JP3585469B2 - Coverage inspection method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、半導体装置の検査方法に係り、特にコンタクトホール内に形成された金属膜のカバレージ検査に関する。
【0002】
【従来の技術】
130nm世代以降の半導体装置において、配線材料としてAlよりも抵抗が小さいCuが用いられている。そして、Cu配線の形成方法として電界メッキ法が用いられている。
この電界メッキ法を用いてCuからなるコンタクト部を形成する際には、パターン形状や、下地として形成されたPVD−Cu膜のカバレージの影響を強く受ける。特に、PVD−Cu膜のカバレージが悪い場合には、電界メッキを行ってもCuが成長せず、Cu膜中に欠陥(空孔)が発生してしまう。
従来、PVD−Cu膜のカバレージは、人手による作業でパターン断面を切り出し、そのパターン断面をSEMによって観察することによって検査していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の検査では、検査する全てのパターンについてパターン断面の切り出しを手作業で行う必要があるため、断面検査するパターン数が限定されるという問題があった。また、SEMによる検査結果が出るまでの工数(時間)もかかってしまうという問題があった。
また、SEMを用いた従来のカバレージ検査は破壊検査であるため、製品ウェハで行うことができず、テスト用ウェハを別途作成する必要があった。このため、製造コストが増加してしまう問題があった。
【0004】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、コンタクトホール内壁に形成された金属膜のカバレージを非破壊で検査する検査方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係るカバレージ検査方法は、コンタクトホール内壁に形成された金属膜のカバレージをレーザ照射型膜厚測定器を用いて検査する方法であって、
前記コンタクトホールが複数形成された所定領域にレーザ光を照射する工程と、
前記所定領域で反射されたレーザ光の強度を測定して、前記金属膜のカバレージを検査する工程と、
を含むことを特徴とするものである。
【0006】
本発明に係るカバレージ検査方法において、
前記所定領域は、前記コンタクトホールの開口率が25%以上の領域であることが好適である。
【0007】
本発明に係るカバレージ検査方法において、
前記コンタクトホールの直径が0.23μm以上であることが好適である。
【0008】
本発明に係るカバレージ検査方法において、
前記所定領域が、直径1.5μm〜2.5μmのレーザスポットであることが好適である。
【0010】
本発明に係るカバレージ検査方法において、
前記金属膜が、PVD−Cu膜、Ta膜、Ti膜、TaN膜、TiN膜の少なくとも1つを含むことが好適である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
【0012】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1において、カバレージ測定に用いるレーザ照射型膜厚測定器を説明するための概念図である。
図1において、参照符号1は第1のレーザ光源、2a〜2cはビームスプリッター、3は第2のレーザ光源、4は検出部、5は表示部、6は対物レンズ、7は基板としてのウェハを示している。ウェハ7には、コンタクトホールが複数形成され、各コンタクトホールの内壁に金属膜としてのPVD−Cu膜が形成されている。
【0013】
ここで、第1のレーザ光源1は、基板7上に形成された金属膜を加熱するためにレーザ光を照射するものである。また、第2のレーザ光源2は、加熱された金属膜に測定用のレーザ光を照射するものである。また、測定部4は、金属膜で反射されたレーザ光の強度を測定するものである。
本実施の形態1は、上記レーザ照射型膜厚測定器を、コンタクトホール内壁に形成された金属膜(PVD−Cu膜)のカバレージ検査に用いることを特徴とする。
【0014】
図2は、本実施の形態1において、レーザスポットとコンタクトホールとの関係を示す図である。
図2において、参照符号30は第2のレーザ光源3(図1参照)からレーザ光が照射されるレーザスポット(レーザ照射領域)、70はウェハ7上に形成されたコンタクトホール、Aはレーザスポット30の直径、Bはコンタクトホール70の直径を示している。
ここで、レーザスポット30の直径Aは、例えば1.5μm〜2.5μmである。
本実施の形態1において、直径Bが0.23μm以上のコンタクトホール70に対して、本発明のカバレージ測定方法を適用した。
詳細は後述するが、レーザ光が照射されるレーザスポット30の面積に対する全コンタクトホール70の面積の割合(以下、「ホール開口率」という。)が、25%以上の場合に本発明は有効である。
【0015】
図3は、本実施の形態1において、PVD−Cu膜のカバレージがそれぞれ異なるサンプルの断面を示す顕微鏡写真である。
図3を参照して、上記レーザ照射型膜厚測定器を用いてカバレージ検査を行う3つのサンプルについて説明する。この3つのサンプルとは、コンタクトホール内壁に形成されたPVD−Cu膜のカバレージが悪いサンプルと、カバレージが普通であるサンプルと、カバレージが良いサンプルである。
【0016】
カバレージが悪いサンプルは、Arスパッタ前処理を行わずに、高温でコンタクトホール内にCu膜をスパッタにより形成したものである(図中「Slot 13」参照)。
また、カバレージが普通であるサンプルは、Arスパッタ前処理を行わずに、低温でコンタクトホール内にCu膜をスパッタにより形成したものである(図中「Slot 12」参照)。
また、カバレージが良いサンプルは、Arスパッタ前処理を行って、コンタクトホール内に低温でスパッタによりCu膜を形成したものである(図中「Slot 14」参照)。
