通过表面等离子体共振(SPR)的一致埋入金属空穴侦测的制作方法

本揭露关于例如集成电路的半导体装置的制造。本揭露尤指关于能应用于侦测半导体晶圆上有缺陷的金属组件。

背景技术：

在半导体晶圆上的金属沉积期间，举例而言，通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、电化学电镀(ECP)或无电镀覆(ELP)，可能因例如不适当的质量传输、反应动力学、污染基板等各种因子而在穿孔或沟槽中形成不适当的填充或空穴。在半导体晶圆中(例如在沟槽硅化物结构中)存在有埋入空穴可能会导致严重的可靠度问题。然而，埋入空穴目前不能通过表面扫瞄而侦测，该表面扫瞄例如为亮场检查(BFI)、扫瞄式电子显微镜(SEM)等。另外，通过电子束(E beam)的晶圆检查也为具挑战性的。这种缺陷目前仅在后制时期通过故障分析(FA)晶圆的切片或通过显示开路或接触阻抗增加的电子测试(ET)资料而被强调出来。

因此，存在用于能一致侦测金属沉积之后的半导体晶圆的埋入空穴的方法及设备的需求。

技术实现要素：

本揭露的一个方面是使用表面等离子体共振(SPR)一致侦测金属沉积之后半导体晶圆的埋入空穴的方法。

本揭露的其它方面是包含能侦测半导体晶圆上的埋入空穴的改良的表面等离子体共振仪器的设备。

本揭露的另外方面及其它特征将于下列描述中阐述，而其中部分描述对于本领域技术人员而言在审视下文过后会是清楚明白的，或者本领域技术人员可从本揭露的实行而得知。本揭露的优点可如所附权利要求书中特定指出者实现及获得。

依照本揭露，某些技术功效通过一种方法而部分达到，该方法包含：于晶圆的第一、第二及第三邻近晶粒中形成第一、第二及第三金属结构；对该第一、第二及第三金属结构进行一致的表面等离子体共振；侦测分别对应于该第一、第二及第三金属结构的第一、第二及第三表面等离子体共振波长；将该第一表面等离子体共振波长与该第二表面等离子体共振波长之间的差值及该第三表面等离子体共振波长与该第一表面等离子体共振波长之间的差值与阈值比较；以及基于该比较而判定该第一金属结构中有无埋入空穴。

本揭露的方面包含形成钨(W)、铜(Cu)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钴(Co)、铝(Al)、钽(Ta)及/或氮化钽(TaN)的该第一、第二及第三金属结构。其它方面包含形成为穿孔、沟槽或栅极的该第一、第二及第三金属结构。进一步方面包含通过化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)、电化学镀覆(ECP)及/或无电镀覆(ELP)而形成该第一、第二及第三金属结构。另外方面包含该埋入空穴是由氧化物、空气或有机残留物而形成。另一方面包含若该比较表示该埋入空穴的存在，则重工该第一金属结构。其它方面包含重工该第一金属结构是通过：退火该第一金属结构；以及进行远程等离子体处理。进一步方面包含重工该第一金属结构是通过不进行远程等离子体处理而退火该第一金属结构。另外方面包含测试该第一金属结构的该重工是通过：对重工后的该第一金属结构进行表面等离子体共振；以及将对应于重工后的该第一金属结构的表面等离子体共振波长与该第二表面等离子体共振波长之间的差值及对应于重工后的该第一金属结构的表面等离子体共振波长与该第三表面等离子体共振波长之间的差值与该阈值比较。

本揭露的其它方面是一种设备，其包含：能侦测半导体晶圆上的埋入空穴的改良的表面等离子体共振仪器，该改良的表面等离子体共振仪器具有至少一光源、一棱镜及一侦测器；以及具有多个晶粒的半导体晶圆，而该多个晶粒是相对于该改良的表面等离子体共振仪器而以入射该光源的角度而置放。

