleranalysen und Zuverlässigkeitsstudien äußerst komplexer
Metallisierungsstrukturen, die typischerweise auf der Grundlage
von mikroskopischen Verfahren mit geladenen Teilchen durchgeführt werden,
auf der Grundlage einer Röntgenanalyse
ausgeführt
werden, wodurch im Wesentlichen negative Einflüsse auf die Eigenschaften des Metallisierungsstapels,
die durch den Messprozess selbst hervorgerufen werden, vermieden
werden können.
Beispielsweise können
in äußerst komplexen
Metallisierungsschichtstapeln auf Kupferbasis mit dielektrischen
Materialien mit kleinem ε typischerweise
konventionelle Messprozesse auf der Grundlage der Mikroskopie mit
geladenen Teilchen, etwa SEM (Rasterelektronenmikroskopie) zu einer
deutlichen Deformation führen,
wodurch möglicherweise unzuverlässige Messergebnisse
erzeugt werden und auch deutliche Einschränkungen im Hinblick auf die Messstrategie
auf Grund der wesentlichen „Undurchsichtigkeit" oberer Schichten
bei Betrachtung dazwischenliegender Metallisierungsschichten auferlegt sind.
Folglich werden erfindungsgemäß die Eigenschaften
von Röntgenstrahlen,
d. h. ihre Fähigkeit, weit
in den Metallisierungsstapel einzudringen, ausgenutzt, um eine im
Wesentlichen dreidimensionale Information zu erhalten, die Daten
im Hinblick auf die Korngröße und/oder
Kornorientierung der diversen Metallisierungsschichten mit einschließen. Auf
der Grundlage dieser dreidimensionalen Messdaten wird eine „Datenreduktion" ausgeführt, um
die gewünschte
Oberflächenstrukturinformation
in einer im Wesentlichen zweidimensionalen Weise zu erhalten, um damit
das Abschätzen
oberflächenspezifischer
Eigenschaften einer oder mehrerer Metallisierungsschichten des Metallstapels
zu ermöglichen.
Folglich kann die Fähigkeit
des hohen Eindringvermögens der
Röntgenstrahlung
vorteilhaft ausgenutzt werden, um kristallographische Informationen
zu ermitteln, während
andererseits durch geeignete Datenreduktion unerwünschte Informationen
unterdrückt
werden, um damit die Möglichkeit
zu schaffen, kristallographische Informationen in einer „schichtauflösenden" Weise zu ermitteln.
Ferner kann auf Grund der Vorteile der Röntgenanalyse im Hinblick auf
die Probenpräparation,
d. h. der entsprechende Metallisierungsschichtstapel kann vollständig funktionsfähig bleiben, die
Untersuchung belastungsinduzierter Mechanismen für die Leistungsbeeinträchtigung
effizient ausgeführt
werden, wobei entsprechende Messdaten ohne oder nur mit geringer
Verzögerung
erhalten werden können,
wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, Bauteilbeeinträchtigungseffekte
in einer äußerst zeitaufgelösten Weise
zu studieren und/oder die Messdaten für eine effiziente Prozesssteuerung beim
Einstellen der Kristallstruktur der Metallisierungsschichten während des
entsprechenden Fertigungsprozesses zu verwenden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wir durch ein Verfahren nach
Anspruch 1 gelöst.
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Weiterbildungen
des Verfahrens sind in den angefügten
Patentansprüchen
definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert
wird, in denen:
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1a schematisch
eine Querschnittsansicht einer Metallisierungsstruktur, etwa ein
Stapel aus Metallisierungsschichten auf Kupferbasis einer integrierten
Schaltung zeigt, die einer Röntgenstrahlanalyse
in Bezug auf Oberflächenbeschaffenheit
unterliegt;
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1b schematisch
eine Draufsicht einer Metallisierungsschicht mit Metallgebieten
zeigt, deren Korngröße und/oder
Orientierung auf der Grundlage einer Analysetechnik gemäß dem vorliegenden Verfahren
ermittelt werden;
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1c schematisch
eine Querschnittsansicht eines Metallisierungsstapels zeigt, mit
mehreren Schichten während
des Einfalls eines Röntgenstrahls
zur Analyse von mit der Kristallstruktur in Beziehung stehenden
Eigenschaften einer oder mehrerer Metallisierungsschichten
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1d schematische
eine Querschnittsansicht eines Mikrostrukturbauelements mit einer
einzelnen Metallisierungsschicht zum Ermitteln von Messdaten zeigt
die sich auf oberflächenbezogene Eigenschaften
beziehen;
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1e schematisch
eine Querschnittsansicht des Mikrostrukturbauelements mit zwei gestapelten
Metallisierungsschichten zeigt, zum Ermitteln weiterer Messdaten,
die in Verbindung mit den zuvor erhaltenen Messdaten verwendet werden;
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1f schematisch
einen Datenmanipuliervorgang in vereinfachter Form zeigt, um manipulierte Daten
mit Informationen über
Textureigenschaften einer einzelnen Schicht des Stapels aus 1e zu
ermitteln;
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2 schematisch
ein System zum Abschätzen
von texturspezifischen Eigenschaften eines Metallisierungsstapels
unter spezifizierten Belastungsbedingungen zeigt; und
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3 schematisch
eine spezielle Fertigungsumgebung zur Herstellung einer gestapelten Metallisierungsstruktur
zeigt, wobei mindestens ein Prozessparameter auf der Grundlage der
texturspezifischen Information gesteuert wird, die aus einer oder
mehreren Metallisierungsstrukturen ermittelt wird, die in der Fertigungsumgebung
hergestellt wird.
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Im
Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung eine Technik bereit,
um Information im Hinblick auf texturspezifische Eigenschaften einer
Metallisierungsschicht zu ermitteln, die eine von mehreren Metallisierungsschichten
in einer entsprechenden Metallisierungsstruktur ist. Die Information
wird auf der Grundlage von Röntgenstrahlmessdaten
ermittelt, die in geeigneter Weise so manipuliert werden, um das
Herauslösen
schichtspezifischer Informationen zu ermöglichen, ohne dass eine Probenpräparation zum
Entfernen oder zum anderweitigen Manipulieren des Aufbaus der darunter
liegenden Metallisierungsschichten erforderlich ist. Folglich kann
ein hohes Maß an
Authentizität
der herausgelösten
Information, die die texturspezifischen Eigenschaften betrifft,
etwa die Verteilung von Kornorientierungen der Metallgebiete, und
dergleichen, erreicht werden, da die entsprechenden Metallisierungsstrukturen
vollständig funktionsfähig bleiben
können,
während
gleichzeitig negative Einflüsse
des Messvorgangs selbst auf die Eigenschaften des Metallisierungsstapels
deutlich reduziert werden. Wie zuvor erläutert ist, werden in sehr modernen
Mikrostrukturbauelementen, etwa Mikroprozessoren, komplexen ASIC's, oder anderen integrierten
Schaltungen äußerst leitende
Metalle, etwa Kupfer, Kupferlegierungen und dergleichen verarbeitet, möglicherweise
in Verbindung mit entsprechenden leitenden und dielektrischen Barrierenschichten, – typischerweise
in Verbindung mit dielektrischen Materialien mit kleinem ε –, wobei
Materialien, Prozessverfahren und Umgebungsbedingungen während des
Betriebs des fertiggestellten Halbleiterbauelements das Verhalten
der entsprechenden Metallisierungsstruktur deutlich beeinflussen
können. Beispielsweise
sind belastungsinduzierte leistungsbeeinträchtigende Mechanismen, etwa
Elektromigration und dergleichen, obwohl diese intensiv studiert werden, äußerst komplex
und sind typischerweise noch nicht vollständig verstanden, wodurch aussagekräftige und
relevante Informationen im Hinblick auf die gegenseitigen Einflüsse von
Materialien, Prozessen und Betriebsbedingungen auf die Zuverlässigkeit der
betrachteten Metallisierungsstruktur erforderlich sind. Insbesondere
die kristalline Struktur der Metallleitungen in modernen integrierten
Schaltungen, die typischerweise Kupfer als Hauptkomponente aufweisen, üben einen
zunehmend wichtigen Einfluss aus, wenn die Strukturgrößen von
Metallleitungen verringert werden. Somit ist der Einfluss von Materialien, Prozessverfahren
und Betriebsbedingungen im Hinblick auf die Kristallstruktur der
entsprechenden Kristallstrukturen von großer Wichtigkeit für die Verbesserung
des Leistungsverhaltens und der Zuverlässigkeit gegenwärtig existierender
und künftiger
Halbleiterbauelemente. Da die Röntgenanalyse
zur tiefen Sondierung von Metallisierungsstrukturen ohne wesentliche
negative Einflusse auf die Metallleitungen und die in den entsprechenden
Metallisierungsschichten vorgesehenen dielektrischen Materialien bietet,
können
texturspezifische Eigenschaften unter einer Vielzahl an Bedingungen
untersucht werden, wobei die „Datenreduktion" des vorliegenden
Verfahrens das Herauslösen
der Information für
eine spezielle
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Metallisierungsebene
ermöglicht,
selbst wenn mehrere weitere Metallisierungsschichten vorhanden sind.
