用於監控銅勢壘層預清洗工藝的系統和方法
2023-05-20 10:15:01
專利名稱：用於監控銅勢壘層預清洗工藝的系統和方法
技術領域：
本發明涉及半導體領域，更具體地，涉及用於監控銅勢壘層預清洗エ藝的系統和方法。
背景技術：
AktivTM 預清洗(「APC」)室為 Applied Material, Inc.市售的 Endura CuBS (銅勢壘/晶種)系統的重要部件，並且提供了良好的和有效的清洗エ藝，用於去除聚合物殘餘和用於28nm技術時代和以下節點的銅低介電常數(低-k)互連エ藝方案的氧化銅(「CuO」)的反應。尤其是，將APC設計為有效去除聚合物殘餘並且減少CuO沉積，同時保持多孔低和超低k層間介電(「ILD」)膜的完整性。雖然APC為用於28nm技術時代和以下節點的基本エ藝，但是當前不存在用於監控CuO蝕刻速率、和因此監控其功效的適當方法。 因此，所需要的是用於APCエ藝的可接受的熱氧化蝕刻速率監控器。
發明內容
為了解決現有技術所存在的問題，根據本發明的ー個方面，提供了ー種在監控預清洗エ藝中使用的監控晶圓，所述監控晶圓包括矽基底層；覆蓋層，位於所述矽基底層的上方；勢壘層，位於所述USG層的上方；銅(「Cu」)晶種層，位於所述勢壘層的上方；以及厚Cu層，位於所述Cu晶種層的上方。在該監控晶圓中，所述覆蓋層包括未摻雜矽玻璃(「USG」)，所述USG層具有約4900 A的厚度。在該監控晶圓中，所述勢壘層包括氮化鉭(「TaN」)，所述氮化鉭具有約IOOA的厚度；或所述Cu晶種層具有約1600A的厚度；或者所述厚Cu層具有約3000A的厚度；或者使用電化學鍍(「ECP」)エ藝製造所述厚Cu層。根據本發明的另一方面，提供了一種製造在監控預清洗エ藝中的使用的監控晶圓的方法，所述方法包括在矽基底層上方沉積未摻雜矽玻璃(「USG」)層；在所述USG層上方沉積勢壘層；在所述勢壘層上方沉積銅(「Cu」)晶種層；以及在所述Cu晶種層上方製造
厚Cu層。在該方法中，所述USG層具有約4900人的厚度，並且其中，製造所述USG層包括實施化學汽相沉積(「CVD」)エ藝；或者所述勢壘層包括氮化鉭(「TaN」)，所述氮化鉭具有約100人的厚度，並且其中，製造所述勢壘層包括實施物理汽相沉積(「PVD」)エ藝；或者所述Cu晶種層具有約1600人的厚度，並且使用PVDエ藝製造所述Cu晶種層。在該方法中，製造所述厚Cu層包括使用電化學鍍(「ECP」)エ藝製造具有約7000人的厚度的初始Cu層；以及對所述初始Cu層實施化學機械平坦化(「CMP」)エ藝，從而將所述初始Cu層的所述厚度減小為約3000人；或者所述方法進ー步包括通過在有氧的環境下使所述監控晶圓經受至少300°c的溫度在所述厚Cu層上方形成CuO層。
根據本發明的又一方面，提供一種監控APC系統的性能的方法，所述方法包括使用所述APC系統對監控晶圓實施清洗工藝，所述監控晶圓包括位於其頂面上的厚銅層；在使用所述步驟以後，確定所述監控晶圓的反射率是否在可接受限度的範圍內；響應於確定所述反射率不在可接受限度的範圍內，採取校正措施。該方法進一步包括在使用所述步驟以前，製造監控晶圓，所述製造包括在矽基底層上方沉積未摻雜矽玻璃(「USG」)層；在所述USG層上方沉積勢壘層；在所述勢壘層的上方沉積銅(「Cu」)晶種層；以及在所述Cu晶種層上方製造厚Cu層，其中，製造厚Cu層包括製造具有約3000 A的厚度的Cu層。在該方法中，製造具有約3000A的厚度的厚Cu層進一步包括使用ECP製造具有約7000人的厚度的Cu層；以及實施化學機械平坦化工藝，從而將所述Cu層的所述厚度減小至約3000 A。在該方法中,所述可接受限度包括約0. 9的反射率；或者採取校正措施包括調節·所述APC系統的工藝時間；或者採取所述校正措施包括替換所述APC系統的噴頭和替換所述APC系統的工藝套件中的至少一個。
