DE69630493T2

DE69630493T2 - Metalloberflächenzustandsevaluationsmethode und Halbleiterproduktionsmethode

Info

Publication number: DE69630493T2
Application number: DE69630493T
Authority: DE
Inventors: Akemi Neyagawa-shi Kawaguchi; Nobuo Nishinomiya-shi Aoi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-08-24
Filing date: 1996-08-21
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2016-08-22
Also published as: EP0760473B1; DE69630493D1; KR970013166A; EP0760473A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten des Oberflächenzustands und der korrodierenden Eigenschaften eines, z. B. zur Verschaltung auf einem Halbleitersubstrat, verwendeten Metalls innerhalb einer Produktionslinie, und betrifft weiter ein Halbleiterbauteil-Herstellungsverfahren, welches das oben erwähnte Verfahren verwendet, das innerhalb einer kurzen Zeitdauer auf zerstörungsfreie und quantitative Art und Weise durchgeführt werden kann.
Der Oberflächenzustand eines Metalls übt einen großen Einfluss auf dessen Korrosion aus. Zum Beispiel wird die Widerstandsfähigkeit einer Aluminiumschicht, die zur Verschaltung auf einem Halbleitersubstrat verwendet wird, gegen Korrosion, durch eine natürliche Oxidschicht verbessert, die dünn auf ihrer Oberfläche ausgebildet wird.
In einer Aluminiumschicht wird eine Potenzialdifferenz zwischen Aluminium und Kupfer erzeugt, das in prozentualem Ausmaß zum Aluminium hinzufügt wurde, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber Elektromigration bei der Aluminiumschicht zu verbessern. Da die segregierte Menge an Kupfer auf der Oberfläche der Aluminiumschicht größer wird, werden demzufolge viele lokale Zellen gebildet, welche bewirken, dass die Aluminiumschicht leicht korrodiert wird.
Demzufolge erfordert die Kenntnis des Oberflächenzustands des Metalls eine Untersuchung seiner Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion.
Als Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche werden vorgeschlagen: eine physikalische Analyse, wobei Beispiele ein direktes Beobachtungsverfahren unter Verwendung von TEM (Transmissionselektronenmikroskop), ein Schichtdickenmessverfahren unter Verwendung von AES (Auger-Elektronen-Spektroskopie), ein Bindungseigenschafts-Untersuchungsverfahren unter Verwendung von XPS (Röntgen- Fotoemissions-Spektroskopie), ein Segregationsausmaßmessverfahren unter Verwendung von ebenen SIMS (Sekundär-Ionen-Massenspektrometer) u. ä..
Bei jedem der herkömmlichen Verfahren zur Untersuchung des Zustands von Metalloberflächen, die oben erwähnt wurden, muss jedoch ein zu untersuchendes Metall in Form einer Probe zurechtgeschnitten werden, worauf Elektronenstrahlen, Röntgenstrahlen oder Ionen zum Zweck der Messung auf die Probe gerichtet werden. Somit ist keines der oben erwähnten Verfahren ein zerstörungsfreies Untersuchungsverfahren und erfordert Zeit für die Probenpräparation und Messung, und weist daher den Nachteil auf, dass es schwierig ist, ein solches Verfahren als Analyseverfahren in einer Produktionslinie zu verwenden (Analyseverfahren in einer Massenproduktionsherstellungslinie für Halbleiterbauteile). Weiterhin weisen die oben erwähnten herkömmlichen Untersuchungsverfahrens des Zustands von Metalloberflächen den Nachteil auf, dass keine quantitative Untersuchung von korrodierenden Eigenschaften gemacht werden kann.
Die EP-A-0 591 802 offenbart ein Verfahren zum Messen des Korrosionsgrades eines Metalls, welches die folgenden Schritte umfasst:
Eintauchen einer ersten Elektrode, die aus diesem Metall besteht und einer Gegenelektrode, die mit der ersten Elektrode verbunden ist, in eine Elektrolytlösung;
Anlegen einer Spannung an die erste Elektrode, welche sich auf einem Anfangspotenzial befindet, wenn sie in die Elektrolytlösung eingetaucht wird, wobei sich die Spannung in einer anodischen Richtung ändert, so dass das Potenzial der ersten Elektrode bis in den Bereich eines passiven Zustands erhöht wird und in diesem Bereich gehalten wird;
schrittweises Ändern des Potenzials der ersten Elektrode bis zu einem vorbestimmten Potenzial, welches zwischen dem Anfangspotenzial und dem Potenzial des passiven Zustands liegt;
Messen der Zeitdauer, in welcher der Strom, der zwischen der ersten Elektrode und der Gegenelektrode fließt, einen konstanten Wert erreicht; und
Bestimmen des Korrosionsgrades des Materials anhand dieser gemessenen Zeitdauer.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die oben beschriebenen herkömmlichen Probleme zu überwinden, wird die vorliegende Erfindung vorgeschlagen unter der Maßgabe des Bewertens, und zwar innerhalb einer kurzen Zeitdauer innerhalb einer Produktionslinie des Oberflächenzustands eines Metalls hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion, der Lochbildungs-Korrosionswiderstandsfähigkeit einer Oberflächenschicht, der Menge oder Konzentration eines segregierten Spurenmetalls, das im Metall enthalten ist, der Korngröße oder der Korngrenzenlänge des Metalls u. ä., so dass quantitative Bewertung möglich ist, ohne dass die Metallprobe zerstört werden muss.
Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, umfasst ein Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche die folgenden Schritte:
einen Lösungs-Kontaktherstellungsschritt, bei dem eine Metalloberfläche mit einer Lösung, die Ionen enthält, in Kontakt gebracht wird, um die Metalloberfläche zu korrodieren;
einen Metallkorrosionsschritt, bei dem an die Lösung eine Vielzahl konstanter elektrischer Ströme angelegt werden, die jeweils verschiedene Stromwerte aufweisen, was ein Korrodieren der Metalloberfläche durch die Lösung bewirkt;
einen Elektroden-Potenzialmessschritt, bei dern bei jedem elektrischen Strom das Elektrodenpotenzial der Metalloberfläche, die von der Lösung korrodiert wird, gemessen wird;
einen Änderungsverhältnis-Berechnungsschritt, bei dem auf Basis des Elektrodenpotenzials jedes elektrischen Stroms ein Verhältnis der zeitlichen Änderung der Lochkorrosion zur Änderung des Stromwerts berechnet wird; und
einen Auflösungsgeschwindigkeits-Messschritt, bei dem auf Basis des Änderungsverhältnisses eine Geschwindigkeit gemessen wird, mit der eine auf der Oberfläche des Metalls gebildete Oxidschicht aufgelöst wird, um die Glätte und/oder Lochkorrosionsbeständigkeit der Metalloberfläche zu bewerten.
Gemäß dem ersten Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche wird das Metall, sobald es mit einer Ionen enthaltenden Lösung in Kontakt gebracht wird, um das Metall zu korrodieren, einer Konstantstromelektrolyse unterzogen, und das Elektrodenpotenzial des Metalls gemessen. Basierend auf dem so gemessenen Elektrodenpotenzial wird ein Verhältnis von Änderungen der Lochkorrosionsdauer zu Änderungen des Stromwerts berechnet. Unter Verwendung der Tatsache, dass die Steigung einer grafischen Linie, die die Beziehung zwischen dem Verhältnis der zeitlichen Änderungen der Lochkorrosionsbeständigkeit und der Konzentration der Lösung darstellt, eine Auflösungsgeschwindigkeit einer auf der Metalloberfläche gebildeten Oxidschicht zeigt, kann die Auflösungsgeschwindigkeit der Oxidschicht auf Grundlage des Verhältnisses der Änderung der Lochkorrosionsdauer gemessen werden. Demzufolge kann auf Grundlage der Beziehung zwischen dem Verhältnis der Lochkorrosionsdauer des Metalls zu Änderungen des Stromwerts und der Auflösungsgeschwindigkeit der auf der Metalloberfläche gebildeten Oxidschicht die Auflösungsgeschwindigkeit der Oxidschicht innerhalb einer kurzen Zeitdauer innerhalb einer Produktionslinie ohne Zerstörung des Metalls gemessen werden.
Gemäß der oben beschriebenen Anordnung kann auf Grundlage der Beziehung zwischen der Auflösungsgeschwindigkeit der Oxidschicht und der Rauhigkeit (bzw. Glätte) der Metalloberfläche die Rauhigkeit der Metalloberfläche quantitativ innerhalb einer Produktionslinie ohne Zerstörung des Metalls innerhalb einer kurzen Zeitdauer ausgewertet werden.
Gemäß der oben beschriebenen Anordnung kann auf Grundlage der Beziehung zwischen der Auflösungsgeschwindigkeit der Oxidschicht und der Lochkorrosionsbeständigkeit der Oxidschicht die Lochkorrosionsbeständigkeit der Oxidschicht quantitativ innerhalb einer kurzen Zeitdauer ohne Zerstörung des Metalls in einer Produktionslinie gemessen werden.
Ein Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner die folgenden Schritte umfassen:
einen Lochkorrosionsberechnungsschritt, bei dem auf Basis des Elektrodenpotenzials für jeden der Stromwerte eine Beziehung zwischen Stromwert und Lochkorrosionsdauer berechnet wird;
einen Schritt zum Berechnen eines kritischen Stromwerts, bei dem auf Basis der Beziehung zwischen Stromwert und Lochkorrosionsdauer ein kritischer Stromwert berechnet wird, die den minimalen Stromwert angibt, bei dem Lochkorrosion aufzutreten beginnt; und
einen Lochkorrosionsverhalten-Bewertungsschritt, bei dem das Lochkorrosionsverhalten der Metalloberfläche auf Basis des kritischen Stromwerts und des Änderungsverhältnisses bewertet wird.