ここで、Arスパッタ前処理とは、Arプラズマを用いてコンタクトホールの間口を広げることによって、スパッタ粒子がコンタクトホール内に入りやすくする処理である。また、スパッタ時の低温および高温とは、ウェハを保持するステージの温度をいい、低温は例えば−40℃〜−20℃であり、高温は例えば室温である。一般に、ステージの温度が高いと、Cu膜の凝集が発生しやすく、カバレージが悪くなる。
また、図3は、直径Bが0.23μmで深さが1.0μmであるコンタクトホールを示している。各サンプルは、この直径Bが0.23μmのコンタクトホールの他に、直径が0.30μm,0.35μmのコンタクトホールがそれぞれ形成されている(図示省略)。さらに、それらのコンタクトホールの内壁には、金属膜が形成されている。
【0017】
上記レーザ照射型膜厚測定器において、上記サンプルのコンタクトホール内壁に形成された金属膜のカバレージ検査を行った。具体的には、第1のレーザ光源1からコンタクトホールが複数形成されたウェハ7の所定位置にレーザ光を照射し、このレーザ光により加熱した所定位置に第2のレーザ光源3からレーザ光を照射し、その反射したレーザ光の強度を検出部4で測定した(図示省略)。
【0018】
以下、上記レーザ照射型膜厚測定器によるカバレージ検査結果について説明する。
図4は、直径が0.23μmのコンタクトホール内に形成されたPVD−Cu膜のカバレージ検査において、ホール開口率と測定信号強度との関係を示す図である。図5は、直径が0.3μmのコンタクトホール内に形成されたPVD−Cu膜のカバレージ検査において、ホール開口率と測定信号強度との関係を示す図である。図6は、直径が0.35μmのコンタクトホール内に形成されたPVD−Cu膜のカバレージ検査において、ホール開口率と測定信号強度との関係を示す図である。なお、図4〜6においては、カバレージが悪いサンプル(Slot13)と、良いサンプル(Slot 14)のみを図示した。
【0019】
図4に示すように、ホール開口率が低いと、カバレージの優劣の差が測定信号の強度(レーザ強度)にあらわれないが、ホール開口率が25%以上ではカバレージの優劣の差が、測定した信号強度に現れる。従って、レーザ照射型膜厚測定器を用いて、ホール開口率が25%以上で直径が0.23μmのコンタクトホール内壁に形成された金属膜のカバレージ検査を行うことができる。
【0020】
図5に示すように、直径が0.30μmのコンタクトホールについても同様に、ホール開口率が25%以上で、カバレージの優劣の差が、測定した信号強度に現れる。また、図6に示すように、直径が0.35μmのコンタクトホールについても同様に、ホール開口率が25%以上で、カバレージの優劣の差が、測定した信号強度に現れる。従って、レーザ照射型膜厚測定器を用いて、ホール開口率が25%以上で、直径が0.30μm又は0.35μmのコンタクトホール内壁に形成された金属膜のカバレージ検査を行うことができる。さらに、発明者は、直径が0.35μmを超えるコンタクトホール内壁に形成された金属膜に対しても同様にカバレージを測定可能であることを確認した。
従って、ホール開口率が25%以上で直径が0.23μm以上であるコンタクトホールの内壁に形成された金属膜のカバレージ検査を行うことができる。
【0021】
以上説明したように、本実施の形態1では、レーザ照射型膜厚測定器を、コンタクトホール内壁に形成されたPVD−Cu膜のカバレージ検査に用いた。詳細には、コンタクトホールが複数形成された所定の領域にレーザ光を照射して、反射したレーザ光の強度を測定して、PVD−Cu膜のカバレージを検査した。
本実施の形態1によれば、従来破壊検査によって行われていたコンタクトホール内のPVD−Cu膜のカバレージ検査を非破壊検査により行うことができる。従って、テスト用ウェハの作成を必要とせず、製造コストを低減することができる。また、検査結果がでるまでの時間を従来よりも大幅に短縮することができるため、ロットを次工程へ早く送ることができる。
【0022】
なお、本実施の形態1では、コンタクトホール内壁に形成されたPVD−Cu膜のカバレージをレーザ照射型膜厚測定器により測定したが、コンタクトホール内に電界メッキ法により埋め込まれたCuコンタクトにおけるボイドの有無検査にもレーザ照射型膜厚測定器を応用することができる。この場合にも、ボイドの有無を非破壊で検査することができるため、テスト用ウェハの作成を必要とせず、製造コストを低減することができる。
【0023】
また、コンタクトホール内壁に形成されたTaN膜やTiN膜のようなバリアメタル膜、又はTa膜やTi膜のような密着膜のカバレージ検査にもレーザ照射型膜厚測定器を応用することができる。
【0024】
【発明の効果】
本発明によれば、コンタクトホール内壁に形成された金属膜のカバレージを非破壊で検査する検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1において、カバレージ測定に用いるレーザ照射型膜厚測定器を説明するための概念図である。
【図2】本発明の実施の形態1において、レーザ照射面積とコンタクトの口径との関係を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態1において、PVD−Cu膜のカバレージが異なるサンプルの断面を示す顕微鏡写真である。
【図4】直径が0.23μmのコンタクトホール内に形成されたPVD−Cu膜のカバレージ検査において、ホール開口率と測定信号強度との関係を示す図である。
【図5】直径が0.3μmのコンタクトホール内に形成されたPVD−Cu膜のカバレージ検査において、ホール開口率と測定信号強度との関係を示す図である。
【図6】直径が0.35μmのコンタクトホール内に形成されたPVD−Cu膜のカバレージ検査において、ホール開口率と測定信号強度との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 第1のレーザ光源
2a,2b,2c ビームスプリッター
3 第2のレーザ光源
4 検出部
5 表示部
6 対物レンズ
7 基板(ウェハ)
30 レーザ照射領域(レーザスポット)
70 コンタクトホール
A レーザスポットの直径
