專利名稱：檢測(cè)半導(dǎo)體器件的金屬互連層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種檢測(cè)半導(dǎo)體器件的金屬互連層的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的后段(back-end-of-line，BE0L)工藝中，可根據(jù)不同需要在半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)多層金屬互連層，每層金屬互連層包括金屬互連線和絕緣層，這就需要對(duì)上述絕緣層制造溝槽(trench)和連接孔，然后在上述溝槽和連接孔內(nèi)沉積金屬，沉積的金屬即為金屬互連線，一般選用銅或鋁作為金屬互連線材料。在制作完金屬互連層后，常常需要采用聚焦離子束(FIB)方式對(duì)金屬互連層結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割得到樣品后，在透射電子顯微鏡(TEM)下檢測(cè)該樣品，從而檢測(cè)得到所述樣品反應(yīng)的金屬互連層是否符合設(shè)計(jì)的金屬互連層結(jié)構(gòu)。因此，所檢測(cè)樣品的結(jié)構(gòu)是否和金屬互連層的結(jié)構(gòu)相同，是精確檢測(cè)金屬互連層結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵所在，如果在制作樣品或檢測(cè)樣品時(shí)， 樣品變形，與金屬互連層結(jié)構(gòu)有很大差異，就無(wú)法反應(yīng)金屬互連層結(jié)構(gòu)。具體地來(lái)說(shuō)，如圖1所示，圖1為現(xiàn)有技術(shù)檢測(cè)半導(dǎo)體器件的金屬互連層的方法流程圖，其具體步驟為步驟101、在制作好的具有金屬互連層的半導(dǎo)體器件上要制作樣品的區(qū)域內(nèi)電鍍鉬(Pt)層；在本步驟中，該P(yáng)t層用于在后續(xù)的FIB過(guò)程中防止離子束對(duì)半導(dǎo)體器件的金屬互連層表面的損傷；步驟102、采用FIB方式在半導(dǎo)體器件的金屬互連層表面進(jìn)行樣品區(qū)域的切割，得到樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)；在本步驟中，具體過(guò)程為首先采用大約7000皮安(pA)的大電流的電子束切割半導(dǎo)體器件的樣品區(qū)域，在樣品區(qū)域的外圍形成兩個(gè)在長(zhǎng)度方向上互相平行的寬為8微米長(zhǎng)為15微米的長(zhǎng)方形槽，然后對(duì)樣品區(qū)域使用300pA的小電流的電子束在所形成的兩個(gè)長(zhǎng)方形槽之間(長(zhǎng)度方向上)進(jìn)行細(xì)切割，得到樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)；步驟103、對(duì)樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行底部脫離，也就是將半導(dǎo)體器件的金屬互連層下的器件層(包括柵極及有源區(qū)部分)進(jìn)行U形切斷；步驟104、使用大約300pA的小電流的電子束繼續(xù)對(duì)樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)的厚度減薄，得到樣品；在本步驟中，對(duì)長(zhǎng)為5微米寬為2微米的樣品區(qū)域的厚度減薄，使得最終得到的樣品厚度為100納米以下；在本步驟中，在減薄的過(guò)程中，為了在TEM下檢測(cè)的需要，一般使得樣品的中間薄，兩邊厚；步驟104、將最終得到的樣品兩邊切斷，得到如圖2所示的樣品結(jié)構(gòu)剖面示意圖；從圖2可以看出，該樣品包括了金屬互連層，以及在表面保護(hù)的Pt層，在金屬互連層中，金屬互連線通過(guò)通孔連接；步驟105、對(duì)得到的樣品采用TEM進(jìn)行檢測(cè)，確定該樣品代表的金屬互連層是否為設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)；在本步驟中，采用TEM進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程為生成電子束穿過(guò)所制成的樣品后，形成圖像并放大到屏幕上進(jìn)行檢測(cè)。采用上述方式雖然可以完成對(duì)金屬互連層的檢測(cè)，但是由于在檢測(cè)過(guò)程中，樣品的變形，所以無(wú)法真實(shí)反應(yīng)所代表的金屬互連層結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)?