當結合附圖進行閱讀時，根據下面詳細的描述可以更好地理解本發明。應該強調的是，根據工業中的標準實踐，各種部件沒有被按比例繪製並且僅僅用於說明的目的。實際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。圖I示出了熱氧化蝕刻速率監控晶圓。圖2示出了結合40nm技術時代和以上節點使用的反應等離子清洗(RPC)預清洗系統。圖3示出了結合28nm技術時代和以下節點使用的APC系統。圖4示出了曲線圖，該曲線圖示出對於使用諸如圖I中所示的蝕刻速率監控晶圓的諸如圖2和圖3中所示的預清洗系統熱氧化蝕刻速率隨時間的變化。圖5示出了根據本文所述實施例的熱氧化蝕刻速率監控晶圓。圖6示出了製造圖5的監控晶圓的方法。圖7示出了使用圖5的監控晶圓監控APC系統的熱氧化蝕刻速率的方法。圖8為示出在用於典型APC工藝的反射率和工藝時間之間的關係的曲線圖。
具體實施例方式為了實施本發明的不同部件，以下發明提供了許多不同的實施例或示例。以下描述元件和布置的特定示例以簡化本發明。當然這些僅僅是示例並不打算限定。例如，以下本描述中第一部件形成在第二部件上方或上可包括其中第一部件和第二部件以直接接觸形成的實施例，並且也可包括其中額外的部件形成插入到第一部件和第二部件中的實施例，使得第一部件和第二部件不直接接觸。另外，本公開可能在各個實例中重複參考數字和/或字母。這種重複只是為了簡單和清楚的目的且其本身並不指定各個實施例和/或所討論的結構之間的關係。此外，在此可使用諸如「在...之下」、「在...下面」、「下面的」、「在...上面」、以及「上面的」等的空間關係術語，以容易地描述如圖中所示的一個元件或部件與另一元件或部件的關係。應當理解，除圖中所示的方位之外，空間關係術語將包括使用或操作中的裝置的各種不同的方位。例如，如果翻轉圖中所示的裝置，則被描述為在其他元件或部件「下面」或「之下」的元件將被定位為在其他元件或部件的「上面」。因此，示例性術語「在...下面」包括在上面和在下面的方位。裝置可以以其它方式定位(旋轉90度或在其他方位)，並且通過在此使用的空間關係描述符進行相應地解釋。如圖I所示，諸如監控器100的當前市售的熱氧化蝕刻速率監控器包括經由物理汽相沉積(「PVD」)在矽晶圓104上設置的約1050人厚度的熱氧化層102，並且該監控器被設計成在反應等離子清洗系統(RPC)(例如，在圖I中所示的PC/RPC系統100)中使用的熱氧化蝕刻速率監控器。PC/RPC 100被設計成結合40nm技術時代和以上節點而使用。反之，如圖3所示的並且通過參考數字300所指定的APC系統為遠程等離子清洗系統。可以通過利用H2自由基(「H*」)清洗來大幅降低對基板的損害。如圖3所示，通過提供在遠程等離子源304和清洗室306之間的離子過濾器302，將APC系統300設計為去除有破壞性的H+離子防止到達晶圓，其中，要清洗的晶圓位於噴頭310的下方的底座308的上方。反之，在系統200中，設置在清洗室203中的底座202上方的晶圓直接暴露於感應耦合的等離子 (「ICP」)，該等離子來自等離子源204經由噴頭206。圖4示出了曲線圖400，該曲線圖示出使用監控器100所測量的各種類型的CuO預清洗系統的熱氧化蝕刻量隨時間的變化。如圖4所示，雖然如通過一系列點402和404所示的，監控器100建立用於結合40nm技術時代和以上節點所使用的預清洗系統的適當監控器，但是如通過一系列點406 (其示出了 0蝕刻量)所示的，對於APC系統300不夠敏感，不足以建立用於這種系統的可接受的監控器。參照圖5，如下文中詳細描述的，本文所述實施例提供了用於APC系統(例如，APC系統300)的精密銅氧化監控晶圓500。尤其是，本文所述的實施例創建了用於監控路徑的精密和無損傷エ藝迴路。如下文中參照圖6更詳細描述的，監控晶圓500包括裸矽層502 ；覆蓋層，在該所示實施例中，該覆蓋層為具有約4900人的厚度的未摻雜矽玻璃(「USG」)層504，覆蓋層位於矽層502的上方；以及勢壘層506，位於USG層504的上方。在一個實施例中，勢壘層包括氮化鉭(「TaN」)，並且具有約100A的厚度；然而，應該意識到，必要時和/或適當時，其他化合物和厚度可以包括勢壘層506。具有約1600 A的厚度銅晶種(「Cu晶種」)層508位於勢壘層506的上方，並且具有約3000人的厚度的電化學鍍(「ECP」)銅層510位於Cu晶種層508的上方。