B コンタクトホールの直径[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device inspection method, and more particularly to a coverage inspection of a metal film formed in a contact hole.
[0002]
[Prior art]
In semiconductor devices of the 130 nm generation or later, Cu having lower resistance than Al is used as a wiring material. An electrolytic plating method is used as a method for forming a Cu wiring.
When a contact portion made of Cu is formed using this electroplating method, it is strongly affected by the pattern shape and the coverage of the PVD-Cu film formed as a base. In particular, when the coverage of the PVD-Cu film is poor, even if the electrolytic plating is performed, Cu does not grow, and defects (vacancies) are generated in the Cu film.
Conventionally, the coverage of a PVD-Cu film has been inspected by cutting out a pattern cross section by a manual operation and observing the pattern cross section by SEM.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional inspection, there is a problem that the number of patterns to be inspected is limited because it is necessary to manually cut out the pattern cross sections for all the patterns to be inspected. In addition, there is a problem that it takes time (time) until an inspection result by the SEM is obtained.
Further, since the conventional coverage inspection using the SEM is a destructive inspection, it cannot be performed on a product wafer, and a test wafer must be separately prepared. For this reason, there has been a problem that the manufacturing cost increases.
[0004]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and has as its object to provide an inspection method for non-destructively inspecting the coverage of a metal film formed on an inner wall of a contact hole.
[0005]
[Means for solving the problem]
The coverage inspection method according to the present invention is a method for inspecting the coverage of a metal film formed on an inner wall of a contact hole using a laser irradiation type film thickness measuring device ,
Irradiating a laser beam to a predetermined region in which a plurality of the contact holes are formed,
Measuring the intensity of the laser light reflected in the predetermined area, and inspecting the coverage of the metal film,
It is characterized by including.
[0006]
Oite the coverage test how according to the present invention,
The predetermined area, the opening ratio of the contact hole is suitably a region of 25% or more.
[0007]
Oite the coverage test how according to the present invention,
It is preferable that the diameter of the contact hole is 0.23 μm or more.
[0008]
Oite the coverage test how according to the present invention,
Wherein the predetermined region, it is preferable that a laser spot diameter 1.5Myuemu~2.5Myuemu.