Vorzugsweise kann das Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche des Weiteren einen Korngrößen- bzw. Korngrenzenlängen-Bewertungsschritt umfassen, bei dem die Korngröße bzw. Korngrenzenlänge der Metalloberfläche auf Basis des kritischen Stromwerts bewertet wird, die beim Schritt des Berechnens einer kritischen Stromwert berechnet wird. Gemäß der oben beschriebenen Anordnung, kann auf Grundlage der Beziehung zwischen dem kritischen Stromwert des Metalls und der Korngröße bzw. Korngrenzenlänge des Metalls die Korngröße bzw. Korngrenzenlänge des Metalls quantitativ innerhalb einer kurzen Zeitdauer innerhalb einer Produktionslinie ohne Zerstörung des Metalls bewertet werden.
Auf Grundlage der Beziehung zwischen dem Stromwert und der Lochkorrosionsdauer wird der kritische Stromwert der Metalloberfläche berechnet. Somit können berechnet werden: (i) die Glätte der metallischen Oberfläche und die Lochkorrosionsbeständigkeit der auf der Metalloberfläche gebildeten Oxidschicht, von denen jede mit dem Verhältnis der Änderung der Lochkorrosionsdauer in Beziehung stehen, und (ii) die Lochkorrosionsbeständigkeit der Metalloberfläche, die Menge oder Konzentration von enthaltenem segregierten Spurenmetall, und die Korngröße oder Korngrenzenlänge von Aluminium, von denen jede mit dem kritischen Stromwert in Beziehung stehen. Demzufolge kann auf Grundlage des Änderungsverhältnisses und der Größe des kritischen Stromwerts die Korrosionsbeständigkeit der Metalloberfläche innerhalb einer kurzen Zeitdauer in nerhalb einer Produktionslinie ohne Zerstörung der Metalloberfläche quantitativ bewertet werden.
Ein erstes Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauteilen umfasst: einen Metalldünnschicht-Herstellungsschritt zum Herstellen einer dünnen Metallschicht auf einem Halbleitersubstrat unter vorgegebenen Ablagerungsbedingungen; einen Lösungskontakt-Herstellungsschritt, bei dem metallische Dünnschicht in Kontakt mit einer Lösung gebracht wird, die Ionen enthält, um die metallische Dünnschicht zu korrodieren; einen Metalldünnschicht-Korrosionsschritt, bei dem an die Lösung eine Vielzahl konstanter elektrischer Ströme angelegt wird, die jeweils verschiedene Stromwerte aufweisen, was ein Korrodieren der metallischen Dünnschicht durch die Lösung bewirkt; einen Elektrodenpotenzial-Messschritt, bei dem für jeden der elektrischen Ströme das Elektrodenpotenzial der von der Lösung korrodierten metallischen Dünnschicht gemessen wird; einen Lochkorrosionsdauer-Berechnungsschritt, bei dem auf Grundlage des Elektrodenpotenzials bei jedem der Stromwerte eine Beziehung zwischen dem Stromwert und der Zeitdauer der Lochkorrosion berechnet wird; einen Änderungsverhältnis-Berechnungsschritt, bei dem auf Grundlage des Methodenpotenzials bei jedem elektrischen Strom ein Verhältnis der Änderungen der Lochkorrosionsdauer zu Änderungen des Stromwerts berechnet wird; ein Kritischer-Stromwert-Berechnungsschritt, bei dem auf Grundlage der Beziehung zwischen dem Stromwert und der Lochkorrosionsdauer ein kritischer Stromwert berechnet wird, welcher den minimalen Stromwert angibt, bei dem Lochkorrosion auftritt; und einen Abscheidungsbedingungs-Beurteilungsschritt, bei dem der Oberflächenzustand der metallischen Dünnschicht auf Grundlage des Änderungsverhältnisses und des kritischen Stromwert bewertet wird und auf Grundlage der so gemachten Bewertung beurteilt wird, ob die vorgegebenen Abscheidebedingungen beim Herstellungsschritt der metallischen Dünnschicht geeignet sind, oder nicht.
Gemäß dem ersten Halbleiterbauteil-Herstellungsverfahren wird eine metallische Dünnschicht, die unter vorgegebenen Abscheidebedingungen auf einem Halbleitersubstrat gebildet wurde, einer Konstantstrom-Elektrolyse unterzogen, sobald sie mit einer Lösung in Kontakt gelangt, die Ionen zum Korrodieren der metallischen Dünnschicht enthält, und das Elektrodenpotenzial der metallischen Dünnschicht gemessen. Auf Grundlage des so gemessenen Elektrodenpotenzials werden die Beziehung zwischen dem Stromwert und der Lochkorrosionszeitdauer und einem Verhältnis von Änderungen der Lochkorrosionszeitdauer zu Änderungen des Stromwerts berechnet. Auf Grundlage der Beziehung zwischen dem Stromwert und der Lochkorrosionszeitdauer wird der kritische Stromwert für die metallische Dünnschicht berechnet. Somit können berechnet werden: (i) die Oberflächenrauhigkeit der metallischen Dünnschicht und die Lochkorrosionsbeständigkeit einer auf der Oberfläche der metallischen Dünnschicht gebildeten Oxidschicht, welche jeweils in Beziehung zum Verhältnis der Änderungen der Lochkorrosionsdauer stehen, und (ii) die Beständigkeit der metallischen Dünnschicht gegenüber Lochkorrosion, die Menge oder Konzentration von segregiertem enthaltenem Spurenmetall, und die Korngröße oder Korngrenzenlänge von Aluminium, von denen jede in Beziehung zum kritischen Stromwert steht. Demzufolge kann die metallische Dünnschicht hinsichtlich des Oberflächenzustands bewertet werden, und auf Grundlage der so gemachten Bewertung kann eine Beurteilung durchgeführt werden, ob die vorbestimmten Abscheidebedingungen beim Herstellungsverfahren der metallischen Dünnschicht geeignet sind oder nicht. Demzufolge kann die Oberflächeneigenschaft der metallischen Dünnschicht, die unter vorgegebenen Abscheidebedingungen auf einem Halbleitersubstrat gebildet wurde, auf Grundlage des Verhältnisses der Änderungen der Korrosionsdauer zu Änderungen des Stromwerts und des kritischen Stromwerts bewertet werden. Auf Grundlage der so gemachten Bewertung kann beurteilt werden, ob die vorbestimmten Abscheidbedingungen, die bei der Bildung der metallischen Dünnschicht verwendet wurden, geeignet sind oder nicht. Somit können die Abscheidebedingungen für die metallische Dünnschicht innerhalb einer kurzen Zeitdauer ermittelt werden.
Ein zweites Halbleiterbauteil-Herstellungsverfahren umfasst: einen Schritt des Bildens einer metallischen Verschaltung auf einem Halbleitersubstrat; einen Schritt des Bildens einer Oxidschicht auf der metallischen Verschaltung; einen Lösungskontakt-Herstellungsschritt, bei dem die metallische Verschaltung mit der darauf gebildeten Oxidschicht in Kontakt mit einer Ionen enthaltenden Lösung gebracht wird, um die metallische Verschaltung zu korrodieren; einen Metallverschaltungs-Korrosionsschritt, bei dem an die Lösung eine Vielzahl konstanter elektrischer Ströme angelegt wird, die jeweils verschiedene Stromwerte aufweisen, so dass die metallische Verschaltung durch die Lösung korrodiert wird; einen Elektrodenpotenzial-Messschritt, bei dem bei jedem elektrischen Strom das Elektrodenpotenzial der metallischen Verschaltung, die von der Lösung korrodiert wird, gemessen wird; einen Änderungsverhältnis-Berechnungsschritt, bei dem auf Basis des Elektrodenpotenzials für jeden elektrischen Strom ein Verhältnis der Änderung der Lochkorrosionsdauer zur Änderung des Stromwerts berechnet wird; einen Korrosionsbeständigkeits-Bewertungsschritt, bei dem die Korrosionsbeständigkeit der Oxidschicht auf Grundlage des Änderungsverhältnisses berechnet wird; und einen Oxidschichtbeurteilungsschritt, bei dem die Korrosionsbeständigkeit der Oxidschicht mit einem vorbestimmten Standard verglichen wird, wobei die Oxidschicht entfernt und daraufhin eine neue Oxidschicht gebildet wird, wenn die Korrosionsbeständigkeit der zuerst genannten Oxidschicht dem vorbestimmten Standard nicht genügt, oder der Prozess beim nachfolgenden Schritt am Halbleitersubstrat ausgeführt wird, dass die daraus gebildete Oxidschicht aufweist, wenn die Korrosionsbeständigkeit der Oxidschicht dem vorbestimmten Standard genügt.
