接触孔侧壁金属元素含量监测方法及晶圆的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种接触孔侧壁金属元素含量监测方法，包括以下步骤：提供形成于晶圆测试区的半导体基底；在所述半导体基底上形成金属硅化物；在所述金属硅化物和所述半导体基底表面淀积形成层间介质层；对所述层间介质层进行刻蚀形成矩形孔；所述矩形孔将部分金属硅化物显露出来，所述矩形孔的侧壁为倾斜面；对显露出来的金属硅化物进行预溅射；采集所述矩形孔侧壁上的金属元素含量。上述接触孔侧壁金属元素含量监测方法，通过对倾斜面的金属元素进行采集即能够对接触孔侧壁上的金属元素含量进行有效监测。还公开了一种晶圆。
【专利说明】
接触孔侧壁金属元素含量监测方法及晶圆
技术领域
[0001]本发明涉及半导体制备技术领域，特别是涉及一种接触孔侧壁金属元素含量监测方法及晶圆。
【背景技术】
[0002]在芯片制造过程中，在半导体器件如MOS管等形成之后，要进入金属互连部分，首先是接触孔(contact)的形成。这部分要先后经过层间介质层(Inter Layer Dielectric，ILD)的沉积，接触孔的刻蚀，接触孔粘结层的沉积，金属钨的填充等步骤。图1为进行接触孔刻蚀后半导体器件的剖视图。图2为沉积形成粘结层后半导体器件的剖视图，图3为对接触孔进行金属钨填充后半导体器件的剖视图。在接触孔刻蚀后，金属硅化物(Co salicide)裸露出来。接下来是接触孔粘结层的沉积，该步骤又分成两个子步骤。第一个子步骤是预派射(Pre sputter)，就是向物理气相沉积(Physical Vapor Deposit1n，PVD)腔体内通入氩(Ar)原子，在一定能量(power)的作用下轰击晶圆表面，去除金属娃化物表面的氧化物(CoO)，以保证后续粘结层和金属硅化物之间的良好接触。因为金属硅化物和空气接触一段时间后表面就会被氧化形成氧化物。如果不将形成的氧化物去除的话，就会导致接触不良和芯片失效。第二个子步骤就是粘结层的沉积。
[0003]在粘结层沉积前的预溅射子步骤中，由于工艺波动或者机台发生异常，氧化物被打掉之后，还会有部分金属硅化物也被打掉，并且打掉的金属硅化物粘附在接触孔侧壁上，可以在层间介质层中溶解和扩散，造成多晶娃栅极(Polygate)和接触孔的桥接(bridge)，如图4所示。在芯片切开后，用成分测试仪会测试到接触孔侧壁上有较多金属元素Co的存在。但是目前业界没有一种可以在线检测接触孔侧壁金属元素Co是否异常的测试结构以及方法。目前都是芯片出厂后发现低良或者可靠性失效问题后，通过做失效分析(FailureAnalysis,FA)才最终找到问题原因，问题发现得太晚，给生产者和终端客户造成重大损失。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要针对目前缺少对接触孔侧壁金属元素进行有效检测的方法的问题，提供一种接触孔侧壁金属元素含量监测方法。
[0005]为解决上述问题，还提供了一种晶圆。
[0006]—种接触孔侧壁金属元素含量监测方法，包括以下步骤:提供形成于晶圆测试区的半导体基底；在所述半导体基底上形成金属硅化物；在所述金属硅化物和所述半导体基底表面淀积形成层间介质层；对所述层间介质层进行刻蚀形成矩形孔；所述矩形孔将部分金属硅化物显露出来，所述矩形孔的侧壁为倾斜面；对显露出来的金属硅化物进行预溅射；采集所述矩形孔侧壁上的金属元素含量。
[0007]在其中一个实施例中，所述在所述半导体基底上形成金属硅化物的步骤具体包括:在所述半导体基底表面淀积形成金属硅化物阻挡层；对所述金属硅化物阻挡层进行光刻形成窗口 ；在所述窗口区域淀积形成金属层；进行快速热处理形成金属硅化物。
[0008]在其中一个实施例中，在所述半导体基底上形成金属硅化物的步骤中，形成的金属硅化物的宽度至少为0.6微米。
[0009]在其中一个实施例中，所述矩形孔的侧壁投影在所述金属硅化物表面的宽度为