[0010]
Oite the coverage test how according to the present invention,
The metal film is, PVD-Cu film, Ta film, Ti film, TaN film, it is preferable to include at least one of TiN film.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts have the same reference characters allotted, and description thereof may be simplified or omitted.
[0012]
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a laser irradiation type film thickness measuring device used for coverage measurement in the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1,
[0013]
Here, the first
The first embodiment is characterized in that the laser irradiation type film thickness measuring device is used for coverage inspection of a metal film (PVD-Cu film) formed on the inner wall of a contact hole.
[0014]
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a laser spot and a contact hole in the first embodiment.
2,
Here, the diameter A of the
In the first embodiment, the coverage measurement method of the present invention is applied to a contact hole 70 having a diameter B of 0.23 μm or more.
Although details will be described later, the present invention is effective when the ratio of the area of all contact holes 70 to the area of
[0015]
FIG. 3 is a micrograph showing a cross section of a sample in which the coverage of the PVD-Cu film is different in the first embodiment.
With reference to FIG. 3, three samples for performing a coverage inspection using the laser irradiation type film thickness measuring device will be described. The three samples are a sample with poor coverage of the PVD-Cu film formed on the inner wall of the contact hole, a sample with normal coverage, and a sample with good coverage.
[0016]
The sample having poor coverage was obtained by forming a Cu film by sputtering in a contact hole at a high temperature without performing Ar sputtering pretreatment (see “
The sample having normal coverage is obtained by forming a Cu film by sputtering in a contact hole at a low temperature without performing Ar sputtering pretreatment (see “Slot 12” in the figure).
The sample having good coverage is a sample in which a Cu film is formed in the contact hole by sputtering at a low temperature by performing Ar sputtering pretreatment (see “Slot 14” in the figure).
Here, the Ar pre-sputtering process is a process in which the opening of the contact hole is widened using Ar plasma so that sputtered particles can easily enter the contact hole. The low temperature and high temperature during sputtering refer to the temperature of the stage that holds the wafer. The low temperature is, for example, -40C to -20C, and the high temperature is, for example, room temperature. In general, when the temperature of the stage is high, aggregation of the Cu film is likely to occur, resulting in poor coverage.
FIG. 3 shows a contact hole having a diameter B of 0.23 μm and a depth of 1.0 μm. Each sample is formed with contact holes having diameters of 0.30 μm and 0.35 μm in addition to the contact holes having a diameter B of 0.23 μm (not shown). Furthermore, metal films are formed on the inner walls of these contact holes.
[0017]
In the above-mentioned laser irradiation type film thickness measuring device, the coverage inspection of the metal film formed on the inner wall of the contact hole of the above-mentioned sample was performed. Specifically, the first
[0018]
Hereinafter, the coverage inspection result by the laser irradiation type film thickness measuring device will be described.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a hole aperture ratio and a measured signal intensity in a coverage inspection of a PVD-Cu film formed in a contact hole having a diameter of 0.23 μm. FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a hole aperture ratio and a measured signal intensity in a coverage inspection of a PVD-Cu film formed in a contact hole having a diameter of 0.3 μm. FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a hole opening ratio and a measured signal intensity in a coverage inspection of a PVD-Cu film formed in a contact hole having a diameter of 0.35 μm. 4 to 6, only a sample (Slot 13) having poor coverage and a sample (Slot 14) having good coverage are shown.
[0019]
As shown in FIG. 4, when the hole opening ratio is low, the difference in coverage does not appear in the intensity (laser intensity) of the measurement signal, but when the hole opening ratio is 25% or more, the difference in coverage was measured. Appears in signal strength. Therefore, the coverage inspection of the metal film formed on the inner wall of the contact hole having a hole opening ratio of 25% or more and a diameter of 0.23 μm can be performed by using a laser irradiation type film thickness measuring device.
[0020]
As shown in FIG. 5, similarly, for the contact hole having a diameter of 0.30 μm, the difference in coverage is shown in the measured signal intensity when the hole opening ratio is 25% or more. Also, as shown in FIG. 6, for a contact hole having a diameter of 0.35 μm, the hole aperture ratio is 25% or more, and the difference in coverage appears in the measured signal intensity. Therefore, the coverage inspection of the metal film formed on the inner wall of the contact hole having a hole opening ratio of 25% or more and a diameter of 0.30 μm or 0.35 μm can be performed by using a laser irradiation type film thickness measuring device. Furthermore, the inventor has confirmed that the coverage can be similarly measured for the metal film formed on the inner wall of the contact hole having a diameter exceeding 0.35 μm.