，按照步驟101 104所制作的樣品兩邊厚中間薄，所以在采用TEM檢測(cè)時(shí)，受到電子束的照射后，金屬互連層中的金屬材質(zhì)就會(huì)沿著從兩邊到中間的方向順著金屬互連線流動(dòng)，導(dǎo)致所檢測(cè)的樣品變形，如圖3 所示，圖3為T(mén)EM所檢測(cè)的樣品結(jié)構(gòu)剖面示意圖，相比于圖2來(lái)說(shuō)，金屬材質(zhì)順著金屬互連線的兩邊向中心流動(dòng)，使得樣品變形，無(wú)法反應(yīng)金屬互連層結(jié)構(gòu)。圖4為現(xiàn)有技術(shù)在TEM檢測(cè)鋁金屬互連層時(shí)發(fā)生的金屬流動(dòng)圖像示意圖，其中的方框顯示了金屬材質(zhì)沿著金屬互連線流動(dòng)示意，圖5為現(xiàn)有技術(shù)在TEM檢測(cè)銅金屬互連層時(shí)發(fā)生的金屬流動(dòng)圖像示意圖，其中的方框顯示了金屬材質(zhì)沿著金屬互連線流動(dòng)示意，從圖4和圖5可以看出，在進(jìn)行TEM檢測(cè)時(shí)，都由于電子束的照射，發(fā)生了金屬互連線上的金屬材質(zhì)流動(dòng)現(xiàn)象，造成了所檢測(cè)的樣品無(wú)法真實(shí)反應(yīng)金屬互連層結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)半導(dǎo)體器件的金屬互連層的方法，該方法能夠使得檢測(cè)的樣品結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的代表金屬互連層結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種檢測(cè)半導(dǎo)體器件的金屬互連層的方法，該方法包括在具有金屬互連層的半導(dǎo)體器件上要制作樣品的區(qū)域內(nèi)電鍍鉬Pt層；采用聚焦離子束FIB方式在半導(dǎo)體器件的金屬互連層表面進(jìn)行樣品區(qū)域的切割， 得到樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)；對(duì)樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行底部脫離后，從兩邊將樣品的Pt層切斷，在樣品兩邊裸露出金屬互連層；采用FIB方式對(duì)樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)的厚度減薄及使得裸露出金屬互連層中的金屬互連線切斷，得到樣品；
對(duì)得到的樣品采用透射電子顯微鏡TEM進(jìn)行檢測(cè)，確定該樣品代表的金屬互連層是否為設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。所述得到樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)的過(guò)程為采用7000皮安pA的大電流的離子束切割半導(dǎo)體器件上要制作樣品的區(qū)域，在要制作樣品的區(qū)域外圍形成兩個(gè)在長(zhǎng)度方向上互相平行的長(zhǎng)方形槽，然后對(duì)要制作樣品的區(qū)域使用300pA的小電流的離子束在所形成的兩個(gè)長(zhǎng)方形槽之間進(jìn)行細(xì)切割，得到樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)。所述切斷Pt層采用離子束切斷Pt層，或者采用刻蝕方法切斷Pt層。所述切斷Pt層之間的距離小于樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。從上述方案可以看出，本發(fā)明在采用FIB制備樣品的過(guò)程中，將金屬互連線的中間部分和兩邊部分切斷，使得在TEM檢測(cè)該樣品過(guò)程中，阻擋金屬材質(zhì)沿著金屬互連線流動(dòng)的通道，從而在電子束照射該樣品時(shí)，樣品上不會(huì)出現(xiàn)金屬材質(zhì)沿著金屬互連線兩邊向中間流動(dòng)的情況，樣品不會(huì)出現(xiàn)變形，準(zhǔn)確反應(yīng)金屬互連層的結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明提供的方法使得檢測(cè)的樣品結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的代表金屬互連層結(jié)構(gòu)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)檢測(cè)半導(dǎo)體器件的金屬互連層的方法流程圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)得到的樣品結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)的TEM所檢測(cè)的樣品結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)在TEM檢測(cè)鋁金屬互連層時(shí)發(fā)生的金屬流動(dòng)圖像示意圖；圖5為現(xiàn)有技術(shù)在TEM檢測(cè)銅金屬互連層時(shí)發(fā)生的金屬流動(dòng)圖像示意圖；圖6為本發(fā)明提供的檢測(cè)半導(dǎo)體器件的金屬互連層的方法流程圖；圖7為本發(fā)明提供的樣品結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖8為本發(fā)明在TEM檢測(cè)金屬互連層時(shí)的樣品圖像示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。