在銅層510的頂面上自然形成CuO的薄層512。在一個實施例中，在0.5的反射率(「REF」)處，CuO層512為約150人的厚度，並且在富氧、高溫(例如，大於等於300°C )的環境下形成該CuO層。在典型實施例中，例如通過系統300所實施的APCエ藝可以去除約50人的CuO ;因此，在APCエ藝以後，CuO層512的厚度約為IOOA厚度(REF = 0.9)。現在，參照圖6，將描述製造監控晶圓500的方法。在步驟600中，使用化學汽相沉積(「CVD」)或者其他適當沉積技術在矽層502上沉積未摻雜矽玻璃(「USG」)，從而製造USG層504。在步驟602中，使用物理汽相沉積(「PVD」)或其他適當沉積技術在USG層504上沉積勢壘層506。如以前所述的，在一個實施例中，勢壘層包括具有約100人的厚度的氮化鉭(「TaN」)。然而，應該意識到，可以使用其他化合物和厚度。在步驟604中，實施銅晶種(「Cu晶種」)工藝，從而製造Cu晶種層508。可以使用PVD或其他適當工藝沉積Cu晶種層508。在步驟606中，使用電化學鍍層(「ECP」)技術在Cu晶種層508的上方電鍍厚(例如，約7000A)銅層。在步驟608中，實施化學機械拋光(「CMP」)工藝，從而使晶圓500平鉭化，並且將銅層510的厚度減小為約3000A。生成的監控晶圓500具有與量產晶圓相同的銅膜特徵。因此，晶圓以與生產量產相同的方式與APC發生反應。圖7示出了使用監控晶圓，例如，監控晶圓500監控諸如系統300的APC系統的性能。在步驟700中，在監控晶圓上實施APC工藝。應該意識到，還在其他產品上同時或順序實施該工藝，並且可能在工藝運行中監控晶圓。在已經完成APC工藝以後，在步驟702中，確定監控晶圓的反射率(「REF」)。簡要地，參照圖8，示出了結合典型APC工藝的REF值與工藝時間(以秒為單位)的曲線800。點802指示標準APC操作(例如，REF = 0. 9，工藝時間=25秒)。因此，在一個實施例中，目標REF為0.9，但是可以採用其他目標。再次參照圖7，在步驟704中，確定所測量的監控晶圓的REF是否在可接受限度的 範圍內，指示該APC系統在規格內運行。如果在步驟704中確定，所測量的REF在可接受限度的範圍內，則在步驟706中，沒有必要採取措施。反之，如果在步驟704中，所測量的REF不在可接受限度的範圍內，則執行進入步驟708，其中，可能採取校正措施。例如，這種措施可能包括微調蝕刻量(例如，通過增加或減少APC工藝時間)，並且通過替換或修補其部件處理任何硬體問題(例如，APC室、噴頭、或者工藝套件的汙染)。應該意識到，可以自動進行圖7中所示的工藝的所有部分或任何部分，並且使用通過指令適當編程的計算機和/或其他機器和用於實施該指令的處理器來實施該工藝的所有部分或任何部分，從而實施指定的功能。結果，監控晶圓500模擬用於APC的量產CuO，克服了關於通過APC未蝕刻傳統熱氧化晶圓(例如晶圓100)的上述問題，並且克服了如上所述的CuO晶圓剝離的問題。一個實施例為在監控預清洗工藝中使用的監控晶圓，該監控晶圓包括矽基底層；覆蓋層，位於矽基底層上方；以及勢壘層，位於USG層的上方。監控晶圓進一步包括銅(「Cu」)晶種層，位於勢壘層上方；以及厚銅層，位於Cu晶種層上方。另一實施例為在監控預清洗工藝中使用的監控晶圓的製造方法。該方法包括在矽基底層上沉積未摻雜矽玻璃(「USG」)層和在USG層上沉積勢壘層。該方法進一步包括在勢壘層上沉積銅(「Cu」)晶種層，並且在Cu晶種層上製造厚Cu層。又一實施例為監控APC系統的性能的方法。該方法包括使用APC系統在監控晶圓上實施清洗工藝，該監控晶圓包括位於其頂面上的厚銅層；在使用以後，確定監控晶圓的反射率是否在可接受限度的範圍內；以及響應於確定反射率不在可接受限度的範圍內，採取校正措施。上面論述了若干實施例的部件，使得本領域普通技術人員可以更好地理解本發明的各個方面。本領域普通技術人員應該理解，可以很容易地使用本發明作為基礎來設計或更改其他用於達到與這裡所介紹實施例相同的目的和/或實現相同優點的處理和結構。本領域普通技術人員也應該意識到，這種等效構造並不背離本發明的精神和範圍，並且在不背離本發明的精神和範圍的情況下，可以進行多種變化、替換以及改變。