Therefore, it is possible to perform a coverage inspection of the metal film formed on the inner wall of the contact hole having a hole opening ratio of 25% or more and a diameter of 0.23 μm or more.
[0021]
As described above, in the first embodiment, the laser irradiation type film thickness measuring device is used for the coverage inspection of the PVD-Cu film formed on the inner wall of the contact hole. Specifically, a predetermined region in which a plurality of contact holes were formed was irradiated with laser light, the intensity of the reflected laser light was measured, and the coverage of the PVD-Cu film was inspected.
According to the first embodiment, the coverage inspection of the PVD-Cu film in the contact hole, which has been conventionally performed by the destructive inspection, can be performed by the non-destructive inspection. Therefore, it is not necessary to prepare a test wafer, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the time until an inspection result is obtained can be significantly shortened as compared with the related art, the lot can be sent to the next process quickly.
[0022]
In the first embodiment, the coverage of the PVD-Cu film formed on the inner wall of the contact hole was measured by a laser irradiation type film thickness measuring device. However, the void in the Cu contact embedded in the contact hole by the electroplating method was used. The laser irradiation type film thickness measuring device can also be applied to the inspection for the presence or absence of a film. Also in this case, since the presence or absence of the void can be inspected nondestructively, it is not necessary to prepare a test wafer and the manufacturing cost can be reduced.
[0023]
Further, the laser irradiation type film thickness measuring device can be applied to the coverage inspection of a barrier metal film such as a TaN film or a TiN film formed on the inner wall of the contact hole, or a close contact film such as a Ta film or a Ti film. .
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide an inspection method for non-destructively inspecting the coverage of a metal film formed on an inner wall of a contact hole.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a laser irradiation type film thickness measuring device used for coverage measurement in
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a laser irradiation area and a contact diameter in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a micrograph showing a cross section of a sample in which the coverage of the PVD-Cu film is different in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a hole aperture ratio and a measured signal intensity in a coverage inspection of a PVD-Cu film formed in a contact hole having a diameter of 0.23 μm.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a hole opening ratio and a measured signal intensity in a coverage inspection of a PVD-Cu film formed in a contact hole having a diameter of 0.3 μm.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a hole aperture ratio and a measured signal intensity in a coverage inspection of a PVD-Cu film formed in a contact hole having a diameter of 0.35 μm.
[Explanation of symbols]
30 Laser irradiation area (laser spot)
70 Contact hole A Laser spot diameter B Contact hole diameter
Claims (5)
前記コンタクトホールが複数形成された所定領域にレーザ光を照射する工程と、
前記所定領域で反射されたレーザ光の強度を測定して、前記金属膜のカバレージを検査する工程と、
を含むことを特徴とするカバレージ検査方法。A method for inspecting the coverage of a metal film formed on an inner wall of a contact hole using a laser irradiation type film thickness measuring device ,
Irradiating a laser beam to a predetermined region in which a plurality of the contact holes are formed,
Measuring the intensity of the laser light reflected in the predetermined area, and inspecting the coverage of the metal film,
A coverage inspection method comprising:
前記所定領域は、前記コンタクトホールの開口率が25%以上の領域であることを特徴とするカバレージ検査方法。In the inspection method according to claim 1,
The coverage inspection method according to claim 1, wherein the predetermined area is an area where an opening ratio of the contact hole is 25% or more.
前記コンタクトホールの直径が0.23μm以上であることを特徴とするカバレージ検査方法。In the inspection method according to claim 1 or 2,
A coverage inspection method, wherein the diameter of the contact hole is 0.23 μm or more.
前記所定領域が、直径1.5μm〜2.5μmのレーザスポットであることを特徴とするカバレージ検査方法。 In the inspection method according to any one of claims 1 to 3,
A coverage inspection method, wherein the predetermined area is a laser spot having a diameter of 1.5 μm to 2.5 μm .
前記金属膜が、PVD−Cu膜、Ta膜、Ti膜、TaN膜、TiN膜の少なくとも1つを含むことを特徴とするカバレージ検査方法。In the inspection method according 請 Motomeko 1 to any one of 4,
A coverage inspection method, wherein the metal film includes at least one of a PVD-Cu film, a Ta film, a Ti film, a TaN film, and a TiN film.
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