Gemäß dem zweiten Halbleiterbauteil-Herstellungsverfahren wird eine metallische Verschaltung, die auf ihrer Oberfläche eine Oxidschicht aufweist, nach der Kontaktierung mit einer Ionen enthaltenden Lösung zur Korrosion der metallischen Verschaltung, einer Konstantstrom-Elektrolyse unterzogen, und das Elektrodenpotenzial der metallischen Verschaltung gemessen. Auf Grundlage des so gemessenen Elektrodenpotenzial wird ein Verhältnis der Änderung der Lochkorrosionszeitdauer zur Änderung des Stromwerts berechnet. Demzufolge kann die Lochkorrosionsbeständigkeit der Oxidschicht bewertet werden, die in Beziehung mit dem Verhältnis der Änderung der Lochkorrosionsdauer steht. Dadurch kann die Oxidschicht hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit bewertet werden. Demzufolge kann bei einer metallischen Verschaltung mit einer auf dessen Oberfläche gebildeter Oxidschicht die Korrosionsbeständigkeit der Oxidschicht bewertet werden auf Grundlage der Beziehung zwischen (i) der Änderung der Lochkorrosionsdauer zur Änderung des Stromwerts, und (ii) der Lochkorrosionsbeständigkeit der Oxidschicht. Auf Grundlage der so gemachten Bewertung wird die Korrosionsbeständigkeit der Oxidschicht mit einem vorbestimmten Standard verglichen. Auf Grundlage eines solchen Vergleichs kann beurteilt werden, ob die Oxidschicht gut ist oder nicht. Eine solche Beurteilung kann innerhalb kurzer Zeitdauer innerhalb einer Produktionslinie ohne Zerschneiden der metallischen Verschaltung durchgeführt werden. Weiterhin kann eine Oxidschicht, die dem vorbestimmten Standard nicht genügt, modifiziert werden. Dies trägt stark zur Verbesserung der Produktionsausbeute von Halbleiterbauteilen bei.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht einer Messvorrichtung, die bei einem Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
2 ist eine detaillierte Ansicht der Messvorrichtung, die beim Verfahren zum Bewerten des Zustands der Metalloberfläche gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
jede der 3(a), (b), 4(a), (b) und 5 ist eine Ansicht, die den zeitlichen Verlauf der Änderungen des Elektrodenpotenzials darstellt, wenn gemäß dem Verfahren zum Bewerten des Zustands der Metalloberfläche gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Konstantstrom-Elektrolyse in Salzsäure durchgeführt wird;
6 ist eine charakteristische Ansicht, welche die Beziehung zwischen der Lochkorrosionszeitdauer und der elektrischen Stromdichte illustriert, wenn Konstantstrom-Elektrolyse in Salzsäuren unterschiedlicher Konzentrationen beim Verfahren zum Bewerten des Zustands der Metalloberfläche gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
jede der 7(a) und (b) ist eine Schnittansicht, die den Verlauf der Metallkorrosion beim Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
8 ist eine charakteristische Ansicht, die die Beziehung zwischen der Konzentration der Salzsäure und der grafischen Steigung zeigt, welche mittels Konstantstrom-Elektrolyse beim Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
9 ist eine Ansicht, die einen kritischen elektrischen Stromwert beim Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine charakteristische Ansicht, die die Beziehung zwischen der Lochkorrosionsdauer und der elektrischen Stromdichte veranschaulicht, wenn AlCu-Metalle mit unterschiedlichen Korngrößen einer Konstantstrom-Elektrolyse in Salzsäure gemäß dem Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterzogen werden;
11 ist eine allgemeine Ansicht einer Messvorrichtung, die beim Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
12 ist eine detaillierte Ansicht der Messvorrichtung, die beim Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
13 ist ein Flussdiagramm der Schritte eines Halbleiterbauteil-Herstellungsverfahrens;
14 ist eine schematische Ansicht einer Messvorrichtung, die bei einem Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist;
15 ist eine Detailansicht der Messvorrichtung, die beim Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist;
16 ist eine Ansicht, die zeitliche Änderungen des Korrosionsstroms darstellt, wenn in Salzsäure Elektrolyse unter konstanter Spannung mit dem Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
17 ist eine allgemeine Ansicht einer Messvorrichtung, die bei dem Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
18 ist eine Detailansicht der Messvorrichtung, die bei dem Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
(Erste Ausführungsform)
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wird in der nachfolgenden Beschreibung eine Messvorrichtung abgehandelt, die beim Verfahren zum Bewerten des Zustands einer Metalloberfläche gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist.
1 zeigt eine schematische Ansicht der Messvorrichtung, während 2 dieselbe im Detail zeigt. Diese Messvorrichtung ist ausgebildet, um das Elektrodenpotenzial einer Al-Legierungsschicht, die eine metallische Dünnschicht für eine Verschaltung (metallische Verschaltungsschicht) auf einem Halbleiter-Wafer, der als ein Halbleitersubstrat dient, bei einem konstanten elektrischen Strom in einer Lösung zu verwenden ist.
Dargestellt in den 1 und 2 sind: ein Galvanostat 11, um ein natürliches Elektrodenpotenzial zu messen, eine Aufzeichnungsvorrichtung 12, um die zeitliche Änderung des Potenzials aufzuzeichnen, und ein Halbleiter-Wafer 13, auf dem eine zu messende Probe oder eine Al-Legierungsschicht, die als metallische Verschaltungsschicht dient, abgelagert ist. Weiter dargestellt in 1 und 2 sind: eine Referenzelektrode 14, die aus Ag/AgCl besteht, eine Gegenelektrode 15 aus Pt, und Verbindungsleitungen 16, 17, 18, um den Halbleiter-Wafer 13, die Referenzelektrode 14 und die Gegenelektrode 15 mit dem Galvanostat 11 zu verwenden. Durch Eintauchen des Halbleiter-Wafers 13, der Referenzelektrode 14 und der Gegenelektrode 15 in eine Messzelle 19, die mit einer Lösung gefüllt ist, können Änderungen des Elektrodenpotenzials im zeitlichen Verlauf gemessen werden. Vorsorge ist getroffen worden, dass – wenn angelegt – ein elektrischer Strom vom Galvanostat 11 über die Gegenelektrode 15 zum Halbleiter-Wafer 13 fließt, und dass der Galvanostat 11 eine Potenzialdifferenz zwischen der Referenzelektrode 14 und dem Halbleiter-Wafer 13 ausliest.
Unter Bezugnahme auf die 3 bis 10 folgt nun eine Diskussion eines Verfahrens zum Bewerten des Zustands des Durchführens einer elektrochemischen Bewertung unter Verwendung der Messvorrichtung mit der oben erwähnten Anordnung.
3 bis 5 zeigen den zeitlichen Verlauf der Potenzialänderungen, wenn dünne AlSiCu-Schichten einer Konstantstrom-Elektrolyse in einer 1N (normalen) Salzsäurelösung unter Verwendung konstanter elektrischer Ströme, die jeweils unterschiedliche Stromwerte (Stromdichtewerte) aufweisen, durchgeführt wird.
Salzsäurelösung wurde als Lösung verwendet, da Chlorionen auf Aluminium korrodierend wirken. Solange jedoch die Lösung Halogenionen erzeugt, ist eine solche Lösung aus Salzsäure nicht notwendigerweise erforderlich.
Aus den Änderungen und zeitlichem Verlauf der 3 bis 5 können bei den entsprechenden konstanten Stromwerten (konstanten Stromdichtewerten) Zeitdauern abgelesen werden, während derer in Aluminiumoxidschichten auf den dünnen AlSiCu-Schichten Löcher gebildet wurden und Korrosion durch eine kathodische Wirkung von Cu in der Salzsäure auftrat.
In den 3 bis 5 sind die Zeitbereiche zwischen 0 und T₁~T₅, wo die Potenzialwerte fluktuieren, Lochkorrosionszeitspannen, während derer in den Aluminiumoxidschichten Lochbildung und Korrosion auftritt.
Nach dem Verstreichen der Zeitdauer T₁~T₅ wurden eine Anzahl von korrodierten Löchern erzeugt, und schließlich verschwinden die Aluminiumoxidschichten, so dass die dünnen AlSiCu-Schichten gleichmäßig in ihrer Gesamtheit korrodiert werden. In den 3 bis 5 sind die Zeitzonen nach T₁~T₅, in denen die Potenzialwerte monoton abnehmen, Ganzoberflächenkorrosionszeitenspannen, während derer die gesamten Oberflächen korrodiert werden. Es ist daher möglich, die Zeiten der Lochkorrosion zwischen 0 und T₁~T₅, während derer die Potenzialwerte fluktuieren, von den Ganzoberflächenkorrosionszeiten, während derer die Potenziale monoton abnehmen, eindeutig zu unterscheiden.
Die nachfolgende Beschreibung diskutiert einen Mechanismus zum Erzeugen von Lochkorrosion unter Bezugnahme auf die 7(a) und (b).
7(a) zeigt einen Zustand, bei dem als eine Oxidschicht eine Aluminiumoxidschicht 32 auf der Oberfläche einer AlSiCu-Legierung 31 gebildet wird. Kupfer 34 ist an einer Korngrenze von Aluminiumkristallkörnern 33 segregiert, und eine Kupferoxidschicht 35 ist auf der Oberfläche des Kupfers 34 ausgebildet. Wenn die in 7(a) gezeigte Probe in eine Salzsäurelösung eingetaucht wird und in dieser ein konstanter elektrischer Strom fließt, lösen sich die Aluminiumoxidschicht 32 und Kupferoxidschicht 35 auf. Demzufolge ist Kupfer 34 an der Außenseite freigelegt, wie in 7(b) gezeigt, was bewirkt, dass Kupfer in der Salzsäure als eine Kathode wirkt. In einem solchen Zustand bildet sich eine Potenzialdifferenz zwischen der Salzsäure und der AlSiCu-Legierung 31, so dass ein elektrisches Feld auf die Aluminiumoxidschicht 32 einwirkt. Dies führt zur Bildung einer Öffnung 36. Ein solches Phänomen der Lochbildung in der Aluminiumoxidschicht 32 wird als Lochkorrosion bezeichnet.
6 zeigt die Daten, die erhalten wurden, indem dünne AlSiCu-Verschaltungsschichten unmittelbar nach der Bildung durch Sputtern einer Konstantstrom-Elektrolyse in Salzsäuren mit unterschiedlichen Konzentrationen unter Verwendung konstanter elektrischer Ströme mit unterschiedlichen Stromwerten unterzogen wurden. Die Daten sind in 6 in der Form eines Graphen dargestellt, dessen Ordinate die Lochkorrosionszeitdauer darstellt, die auf der früher erwähnten Art und Weise gemessen wurde, und die Abszisse in logarithmischer Darstellung die Stromdichte eines angelegten konstanten elektrischen Stroms darstellt. In 6 zeigen die grafischen Linien (a), (b) und (c) die Beziehungen zwischen der Lochkorrosionszeitdauer und der Stromdichte (Stromwert), die durch Konstantstrom-Elektrolyse in einer 0,1N-Salzsäure bzw. einer 1N-Salzsäure bzw. einer 2N-Salzsäure erhalten wurden.