權利要求
1.一種在監控預清洗工藝中使用的監控晶圓，所述監控晶圓包括 矽基底層； 覆蓋層，位於所述矽基底層的上方； 勢壘層，位於所述USG層的上方； 銅(「Cu」)晶種層，位於所述勢壘層的上方；以及 厚Cu層，位於所述Cu晶種層的上方。
2.根據權利要求I所述的監控晶圓，其中，所述覆蓋層包括未摻雜矽玻璃(「USG」)，所述USG層具有約4900 A的厚度。
3.根據權利要求I所述的監控晶圓，其中，所述勢壘層包括氮化鉭(「TaN」)，所述氮化鉭具有約IOOA的厚度；或 所述Cu晶種層具有約1600人的厚度；或者 所述厚Cu層具有約3000A的厚度；或者 使用電化學鍍(「ecp」)工藝製造所述厚Cu層。
4.一種製造在監控預清洗工藝中的使用的監控晶圓的方法，所述方法包括 在矽基底層上方沉積未摻雜矽玻璃(「USG」)層； 在所述USG層上方沉積勢壘層； 在所述勢壘層上方沉積銅(「Cu」)晶種層；以及 在所述Cu晶種層上方製造厚Cu層。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述USG層具有約4900人的厚度，並且其中，製造所述USG層包括實施化學汽相沉積(「CVD」)工藝；或者 所述勢壘層包括氮化鉭(「TaN」)，所述氮化鉭具有約100人的厚度，並且其中，製造所述勢壘層包括實施物理汽相沉積(「PVD」)工藝；或者 所述Cu晶種層具有約1600人的厚度，並且使用PVD工藝製造所述Cu晶種層。
6.根據權利要求4所述的方法，其中，製造所述厚Cu層包括 使用電化學鍍(「ECP」)工藝製造具有約7000人的厚度的初始Cu層；以及對所述初始Cu層實施化學機械平坦化(「CMP」)工藝，從而將所述初始Cu層的所述厚度減小為約3000A;或者 所述方法進一步包括通過在有氧的環境下使所述監控晶圓經受至少300°c的溫度在所述厚Cu層上方形成CuO層。
7.一種監控APC系統的性能的方法，所述方法包括 使用所述APC系統對監控晶圓實施清洗工藝，所述監控晶圓包括位於其頂面上的厚銅層； 在使用所述步驟以後，確定所述監控晶圓的反射率是否在可接受限度的範圍內； 響應於確定所述反射率不在可接受限度的範圍內，採取校正措施。
8.根據權利要求7所述的方法，進一步包括在使用所述步驟以前，製造監控晶圓，所述製造包括 在矽基底層上方沉積未摻雜矽玻璃(「USG」)層； 在所述USG層上方沉積勢壘層；在所述勢壘層的上方沉積銅(「Cu」)晶種層；以及 在所述Cu晶種層上方製造厚Cu層， 其中，製造厚Cu層包括製造具有約3000人的厚度的Cu層。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，製造具有約3000人的厚度的厚Cu層進一歩包括 使用ECP製造具有約7000A的厚度的Cu層；以及 實施化學機械平坦化工藝，從而將所述Cu層的所述厚度減小至約3000人。
10.根據權利要求7所述的方法，其中，所述可接受限度包括約0.9的反射率；或者 採取校正措施包括調節所述APC系統的エ藝時間；或者 採取所述校正措施包括替換所述APC系統的噴頭和替換所述APC系統的エ藝套件中的至少ー個。
全文摘要
描述了在監控預清洗工藝中使用的監控晶圓和製造該監控晶圓的方法。一個實施例為監控晶圓，包括矽基底層；覆蓋層，位於矽基底層上方；以及勢壘層，位於USG層的上方。監控晶圓進一步包括銅(「Cu」)晶種層，位於勢壘層上方；以及厚Cu層，位於Cu晶種層上方。本發明公開了用於監控銅勢壘層預清洗工藝的系統和方法。
文檔編號H01L21/66GK102800605SQ20111034901
公開日2012年11月28日 申請日期2011年11月7日 優先權日2011年5月25日
發明者宋國梁, 翁政輝 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司