從現(xiàn)有技術(shù)可以看出，導(dǎo)致TEM所檢測(cè)的樣品無(wú)法準(zhǔn)確反應(yīng)所代表的金屬互連層結(jié)構(gòu)的原因?yàn)椴捎肍IB方式所制作的樣品兩邊厚中間薄，在采用TEM檢測(cè)時(shí)，電子束照射該樣品，就會(huì)使得該樣品中的金屬材質(zhì)沿著金屬互連線從兩邊流向中間，導(dǎo)致所檢測(cè)的樣品變形，無(wú)法反義所代表的金屬互連層結(jié)構(gòu)。為了克服上述缺陷，本發(fā)明在采用FIB制備樣品的過(guò)程中，將樣品的金屬互連線的中間部分分別和兩邊部分切斷，使得在TEM檢測(cè)該樣品過(guò)程中，阻擋金屬材質(zhì)沿著金屬互連線流動(dòng)的通道，從而在電子束照射該樣品時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)金屬材質(zhì)從樣品的金屬互連線的兩邊到中間的流動(dòng)的情況，樣品不會(huì)出現(xiàn)變形，準(zhǔn)確反應(yīng)金屬互連層的結(jié)構(gòu)。圖6為本發(fā)明提供的檢測(cè)半導(dǎo)體器件的金屬互連層的方法流程圖，其具體步驟為步驟601、在制作好的具有金屬互連層的半導(dǎo)體器件上要制作樣品的區(qū)域內(nèi)電鍍 Pt層；在本步驟中，該P(yáng)t層用于在后續(xù)的FIB過(guò)程中防止離子束對(duì)半導(dǎo)體器件的金屬互連層表面的損傷；步驟602、采用FIB方式在半導(dǎo)體器件的金屬互連層表面進(jìn)行樣品區(qū)域的切割，得到樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)；在本步驟中，具體過(guò)程為首先采用大約7000pA的大電流的離子束切割半導(dǎo)體器件的樣品區(qū)域，在樣品區(qū)域的外圍形成兩個(gè)在長(zhǎng)度方向上互相平行的寬為8微米長(zhǎng)為15微米的長(zhǎng)方形槽，然后對(duì)樣品區(qū)域使用300pA的小電流的離子束在所形成的兩個(gè)長(zhǎng)方形槽之間(長(zhǎng)度方向上)進(jìn)行細(xì)切割，得到樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)；在本步驟中，可以得到長(zhǎng)為5微米寬為2微米的樣品區(qū)域；
步驟603、對(duì)樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行底部脫離，也就是將半導(dǎo)體器件的金屬互連層下的器件層(包括柵極及有源區(qū)部分)進(jìn)行U形切斷；步驟604、在樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)中，在長(zhǎng)度方向上從兩邊將樣品的Pt層切斷，在樣品兩邊裸露出金屬互連層；在本步驟中，可以采用多種方法切斷Pt層，比如采用大電流的離子束切斷Pt層， 也可以采用刻蝕方法切斷Pt層；在本步驟中，在長(zhǎng)度方式下從兩邊切斷樣品的Pt層，切斷之間的距離小于樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，比如相距小于5微米之處；步驟605、使用大約300pA的小電流的離子束，繼續(xù)對(duì)樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)的厚度減薄， 得到樣品；在本步驟中，對(duì)長(zhǎng)為5微米寬為2微米的樣品區(qū)域的厚度減薄，使得最終得到的樣品厚度為100納米以下；在本步驟中，在樣品區(qū)域減薄的過(guò)程中，由于樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)中的兩邊切斷的Pt層部分沒(méi)有Pt層保護(hù)，所以離子束在切斷Pt層部分切割速度比較大，使得樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)中的金屬互連線截?cái)?