0.1?0.4微米。
[0010]在其中一个实施例中，在对所述层间介质层进行刻蚀形成矩形孔的步骤中，所述金属硅化物显露在所述矩形孔中的宽度至少为0.3微米。
[0011]在其中一个实施例中，所述金属硅化物为钴硅化物，所述金属元素为钴。
[0012]在其中一个实施例中，所述倾斜面与所述半导体基底表面所成的夹角为45?70度。
[0013]一种晶圆，包括器件区和测试区；所述器件区包括半导体器件结构；所述测试区包括测试结构，用于对半导体器件结构中接触孔侧壁上的金属元素含量进行监测；所述测试结构包括:半导体基底；形成于所述半导体基底上的金属硅化物；形成于所述金属硅化物以及所述半导体基底上的层间介质层；以及形成于所述层间介质层中的矩形孔；所述矩形孔将部分金属硅化物显露出来；所述矩形孔的侧壁为倾斜面。
[0014]在其中一个实施例中，所述金属硅化物显露在所述矩形孔中的宽度至少为0.3微米。
[0015]在其中一个实施例中，所述倾斜面与所述半导体基底表面所成的夹角为45?70度。
[0016]上述接触孔侧壁金属元素含量监测方法以及晶圆，在晶圆的测试区的测试结构中形成有侧壁为倾斜面的矩形孔，从而在形成粘结层的预溅射子步骤中，当金属硅化物发生异常溅射损伤的时候，金属硅化物会被溅射到倾斜面上，从而在倾斜面上聚集较多的金属元素。因此，对倾斜面的金属元素进行采集即能够对接触孔侧壁上的金属元素含量进行有效监测。
【附图说明】
[0017]图1为传统的半导体器件制备过程中进行接触孔刻蚀后器件的剖视图；
[0018]图2为传统的半导体器件制备过程中沉积形成粘结层后器件的剖视图；
[0019]图3为传统的半导体器件制备过程中对接触孔进行金属填充后器件的剖视图；
[0020]图4为传统的半导体器件制备过程中预溅射子步骤中金属硅化物溅射至接触孔侧壁的示意图；
[0021]图5为一实施例中的接触孔侧壁金属元素含量监测方法的流程图；
[0022]图6为图5所示实施例中步骤S120的具体流程图；
[0023]图7为一实施例中的晶圆的剖视图；
[0024]图8为图7所示的晶圆的俯视图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026]图5为一实施例中接触孔侧壁金属元素含量监测方法，包括以下步骤。
[0027]S110，提供形成于晶圆测试区的半导体基底。
[0028]在半导体的制备过程中，为对制备得到的半导体器件进行一些性能进行测试往往会将在晶圆(wafer)上除器件区以外的区域划分出部分区域作为测试区。而本实施例中的用于实现对接触孔侧壁金属元素含量监测的测试结构(test key)即形成于该区域。
[0029]S120，在半导体基底上形成金属娃化物。
[0030]制备金属硅化物的步骤与半导体器件制备过程中制备金属硅化物的步骤相同。步骤S120的具体流程如图6所示，包括以下子步骤。
[0031 ] S12 2，在半导体基底表面淀积形成金属娃化物阻挡层。
[0032]在本实施例中，金属娃化物阻挡层(Salicide Block，SAB)为经过黑色氧化处理的金属娃化物(Salicide Black oxide)。
[0033]S124，对金属硅化物阻挡层进行光刻形成窗口。
[0034]根据光刻版的定义，将金属硅化物阻挡层中SAB刻蚀区域中Salicide Blackoxide进行刻蚀掉。
[0035]S126，在窗口区域淀积形成金属层。
[0036]在本实施例中，淀积的金属为钴金属(Co)。
[0037]S128，进行快速热处理。
[0038]对半导体基底进行快速热处理(Rapid Thermal Annealing，RTA)，从而使得金属层与半导体基底反应形成金属硅化物。在本实施例中，形成的金属硅化物为钴硅化物。金属硅化物形覆盖半导体基底的部分区域。金属硅化物的宽度至少为0.6微米。
[0039]S130，在金属娃化物和半导体基底表面淀积形成层间介质层