该设备的方面包含该设备是配置成对三个相同形成的金属结构进行表面等离子体共振，各结构于该多个晶粒内的相邻晶粒中形成。其它方面包含该表面等离子体共振是以一致的方式进行。进一步方面包含该三个相同形成的金属结构的其中一个是目标结构，而该三个相同形成的金属结构的其余二个是第一及第二参考结构。另外方面包含该侦测器是配置成侦测对应于该目标结构的表面等离子体共振波长与分别对应于该第一及第二参考结构的第一及第二表面等离子体共振波长。另一方面包含比较模块，其配置成将对应于该目标结构的侦测后的该表面等离子体共振波长与该第一表面等离子体共振波长之间的差值、以及该第二表面等离子体共振波长与对应于该目标结构的侦测后的该表面等离子体共振波长之间的差值与阈值比较。其它方面包含该比较模块配置成基于该比较而判定该目标结构中有无埋入空穴。

本揭露的又一方面是一种方法，其包含：提供具有第一、第二及第三金属结构的晶圆，该第一、第二及第三金属结构分别形成在该晶圆的第一、第二及第三邻近晶粒中；对该第一、第二及第三金属结构进行表面等离子体共振；侦测对应于该第一金属结构的第一表面等离子体共振波长、对应于该第二金属结构的第二表面等离子体共振波长及对应于该第三金属结构的第三表面等离子体共振波长；将该第一表面等离子体共振波长与该第二表面等离子体共振波长之间的差值及该第三表面等离子体共振波长与该第一表面等离子体共振波长之间的差值与阈值比较；以及基于该比较而判定该第一金属结构是否不适当地形成。

本揭露的方面包含若判定为不适当地形成，则重工该第一金属结构或报废该晶圆。其它方面包含重工该第一金属结构是通过以或不以远程等离子体处理来退火该第一金属结构。进一步方面包含测试该重工是通过：对重工后的该第一金属结构进行表面等离子体共振；以及将对应于重工后的该第一金属结构的表面等离子体共振波长与该第二表面等离子体共振波长之间的差值及该第三表面等离子体共振波长与对应于重工后的该第一金属结构的表面等离子体共振波长之间的差值与该阈值比较。

本揭露的另外方面及技术功效将对本领域技术人员由下文详细描述而变得轻易地清楚明白，其中，本揭露的实施例是通过深思熟虑以完成本揭露的最佳模式的说明方式而简化描述。如同将了解的，本揭露能为其它及不同的实施例，且其数种细节能完全不悖离本揭露以各种显而易见的方面而修饰。因此，图式及描述是视为本质说明性且不为限制性。

附图说明

在所附图式的图中，本揭露以范例的方式而非限制的方式说明，且相同的元件符号视为类似组件，且其中：

图1说明依据示例实施例的用于侦测金属沉积之后半导体晶圆中的埋入空穴的一致SPR处理流程；

图2示意说明依据示例实施例的基于该一致SPR处理流程而侦测金属沉积之后的半导体晶圆中的埋入空穴的范例；以及

图3说明依据示例实施例的用于侦测金属沉积之后半导体晶圆中的埋入空穴的一致SPR处理流程的范例。

符号说明

101、103、105、107、109、111、113、301、303、305、307、309、311、313、315、317、319、321 步骤

201、203、205 金属结构

207、209、211 晶粒

213 半导体晶圆

215 光源

217 棱镜

219 侦测器

221 比较模块

223、225、227 光波

229、231、233 SPR波长

235 埋入空穴

237 金属-介电界面。

具体实施方式

在下文描述中，出于解释目的，数种特定细节是为了提供示例实施例的通透理解而阐述。然而，应了解的是，不用这些特定细节或以不同配置也可实行示例实施例。在其他情况下，已知结构及装置是以方块图形式显示以避免不必要混淆示例实施例。另外，除非另有所指，表示成份、反应条件及使用于说明书及权利要求书中的数量、比例及数字特性是通过词语“约”而在所有情况中理解为修饰用。

本揭露对付且解决在随集成电路制作产生的沉积金属之后不能侦测半导体晶圆内部中的埋入空穴的目前问题。

依据本揭露的实施例的方法包含在晶圆的第一、第二及第三邻近晶粒中形成第一、第二及第三金属结构。对于第一、第二及第三金属结构进行一致的SPR。侦测分别对应于第一、第二及第三金属结构的第一、第二及第三SPR波长。该第一SPR波长与该第二SPR波长之间的差值及该第三SPR波长与该第一SPR波长之间的差值是与一阈值比较，然后基于该比较而判定该第一金属结构中有无埋入空穴的存在。