Somit können
wertvolle Informationen im Hinblick auf die Kornverteilung, Korngröße und dergleichen
in einer zuverlässigen
aber dennoch raschen und effizienten Weise ermittelt werden.
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Es
sollte beachtet werden, dass das Verfahren insbesondere vorteilhaft
ist im Zusammenhang mit Verbindungsstrukturen auf Kupferbasis, da
diese Strukturen vorzugsweise in modernen Mikrostrukturen, etwa
schnellen und leistungsstarken Mikroprozessoren eingesetzt werden,
wobei insbesondere die Problematik der Elektromigration deutlich
die weiteren Entwicklungen bei der Herstellung moderner integrierter
Schaltungen beeinflussen können.
Die Prinzipien des Verfahrens können
jedoch effizient auf beliebige Mikrostrukturen angewendet werden,
in denen belastungsinduzierte Materialtransportphänomene deutlich
die Betriebsweise und die Zuverlässigkeit
der Mikrostruktur beeinflussen können.
Folglich können
belastungsinduzierte Materialtransportprobleme und ihre Einflusse
auf Textureigenschaften von Materialien in effektiver Weise für eine beliebige
Art interessierender leitender Materialien, etwa Metalle, Metalllegierungen
oder Metallverbindungen untersucht werden, die in aktuellen und
künftigen
Mikrostruktursystemen eingesetzt werden. Des Verfahren sollte daher
nicht als auf Verbindungsstrukturen auf Kupferbasis eingeschränkt werden,
sofern derartige Einschränkungen
nicht explizit in speziellen Ausführungsformen dargelegt sind.
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Bekanntlich
ist die Beeinträchtigung
eingelegter, d. h. eingebetteter, Metallleitungen mit dem gerichteten
Materialtransport in der Leitung verknüpft. Der Gradient des elektrischen
Potentials verleiht den wandernden Atomen eine bevorzugte Richtung
zur Anode. Lokale Temperaturspitzen, die durch erhöhte elektrische
Stromdichten hervorgerufen werden, führen zu Temperaturgradienten
während
des Betriebs eines Mikrostrukturbauelements, und daher ist auch
die temperaturbedingte Materialwanderung eng mit der Elektromigration
verwandt. Ferner können
auch mechanische Spannungsgradienten einen deutlichen Einfluss auf
die Eigenschaften von Metallleitungen und damit auf ihre Kristallstruktur
ausüben. Da
die Größe und die
Orientierung von Körnern
innerhalb der Metallleitungen deutlich deren Eigenschaften im Hinblick
auf das Leistungsverhalten und die Zuverlässigkeit wesentlich bestimmen
können, müssen auch
die Prozessverfahren zur Herstellung der Metallleitungen sowie der
beteiligten Materialien gründlich überwacht
und gesteuert werden, um die Bauteilzuverlässigkeit und die Leistungsfähigkeit
beizubehalten. Folglich stellt die vorliegende Erfindung in einigen
Aspekten die Möglichkeit
für eine
sensible Prozesssteuerung oder Überwachung
auf der Grundlage statistisch relevanter Informationen oder für das Studium
von texturspezifischen Änderungsmechanismen
für äußerst authentische
Proben bereit, die somit das Verständnis vieler Aspekte der Technologie
der Verbindungsstrukturen und von Bauteilfehlern, die mit reduzierter
Zuverlässigkeit
in Beziehung stehen, in Verbindungsstrukturen verbessern. Dazu werden
voll eingebettete und funktionsfähige
Verbindungsstrukturen oder Zwischenformen davon mit mehreren Metallisierungsebenen
speziellen Belastungsbedingungen unterzogen, während texturspezifische Eigenschaften
der Verbindungsstruktur in räumlich
hoch aufgelöster
Weise überwacht
werden, d. h. es wird Information der Verteilung von Teilkornorientierungen
in einer „schichtaufgelösten" Weise bereitgestellt.
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Da
die Analyse auf Röntgenstrahltechnologie
beruht, wird ein geringer Einfluss auf das Funktionsverhalten der
Probe sowie eine rasche Datensammlung erreicht, wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, um in effizienter Weise selbst subtile Änderungen
der Kornstruktur der Metallverbindungsleitungen während des
Betriebs zu visualisieren. Ferner bieten diese Eigenschaften der
erfindungsgemäßen Messtechnik
auch die Möglichkeit,
wichtige Informationen über
die „Qualität" der entsprechenden
Fertigungssequenz zum Herstellen einer speziellen Art von Metallisierungsstruktur
zu ermitteln, wodurch eine effiziente Prozesssteuerung ermöglicht wird,
da die von der Kristallstruktur der entsprechenden Metallebene gewonnene
Information sogar in Form einer „linieninternen" Messdateninformation
bereitgestellt werden kann.
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1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht eines Mikrostrukturbauelements 100,
das in einigen anschaulichen Ausführungsformen eine Teststruktur
repräsentieren
kann, die für
die Herstellung modernster integrierter Schaltungen verwendet wird, oder
die einen Teil eines tatsächlichen
Halbleiterbauelements repräsentieren
kann. Das Mikrostrukturbauelement 100 umfasst ein Substrat 101,
etwa ein Halbleitersubstrat oder ein anderes geeignetes Trägermaterial
zur Herstellung entsprechender Schaltungselemente einer integrierten
Schaltung darin und darauf. In anderen Fällen kann das Substrat 101 als ein
Träger
für eine
gestapelte Metallisierungsstruktur 150 dienen, die darauf
ausgebildet wird. Die gestapelte Metallisierungsstruktur 150 umfasst
mehrere einzelne Metallisierungsschichten 110A, ..., 110N, wobei
die Zahl N der Metallisierungsschichten 110 von Bauteil-
und Prozesserfordernissen abhängen kann.
Beispielsweise kann die Anzahl der Metallisierungsschichten 110A,
..., 110N von zwei bis zehn reichen, wobei z. B. für äußerst komplexe
Mikroprozessoren auf Kupferbasis ungefähr 5 bis 10 Metallisierungsschichten 110A,
..., 110N, typischerweise vor henden sind. Jede der Metallisierungsschichten 110A,
..., 110N, umfasst ein oder mehrere Metallgebiete 111,
die in anschaulichen Ausführungsformen Kupfer
oder Kupferlegierungen aufweisen, oder andere gut leitende Materialien
besitzen. Beispielsweise sind in Metallisierungsstrukturen auf Kupferbasis typischerweise
die Metallgebiete 111 durch leitende und/oder dielektrische
Barrierenschichten 112 eingeschlossen, wobei leitende Barrierenschichten
gut bewährte
Materialien aufweisen können,
etwa Tantal, Tantalnitrid, Titan, Titannitrid, Wolfram, Wolframnitrid, Kobalt/Wolfram/Phosphor-Verbindungen,
Kobalt/Wolfram/Bor-Verbindungen, und dergleichen. Z. B. kann eine
leitende Barrierenschicht 112 und eine dielektrische Deckschicht 113,
die z. B. aus Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, stickstoffangereichertem
Siliziumkarbid oder Kombinationen davon aufgebaut ist, für die Metallgebiete 111 in
der ersten Metallisierungsschicht 110 vor handen sein.