[0040]在金属娃化物和半导体基底表面淀积形成层间介质层。在本实施例中，层间介质层的材质为氮化硅。
[0041]S140，对层间介质层进行刻蚀形成矩形孔。
[0042]完成步骤S140后晶圆的结构示意图如图7和图8所示。在本实施例中，刻蚀形成的接触孔与制备的半导体器件中的接触孔并不相同，是呈非孔状的矩形孔106。并且，矩形孔106形成空旷区域，即需要对层间介质层104进行大面积的刻蚀，刻蚀面积在2?10平方微米，使得矩形孔106在层间介质层104上形成隔离线(isolated line) 108。在刻蚀过程中，由于矩形孔106的面积较大，大量材质被刻蚀会形成大量聚合物(polymer)副产物，聚集在隔离线108的右侧，抑制了刻蚀的速度，从而形成倾斜面110。倾斜面110投影在金属硅化物102表面的宽度a在0.1?0.4微米。倾斜面112与半导体基底100表面形成夹角α。受到刻蚀能力的限制，较小的角度α是达不到的。而角度α过大的话，倾斜面的面积偏小，不利于量测收集数据。因此，在本实施例中，倾斜面110与半导体基底100表面所成的夹角α为45?70度。在其他的实施例中，夹角α也可以设置在50?65度之间，如将夹角α设置成55度。矩形孔106将部分金属硅化物102显露出来。在本实施例中，金属硅化物102在矩形孔106中显露出来的宽度b至少为0.3微米，从而能够保证预溅射过程的正常进行。
[0043]S150，对显露出来的金属硅化物进行预溅射。
[0044]预溅射步骤与半导体器件中制备接触孔中的预溅射步骤相同，从而保证测试结构能够真实反映半导体器件中的情况。具体地，向物理气相沉积腔体内通入氩原子，在一定能量的作用下轰击晶片表面，去除金属硅化物表面的氧化物，以保证后续粘结层和金属硅化物之间的良好接触。当金属硅化物发生异常溅射损伤的时候，金属硅化物会被溅射到倾斜面上，从而在倾斜面上聚集较多的金属元素。
[0045]S160，采集矩形孔侧壁上的金属元素含量。
[0046]在本实施例中，金属硅化物为钴硅化物，因此需要对接触孔侧壁的钴元素含量进行监测。具体地，将晶片传入到SEM(Scanning Eelectron Microscope，扫描式电子显微镜)，放大侧壁中的测试区域(测试区域设置在侧壁上，大小可以根据需要进行设定)，再利用EDS (Energy Dispersive Spectrometer，能谱仪)采集整个测试区域的钴元素含量，并和安全标准进行比对。
[0047]根据采集到的金属元素含量和安全标准的比较结果，可以了解晶片的潜在风险，提高了工艺控制能力，缩短了工艺异常的发现时间，防止不良产品出厂后出现低良或者可靠性失效的问题给芯片厂和终端客户造成重大损失，从而弥补了该参数在线监测的空白。
[0048]本发明还提供了一种晶圆，其具有用于对接触孔侧壁金属元素含量监测的测试结构。图7所示为一实施例中的晶圆的剖视图，图8则为图7所示的晶圆的俯视图。下面结合图7和图8对本实施例中的晶圆做详细说明。一种晶圆包括器件区和测试区。其中，器件区包括半导体器件结构，测试区则包括测试结构，用于对接触孔侧壁金属元素含量进行监测。由于本发明并没有对半导体器件结构做改进，因此不对该部分结构做具体介绍。器件区的半导体器件结构可以为任意需要形成接触孔的器件结构。测试结构包括:半导体基底100 ;形成于半导体基底100上的金属娃化物102 ;形成于金属娃化物102和半导体基底100上的层间介质层104 ;形成于层间介质层104中的矩形孔106。其中，矩形孔106将部分金属硅化物102显露出来，并形成空旷区域，使得在层间介质层104上形成隔离线108。矩形孔106的侧壁为倾斜面110。