对本领域技术人员而言，从下列实施方式可轻易地清楚明白仍有其它方面、特征及技术功效，其中较佳实施例是简单通过说明所思及的最佳模式方式而加以显示及描述。本揭露能以其它及不同实施例施行，且其数种细节能以各种显而易见的方面修饰。因此，图式及描述是视为本质上说明性，而不视为限制性。

图1说明依据示例实施例的用于侦测金属沉积之后半导体晶圆中的埋入空穴的一致SPR侦测处理流程，且图2示意说明依据示例实施例的基于该一致SPR流程侦测金属沉积之后半导体晶圆中的埋入空穴的范例。在步骤101，三个相同形成的金属结构(例如穿孔、沟槽或栅极)分别形成于半导体晶圆的三个邻近晶粒中。举例而言，图2的金属结构201,203,205可形成在半导体晶圆213的晶粒207,209,211中。可由例如钨、铜、钛、氮化钛、钴、铝、钽、氮化钽及/或任何其它类型的金属沉积而形成金属结构201,203,205。也可例如通过化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)、电化学电镀(ECP)及/或无电电镀(ELP)形成金属结构201,203,205。

在步骤103中，对所有三个金属结构进行一致的SPR。SPR发生在当光束入射在金属-介电界面时，表面等离子体极化子(SPP)或电磁波会沿着金属表面传播。所产生的波长/共振会针对不同材料改变，且因此将对相较于已填充的沟槽的不适当填充或具空穴的沟槽而改变。波长、材料的介电常数及材料的导磁率之间的关系如下文：

其中ω为波数，ε为介电常数，且μ为材料的导磁率。因此，可使用包含光源215、棱镜217及侦测器219的能侦测半导体晶圆上的埋入空穴的改良的SPR仪器来对金属结构201,203,205进行SPR。在此范例中，侦测器219是连接至比较模块221。可例如通过导引例如紫外光(UV)至可见光(Vis)的光源215以一角度入射金属结构201,203,205的表面而进行SPR。用于SPR的特定光源215可基于SPR将要用于的材料类型而做调整。举例而言，光波223,225和227可分别在金属结构201,203,205处被导引。

在步骤105中，对应于该三个金属结构的各个的SPR波长是通过侦测器219而侦测。举例而言，侦测器219可侦测由分别在金属结构201,203,205导引的光波223,225,227所产生的SPR波长229,231,233。在此范例中，金属结构203是目标结构而金属结构201,205是用作参考结构。理想地，SPR波长229,233将几乎相同且SPR波长231将依金属结构203中存在的空穴类型而相对较低或较高。

在步骤107中，目标结构的结果SPR波长(W_B)与该参考结构(W_A)的结果SPR波长之间的差值(W_B-W_A)以及另一参考结构的结果SPR波长(W_C)与该目标结构(W_B)的结果SPR波长之间的差值(W_C-W_B)是例如通过比较模块221而与一阈值比较。该阈值基本上为用于完全填充结构的表面等离子体的值与用于类似空穴结构(例如在设计及大小的方面类似)的表面等离子体的值之间可接受的偏差或差值。该阈值可因为材料类型、材料体积、周围材料类型、空穴类型及空穴尺寸而受影响。举例而言，该比较可如以下：W_B-W_A>K<W_C-W_B(K为阈值)，其中，且其中ω为波数，ε为介电常数，且μ为材料的导磁率。

在步骤109中，基于SPR波长与目标值的比较能够判定在目标结构中有无埋入空穴存在。举例而言，比较模块221能将SPR波长231与SPR波长229之间的差值及SPR波长233与SPR波长231之间的差值与阈值比较。基于该比较，比较模块221，举例而言，能判定在此范例中的金属结构203具有埋入空穴235及金属-介电界面237。举例而言，可由氧化物、空气或有机材料形成埋入空穴235。进一步而言，可例如在CVD的金属沉积期间由于例如不适当的质量传输、反应动力学及基板污染等各种因素的影响而形成埋入空穴235。换句话说，举例而言，该比较模块221可以根据金属结构203的波长/共振231是分别不同于金属结构201,205的波长/共振229,233的阈值的情况下而判定金属结构203中的空穴235的存在。