Als ein weiteres Beispiel kann eine leitende Deckschicht 114 in
Verbindung mit der leitenden Barrierenschicht 112 für die Metallgebiete 111 der
zweiten Metallisierungsschicht 110b vor handen sein, um
diverse Entwurfsmöglichkeiten
für die
gestapelte Metallisierungsstruktur 150 zu demonstriere
Des weiteren können
die Metallgebiete 111 in diversen Metallisierungsschichten 110A, ..., 110n eine
beliebige geometrische Konfiguration aufweisen, wie sie durch die
Entwurfsregeln vorgegeben ist, wobei jedoch der wesentliche Bereich
des Metallmaterials in den diversen Gebieten 111 in Form von
Metallleitungen und Metallplatten vorgesehen ist, während nur
ein kleiner Anteil des Metallmaterials in den entsprechenden Kontaktdurchführung 115 enthalten
ist. Ferner weist jede der Metallisierungsschichten 110A,
..., 110N eine dielektrische Schicht 116 auf,
in der die Metallgebiete 111 eingebettet sind, wobei abhängig von
den Bauteilerfordernissen die dielektrischen Schichten 116 eine
unterschiedliche Konfiguration besitzen können und gut erprobte dielektrische
Materialien aufweisen, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid,
Siliziumkarbid, und dergleichen, möglicherweise in Verbindung
mit dielektrischen Materialien mit kleinem ε, die eine relative Permittivität von 3,0
und deutlich weniger besitzen. Es sollte beachtet werden, dass obwohl
das Mikrostrukturbauelement 110 eine spezielle Teststruktur repräsentieren
kann, die auf speziellen Testscheiben oder auf Produktscheiben an
speziellen Positionen hergestellt ist, etwa in Schneidelinien und
dergleichen, die Konfiguration des Metallisierungsschichtstapels 150 ein
hohes Maß an Ähnlichkeit
mit einer entsprechenden Metallisierungsstruktur eines tatsächlichen
Produktbauelements besitzt, um damit eine hohe Authentizität für Messdaten
zu liefern, die auf der Grundlage der Struktur 100, wie
sie in 1a gezeigt ist, gewonnen werden.
D. h., obwohl die diversen Metallisierungsschichten 110A,
..., 110N gestaltet sein können, um in einigen anschaulichen Ausführungsformen
den Betrieb der Struktur 150 gemäß einem speziellen Testablauf
zu ermöglichen, können dennoch
die entsprechenden Komponenten jeder Metallisierungsschicht in Übereinstimmung
mit Entwurfsregeln tatsächlicher
Bauelemente hergestellt werden. In anderen anschaulichen Ausführungsformen
kann, wenn die elektrische Funktionsfähigkeit der Struktur 150 zum
Ermitteln der gewünschten
Information nicht erforderlich ist, die Gestaltung der Metallisierungsstruktur 150 identisch
sein zu jener tatsächlicher
Produktbauelemente.
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Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung des Mikrostrukturbauelements 100,
wie es in 1a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen, wobei der Einfachheit halber die Herstellung
lediglich einer einzelnen Metallisierungsschicht, beispielsweise
der Schicht 110a, detaillierter beschrieben wird. Somit
wird nach der Herstellung von Schaltungselementen oder anderen Mikrostrukturelementen
in und auf dem Substrat 101, wenn das Substrat 101 ein Produktsubstrat
repräsentieren
soll, in welchem das Bauelement 100 herzustellen ist, die
dielektrische Schicht 116 auf der Grundlage geeigneter
Techniken gebildet. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht 116 eine
dielektrische Ätzstoppschicht
(nicht gezeigt) aufweisen, die während
des Strukturierens des dielektrischen Materials zur Herstellung
von Kontaktlöchern,
etwa für
die Kontaktdurchführung 115 in der
zweiten Metallisierungsschicht 110b, verwendet werden kann,
wobei gut etablierte Abscheideverfahren, etwa plasmaunterstützte CVD
(chemische Dampfabscheidung) und dergleichen eingesetzt werden können. Danach
wir die Schicht 116 in einem oder mehreren Fertigungsschritten,
abhängig
von der Konfiguration der Schicht 116, gebildet, wobei
die Herstellung der Metallgebiete 111 nach dem Strukturieren
der dielektrischen Schicht 116 durchgeführt werden kann, oder vor dem
Bilden der Schicht 116 durchgeführt werden kann, wenn die Metallgebiete 111 zunächst in
einem Opfermaterial hergestellt werden, das dann nach der Herstellung
der Metallgebiete 111 entfernt wird. In jedem Falle kann
ein geeignetes Material eingesetzt werden, etwa Polymermaterialien,
poröse
dielektrische Materialien auf Siliziumbasis, und dergleichen. Die
leitende Barrierenschicht 112, falls diese vorgesehen ist,
kann durch geeignete Fertigungsverfahren hergestellt werden, etwa
physikalische Dampfabscheidung, Sputter-Abscheidung, chemische Dampfabscheidung,
ALD (Atomlagenabscheidung), elektrochemische Abscheidung, und dergleichen.
Danach wird das hochleitende Metall auf der Grundlage einer geeigneten
Technik abgeschieden, wobei für
Metallisierungsstrukturen auf Kupferbasis typischerweise elektrochemische
Abscheideverfahren, etwa Elektroplattieren, stromloses Plattieren,
und dergleichen, eingesetzt werden. Während der Herstellung der Metallgebiete
können
die entsprechenden Prozessverfahren einen wesentlichen Einfluss
auf die schließlich
erhaltene Kristallstruktur des Metalls in den Gebieten 111 im
Hinblick auf die Korngröße und/oder
Kornorientierung ausüben.
Beispielsweise wird häufig
eine sogenannte Saatschicht vor dem Abscheiden des Hauptanteils des
Materials durch Elektroplattieren verwendet, wobei die Eigenschaften
der Saatschicht deutlich die Kristallstruktur des resultierenden
Metalls beeinflussen können.
Beispielsweise kann durch CVD abgeschiedenes Kupfer, trotz des vorteilhaften
Verhaltens im Hinblick auf die Stufenbedeckung, zu einem Kupfer
führen,
das im Hinblick auf die Kristallstruktur ungünstiger ist im Vergleich zu
einer durch Sputter-Abscheidung gebildeten Saatschicht. Des weiteren
können
der elektrochemische Abscheideprozess selbst sowie der Abscheidung
nachgeschaltete Prozesse ebenso die schließlich erhaltene Kristallstruktur
beeinflussen. Beispielsweise wird nach dem Abscheiden des entsprechenden
Metalls, etwa Kupfer, typischerweise überschüssiges Material auf der dielektrischen
Schicht 116 ausgebildet, das danach auf der Grundlage elektrochemischer Ätzverfahren
und/oder CMP (chemisch-mechanisches Polieren) entfernt wird, wodurch
eine hohe mechanische Belastung auf die resultierende Metallgebiete
ausgeübt
werden kann, insbesondere bei dielektrischen Materialien mit kleinem ε in der Schicht 116,
da diese dielektrischen Schichten mit kleinem ε typischerweise eine deutlich geringere
mechanische Stabilität
aufweisen. Somit können
nach dem Abscheiden und möglicherweise nach
einem CMP geeignete Ausheizprozesse ausgeführt werden, um die Kristallstruktur
der resultierenden Metallgebiete 111 zu verbessern.