6, welche die Daten zeigt, die durch Durchführen einer Konstantstrom-Elektrolyse mit Salzsäure veränderlicher Konzentration erhalten wurden, macht verständlich, dass die Abhängigkeit der Lochkorrosionszeitdauer vom Stromwert mit Änderungen der Konzentration der Salzsäure variiert. Insbesondere gilt: je höher die Konzentration der Salzsäure ist oder je höher die Auflösungsgeschwindigkeit ist, desto geringer ist die Abhängigkeit der Lochkorrosionszeitdauer vom Stromwert, und die Steigung einer grafischen Linie in 6 ist geringer. Das heißt, wenn die Salzsäure eine hohe Konzentration aufweist, so weist die Lochkorrosion aufgrund von Kupfer keine Dominanz auf. Somit wird die Lochkorrosionszeitdauer nicht verlängert, selbst wenn der Stromwert erhöht wird. In diesem Zusammenhang wird eine erste Beziehung aufgestellt, gemäß der bei einem metallischen Oxid, das Oxid gegenüber Korrosion in einer Lösung unabhängig vom Stromwert stärker anfällig ist, da die Steigung einer grafischen Linie, die die Beziehung zwischen Stromwert und Korrosionszeitdauer des Oxids angibt, kleiner ist. Somit kann durch Ermitteln der Steigung der oben erwähnten grafischen Linie die Korrosionsbeständigkeit eines metallischen Oxids oder die Lochkorrosion einer Oxidschicht auf der metallischen Oberfläche bezüglich Korrosion bewertet werden.
In 8 stellt die Ordinate die Steigung jeder der grafischen Linien (a), (b) und (c) von 6 dar, welche die Beziehung zwischen der Lochkorrosionszeitdauer und der Stromdichte (Stromwert) darstellen und die Abszisse stellt die Konzentration der Salzsäure in Form eines Logarithmus dar. In 8 wird eine gerade Linie erhalten, deren Steigung bezüglich der Konzentration der Salzsäure –5,3 beträgt.
Auf der anderen Seite kann das Auflösen der Aluminiumoxidschicht (Al₂O₃), die als Oxidschicht auf der dünnen AlSiCu-Schicht dient, durch Salzsäure durch die folgende Formel (1) ausgedrückt werden:
wobei k eine Reaktionsgeschwindigkeitskonstante ist.
Wie die folgende Gleichung (2) zeigt, ist die Auflösungsgeschwindigkeit von Al₂O₃ proportional zur sechsten Potenz der Konzentration der Salzsäure ist: –d [Al₂O₃]/dt = k [HCI]⁶ (2).
Auf der anderen Seite werden die folgenden zwei Punkte anhand des Graphen von 8 verständlich.
Erstens wird verständlich, dass mit einer Zunahme der Konzentration der Salzsäure das Verhältnis der Änderung der Korrosionszeitdauer zur Änderung der Stromdichte oder des Stromwertes (der Wert der "grafischen Steigung" aufgrund eines negativen Vorzeichens der grafischen Linie von 8) kleiner wird und die Aluminiumoxidschicht anfälliger für Korrosion ist.
Zweitens wird verständlich, dass das Verhältnis der Änderung der Korrosionszeitdauer zur Änderung der Stromdichte proportional zur Potenz –5,3 der Konzentration der Salzsäure ist, da die Steigung der grafischen Linie von 8 –5,3 beträgt. Wenn die Bedeutung des negativen Vorzeichens berücksichtigt wird, wird verständlich, dass die Korrosionsanfälligkeit der Aluminiumoxidschicht proportional zur Potenz 5,3 der Konzentration der Salzsäure ist.
Der Exponent der Konzentration der Salzsäure, der für die Auflösungsgeschwindigkeit der Aluminiumoxidschicht (Al₂O₃) kennzeichnend ist, entspricht dem Wert der Steigung der grafischen Linie von 8 oder dem Wert, der durch die Formel (2) dargestellt wird. Die Steigung in 8 und der Wert von Formel (2) betragen 5,3 bzw. 6, und sind somit ungefähr einander gleich. In diesem Zusammenhang betrifft der Steigungswert der grafischen Linie von 8 die Auflösungsgeschwindigkeit der Aluminiumoxidschicht (Al₂O₃).
Insbesondere werden die Steigungen von grafischen Linien von 5 erhalten, von denen jede für die Beziehung zwischen Korrosionszeitdauer und Stromdichte steht, welche durch ein Konstantstrom-Elektrolyseverfahren erhalten wurden, und die so erhaltenen Steigungen der grafischen Linien werden bezüglich der Konzentrationen der Salzsäuren aufgetragen, was zur grafischen Linie von 8 führt. Ein Steigungswert der grafischen Linie von 8 steht für die Auflösungsgeschwindigkeit einer Oxidschicht, die auf der Metallobertläche gebildet wird. Somit kann durch Erhalten eines Steigungswertes der grafischen Linie von 8 die Auflösungsgeschwindigkeit der Oxidschicht gemessen werden.
Allgemein lässt sich feststellen, dass es eine zweite Beziehung gibt, nach der die Auflösungsgeschwindigkeit größer ist, je rauer die metallische Oberfläche ist.
Somit wird ein Metall, das eine Oberfläche aufweist, dessen Zustand bewertet werden soll, einer Konstantstrom-Elektrolyse in einer Lösung unterzogen, und die Beziehung zwischen Stromwert und der Lochkorrosionszeitdauer gemessen. Auf Grundlage der so gemessenen Beziehung kann die Auflösungsgeschwindigkeit einer Oxidschicht auf der metallischen Oberfläche gemessen werden. Somit können die Rauhigkeit und Lochkorrosionsbeständigkeit der Metalloberfläche bewertet werden, die beide mit der Auflösungsgeschwindigkeit der Oxidschicht zusammenhängen.
In 6 zeigt die grafische Linie (d) die Beziehung zwischen der Stromdichte (Stromwert) und der Lochkorrosionszeitdauer, welche erhalten wird, indem eine dünne AlSiCu-Schicht thermisch über fünf Minuten bei einer Temperatur von 450°C einer Konstantstrom-Elektrolyse in einer 0,1N-Salzsäure unterzogen wird. Wie 6 zeigt, ist die Steigung der grafischen Linie (d) im Wesentlichen dieselbe, wie die der grafischen Linie (a), welche eine solche Beziehung zeigt, die für eine dünne AlSiCu-Schicht erhalten wurde, welche unmittelbar nach dem Sputtern in eine 0,1N-Salzsäure eingetaucht wurde. Es zeigt sich somit, dass die Rauhigkeit und Lochkorrosionsbeständigkeit der Metalloberfläche keinerlei Änderung erfährt, obwohl das Metall thermisch behandelt wird.
Nächstens werden die kritischen Stromwerte (= I_krit) einer dünnen AlSiCu-Schicht unmittelbar nach der Herstellung durch Sputtern und einer dünnen AlSiCu-Schicht nach einer thermischen Behandlung erhalten. Wie 9 zeigt, betrifft ein kritischer Stromwert einen X-Schnittpunkt, der durch Verlängern der grafischen Linie, welche die Beziehung zwischen Stromwert und Lochkorrosionszeitdauer darstellt, in negativer Richtung des Stromwertes erhalten. Das heißt, der kritische Strom ist ein minimaler Stromwert, bei dem Lochkorrosion aufzutreten beginnt. Dies bedeutet, dass Lochkorrosion bereits beginnt, wenn der kritische Stromwert klein ist. Durch Erhalten des kritischen Stromwertes kann ein Metall hinsichtlich seines Lochkorrosionsverhaltens bewertet werden.
Unter Verwendung der grafischen Linien (a) und (d) von 6 können die Werte für den kritischen Strom erhalten werden. Der kritische Stromwert für die dünne AlSiCu-Schicht, unmittelbar nach dem Sputtern, ergibt sich aus der grafischen Linie (a) zu 1,2 × 10¹¹ (A/cm²) und der Wert des kritischen Stroms für die thermisch behandelte dünne AlSiCu-Schicht ergibt sich aus der grafischen Linie (d) zu 2,7 × 10^–24 (A/cm²). Somit wird der Wert des kritischen Stroms für die thermisch behandelte dünne AlSiCu-Schicht um 13 Größenordnungen, verglichen mit der dünnen AlSiCu-Schicht, unmittelbar nach dem Sputtern reduziert. Speziell wird die Menge von Kupfer, die an den Korngrenzen segregiert ist, durch die thermische Behandlung erhöht, was die Lochbildung und Korrosion fördert und den Wert des kritischen Stroms herabsenkt. Somit kann das Ausmaß der Segregation oder die Konzentration von Kupfer in der dünnen AlSiCu-Schicht bewertet werden. Das heißt, Erhalten des Wertes des kritischen Stroms kann das Segregationsausmaß oder die Konzentration eines enthaltenen Spurenmetalls bewertet werden.
10 zeigt die Beziehung zwischen Stormdichte und Lochkorrosionszeitdauer, wenn dünne AlCu-Schichten, deren Korngrößen voneinander um etwa einen Faktor 10 bis 15 verschieden sind, einer Konstantstrom-Elektrolyse unterzogen wurden. In 10 stellt die grafische Linie (a) die oben erwähnte Beziehung in einer dünnen AlCu-Schicht mit einer Korngröße von 2 bis 3 μm dar, während die grafische Linie (b) die oben erwähnte Beziehung in der dünnen AlCu-Schicht mit einer Korngröße von 0,2 um darstellt.