在步骤111中，其侦测埋入空穴的存在，例如金属结构203的目标结构可重工以移除该空穴，否则若不可能重工及/或该缺陷在某目标程度以上，则可报废半导体晶圆以节省进一步的处理成本及资源利用。举例而言，可依空穴235的严重性及/或性质而以或不以远程等离子体处理来退火金属结构203或可报废晶圆213。

在步骤113中，若例如金属结构203的目标结构被重工以企图移除空穴235，则可测试该重工。举例而言，可通过对重工后的金属结构203进行SPR来测试该金属结构203的该重工。在重工(无论可否实施)期间有极大可能性会导入新的残留物/粒子，但通常期望这些残留物/粒子会是较低程度且该重工后的结构的SPR扫描主要会是一种确认扫描来确认该重工有帮助。举例而言，比较模块221能将对应于重工后的金属结构203的SPR波长与SPR波长229之间的差值及SPR波长233与对应于重工后的金属结构203的SPR波长之间的差值与阈值做比较，以判定空穴235现在是否已经例如通过退火及/或通过远程等离子体处理的重工而被移除。

图3说明依据示例实施例的用于侦测金属沉积之后的半导体晶圆中的埋入空穴的范例SPR处理流程。于步骤301中，例如通过反应离子蚀刻(RIE)而在半导体晶圆中形成沟槽接触(TT)。于步骤303中，例如通过湿蚀刻(WET)而清洁该沟槽接触。于步骤305中，例如通过氩(AR)溅镀而进一步清洁该沟槽接触。于步骤307中，沉积钛于该沟槽接触中。于步骤309中，例如通过ALD而沉积氮化钛于该沟槽中的钛上方以形成钛/氮化钛接触结构。于步骤311中，对钛/氮化钛结构以及该晶圆的邻近晶粒中两个其他相同形成的结构进行SPR。在此范例中，钛/氮化钛接触结构是目标结构且该两个其他相同形成的结构是参考结构。于步骤313中，侦测对应于该目标结构与该参考结构的SPR波长。该目标SPR波长与参考SPR波长之间的差值及另一参考SPR波长与该目标SPR波长之间的差值是与阈值比较。若该目标SPR波长与该参考SPR波长之间的差值小于该阈值，也就是该Ti/TiN结构不具有空穴或残留物，则在步骤315中沉积钨于该Ti/TiN结构上方且接着于步骤317中例如通过化学机械研磨而平坦化。

然而，若该目标SPR波长与该参考SPR波长之间的差值大于该阈值，也就是该Ti/TiN结构具有空穴或残留物(例如由于该Ti/TiN结构的形成)，则于步骤319中重工该Ti/TiN结构。举例而言，可依该空穴的严重性及/或性质而以或不以远程等离子体处理来退火该Ti/TiN结构或可报废该晶圆。于步骤321，可通过进行重工后的Ti/TiN结构的SPR扫描且接着将重工后的SPR波长与参考SPR波长之间的差值与阈值比较而测试步骤319的重工。如先前详述的，在重工(步骤319)期间有极大可能性会导入新的残留物/粒子，但通常期望这样的残留物/粒子会在较低程度。

本揭露的实施例能达到数种技术功效，包含用于任何类型的埋入空穴的一致侦测、由于早期侦测而有所改善的晶粒/最终制品的可靠度、由于SPR目前用于纳米及更小的尺度而有较高的敏感性、以及由于早期侦测而有所改善的沉积处理。本揭露的实施例享有各种产业应用的功效，举例而言，微处理器、智慧型手机、行动电话、手机、机上盒、DVD录影机及播放器、车用导航、印表机和周边、网络和电信设备、游戏系统及数位相机。本揭露因此享有用于侦测半导体装置中任何类型的埋入空穴的产业应用。

于上述描述中，本揭露是参照其特定示例实施例而描述。然而，显然可对特定示例实施例作出各种修饰及改变而不悖离如权利要求书所阐述的本揭露的较宽广精神及范畴。说明书及图式因此视为说明性而非限制性。应理解本揭露能使用各种其它组合及实施例，且能在表达于本文的发明内容的精神内作出任何改变或修饰。