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1 b zeigt schematisch eine Draufsicht des
Bauelements 100, wobei mehrere Metallgebiete 111,
beispielsweise in Form von Leitungen, vorgesehen sind. Nach der
zuvor beschriebenen Prozesssequenz besitzen die Metallleitungen 111 eine
spezielle Textur, d. h. das Metall in den Leitungen 111 besitzt eine
Vielzahl von Metallkörnern 117,
die einen mehr oder weniger kristallinen Bereich repräsentieren.
Typischerweise ist eine Breite der Metallleitung 111 deutlich
kleiner als 1 μm,
zumindest in tieferliegenden Metallisierungsschichten, etwa den
Schichten 111a, 111b in modernen Halbleiterbauelementen,
während die
Länge der
Metallleitung 111 einige 10 μm betragen kann. Häufig ist
es im Hinblick auf das elektrische Verhalten wünschenswert, eine reduzierte
Anzahl an Kristallkörnern 117 innerhalb
einer einzelnen Metallleitung 111 vorzusehen, um Streuereignisse
für die
Ladungsträger
an Korngrenzen 117a zu reduzieren. Folglich werden während des
Herstellens der diversen Metallisierungsschichten 110A,
..., 110N Prozessverfahren ggf. angewendet, um die Anzahl
der Korngrenzen 117 zu reduzieren, d. h., um die Größe der einzelnen
Kristallkörner 117 in
jeder Metallleitung 111 zu vergrößern. Ferner kann das Verhalten
der Metallleitung 111 auch von der Kristallorientierung der
entsprechenden Körner 117 abhängen, da
unterschiedliche kristallographische Orientierungen im Hinblick
auf die Längenrichtung
oder senkrecht dazu ebenso deutlich die Eigenschaften in Bezug auf
den Ladungsträgertransport
und/oder belastungsinduzierte beeinträchtigende Auswirkungen, etwa
Elektromigration, beeinflussen können.
Beispielsweise können
für Metallisierungsschichten
auf Kupferbasis die Leitungen 111 Kupferkörner 117 mit
einer kristallographischen Orientierung (111) senkrecht
zur Zeichenebene aus 1b aufweisen, die einen höheren Widerstand
für Elektromigration
besitzen als andere Orientierungen der Kupferkristalle. Folglich
ist es wichtig, die Eigenschaften der Metallkörner 117 während des
komplexen Vorgangs der Fertigung dieser Leitungen und/oder während des
Betriebs des Bauelements 100 zu überwachen, wobei ein Einfluss der
Messtechnik auf die gewonnenen Informationen möglichst klein gehalten werden
soll, um ein hohes Maß an
Authentizität
zu erzeugen, wodurch konventionelle Verfahren auf der Grundlage
geladener Teilchen wenig effizient sind auf Grund der geringen Eindringtiefe,
die eine aufwendige Probenpräparation erfordert,
die in Verbindung mit der physikalischen Wechselwirkung der geladenen
Teilchen deutlich die Gesamtkonfiguration der Probe beeinflussen
kann.
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1c zeigt
schematisch das Mikrostrukturbauelement 100, wobei die
Metallisierungsstruktur 150 beispielsweise 6 Metallisierungsschichten
aufweist, die auch als M1, ..., M6 bezeichnet sind, die den Schichten 110A,
..., 110N entsprechen können, wie
sie zuvor mit Bezug zu den 1a und 1b, dargestellt
und erläutert
sind. Beispielsweise kann die Metallisierungsstruktur 150 gemäß den Entwurfsregeln
hergestellt sein, die jenen der entsprechenden Metallisierungsschichten
von integrierten Schaltungen auf Kupferbasis entsprechen, und dergleichen. Folglich
haben in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Metallisierungsschichten
M1, ..., M6 die gleichen Fertigungssequenzen, Messprozesse, und
dergleichen, durchlaufen, wie Bauelemente auf Produktsubstraten,
oder das Mikrostrukturbauelement 100 kann auch auf einem
Produktsubstrat an entsprechenden Testpositionen vorgesehen sein, während in
anderen Ausführungsformen
die Struktur 100 ein Produktbauelement repräsentiert,
das für Testzwecke
verwendet wird. Für
einen Röntgenstahl repräsentiert
die Metallisierungsstruktur 150 eine dreidimensionale Struktur,
die mehrere Metallgebiete, die den Metallgebieten 111 und
zu einem gewissen Maße
den Kontaktdurchführungen 115 entsprechen,
und das dielektrische Material enthält, das in den diversen dielektrischen
Schichten 116 und eventuellen dielektrischen Deckschichten,
etwa der Schicht 113, vorhanden ist. Folglich unterliegt
ein Röntgenstrahl 160,
der auf das Bauelement 100 auftrifft, einer Wechselwirkung
mit dem in der Struktur 150 enthaltenen Material, wobei
die Art der Wechselwirkung deutlich von den Eigenschaften der diversen Materialien
sowie von den Eigenschaften des einfallenden Röntgenstrahls 160 abhängt. Beispielsweise wird
für moderat
hohe Strahlenergien von einigen keV, wie sie typischerweise zum
Ausführen
einer kristallographischen Analyse von Materialien erforderlich
ist, eine Eindringtiefe des Strahls 160 größer oder
vergleichbar zu der Dicke der Metallisierungsstruktur 150 sein,
wodurch eine Vielzahl reflektierter oder gestreuter und durchgelassener
Strahlen 161, 162 erzeugt wird, die mit der Metallisierungsstruktur 150 bei
unterschiedlichen Dicken in Wechselwirkung traten. Beispielsweise
wird die oberste Metallisierungsschicht M6 oder 110n von
dem eintreffenden Röntgenstrahl 160 als
eine Materialoberfläche „gesehen", die ein Metall
mit einer Vielzahl dann ausgebildeter Metallkristallkörner, etwa
den Körnern 117,
aufweist, die eine spezielle Größe und Orientierung
aufweisen. Folglich kann ein Teil des einfallenden Strahls 160 mit
der kristallographischen Struktur in den Körnern 117 wechselwirken,
wodurch ein reflektierter oder gestreuter Strahl für einen
speziellen Einfallswinkel für
eine spezielle Strahlenergie, d. h. Wellenlänge, erzeugt wird, wenn eine
gewisse Gesamtheit an Kristallebenen die Bragg-Bedingung erfüllt. Auf
Grund der begrenzten Dicke der obersten Metallisierungsschicht 110N kann
der Hauptanteil des einfallenden Strahls 160 weiter in
die Struktur 150 eindringen, wodurch weitere Metallkristallkörner angetroffen
werden, die ebenso mit dem einfallenden Strahl wechselwirken, um
damit reflektierte und gestreute Strahlkomponenten zu erzeugen.
Es sollte beachtet werden, dass andere Materialkomponenten, etwa
die dielektrischen Materialien, mit dem eintreffenden Strahl wechselwirken
können,
wodurch ebenso Sekundärstrahlung
erzeugt wird, die in den Strahlen 161 und 162 enthalten
ist. Folglich kann die Gesamtheit der Strahlen 161, 162,
die von einem geeigneten Detektor empfangen werden, etwa Halbleiterdetektoren,
und dergleichen, Informationen im Hinblick auf die Gesamtheit des
Stapels 150 enthalten, die auch Information über die
Wechselwirkungsantwort der einzelnen Schichten 110a, ..., 110n auf den
einfallenden Strahl 160 oder die entsprechenden Bereiche
davon nach der Wechselwirkung in der Struktur 150 enthält. Um Information über texturspezifische
Eigenschaften der Metallisierungsstruktur 150 in einer
räumlich
lokalisierteren Weise zu ermitteln, wird die „dreidimensionale" Information, die
die Reaktion eines gewissen Volumens der Struktur 150 wiedergibt
und in den Strahlen 161, 162 enthalten ist, „reduziert", um eine im Wesentlichen „zweidimensionale" Information zu erhalten,
die eine Information über
im Wesentlichen einen horizontalen „Schnitt" der Struktur 150 repräsentieren
kann. Beispielsweise können
die Gesamtheit der Strahlen 161 erfasst und mittels geeigneter
Analyseverfahren analysiert werden, um Informationen über die
Struktur im Hinblick auf die Größe und/oder
Orientierung der Kristallkörner 117 zu
ermitteln, wobei die Messdaten und/oder eine bearbeitete Version
davon mit geeigneten „Referenz"-Daten in Beziehung
gesetzt werden können, um
damit die Größe der Wirkung
abzuschätzen,
die beispielsweise von der obersten Metallisierungsschicht 110 im
Vergleich zum Rest der Schichten 110a, ..., 110n-1 hervorgerufen
wird. Wie daher in 1c angezeigt ist, können die
durch die Strahlen 161 repräsentierten Messdaten so bearbeitet
werden, um Information „herauszulösen", die mit einem Bereich 164 verknüpft ist,
der im Wesentlichen der obersten Metallisierungsschicht 110n entspricht,
auf der Grundlage geeigneter Referenzdaten, die die kombinierte
Information repräsentieren,
die den gestreuten oder reflektierten Strahlen 163 entsprechen, obwohl
diese Strahlen tatsächlich
nicht separiert sind.