Wie anhand von 10 erkennbar ist, beträgt der Wert des kritischen Stroms für die Al-Cu-Dünnschicht mit einer Korngröße von 2 bis 3 μm, die durch die grafische Linie (a) dargestellt ist, 1,4 × 10^–8 (A/cm²), und der Wert des kritischen Stroms für die AlCu-Dünnschicht mit einer Korngröße von 0,2 um, die durch die grafische Linie (b) dargestellt ist, 1,4 × 10^–14 (A/cm²). Somit ist der Wert des kritischen Stroms für eine AlCu-Dünnschicht mit einer größeren Korngröße größer als der Wert des kritischen Stroms für eine AlCu-Dünnschicht mit einer kleineren Korngröße. Das heißt, je größer die Korngröße ist, desto kürzer ist die Korngrenzenlänge, und die Menge an Kupfer, die an der Korngrenze segregiert ist, ist verringert, so dass Korrosion aufgrund eines lokalen Batterieeffekts unterdrückt ist. Somit kann durch Ermitteln eines Wertes für den kritischen Strom die Korngrenzenlänge oder Korngrenze von Aluminium in der dünnen AlCu-Schicht bewertet werden. Insbesondere kann durch Erhalten des Wertes des kritischen Stroms die Korngrenzenlänge oder Korngrenze von Aluminium ermittelt werden.
Somit wird ein Metall, das eine Oberfläche aufweist, dessen Zustand bewertet werden soll, in einer Lösung einer Konstantstrom-Elektrolyse unterzogen, das Elektrodenpoten zial gemessen und die Beziehung zwischen dem Stormwert und der Lochkorrosionsdauer gemessen. Auf Grundlage der so gemessenen Beziehung kann der Wert des kritischen Stroms des Metalls erhalten werden. Aus dem Wert des kritischen Stroms, der so erhalten wird, kann das Metall hinsichtlich Beständigkeit gegenüber Lochkorrosion bewertet werden, sowie die segregierte Menge oder Konzentration von enthaltenem Spurenmaterial und die Korngrenzenlänge oder Korngröße von Aluminium ermittelt werden.
Somit wird ein Metall, dessen Oberfläche hinsichtlich des Zustands bewertet werden soll, in einer Lösung einer Konstantstrom-Elektrolyse unterzogen, das Verhältnis von Änderungen der Lochkorrosionsdauer zu Änderungen des Wertes des angelegten Stroms auf Grundlage von zeitlichen Änderungen des Elektrodenpotenzials erhalten, die Auflösungsgeschwindigkeit der Oxidschicht auf der Metalloberfläche auf Grundlage des so erhaltenen Veränderungsverhältnisses gemessen, und die Rauhigkeit und Beständigkeit der Metalloberfläche gegenüber Lochkorrosion kann auf Grundlage der so erhaltenen Auflösungsgeschwindigkeit ermittelt werden. Weiterhin kann auf Grundlage der Beziehung zwischen dem Wert des angelegten Stroms und der Lochkorrosionsdauer der Wert des kritischen Stroms des Metalls berechnet werden, und auf Grundlage des so berechneten Wertes des kritischen Stroms kann das Metall hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegenüber Lochkorrosion bewertet werden, ferner die segregierte Menge oder Konzentration von enthaltenem Spurenmetall, die Korngrenzenlänge oder Korngröße von Aluminium erhalten werden. Somit kann die Widerstandsfähigkeit des Metalls gegenüber Korrosion bewertet werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform wird eine zu messende Probe einer Konstantstrom-Elektrolyse in Salzsäure unterzogen, das Elektrodenpotenzial gemessen, und zeitliche Änderungen des Elektrodenpotenzials gemessen, um die Beziehung zwischen Stromwert und Lochkorrosionsdauer zu erhalten. Auf Grundlage der so erhaltenen Beziehung kann das Metall hinsichtlich der Oberflächenrauhigkeit, Lochkorrosionsbeständigkeit der Metalloberfläche, Widerstandsfähigkeit gegenüber Lochkorrosion, segregierter Menge oder Konzentration von enthaltenem Spurenmetall, Korngrenzenlänge oder Korngröße von Aluminium und die allgemeine Korrosionsbeständigkeit unter diesen chemischen und physikalischen Eigenschaften bewertet werden, wobei die Bewertung innerhalb ei ner Produktionslinie innerhalb kurzer Zeitdauer ohne Zerstörung des Metalls geschehen kann.
Demzufolge kann jedes Auftreten von Korrosion des Metalls in einem Verfahren zur Herstellung einer Verschaltung innerhalb einer Produktionslinie innerhalb kurzer Zeitdauer ohne Zerstörung des Halbleiter-Wafers überwacht werden. Dies trägt stark zu Verbesserungen der Produktionsausbeute von Halbleiterbauteilen bei. Weiterhin können die Ergebnisse der Bewertung hinsichtlicht Trockenätz- und weiterer Verfahren in das Verfahren zur Herstellung der Verschaltung rückgekoppelt werden, wenn eine metallische Verschaltungsschicht nach dem Trockenätzen hinsichtlich chemischer und physikalischer Eigenschaften bewertet wird.
(Zweite Ausführungsform)
Unter Bezugnahme auf die 11 und 12 diskutiert die nachfolgende Beschreibung ein Verfahren zur Bewertung des Oberflächenzustands einer Metalloberfläche gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, sowie eine Messvorrichtung, die bei diesen Verfahren verwendet werden kann.
11 zeigt eine allgemeine Anordnung der Messvorrichtung, die in der Lage ist, das Potenzial eines sehr kleinen Gebiets beim Verfahren zum Bewerten des Oberflächenzustands der Metalloberfläche gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu messen. 12 zeigt die Messvorrichtung von 11 im Detail.
In den 11 und 12 gezeigt sind: ein Galvanostat 41, zum Messen eines Elektrodenpotenzials bei einem konstanten elektrischen Strom, eine Aufzeichnungsvorrichtung 42, um zeitliche Änderungen des Potenzials aufzuzeichnen, und ein Halbleiter-Wafer 43, auf welchem eine zu messende Probe abgeschieden ist, oder eine Al-Legierungsschicht, die als die metallische Verschaltungsschicht dient. Ferner gezeigt in den 11 und 12 sind: eine Referenzelektrode 44 aus Ag/AgCl, eine Gegenelektrode 45 aus Pt, ein erster Behälter 46, der mit einer ersten Lösung 48 zu füllen ist, wie z. B. einer HCl-Lösung oder Ähnlichem, und ein zweiter Behälter 47, der mit einer zweiten Lösung 49 zu füllen ist, wie z. B. einer NaCl-Lösung, KCl-Lösung oder Ähnlichem. Ein querver bindender Abschnitt 50 aus einem porösen Körper, wie z. B. Vycor-Glas oder Ähnlichem, verhindert einen Austausch der ersten Lösung 48 mit der zweiten Lösung 49.
Die Referenzelektrode 44, die Gegenelektrode 45 und der erste Behälter 46 sind in einer einheitlichen Struktur hergestellt. Der erste Behälter 46 besteht aus einem zylindrischen Körper mit einem Durchmesser von etwa 1 cm und einer Höhe von etwa 3 cm. Der erste Behälter 46 besteht aus einem Material, wie z. B. Glas, einer Fluorkohlenstoffverbindung oder Ähnlichem, welches nicht mit der ersten Lösung 48 reagiert und verhindert, dass die erste Lösung 48 nach außen sickert.
Metall wird hinsichtlich des Oberflächenzustands unter Verwendung der Messvorrichtung mit der oben beschriebenen Anordnung in der nachfolgenden Weise bewertet.
Zuerst wird ein sehr kleines Gebiet auf dem Halbleiter-Wafer 43, das bewertet werden soll, in engen Kontakt mit dem unteren Ende des ersten Behälters 46 gebracht, und der erste Behälter 46 mit der ersten Lösung 48 gefüllt.
Dann wird ein konstanter Strom an die Gegenelektrode 45 angelegt, eine zu messende Probe oder eine metallische Verschaltungsschicht einer Konstantstrom-Elektrolyse unterzogen, und das Elektrodenpotenzial der metallischen Verschaltungsschicht gemessen.
Dann wird das Innere des ersten Behälters 46 gereinigt, um das Elektrodenpotenzial eines weiteren sehr kleinen Gebiets auf dem Halbleiter-Wafer 43 zu messen, die erste Lösung 48 durch eine neue ersetzt, ein konstanter elektrischer Strom an die Gegenelektrode 45 in dem weiteren sehr kleinen Gebiet auf dem Halbleiter-Wafer 43 angelegt, und das Elektrodenpotenzial der metallischen Verschaltungsschicht auf dem weiteren sehr kleinen Gebiet gemessen. Auf Grundlage des so gemessenen Elektrodenpotenzials, wird das Verhältnis von Änderungen der Lochkorrosionsdauer zu Änderungen des Stromwertes und des kritischen Stromwertes berechnet, auf Grundlage welcher die Metalloberfläche bewertet wird.
Gemäß dem oben beschriebenen Bewertungsverfahren, kann die metallische Verschaltungsschicht auf dem Halbleiter-Wafer 43 an einer Vielzahl von Punkten innerhalb kurzer Zeitdauer ohne Zerstörung des Halbleiter-Wafers 43 überprüft werden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform kann der Halbleiter-Wafer 43 an einer Vielzahl von sehr kleinen Bereichen unter Verwendung des oben erwähnten Bewertungsverfahrens und der oben beschriebenen Messvorrichtung überprüft werden. Es ist daher möglich, Variationen im Oberflächenzustand der Metalloberfläche in einer Ebene des Halbleiter-Wafers 43 zu überprüfen und den Mittelwert solcher Variationen zu ermitteln. Somit kann der Oberflächenzustand der metallischen Verschaltungsschicht auf dem Halbleiter-Wafer 43 innerhalb einer kurzen Zeitdauer ohne Zerstörung des Halbleiter-Wafers 43 genauer bewertet werden.
Die nachfolgende Beschreibung diskutiert ein Herstellungsverfahren für Halbleiterbauteile unter Bezugnahme auf 13.