[0049]其中，金属硅化物102为钴硅化物。金属硅化物102的宽度至少在0.6微米。倾斜面110投影在金属硅化物102表面的宽度a在0.1?0.4微米。倾斜面112与半导体基底100表面形成夹角α。受到刻蚀能力的限制，较小的角度α是达不到的。而角度α过大的话，倾斜面的面积偏小，不利于量测收集数据。因此，在本实施例中，倾斜面110与半导体基底100表面所成的夹角α为45?70度。在其他的实施例中，夹角α也可以设置在50?65度之间，如将夹角α设置成55度。在本实施例中，金属硅化物102在矩形孔106中显露出来的宽度b至少为0.3微米，从而能够保证预溅射过程的正常进行。
[0050]上述晶圆测试区的测试结构中形成有侧壁为倾斜面的矩形孔106，从而在形成粘结层的预溅射子步骤中，当金属硅化物102发生异常溅射损伤的时候，金属硅化物102会被溅射到倾斜面上，从而在倾斜面110上聚集较多的金属元素。在本实施例中，金属硅化物102为钴硅化物，故需要监测的金属元素为钴。通过能谱仪对倾斜面110上测试区域112 (测试区域大小可以根据需要进行设定)的金属元素进行采集即能够对接触孔侧壁上的金属元素含量进行有效监测，从而了解制备得到的半导体器件结构的潜在风险，提高了工艺控制能力，缩短了工艺异常的发现时间，防止不良产品出厂后出现低良或者可靠性失效的问题给芯片厂和终端客户造成重大损失，从而弥补了该参数在线监测的空白。
[0051]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0052]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种接触孔侧壁金属元素含量监测方法，包括以下步骤: 提供形成于晶圆测试区的半导体基底； 在所述半导体基底上形成金属硅化物； 在所述金属硅化物和所述半导体基底表面淀积形成层间介质层； 对所述层间介质层进行刻蚀形成矩形孔；所述矩形孔将部分金属硅化物显露出来，所述矩形孔的侧壁为倾斜面； 对显露出来的金属硅化物进行预溅射； 采集所述矩形孔侧壁上的金属元素含量。2.根据权利要求1所述的接触孔侧壁金属元素含量监测方法，其特征在于，所述在所述半导体基底上形成金属硅化物的步骤具体包括: 在所述半导体基底表面淀积形成金属硅化物阻挡层； 对所述金属硅化物阻挡层进行光刻形成窗口； 在所述窗口区域淀积形成金属层； 进行快速热处理形成金属硅化物。3.根据权利要求2所述的接触孔侧壁金属元素含量监测方法，其特征在于，在所述半导体基底上形成金属娃化物的步骤中，形成的金属娃化物的宽度至少为0.6微米。4.根据权利要求1所述的接触孔侧壁金属元素含量监测方法，其特征在于，所述矩形孔的侧壁投影在所述金属硅化物表面的宽度为0.1?0.4微米。5.根据权利要求1所述的接触孔侧壁金属元素含量监测方法，其特征在于，在对所述层间介质层进行刻蚀形成矩形孔的步骤中，所述金属硅化物显露在所述矩形孔中的宽度至少为0.3微米。6.根据权利要求1所述的接触孔侧壁金属元素含量监测方法，其特征在于，所述金属硅化物为钴硅化物，所述金属元素为钴。7.根据权利要求1所述的接触孔侧壁金属元素含量监测方法，其特征在于，所述倾斜面与所述半导体基底表面所成的夹角为45?70度。8.—种晶圆，包括器件区和测试区；所述器件区包括半导体器件结构；其特征在于，所述测试区包括测试结构，用于对半导体器件结构中接触孔侧壁上的金属元素含量进行监测；所述测试结构包括: 半导体基底； 形成于所述半导体基底上的金属硅化物； 形成于所述金属硅化物以及所述半导体基底上的层间介质层；以及形成于所述层间介质层中的矩形孔；所述矩形孔将部分金属硅化物显露出来；所述矩形孔的侧壁为倾斜面。9.根据权利要求8所述的晶圆，其特征在于，所述金属硅化物显露在所述矩形孔中的宽度至少为0.3微米。10.根据权利要求8所述的晶圆，其特征在于，所述倾斜面与所述半导体基底表面所成的夹角为45?70度。
【文档编号】H01L23/544GK106033732SQ201510105719
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月10日
【发明人】李健, 胡骏
【申请人】无锡华润上华科技有限公司