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Folglich
kann die in vielen gestreuten Strahlen 161 enthaltene dreidimensionale
Information auf die „zweidimensionale" Information reduziert
werden, die der Strahlkomponente 164 entsprechen. Es sollte beachtet
werden, dass der gestreute Strahl 161 tatsächlich kein
einzelner Strahl oder ein Teil davon ist, der von einem entsprechenden
Detektorelement erfasst wird, und der zuvor genannte Prozess der
Datenreduzierung erzeugt keine realen „separierten" Strahlen, wie dies
anschaulich in 1c gezeigt ist. Vielmehr sollte
die Datenreduktion als eine Datenverarbeitung verstanden werden,
in der ein Nutzsignal aus einem „verrauschten" Untergrund extrahiert
wird, d. h. der Information, die durch die darunter liegenden Schichten
erzeugt wird, um die Information zu ermitteln, die in dem Bereich
des erfassten Strahls enthalten ist, der im Wesentlichen die Information
beinhaltet, die aus der Wechselwirkung mit der Schicht 110N herrührt, wobei
der entsprechende „Strahl" 164, der
in den Figuren dargestellt ist, physikalisch nicht von den verbleibenden
Strahlkomponenten 163 getrennt ist, die sich aus einer
Wechselwirkung mit den verbleibenden Metallisierungsschichten ergeben.
Beispielsweise wird in einigen anschaulichen Ausführungsformen
der einfallende Röntgenstrahl 160 als
ein im Wesentlichen monoenergetischer Strahl mit einer Energie von
einigen keV bereitgestellt, wobei ein Einfallswinkel variiert werden
kann und die resultierenden gestreuten oder durchgelassenen Strahlen 161 können erfasst
und aufgezeichnet werden. Auf der Grundlage der resultierenden Intensitätsänderung
in Bezug auf den Einfallswinkel in Verbindung mit der Bereitstellung
geeigneter Referenzdaten, die unerwünschte Signalbereiche repräsentieren
können,
die von den Metallisierungsschichten 110A, ..., 110N-1 herrühren, können Information über die
Orientierung und/oder Größe der Kristallkörner der
Metallisierungsschicht 110 herausgelöst werden. In anderen anschaulichen
Ausführungsformen kann
der Strahl 160 eine Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängenkomponenten
aufweisen und ein Detektorwinkel für die gestreuten Strahlen 161 kann
variiert werden, um eine entsprechende Intensitätsänderung zum Herauslösen von
Information über
die Kristallstruktur der Metallisierungsschicht 110 zu
erhalten. Geeignete Referenzdaten werden in einigen Ausführungsformen
auf der Grundlage von Referenzmessungen ermittelt, möglicherweise
in Verbindung mit entsprechenden Simulationsberechungen, da entsprechende
elektromagnetische Wechselwirkungen in einer großen Breite
von Materialien gut verstanden sind und entsprechende Rechnungen
mit hoher Genauigkeit ausgeführt
werden können,
abhängig
von den verfügbaren
Rechnerressourcen. Beispielsweise können Simulationsberechnungen
im Voraus für
eine Vielzahl von Bauteilkonfigurationen für jede der Metallisierungsschichten 110a,
..., 110n auf der Grundlage geeigneter Materialmodelle,
insbesondere für
die Metallkörner 117 durchgeführt werden,
um eine Vielzahl quantitativer Intensitätsverteilungen der simulierten „gestreuten" Strahlung zu erhalten.
Beispielsweise kann für
eine im Wesentlichen ideale Metallisierungsstruktur 150 angenommen
werden, dass in jeder Metallisierungsschicht ein hohes Maß an Gleichförmigkeit
in der Korngröße und Kornorientierung
während
der Herstellung erreicht wird und diese während des Ausbildens von nachfolgenden
Metallisierungsschichten beibehalten werden, von denen auch angenommen
wird, dass sie entsprechende Korngrößen und Orientierungen aufweisen.
Mit einer entsprechend angenommenen Konfiguration kann die resultierende
Intensitätsverteilung bei
variierendem Einfallswinkel für
eine vorgegebene Strahlenergie berechnet werden. In ähnlicher
Weise kann für
eine oder mehrere der Schichten 110A, ...,110N eine
unterschiedliche Konfiguration angenommen werden, beispielsweise
durch Ändern
der (virtuellen) Verteilung von Kornorientierungen in den entsprechenden
Metallleitungen, und dergleichen; und ein entsprechendes Simulationsergebnis
kann als ein weiterer Satz aus Referenzdaten aufgezeichnet werden.
Auf der Grundlage mehrerer entsprechender unterschiedlicher Sätze aus
Referenzdaten kann ein geeigneter Prozess zur Datenreduktion für eigentliche
Messdaten, die aus dem Strahl 161 gewonnen werden, durcheführt werden,
um damit die Textur einer oder mehrerer der Schichten 110A,
..., 110N abzuschätzen,
wobei die Referenzdaten in einer Bibliothek gespeichert werden,
um damit die Datenverarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen, wenn die
Messdaten mit den Referenzdaten verglichen werden. Zusätzlich oder
alternativ kann der Vorgang der Datenreduktion auf der Grundlage
von Referenzmessungen ausgeführt
werden, wie dies mit Bezug zu den 1d und 1f in
weiteren anschaulichen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erläutert
ist.
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1d zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht des Mikrostrukturbauelements 100 in
einem frühen
Fertigungszustand, wobei zu beachten ist, dass die Struktur 100 ebenfalls
nicht die gleiche Struktur repräsentiert,
wie sie beispielsweise in 1c gezeigt
ist, nachdem sechs Metallisierungsschichten gebildet sind, sondern
diese kann eine äquivalente
Struktur mit der darauf ausgebildeten ersten Metallisierungsschicht 110 repräsentieren.
In dieser Fertigungsphase wird der Röntgenstrahl 160 als
ein im Wesentlichen monoenergetischer Strahl bereitgestellt, wobei
der Einfallswinkel, der als α bezeichnet
ist, in einem geeigneten Wertebereich variiert werden kann, beispielsweise
um die Erkennung einer oder mehrerer interessierender kristallographischer
Orientierungen in den Metallgebieten in der Schicht 110a zu
ermöglichen.
Der resultierende gestreute oder reflektierte Strahl 161 kann
von einem geeigneten Detektor erfasst werden, um die entsprechende
Intensität
des Strahls 161 beim Variieren des Einfallswinkels α zu ermitteln.