13 ist ein Flussdiagramm, das die auszuführenden Schritte darstellt, wenn das Verfahren zur Bewertung des Oberflächenzustands der Metalloberfläche gemäß jeder der ersten und zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bei einem Herstellungsverfahren für Halbleiterbauteile angewandt wird.
Beim Herstellungsverfahren für Halbleiterbauteile wird O₂-Veraschen durchgeführt, um einen Fotolack nach dem Trockenätzen als einem Verschaltungsbildungsschritt zu entfernen, und eine Reinigungsbehandlung mit einer Mischlösung als Salpetersäure und Flusssäure daraufhin durchgeführt, um den Halbleiter-Wafer zu reinigen, um zu vermeiden, dass die dünne metallische Schicht, die als Verschaltungsschicht dienen soll, durch verbleibende Chlorionen korrodiert wird. Die Reinigungsbehandlung mit der Mischlösung- aus Salpetersäure und Flusssäure bewirkt, dass sich auf der metallischen Verschaltungsschicht eine Oxidschicht ausbildet, was vermeidet, dass die metallische Verschaltungsschicht korrodiert wird.
Nach der Reinigungsbehandlung mit der Mischlösung aus Salpetersäure und Flusssäure wird das Bewertungsverfahren für den Oberflächenzustand der Metalloberfläche gemäß jeder der ersten und zweiten Ausführungsformen als ein Bewertungsschritt zur Be wertung der Lochkorrosionsbeständigkeit der Oxidschicht durchgeführt, die auf der metallischen Verschaltungsschicht gebildet wurde, nachdem diese unter Verwendung der gemischten Lösung aus Salpetersäure und Flusssäure gereinigt wurde, sowie der Korrosionsbeständigkeit des Metalls und der segregierten Menge von enthaltenem Spurenmetall. Beim Bewertungsschritt kann geurteilt werden, ob die bewerteten Eigenschaften Standarderfordernissen genügen, oder nicht, und jeder Halbleiter-Wafer, der diesen Standards nicht genügt, wird aussortiert. Dann werden solche Halbleiter-Wafer, die den Standards nicht genügen, z. B. noch einmal durch eine Behandlung mit einer gemischten Lösung aus Salpetersäure und Flusssäure oxidiert, um die Dicke der Oberflächenschicht zu erhöhen, so dass die Lochkorrosionsbeständigkeit erhöht wird, bis der Halbleiter-Wafer Standardertordernissen genügt. Dies trägt deutlich zu Verbesserungen bei der Produktionsausbeute von Halbleiterbauteilen bei.
Die folgende Beschreibung diskutiert ein weiteres Herstellungsverfahren für Halbleiterbauteile.
Um die Abscheidebedingungen für eine metallische Verschaltungsschicht bei einem Herstellungsverfahren für Halbleiterbauteile zu ermitteln, wird das Verfahren zur Bewertung des Oberflächenzustands der Metalloberfläche gemäß jedem der ersten und zweiten Ausführungsformen unmittelbar nach dem Abscheiden der metallischen Verschaltungsschicht angewandt. Speziell wird eine metallische Verschaltungsschicht unmittelbar nach dem Abscheiden auf dem Halbleiter-Wafer einer Konstantstrom-Elektrolyse unterzogen und das Verhältnis von Änderungen von Lochkorrosionsdauer zu Änderungen des angelegten Stromwertes, sowie der kritische Stromwert gemessen.
Auf Grundlage des Verhältnisses der Änderungen und des so gemessenen kritischen Stromwertes kann die Korrosionsbeständigkeit und der Oberflächenzustand der metallischen Verschaltungsschicht unmittelbar nach dem Abscheiden innerhalb kurzer Zeitdauer bewertet werden. Es ist daher möglich, innerhalb kurzer Zeitdauer zu beurteilen, ob die Abscheidebedingungen für die metallische Verschaltungsschicht geeignet sind oder nicht.
Die nachfolgende Beschreibung diskutiert ein Verfahren zur Auswahl einer Behandlungslösung für eine Oberflächenaktivierung bei einem Plattierungsverfahren.
Wenn ein Metallstück plattiert wird, ist es erforderlich, eine Oxidschicht auf der Metalloberfläche vollständig zu entfernen, um die Oberfläche des Metalls zu aktivieren, bevor das Metall in eine Plattierungslösung eingetaucht wird. Um eine Behandlungslösung zur Oberflächenaktivierung, welche bei einer solchen Aktivierung verwendet werden soll, auszuwählen, wird das Verfahren zur Bewertung des Oberflächenzustands der Metalloberfläche gemäß der ersten Ausführungsform verwendet.
Teile, die plattiert werden sollen und jeweils dieselben Spezifikationen aufweisen, werden in eine Vielzahl von Oberflächenaktivierungs-Behandlungslösungen eingetaucht, und einer Konstantstrom-Elektrolyse gemäß der ersten Ausführungsform unter denselben Bedingungen unterzogen. Auf Grundlage des Verhältnisses zwischen dem Stromwert und der Lochkorrosionsdauer wird die Abhängigkeit der Lochkorrosionsdauer vom Stromwert bewertet. Es versteht sich, dass unter der Vielzahl von Oberflächenaktivierungs-Behandlungslösungen diejenige Lösung mit der geringsten Abhängigkeit der Lochkorrosionsdauer auf den Stromwert oder diejenige, die die kleinste Steigung der grafischen Linie, welche die zeitliche Änderung der Lochkorrosion gegenüber dem Stromwert darstellt, aufweist, die beste Eignung besitzt, die Oxidschicht auf jedem zu plattierenden Teil zu korrodieren. Folglich wird eine solche Behandlungslösung als bestgeeignete Oberflächenaktivierungs-Behandlungslösung ausgewählt.
Die nachfolgende Beschreibung diskutiert ein Verfahren zur Auswahl einer Polierlösung bei einem Herstellungsprozess für Verschaltungen bei Halbleiterbauteilen.
Das Verfahren zur Bewertung des Oberflächenzustands einer Metalloberfläche gemäß der ersten Ausführungsform wird angewandt, um eine Polierlösung auszuwählen, mit der ein zu polierendes Teil bei einem chemisch mechanischen Polierverfahren (CMP) poliert wird, welches als Verfahren verwendet wird, um eingebettete Rillen bei einem Verfahren zur Ausbildung von Verschaltungen bei Halbleiterbauteilen zu planarisieren.
Zu polierende Teile mit denselben Spezifikationen werden jeweils in eine Vielzahl von Polierlösungen eingetaucht und unter denselben Bedingungen einer Konstantstrom-Elektrolyse gemäß der ersten Ausführungsform unterzogen. Auf Grundlage der Beziehung zwischen dem Stromwert und der Lochkorrosionsdauer, die durch Konstantstrom- Elektrolyse erhalten wurde, wird die zeitliche Abhängigkeit der Lochkorrosion vom Stromwert bewertet. Es versteht sich von selbst, dass unter der Vielzahl von Polierlösungen, diejenige Lösung die größte Eignung zur Korrosion der Oxidschicht auf jedem zu polierenden Teil aufweist, die die kleinste zeitliche Abhängigkeit der Lochkorrosion vom Stromwert aufweist, oder die geringste Steigung einer grafischen Linie besitzt, welche zeitliche Änderungen der Lochkorrosion gegenüber dem Stromwert wiedergibt. Demzufolge wird eine solche Polierlösung als die am besten geeignete Polierlösung ausgewählt.
Die nachfolgende Beschreibung diskutiert unter Bezugnahme auf die 14 und 15 ein Verfahren, um den Oberflächenzustand eines Metalls elektrochemisch zu beurteilen, sowie eine Messvorrichtung, die bei diesem Verfahren verwendet werden kann.
14 zeigt eine schematische Anordnung der Messvorrichtung, die beim Verfahren zur Bewertung des Oberflächenzustands der Metalloberfläche verwendet werden kann, während 15 dieselbe im Detail zeigt. Diese Messvorrichtung ist eingerichtet, um den Korrosionsstrom einer Al-Legierungsschicht, welche eine metallische Verschaltungsschicht auf einem Halbleiter-Wafer darstellt, in einer Lösung bei einem konstanten Potenzial zu messen.
In den 14 und 15 sind gezeigt: ein Potenziostat 61 zum Messen eines Korrosionsstroms, eine Aufzeichnungsvorrichtung 62 zum Aufzeichnen von zeitlichen Änderungen des Korrosionsstroms und ein Halbleiter-Wafer 63, auf dem eine zu messende Probe abgeschieden ist, oder eine Al-Legierungsschicht, die als die metallische Verschaltungsschicht dient. Ferner gezeigt sind in den 14 und 15: eine Referenzelektrode 64 aus Ag/AgCl, eine Gegenelektrode 65 aus Pt, und Verbindungsleitungen 66, 67 68, um Verbindungen mit dem Halbleiter-Wafer 63, der Referenzelektrode 64 und der Gegenelektrode 65 zum Potenziostat 61 herzustellen. Durch Eintauchen des Halbleiter-Wafers, der Referenzelektrode 64 und der Gegenelektrode 65 in eine Messzelle 69, die mit einer Lösung gefüllt ist, können zeitliche Änderungen des Korrosionsstroms gemessen werden, während ein Potenzial in der Nähe eines natürlichen Elektrodenpotenzials an der zu messenden Probe angelegt wird. Der Potenziostat 61 liest einen Wert eines elektrischen Storms aus, der zwischen der Gegenelektrode 65 und dem Halbleiter- Wafer 63 fließt, wenn ein Potenzial durch den Potenziostat 61 an dem Halbleiter-Wafer angelegt ist.