；在本步驟中，得到的樣品如圖7所示，圖7為本發(fā)明提供的樣品結(jié)構(gòu)剖面示意圖， 可以看出，從Pt層開(kāi)始切斷，直到深于金屬互連層中的金屬互連線，已經(jīng)將金屬互連層中的金屬互連線切斷了；步驟606、對(duì)得到的樣品采用TEM進(jìn)行檢測(cè)，確定該樣品代表的金屬互連層是否為設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)；在本步驟中，采用TEM進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程為生成電子束穿過(guò)所制成的樣品后，形成圖像并放大到屏幕上進(jìn)行檢測(cè)。圖8為本發(fā)明在TEM檢測(cè)金屬互連層時(shí)的樣品圖像示意圖，可以看出，由于樣品中的金屬互連線從兩邊被切斷，所以在進(jìn)行TEM檢測(cè)時(shí)電子束的照射下，金屬材質(zhì)無(wú)法從金屬互連線的兩邊向中心流動(dòng)，所以所檢測(cè)的樣品未出現(xiàn)變形，真實(shí)反應(yīng)了所代表的金屬互連層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所采用的方法可以應(yīng)用于鋁金屬互連層的檢測(cè)及銅金屬互連層的檢測(cè)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)半導(dǎo)體器件的金屬互連層的方法，該方法包括在具有金屬互連層的半導(dǎo)體器件上要制作樣品的區(qū)域內(nèi)電鍍鉬Pt層； 采用聚焦離子束FIB方式在半導(dǎo)體器件的金屬互連層表面進(jìn)行樣品區(qū)域的切割，得到樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)；對(duì)樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行底部脫離后，從兩邊將樣品的Pt層切斷，在樣品兩邊裸露出金屬互連層；采用FIB方式對(duì)樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)的厚度減薄及使得裸露出金屬互連層中的金屬互連線切斷，得到樣品；對(duì)得到的樣品采用透射電子顯微鏡TEM進(jìn)行檢測(cè)，確定該樣品代表的金屬互連層是否為設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)的過(guò)程為采用7000皮安pA的大電流的離子束切割半導(dǎo)體器件上要制作樣品的區(qū)域，在要制作樣品的區(qū)域外圍形成兩個(gè)在長(zhǎng)度方向上互相平行的長(zhǎng)方形槽，然后對(duì)要制作樣品的區(qū)域使用300pA的小電流的離子束在所形成的兩個(gè)長(zhǎng)方形槽之間進(jìn)行細(xì)切割，得到樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述切斷Pt層采用離子束切斷Pt層，或者采用刻蝕方法切斷Pt層。
4.如權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述切斷Pt層之間的距離小于樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬互連層為銅金屬互連層或鋁金屬互連層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種檢測(cè)半導(dǎo)體器件的金屬互連層的方法，該方法包括在具有金屬互連層的半導(dǎo)體器件上要制作樣品的區(qū)域內(nèi)電鍍鉑Pt層；采用聚焦離子束FIB方式在半導(dǎo)體器件的金屬互連層表面進(jìn)行樣品區(qū)域的切割，得到樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)；對(duì)樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行底部脫離后，從兩邊將樣品的Pt層切斷，在樣品兩邊裸露出金屬互連層；采用FIB方式對(duì)樣品區(qū)域結(jié)構(gòu)的厚度減薄及使得裸露出金屬互連層中的金屬互連線切斷，得到樣品；對(duì)得到的樣品采用透射電子顯微鏡TEM進(jìn)行檢測(cè)，確定該樣品代表的金屬互連層是否為設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的方法可以使得檢測(cè)的樣品結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的代表金屬互連層結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102222631SQ20101015387
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者段淑卿, 王玉科, 芮志賢, 范榮, 龔斌 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司