Beispielsweise ist auf der rechten Seite ab der 1d ein
entsprechendes Diagramm dargestellt, das in anschaulicher Weise eine
Intensitätsverteilung
für den
Strahl 161 über
einen gewissen Bereich von Einfallswinkeln α hinweg zeigt. Es sollte beachtet
werden, dass das Diagramm aus 1d lediglich
anschaulich ist, wobei beispielsweise tatsächliche Messdaten in geeigneter
Weise auf der Grundlage gut etablierter Verfahren manipuliert bzw.
bearbeitet werden können,
etwa einer Datenglättung,
einer Datenanpassung, und dergleichen. Ferner können entsprechende Messdaten,
die als M1 bezeichnet sind, und wie sie durch das Diagramm aus 1d repräsentiert
sind, in einigen Fällen
auf der Grundlage einer moderat hohen Anzahl an Proben ermittelt
werden, die auf der Grundlage von im Wesentlichen identischen Prozessbedingungen
bearbeitet wurden, um damit die statistische Relevanz der entsprechenden
Messdaten zu erhöhen.
In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen können die
gemäß 1d ermittelten
Messdaten auch mit den Messdaten korreliert werden, die durch andere Messtechniken,
etwa Elektronenmikroskopie, ermittelt werden, um ein quantitatives
Maß oder
zusätzliche
Information zu erhalten, die die Kategorisierung der Röntgenmessdaten
ermöglichen,
wenn Messdaten unterschiedlicher Proben kombiniert werden.
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1e zeigt
schematisch das Mikrostrukturbauelement 100 in einem weiter
fortgeschrittenen Herstellungsstadium, in welchem eine weitere Metallisierungsschicht 110b auf
der ersten Metallisierungsschicht 110a gebildet ist, wobei
beachtet werden sollte, dass das Bauelement 100 nicht notwendigerweise das
gleiche Bauelement 100 repräsentiert, das in 1d gezeigt
ist, sondem dass es ein äquivalentes Bauelement
repräsentieren
kann, in der die erste Metallisierungsschicht 110A im Wesentlichen äquivalent zu
der Schicht 110A aus 1d ist. Ähnlich wie zuvor beschrieben
ist wird ein Bereich des Bauelements 100 mit dem Röntgenstrahl 160 mit
spezifizierten Eigenschaften bestrahlt, und der resultierende gestreute oder
reflektierte Strahl 161 wird erfasst. Die entsprechenden
Messdaten können
durch ein entsprechendes Diagramm repräsentiert sein, wie es auf der rechten
Seite in 1e gezeigt ist, wobei die sich
ergebende Intensitätsverteilung
nunmehr die kombinierte Antwort der Schichten 110A und 110B auf
den einfallenden Strahl 160 repräsentiert. Somit kann das entsprechende Messergebnis
die gewünschte
Information im Hinblick auf die Metallisierungsschicht 110B enthalten,
die jedoch durch die Information „verdeckt" ist, die durch die erste Metallisierungsschicht 110 (und
selbstverständlich
durch das Substrat 101) erzeugt wird. Folglich werden in
einigen anschaulichen Ausführungsfarmen
die vorhergehenden Messdaten oder eine manipulierte bzw. bearbeitete Version
davon als Referenzdaten verwendet, die in geeigneter Form in Beziehung
gesetzt werden oder in anschaulichen Ausführungsformen „subtrahiert" werden, um entsprechende
Messdaten zu erzeugen, die im Wesentlichen der Antwort der Metallisierungsschicht 110B entsprechen.
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1f zeigt
schematisch eine entsprechende vereinfachte Datenverarbeitungssequenz
zum Ermitteln eines geeigneten Messdatensatzes zum Abschätzen der
texturspezifischen Eigenschaften der Metallisierungsschichten 110B.
Beispielsweise werden die Referenzdaten oder Messdaten von M1, die während der
zweiten Messung gemäß 1d ermittelt
werden, von den ersten Messdaten von M1 + M2 „subtrahiert", die während der
Messung gemäß 1e ermittelt
werden, um die Differenzdaten von M2 zu erhalten, wie dies auf der
rechten Seite der „Gleichung" angezeigt ist, die
in 1f dargestellt ist. Es sollte beachtet werden,
dass die „Subtraktion", wie sie in 1f dargestellt
ist, einen beliebigen geeigneten Datenmanipulationsprozess zum Erzeugen der
Differenzdaten von M2 beinhalten kann. Beispielsweise können, wie
zuvor dargelegt ist, die Rohdaten einer Datenglättung, der Datenanpassung,
einer Spitzenwerterkennung, und dergleichen unterzogen werden, bevor
die Datenreduktion gemäß 1f ausgeführt wird.
Es sei erneut auf 1d und 1e verwiesen;
zu beachten ist, dass die Situation für die erste Metallisierungsschicht 110A in 1e unterschiedlich
ist im Vergleich zu der Metallisierungsschicht 11 aus 1d,
obwohl der einfallende Strahl 160 in beiden Fällen identisch
sein kann. D. h., während
gemäß 1d der
vollständig „ungestörte" Strahl 160 in
die Metallisierungsschicht 110A eindringt, fällt gemäß 1e eine
modifizierte Version davon, die als 160s bezeichnet ist,
des Strahls 160 auf die erste Metallisierungsschicht 110A,
da der Strahl 160 bereits eine deutliche Wechselwirkung
mit der zweiten Metallisierungsschicht 110b ausgeführt hat.
Folglich ist zumindest die Intensität er Strahlen 160s und 160,
die auf die ersten Metallisierungsschichten 110 aus 1d und 1e einfallen,
unterschiedlich und auch die Divergenz des Strahls 160s kann
im Vergleich zu jener des Strahls 160 größer sein.
Folglich werden in einigen anschaulichen Ausführungsformen die entsprechenden
Auswirkungen, die durch den Unterschied der eintreffenden Strahlen 160 und 160s hervorgerufen
werden, vor der Datenreduktion gemäß der 1f berücksichtigt, indem
die entsprechenden Referenzdaten M1 mittels eines geeigneten Korrekturfaktors
oder einer Korrekturfunktion „korrigiert" werden. Beispielsweise
kann eine reduzierte Höhe
der Intensitätsverteilung
der Referenzdaten M1, möglicherweise
in Verbindung mit einer breiteren Verteilung um die entsprechenden Spitzenwerte
herum, für
die entsprechende Datenreduktion gemäß der 1f angewendet
werden, um die geringere Intensität und die erhöhte Divergenz des
Strahls 160s zu berücksichtigen.
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Ferner
können,
wie zuvor erläutert
ist, die Messdaten M1 und M1 + M2 oder M1 – M2 mit entsprechenden Simulationsberechnungen
verglichen werden, um deutlicher entsprechende kristallographische
Eigenschaften zu erkennen und/oder die Authentizität der entsprechenden
Simulationen zu verbessern. Des weiteren können die zweiten Messdaten
M1 + M2, die gemäß beispielsweise
einem in 1e gezeigten Messprozess gewonnen
werden, auch als entsprechende Referenzdaten zum Messen einer nachfolgenden
Metallisierungsschicht verwendet werden, d. h., der dritten Metallisierungsschicht 110c,
entsprechend den gleichen Prinzipien, wie sie zuvor mit Bezug zu
den 1d bis 1f erläutert sind.
Somit kann die Metallisierungsstruktur 150, wie sie in 1c gezeigt
ist, im Hinblick auf die Textureigenschaften der obersten Schicht 110n auf
der Grundlage entsprechender Referenzdaten gemessen werden, die
für die
Schichten 110a, ..., 110n-1 erhalten werden, ähnlich wie
dies zuvor beschrieben ist. Abhängig
von der Menge der verfügbaren
Referenzdaten können
entsprechende „schichtaufgelöste" texturspezifische
Informationen für
zwischenliegende Metallisierungsschichten extrahiert werden, indem
der Einfluss der darüber
liegenden und darunter liegenden Schichten entsprechend korrigiert
wird. Es sollte beachtet werden, dass auf Grund der geringen Auswirkung
des Röntgenstrahls 160 auf
die Eigenschaften der Metallisierungsstruktur 150 in Verbindung
mit der hohen Eindringtiefe und dem moderat geringen Aufwand für die Probenpräparation
entsprechende Messdaten effizient auf der Basis vollständig eingebetteter
und funktionsfähiger
Strukturen gewonnen werden können,
wodurch die Messtechnik auf der Grundlage einer Röntgenstahlanalyse
mit einer entsprechenden Datenreduktion äußerst vorteilhaft ist zum Erkennen
von Fehlermechanismen und zur Erkennung relevanter Prozessparameter
eines entsprechenden Fertigungsprozesses.