Das natürliche Elektrodenpotenzial bezieht sich auf ein Potenzial, bei dem kein elektrischer Strom fließt, wobei zwischen einer Anodenreaktion, bei der sich Metall auflöst, und einer Katodenreaktion, bei der Wasserstoffionen in der Lösung reduziert werden, um Wasserstoff zu erzeugen, ein Gleichgewicht gehalten wird. Obwohl ein Potenzial gleich dem natürlichen Elektrodenpotenzial an die zu messende Probe angelegt wird, fließt kein Korrosionsstrom. Anders als ein Messverfahren zur Ermittlung einer Polarisationscharakteristik, bei der ein Korrosionsstrom beim Durchstimmen eines Potenzials gemessen wird, ermöglicht es das Anlegen eines Potenzials in der Nähe des natürlichen Elektrodenpotenzials an die zu messende Probe, das Verhalten der Probe unter natürlicher Korrosion in der Lösung zu beobachten, ohne dass die Probe stark korrodiert wird.
Unter Bezugnahme auf 16 diskutiert die nachfolgende Beschreibung ein Verfahren zur Bewertung des Oberflächenzustands einer Metalloberfläche, welche die Messvorrichtung mit der oben beschriebenen Anordnung verwendet.
16 zeigt die zeitlichen Änderungen des Korrosionsstroms, die erhalten wurde, als eine AlSiCu-Dünnschicht einer Elektrolyse unter konstanten Potenzialen in einer 1N-(normalen)Salzsäure(HCl)-Lösung unterzogen wurde.
Als Lösung wurde eine Salzsäurelösung verwendet, da Chlorionen dazu neigen, Aluminium zu korrodieren. Jedoch ist ein Salzsäurelösung nicht notwendigerweise erforderlich, so lange die Lösung Halogenionen erzeugt.
Aus 16 kann eine Zeitdauer ausgelesen werden, bevor. die Lochkorrosion beginnt (Zeitdauer ohne Lochkorrosion) und eine Geschwindigkeit, mit der Aluminium korrodiert. In 16 ist eine Zeitdauer, während der die Stromdichte (Stromwert) konstant ist, nachdem ein Potenzial angelegt wurde, d. h., von 0 bis T₆, eine Zeitzone, in welcher kein Korrosionsstrom erzeugt wird. In einer solchen Zeitzone findet in der Aluminiumoxidschicht keine Lochkorrosion statt.
Bei T₆ nimmt die Stromdichte (Stromwert) plötzlich ab, wenn das Auftreten von Lochkorrosion beginnt. Die Zeitzone von 0 bis T₆ ist die Zeitspanne oder Zeitdauer ohne Lochkorrosion. In einer Zeitzone (zwischen T₆ und T₇), in der die Stromdichte (Stromwert) nach dem plötzlichen Abfall bis zu einem Wert in der Nähe einer maximalen Stromdichte (maximaler Stromwert I_max) zunimmt, tritt Lochkorrosion in der Oberflächenschicht der dünnen AlSiCu-Schicht auf. In einer Zeitzone (zwischen T₇ und T₈), in der, nach dem Anstieg auf einen Wert in der Nähe der maximalen Stromdichte (maximaler Stromwert I_max), die Stromdichte (Stromwert) im Wesentlichen auf die maximale Stromdichte (maximaler Stromwert I-_max) verbleibt, wird die dünne AlSiCu-Schicht korrodiert.
Je länger die Zeitspanne ohne Lochkorrosion ist, desto größer ist die Korrosionswiderstandsfähigkeit der Metalloberfläche, und je größer der maximale Stromwert ist, desto geringer ist die Geschwindigkeit, mit der die Metallkorrosion voranschreitet.
Somit kann auf Grundlage der zeitlichen Änderungen des durch Durchführen einer Elektrolyse in Salzsäure unter konstantem Potenzial gemessen Korrosionsstroms die Zeitspanne ohne Korrosion und der maximale Stromwert gemessen werden. Daraufhin kann die Korrosionsbeständigkeit der Metalloberfläche auf Grundlage der Zeitspanne ohne Lochkorrosion bewertet werden, und die Korrosionsbeständigkeit des Metalls kann auf Grundlage des maximalen Stromwertes bewertet werden.
Eine zu messende Probe wird einer Elektrolyse unter konstantem Potenzial in Salzsäure unterzogen, ein Korrosionsstrom wird gemessen, zeitliche Änderungen des Korrosionsstroms werden gemessen, um die Zeitdauer ohne Lochkorrosion und einen maximalen Stromwert zu erhalten, und auf Grundlage der so erhaltenen Zeitdauer ohne Lochkorrosion und des maximalen Stromwertes wird die Widerstandsfähigkeit der Schicht auf der Metalloberfläche und die Korrosionsbeständigkeit des Metalls quantitativ innerhalb einer Produktionslinie innerhalb einer kurzen Zeitdauer ohne Zerstörung des Halbleiter-Wafers bewertet.
Folglich kann das Auftreten von Korrosion in einem Verfahren zum Herstellen einer Verschaltung innerhalb einer Produktionslinie innerhalb kurzer Zeitdauer überwacht werden, ohne dass der Halbleiter-Wafer zerstört wird, was stark zu Verbesserungen bei der Produktionsausbeute von Halbleiter-Bauteilen beiträgt. Wenn eine metallische Verschal tungsschicht nach dem Trockenätzen bewertet wird, können ferner die Ergebnisse der Bewertung über das Trockenätzen und nachfolgende Prozesse in den Prozess zur Bildung der Verschaltung rückgekoppelt werden.
Die nachfolgende Beschreibung diskutiert ein Verfahren zur Bewertung des Oberflächenzustands einer Metalloberfläche gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 17 und 18.
17 zeigt eine allgemeine Anordnung einer Messvorrichtung, die in der Lage ist, den elektrischen Strom eines sehr kleinen Gebiets zu messen, wenn ein Metall hinsichtlich des Oberflächenzustands bewertet wird, und 18 zeigt die Messvorrichtung im Detail.
In den 17 und 18 sind gezeigt: ein Potenziostat 81, zum Messen eines Korrosionsstroms, eine Aufzeichnungsvorrichtung 82 zum Aufzeichnen von zeitlichen Änderungen des Korrosionsstroms, und ein Halbleiter-Wafer 83, auf dem eine zu messende Probe abgeschieden ist, oder eine Al-Legierungsschicht, die als die metallische Verschaltungsschicht dient. Weiter gezeigt sind in den 17 und 18: eine Referenzelektrode 84 aus Ag/AgCl, eine Gegenelektrode 85 aus Pt, ein erster Behälter 86, der mit einer ersten Lösung 88 zu füllen ist, wie z. B. einer HCl-Lösung oder Ähnlichem, und ein zweiter Behälter 87, der mit einer zweiten Lösung 89 zu füllen ist, wie z. B. einer NaCl-Lösung, KCl-Lösung oder Ähnlichem. Ein querverbindender Abschnitt 90, der aus einem porösen Körper, wie z. B. Vycor-Glas oder Ähnlichem besteht, verhindert einen Austausch der ersten Lösung 88 für die zweite Lösung 89.
Die Differenzelektrode 84, die Gegenelektrode 85 und der erste Behälter 86 sind in einer einheitlichen Struktur hergestellt. Der erste Behälter 86 besitzt einen zylindrischen Körper mit einem Durchmesser von etwa 1 cm und einer Höhe von etwa 3 cm. Der erste Behälter 86 besteht aus einem Material, wie z. B. Glas, einer Fluorkohlenstoffverbindung oder Ähnlichem, welches nicht mit der ersten Lösung 88 reagiert und welches vermeidet, dass die erste Lösung 88 nach außen durchsickert.
Der Oberflächenzustand des Metalls wird unter Verwendung der Messvorrichtung mit der oben angegeben Anordnung in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise bewertet.
Zuerst wird ein sehr kleines Gebiet, das auf den Halbleiter-Wafer 83 bewertet werden soll, in engen Kontakt mit dem unteren Ende des ersten Behälters 86 gebracht, und der erste Behälter 86 mit der ersten Lösung 88 gefüllt.
Dann wird ein konstantes Potenzial durch den Potenziostat 81 am Halbleiter-Wafer 83 angelegt, eine zu messende Probe oder eine metallische Verschaltungsschicht der Elektrolyse unter konstantem Potenzial unterzogen, und der Korrosionsstrom der metallischen Verschaltungsschicht gemessen.
Um den Korrosionsstrom eines weiteren sehr kleinen Gebiets auf dem Halbleiter-Wafer 83 zu messen, wird daraufhin das Innere des ersten Behälters 86 gereinigt und die erste Lösung 88 durch eine neue ersetzt, ein konstantes Potenzial an die erste und zweite Lösung 88, 89 in dem weiteren sehr kleinen Gebiet auf dem Halbleiter-Wafer 83 angelegt, und der Korrosionsstrom der metallischen Schicht des Weiteren sehr kleinen Gebiets gemessen. Auf Grundlage des so gemessenen Korrosionsstroms wird die Zeitdauer der Lochkorrosion und der maximale Stromwert (maximale Stromdichte) gemessen, um den Oberflächenzustand der Metalloberfläche zu bewerten.
Gemäß dem oben beschriebenen Bewertungsverfahren kann die metallische Verschaltungsschicht auf dem Halbleiter-Wafer 83 an einer Vielzahl von Punkten innerhalb kurzer Zeitdauer ohne Zerstören des Halbleiter-Wafers 83 überwacht werden.
Gemäß dieser Ausführungsform kann der Halbleiter-Wafer 83 an einer Vielzahl von sehr kleinen Gebieten unter Verwendung des oben beschriebenen Bewertungsverfahrens und der oben beschriebenen Messvorrichtung überprüft werden. Es ist daher möglich, Variationen des Oberflächenzustands der Metalloberfläche innerhalb einer Ebene des Halbleiter-Wafers 83 zu überprüfen, und den Mittelwert dieser Variationen zu erhalten. Somit kann der Oberflächenzustand der metallischen Verschaltungsschicht auch dem Halbleiter-Wafer 83 genauer innerhalb kurzer Zeitdauer ohne Zerstören des Halbleiter-Wafers 83 bewertet werden.