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Mit
Bezug zu 2 wird die Überwachung und die Untersuchung
von Textureigenschaften während
spezieller Belastungsbedingungen auf der Grundlage der zuvor beschriebenen
Messverfahren beschriben.
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In 2 umfasst
ein System 200 ein Röntgenstrahlquelle 201 und
einen Röntgenstrahldetektor 202,
der ausgebildet ist, gestreute oder reflektierte Strahlung, die
von dem eintreffenden Röntgenstrahl erzeugt
wird, zu erfassen, wie dies zuvor mit Bezug zu dem Röntgenstrahl 160 und
den entsprechenden gestreuten oder reflektierten Strahlen 161 und 162 beschrieben
ist. Des weiteren ist der Detektor 202 ausgebildet, um
entsprechende Messdaten, etwa Intensitätswerte, bereitzustellen, wobei
die Strahlungsquelle 201 und der Detektor 202 ausgebildet
sind, bei unterschiedlichen Einfallswinkeln zu arbeiten. Des weiteren
ist der Detektor 202 mit einer Signalverarbeitungseinheit 203 verbunden,
die eingerichtet ist, entsprechende Messdaten zu erhalten und die
entsprechenden Daten zu manipulieren bzw. verarbeiten und/oder zu
speichern. Das System 200 umfasst ferner einen Probenhalter 205,
der dazu ausgebildet ist, eine geeignete Probe, etwa das Mikrostrukturbauelement 100,
wie es mit Bezug zu den 1a bis 1e beschrieben
ist, aufzunehmen und in Position zu halten. Der Probenhalter 205 kann
eine beliebige Prozesskammer zum Ausüben spezieller Belastungsbedingungen
repräsentieren,
die beispielsweise entsprechende Umgebungsbedingungen beinhalten,
etwa die Temperatur, Feuchtigkeit, Druck und dergleichen. Beispielsweise
kann das System 200 eine einstellbare Stromquelle 204 umfassen,
die mit dem Mikrostrukturbauelement durch geeignete Kontakiflächen (nicht
gezeigt) verbunden ist. Des weiteren kann das System 200 eine
Wärmequelle 206 aufweisen,
die ausgebildet ist, den Probenhalter 205 in einstellbarer
Weise zu erwärmen,
um die Temperatur der entsprechenden Probe einzustellen. Des weiteren
kann das System 200 eine Speichereinheit 210 umfassen,
um entsprechende Daten aus der Signalverarbeitungseinheit 203 zu
empfangen, beispielsweise in Form von Intensitätsverteilungen, wie sie anschaulich
in den 1e bis 1f gezeigt
sind, oder in einem anderen beliebigen Format, das eine Eigenschaft
der Korngröße und/oder
Orientierung angibt, wobei ein Teil der entsprechenden Daten als
Referenzdaten verwendet werden kann, wie dies zuvor beschrieben
ist. Ferner können
entsprechende Daten von Simulationsberechnungen in der Einheit 210 gespeichert
werden oder können
nach Bedarf in der Einheit 210 mittels geeigneter Computereinrichtungen
erzeugt werden. Des weiteren umfasst das System 200 eine
Datenreduktionseinheit 220, die ausgebildet ist, auf entsprechenden
Datensätzen
zu operieren, die in der Speichereinheit 210 abgelegt sind, um
damit relevante reduzierte oder Differenzdaten zu erhalten, aus
denen entsprechende Informationen über texturspezifische Eigenschaften
herausgelöst werden
können.
Beispielsweise kann die Einheit 220 ausgebildet sein, um
in automatischer Weise die Verteilung von Kornorientierungen auf
der Grundlage entsprechender Differenzdaten, etwa der Daten M1 – M2, wie
sie in 1f gezeigt sind, zu ermitteln,
indem beispielsweise eine Breite und/oder eine Lage eines entsprechenden
Spitzenwertes oder Maximus der Intensitätsverteilung erkannt wird,
und/oder durch Vergleichen der entsprechenden Differenzdaten mit
geeigneten Referenzdaten für
eine Vielzahl von Konfigurationen für entsprechende Metallkörner.
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Während des
Betriebs des Systems 200 wird eine geeignete Probe, etwa
das Bauelement 100, auf dem Probenhalter 205 montiert
und es werden spezifizierte Belastungsbedingungen erzeugt. Da die
Untersuchung der Elektromigration von großem Interesse für die Entwicklung
von Verbindungsstrukturen hoch komplexer integrierter Schaltungen
ist, beinhalten die Belastungsbedingungen vorzugsweise das Anlegen
eines spezifizierten Stromes mittels der einstellbaren Stromquelle
204, um damit eine spezielle anfängliche
Stromdichte in einer oder mehreren interessierenden Schichten zu
erzeugen, etwa der obersten Metallisierungsschicht, wie sie beispielsweise
in 1c gezeigt ist. Des weiteren kann der Probenhalter 205 auf
eine spezifizierte Temperatur aufgeheizt werden, oder es kann eine
spezifizierte Temperaturverteilung erzeugt werden, um einen speziellen
Temperaturgradienten in der entsprechenden Messprobe zu erzeugen.
Während
des Ausübens der
spezifizierten Belastungsbedingungen wird der Röntgenstrahl kontinuierlich
oder in unterbrochener Weise in vordefinierten Zeitintervallen auf
die Probe gerichtet, und die entsprechende gestreute oder reflektierte
Strahlung wird von dem Detektor 202 empfangen. Beispielsweise
kann die Probe in Form einer Lamelle vorgesehen sein und der durchgelassene oder
gestreute oder reflektierte Röntgenstrahl
kann erfasst und bearbeitet werden, um die entsprechenden differenziellen
oder reduzierten Daten zu erzeugen, die das Abschätzen der
entsprechenden texturspezifischen Eigenschaften ermöglichen.
Abhängig von
den Rechnerressourcen und dem Anteil an Datenverarbeitung und Prozesssimulation
können
entsprechende Informationen über
Textureigenschaften in einer im Wesentlichen Echtzeit-Weise erhalten werden
und können
in einer im Wesentlichen zeitnahen Weise im Hinblick auf die Prozessbedingungen erhalten
werden, während
in anderen Ausführungsformen
die entsprechenden Messdaten gespeichert werden und in einer späteren Phase
analysiert werden. Folglich kann eine Korrelation zwischen belastungshervorgerufenen
beeinträchtigenden
Mechanismen und Textureigenschaften in effizienter Weise erstellt
werden, um damit relevante Mechanismen für die Beeinträchtigung
zu erkennen. Da die Probenpräparierung
deutlich weniger komplex im Vergleich zur Präparierung von Proben für die Elektronenmikroskopie
ist, können
entsprechende Daten innerhalb relativ kurzer Zeitperioden erhalten
werden, wodurch ebenso eine effektive Prozesssteuerung für die Herstellung
komplexer Metallisierungsstrukturen möglich ist.
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3 zeigt
schematisch eine Prozesssequenz 300 zum Herstellen einer
Metallisierungsstruktur, wie sie beispielsweise mit Bezug zu 1a beschrieben
ist. Feld 310 repräsentiert
Prozesse, die mit der Herstellung einer leitenden Barrierenschicht und
möglicherweise
eine Saatschicht verknüpft
sind, wobei diese Prozesse chemische und physikalische Dampfabscheidung,
Atomschichtabscheidung, stromloses Plattieren, und dergleichen beinhalten können. Das
Feld 320 repräsentiert
Inspektionsprozesse, die nach dem Bilden der Barrierenschicht ausgeführt werden.
Feld 330 repräsentiert
den Abscheideprozess für
das Volumenmetall, etwa Kupfer, auf der Grundlage von Elektroplattieren
oder stromlosen Plattieren. Des weiteren soll Feld 330 der
Abscheidung nachgeschaltete Prozesse, etwa CMP, Elektroplattieren,
und dergleichen repräsentieren,
um überschüssiges Material
zu entfernen. Danach können Ausheizprozesse
vor und/oder nach dem CMP-Prozess ausgeführt werden, dieebenso durch
Feld 330 repräsentiert
sind, wobei äußerst moderne
Ausheizverfahren oder andere Behandlungen zum Erhalten vergrößerter Metallkörner mit
eingeschlossen werden können,
deren Effizienz somit überwacht und/oder
gesteuert werden kann auf der Grundlage der zuvor beschriebenen
Röntgenstrahlmesstechnik. Das
Feld 340 gibt das Abscheiden einer beliebigen Art an Deckschicht
an, etwa einer dielektrischen oder leitenden Deckschicht, woran
sich Feld 350 anschließt,
das eine Inspektion oder andere Messverfahren repräsentiert,
etwa Messungen, wie sie zuvor mit Bezug zu den 1c bis 1f und 2 beschrieben
sind, um damit die Textureigenschaften der entsprechenden Metallleitungen
abzuschätzen. Danach
kann die Sequenz 300 mit geeignet angepassten Parameterwerten
wiederholt werden, um weitere Metallisierungsschichten zu bilden.
In den Prozessschritten 310, ..., 350 können sich
Materialien und Prozessparameter gemäß Bauteil- und Prozesserfordernissen
für die
interessierende Struktur ändern,
da beispielsweise die Korngröße und Orientierung,
die durch die Prozessstrategien und die verwendeten Materialien
beeinflusst werden können, wesentlich
sind für
den korrekten Betrieb der Metallisierungsstruktur, und diese können noch
wichtiger werden, wenn die Strukturgrößen zunehmend reduziert werden.
Wie zuvor erläutert
ist, kann die komplexe gegenseitige Wechselwirkung der Materialien und
Prozessparameter deutlich die schließlich erhaltene kristalline
Struktur beeinflussen. Daher wird in einer anschaulichen Ausführungsform
eine in-situ-Messung durchgeführt,
die auch einen Test für Leistungsabnahme
beinhalten kann, wie dies durch Feld 360 repräsentiert
ist, wie dies auch mit Bezug zu den 1c bis 1f und 2 beschrieben
ist, wodurch eine gründliche Überwachung
der beteiligten Materialien und Prozessparameter erfolgen kann. Beispielsweise
kann eine Änderung
der Geometrie, d. h. der Abmessungen der Metallleitungen, zu subtilen Änderungen
der Kornorientierung und/oder Größe führen, obwohl
im Wesentlichen die gleichen Prozessparameter und Materialien in
der Fertigungssequenz 310, ..., 350 wie in zuvor
hergestellten Metallisierungsstrukturen verwendet wurden, die zufriedenstellende
Ergebnisse zeigten. Auf der Grundlage des in-situ-Tests 360 kann eine entsprechende
Korrelation zwischen einem oder mehreren Materialien oder Prozessparametern
in Bezug auf ihren Einfluss auf die schließlich erhaltene Kristallinität der entsprechenden
Metallgebiete erstellt werden. Folglich können Fehler im Prozessablauf
effizient auf der Grundlage der entsprechenden Messdaten erkannt
werden. Ferner ermöglicht
der in-situ-Test 360 das effiziente Überwachen von Prozessschwankungen
in der Sequenz 310, ..., 350, die in den einzelnen
Prozessen nicht erkannt wurden. Beispielsweise kann angenommen werden,
dass gemäß den Ergebnissen,
die durch die Inspektionsprozesse 320 und 350 oder durch
andere zusätzliche
Messprozesse bereitgestellt werden, die einzelnen Prozesse 310, 330 und 340 innerhalb
der entsprechend definierten Prozessgrenzen liegen, wobei dennoch
die schließlich
erhaltene Metallisierungsstruktur eine nicht gewünschte Textur aufweisen kann,
wie dies durch den Test 360 erkannt wurde. In anderen Ausführungsformen
wird eine Korrelation, wie sie durch 370 angezeigt ist,
erstellt, die zumindest einen Prozessparameter und/oder Material
mit den Messergebnissen in Beziehung setzt, die aus dem Test 360 erhalten
werden, so dass eine „langfristige" Prozesssteuerung
erreicht wird. Beispielsweise kann aus zuvor durchgeführten Referenzmessungen
ein Einfluss von beispielsweise Prozessmaterialien und Parametern
des Abscheideprozesses 310 für Barrierenschicht oder Saatschicht für eine Vielzahl
von Materialien und Prozessparameterwerten durchgeführt worden
sein. Beim Erkennen einer Abweichung in periodisch ausgeführten Prüfungen 360 kann
dann eine entsprechende Neujustierung von Prozessparameter und/oder
Materialien ausgeführt
werden. Danach können
ein oder mehrere nachfolgende Substrate auf der Grundlage der neu
eingestellten Parameter und/oder Materialien bearbeitet werden.
Das gleiche gilt für
die weiteren Prozessschritte 320, 350. Beispielsweise
können Messergebnisse
der Inspektionsschritte 320 und 350 mit den Ergebnissen
des in-situ-Tests 360 in Beziehung gesetzt werden, wodurch
die Möglichkeit
geschaffen wird, relevante Prozessschwankungen während eines früheren Stadiums
in der Sequenz 300 zu erkennen. Beispielsweise können die
Messergebnisse in Bezug auf die Textur, d. h. Korngröße und/oder
Kornorientierung, mit entsprechenden Mechanismen für Leistungseinbuße, die
durch den Test 360 erkannt wurden, in Beziehung gesetzt werden, wobei
mittels der Korrelation 370 und entsprechend routinemäßig ausgeführter Messungen
ein Prozess erkannt werden kann, der ansonsten als adäquat eingeschätzt worden
wäre. Auf
diese Weise kann die „Empfindlichkeit" eines oder mehrerer
Inspektionsprozesse, die in der Sequenz 300 beteiligt sind,
im Hinblick auf die schließlich
erhaltene Zuverlässigkeit der
Metallisierungsstrukturen verbessert werden.
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Es
gilt also: Das Verfahren stellt eine verbesserte Technik für die Inspektion
der Textur und des Kristallaufbaus von Metallleitungen in einer
gestapelten Metallisierungsstruktur auf der Grundlage von Röntgenstrahltechniken
in Verbindung mit Datenreduktion bereit, um Messergebnisse für einzelne
Metallisierungsschichten in den Metallisierungsstapel zu erhalten.
Zu diesem Zweck werden geeignete „Referenzdaten" ermittelt, um damit
die im Wesentlichen dreidimensionalen Daten des gesamten Stapels
in einer geeigneten Weise zu „reduzieren", um damit das Herauslösen von
Informationen einer speziellen Metallisierungsebene zu ermöglichen.
Folglich können
die Vorteile der Röntgenstrahlanalyse
in Bezug auf die Probenintegrität
sowie auf die Probenpräparierung
im Vergleich zu Messtechniken mit geladenen Teilchen ausgenutzt
werden, während
dennoch die Möglichkeit
gegeben ist, die Messergebnisse auf einzelne Metallisierungsschichten „aufzulösen". Folglich kann der
Einfluss von Prozessparametern und Materialien auf die kristalline
Struktur der Metallleitungen effizienter untersucht werden, und
ferner kann die Abhängigkeit
zwischen Elektromigration oder anderen belastungsinduzierten Materialtransportphänomenen
und der Kristallstruktur entsprechender Metallleitungen untersucht
werden und kann eine effiziente Erkennung von Mechanismen zur Bauteilbeeinträchtigung
und/oder zur Prozesssteuerung ermöglichen.