Die folgende Beschreibung diskutiert ein Herstellungsverfahren für Halbleiterbauteile gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 13.
13 ist ein Flussdiagramm, das die auszuführenden Schritte darstellt, wenn das Verfahren zur Bewertung des Oberflächenzustands der Metalloberfläche bei einem Herstellungsprozess für Halbleiterbauteile angewendet wird.
Beim Herstellungsprozess für Halbleiterbauteile, wird O₂-Veraschung durchgeführt, um Fotolack nach dem Trockenätzen in einem Herstellungsschritt zur Bildung einer Verschaltung zu entfernen und eine Reinigungsbehandlung mit einer Lösung aus Salpetersäure und Flusssäure daraufhin durchgeführt, um den Halbleiter-Wafer zu reinigen, um zu vermeiden, dass die dünne Metallschicht, die als Verschaltungsschicht dient, durch übrigbleibende Chlorionen korrodiert wird. Die Reinigungsbehandlung durch die gemischte Lösung aus Salpetersäure und Flusssäure bewirkt, das eine Oxidschicht auf der Metallverschaltungsschicht gebildet wird, um zu vermeiden, dass dieselbe durch Korrosion angegriffen wird.
Nach der Reinigungsbehandlung mit der gemischten Lösung aus Salpetersäure und Flusssäure wird das Verfahren zur Bewertung des Oberflächenzustands der Metalloberfläche in einem Bewertungsschritt durchgeführt, um die Widerstandsfähigkeit der auf der metallischen Verschaltungsschicht nach dem Reinigungsvorgang unter Verwendung der gemischten Lösung aus Salpetersäure und Flusssäure hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegenüber Lochkorrosion zu bewerten, sowie hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit des Metalls oder der segregierten Menge von enthaltenem Spurenmetall. Beim Bewertungsschritt kann beurteilt werden, ob die bewerteten Eigenschaften Standarderfordernissen genügen, wobei jeder Halbleiter-Wafer, der diesen Standards nicht genügt, aussortiert wird. Daraufhin wird ein solcher Halbleiter-Wafer, der unterhalb der Standards liegt, z. B. durch eine Behandlung mit einer gemischten Lösung aus Salpetersäure und Flusssäure wieder oxidiert, um die Dicke der Oberflächenschicht zu erhöhen, so dass die Schicht eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber Lochkorrosion aufweist, bis der Halbleiter-Wafer Standarderfordernissen genügt. Dies trägt deutlich zur Verbesserung der Produktionsausbeute von Halbleiterbauteilen bei.
Die nachfolgende Beschreibung diskutiert ein weiteres Verfahren zur Halbleiterherstellung.
Um die Abscheidebedingungen einer metallischen Verschaltungsschicht bei einem Herstellungsverfahren von Halbleiterbauteilen zu bestimmen, wird das Verfahren zur Bewertung des Oberflächenzustands der Metalloberfläche unmittelbar nach dem Abscheiden der metallischen Verschaltungsschicht durchgeführt. Speziell wird die metallische Verschaltungsschicht unmittelbar nach der Abscheidung auf dem Halbleiter-Wafer einer Elektrolyse bei konstantem Potenzial unterzogen, und die Zeitdauer ohne Lochkorrosion und der maximale Stromwert auf Grundlage des Korrosionsstroms gemessen.
Auf Grundlage der so gemessenen Zeitdauer ohne Lochkorrosion und des maximalen Stromwertes kann die metallische Verschaltungsschicht unmittelbar nach der Abscheidung hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit der Oberflächenschicht gegenüber Lochkorrosion und die Lochkorrosionsbeständigkeit des Metalls innerhalb kurzer Zeit bewertet werden. Es ist daher möglich, innerhalb kurzer Zeitdauer zu urteilen, ob die Abscheidebedingungen für die metallische Verschaltungsschicht geeignet sind oder nicht.
Die nachfolgende Beschreibung diskutiert ein Verfahren zum Auswählen einer Polierlösung bei einem Verfahren zur Herstellung einer Verschaltung für Halbleiterbauteile.
Das Verfahren zum Bewerten des Oberflächenzustands einer Metalloberfläche wird angewandt, um eine Polierlösung auszuwählen, mit der ein zu polierendes Teil bei einem chemisch mechanischen Polierverfahren (CMP) poliert wird, das als Verfahren verwendet wird, um eingebettete Rillen bei einem Herstellungsprozess von Verschaltungen bei Halbleiterbauteilen zu planarisieren.
Zu polierende Teile mit identischen Spezifikationen werden jeweils in eine Vielzahl von Polierlösungen eingetaucht, und einer Elektrolyse unter konstantem Potenzial gemäß der siebten Ausführungsform unter identischen Bedingungen unterzogen. Auf Grundlage von Änderungen des Korrosionsstroms, die durch die Elektrolyse unter konstantem Potenzial erhalten wurde, wird die Lösung als die beste Polierlösung ausgewählt, die die geeignetste Korrosionsgeschwindigkeit aufweist.
In jeder der oben erwähnten Ausführungsformen wird als Referenzelektrode eine Ag/AgCl-Elektrode verwendet, aber die Referenzelektrode ist nicht auf eine solche Ag/AgCl-Elektrode eingeschränkt. Weiterhin wird eine dünne AlSiCu-Schicht oder eine dünne AlCu-Schicht als zu vermessendes Beispiel verwendet, aber das zu messende Beispiel ist nicht als eine solche Schicht eingeschränkt. Solange die zu messende Probe eine dünne metallische Schicht ist, kann die Messung durchgeführt werden.
Bei den oben erwähnten Ausführungsformen wird die vorliegenden Erfindung auf dem Gebiet der Herstellung von Halbleiterbauteilen angewandt, aber sie kann ebenso auf dem Gebiet der Herstellung oder Montage von Flüssigkristall-Widergabevorrichtungen angewandt werden.

Claims

Verfahren zum Bewerten des Zustandes einer Metalloberfläche, das die folgenden Schritte umfasst: einen Lösungs-Kontaktherstellungsschritt, bei dem eine Metalloberfläche mit einer Lösung in Kontakt gebracht wird, die Ionen enthält, um die Metalloberfläche zu korrodieren; einen Metallkorrosions-Schritt, bei dem an die Lösung jeder einer Vielzahl konstanter elektrischer Ströme angelegt wird, die jeweils verschiedene Stromwerte aufweisen, so dass die Metalloberfläche durch die Lösung korrodiert wird; einen Elektrodenpotenzial-Messschritt, bei dem bei jedem der elektrischen Ströme das Elektrodenpotenzial der Metalloberfläche gemessen wird, die von der Lösung korrodiert wird; einen Änderungsverhältnis-Berechnungsschritt, bei dem auf Basis des Elektrodenpotenzials bei jedem der elektrischen Ströme ein Verhältnis zeitlicher Änderungen von Lochkorrosion zu Änderungen des Stromwertes berechnet wird; und einen Auflösungsgeschwindigkeits-Messschritt, bei dem auf Basis des Änderungsverhältnisses eine Geschwindigkeit gemessen wird, mit der eine Oxidschicht, die auf der Oberfläche des Metalls ausgebildet ist, gelöst wird, um so die Glätte und/oder Lochkorrosionsbeständigkeit der Metalloberfläche zu bewerten.
Verfahren zum Bewerten des Zustandes einer Metalloberfläche nach Anspruch 1, dass des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: einen Lochkorrosionszeit-Berechnungsschritt, bei dem auf Basis des Elektrodenpotenzials bei jedem der Stromwerte eine Beziehung zwischen Stromwert und Zeit der Lochkorrosion berechnet wird; einen Schritt zum Berechnen eines kritischen Stromwertes, bei dem auf Basis der Beziehung zwischen Stromwert und Zeit der Lochkorrosion ein kritischer Stromwert berechnet wird, der der minimale Stromwert ist, bei dem Lochkorrosion aufzutreten beginnt; und einen Lochkorrosionsverhalten-Bewertungsschritt, bei dem das Lochkorrosionsverhalten der Metalloberfläche auf Basis des kritischen Stromwertes und des Änderungsverhältnisses bewertet wird.
Verfahren zum Bewerten des Zustandes einer Metalloberfläche nach Anspruch 2, dass des Weiteren einen Korngrößen- bzw. Korngrenzenlängen-Bewertungsschritt umfasst, bei dem die Korngröße bzw. Korngrenzenlänge der Metalloberfläche auf Basis des kritischen Stromwertes bewertet wird, der beim Schritt des Berechnens eines kritischen Stromwertes berechnet wird.
Verfahren zum Bewerten des Zustandes einer Metalloberfläche nach einem der Ansprüche 1–3, wobei das Verfahren fließend durchgeführt wird.
Verfahren zum Bewerten des Zustandes einer Metalloberfläche nach einem der Ansprüche 1–4, wobei ein Galvanostat (11) zum Messen eines Elektroden-Eigenpotenzials verwendet wird, und eine Bezugselektrode (14), eine Gegenelektrode (15) sowie die zu messende Metalloberfläche in eine Lösung eingetaucht und elektrisch mit dem Galvanostat (11) verbunden sind.
Verfahren zum Bewerten des Zustandes einer Metalloberfläche nach Anspruch 5, wobei elektrischer Strom von dem Galvanostat (11) zu der Metalloberfläche durch die Gegenelektrode (15) fließt und der Galvanostat (11) eine Potenzialdifferenz zwischen der Bezugselektrode (14) und der Metalloberfläche misst.
Verfahren zum Bewerten des Zustandes einer Metalloberfläche nach einem der Ansprüche 1–6, wobei eine Al-Legierungsschicht auf einem Halbleiter-Wafer (13) als Metalloberfläche verwendet wird.