專利名稱：用于監(jiān)控銅勢(shì)壘層預(yù)清洗工藝的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及用于監(jiān)控銅勢(shì)壘層預(yù)清洗エ藝的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
AktivTM 預(yù)清洗(“APC”)室為 Applied Material, Inc.市售的 Endura CuBS (銅勢(shì)壘/晶種)系統(tǒng)的重要部件，并且提供了良好的和有效的清洗エ藝，用于去除聚合物殘余和用于28nm技術(shù)時(shí)代和以下節(jié)點(diǎn)的銅低介電常數(shù)(低-k)互連エ藝方案的氧化銅(“CuO”)的反應(yīng)。尤其是，將APC設(shè)計(jì)為有效去除聚合物殘余并且減少CuO沉積，同時(shí)保持多孔低和超低k層間介電(“ILD”)膜的完整性。雖然APC為用于28nm技術(shù)時(shí)代和以下節(jié)點(diǎn)的基本エ藝，但是當(dāng)前不存在用于監(jiān)控CuO蝕刻速率、和因此監(jiān)控其功效的適當(dāng)方法。 因此，所需要的是用于APCエ藝的可接受的熱氧化蝕刻速率監(jiān)控器。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面，提供了ー種在監(jiān)控預(yù)清洗エ藝中使用的監(jiān)控晶圓，所述監(jiān)控晶圓包括硅基底層；覆蓋層，位于所述硅基底層的上方；勢(shì)壘層，位于所述USG層的上方；銅(“Cu”)晶種層，位于所述勢(shì)壘層的上方；以及厚Cu層，位于所述Cu晶種層的上方。在該監(jiān)控晶圓中，所述覆蓋層包括未摻雜硅玻璃(“USG”)，所述USG層具有約4900 A的厚度。在該監(jiān)控晶圓中，所述勢(shì)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(xué)鍍(“ECP”)エ藝制造所述厚Cu層。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造在監(jiān)控預(yù)清洗エ藝中的使用的監(jiān)控晶圓的方法，所述方法包括在硅基底層上方沉積未摻雜硅玻璃(“USG”)層；在所述USG層上方沉積勢(shì)壘層；在所述勢(shì)壘層上方沉積銅(“Cu”)晶種層；以及在所述Cu晶種層上方制造
厚Cu層。在該方法中，所述USG層具有約4900人的厚度，并且其中，制造所述USG層包括實(shí)施化學(xué)汽相沉積(“CVD”)エ藝；或者所述勢(shì)壘層包括氮化鉭(“TaN”)，所述氮化鉭具有約100人的厚度，并且其中，制造所述勢(shì)壘層包括實(shí)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，并且使用PVDエ藝制造所述Cu晶種層。在該方法中，制造所述厚Cu層包括使用電化學(xué)鍍(“ECP”)エ藝制造具有約7000人的厚度的初始Cu層；以及對(duì)所述初始Cu層實(shí)施化學(xué)機(jī)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(jìn)ー步包括通過在有氧的環(huán)境下使所述監(jiān)控晶圓經(jīng)受至少300°c的溫度在所述厚Cu層上方形成CuO層。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種監(jiān)控APC系統(tǒng)的性能的方法，所述方法包括使用所述APC系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控晶圓實(shí)施清洗工藝，所述監(jiān)控晶圓包括位于其頂面上的厚銅層；在使用所述步驟以后，確定所述監(jiān)控晶圓的反射率是否在可接受限度的范圍內(nèi)；響應(yīng)于確定所述反射率不在可接受限度的范圍內(nèi)，采取校正措施。該方法進(jìn)一步包括在使用所述步驟以前，制造監(jiān)控晶圓，所述制造包括在硅基底層上方沉積未摻雜硅玻璃(“USG”)層；在所述USG層上方沉積勢(shì)壘層；在所述勢(shì)壘層的上方沉積銅(“Cu”)晶種層；以及在所述Cu晶種層上方制造厚Cu層，其中，制造厚Cu層包括制造具有約3000 A的厚度的Cu層。在該方法中，制造具有約3000A的厚度的厚Cu層進(jìn)一步包括使用ECP制造具有約7000人的厚度的Cu層；以及實(shí)施化學(xué)機(jī)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；或者采取校正措施包括調(diào)節(jié)·所述APC系統(tǒng)的工藝時(shí)間；或者采取所述校正措施包括替換所述APC系統(tǒng)的噴頭和替換所述APC系統(tǒng)的工藝套件中的至少一個(gè)。


當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有被按比例繪制并且僅僅用于說明的目的。實(shí)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(jiān)控晶圓。圖2示出了結(jié)合40nm技術(shù)時(shí)代和以上節(jié)點(diǎn)使用的反應(yīng)等離子清洗(RPC)預(yù)清洗系統(tǒng)。圖3示出了結(jié)合28nm技術(shù)時(shí)代和以下節(jié)點(diǎn)使用的APC系統(tǒng)。圖4示出了曲線圖，該曲線圖示出對(duì)于使用諸如圖I中所示的蝕刻速率監(jiān)控晶圓的諸如圖2和圖3中所示的預(yù)清洗系統(tǒng)熱氧化蝕刻速率隨時(shí)間的變化。圖5示出了根據(jù)本文所述實(shí)施例的熱氧化蝕刻速率監(jiān)控晶圓。圖6示出了制造圖5的監(jiān)控晶圓的方法。圖7示出了使用圖5的監(jiān)控晶圓監(jiān)控APC系統(tǒng)的熱氧化蝕刻速率的方法。圖8為示出在用于典型APC工藝的反射率和工藝時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式為了實(shí)施本發(fā)明的不同部件，以下發(fā)明提供了許多不同的實(shí)施例或示例。以下描述元件和布置的特定示例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然這些僅僅是示例并不打算限定。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(shí)施例，并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(shí)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(gè)實(shí)例中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)只是為了簡單和清楚的目的且其本身并不指定各個(gè)實(shí)施例和/或所討論的結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。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(guān)系術(shù)語，以容易地描述如圖中所示的一個(gè)元件或部件與另一元件或部件的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，除圖中所示的方位之外，空間關(guān)系術(shù)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(zhuǎn)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(shù)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(zhuǎn)90度或在其他方位)，并且通過在此使用的空間關(guān)系描述符進(jìn)行相應(yīng)地解釋。如圖I所示，諸如監(jiān)控器100的當(dāng)前市售的熱氧化蝕刻速率監(jiān)控器包括經(jīng)由物理汽相沉積(“PVD”)在硅晶圓104上設(shè)置的約1050人厚度的熱氧化層102，并且該監(jiān)控器被設(shè)計(jì)成在反應(yīng)等離子清洗系統(tǒng)(RPC)(例如，在圖I中所示的PC/RPC系統(tǒng)100)中使用的熱氧化蝕刻速率監(jiān)控器。PC/RPC 100被設(shè)計(jì)成結(jié)合40nm技術(shù)時(shí)代和以上節(jié)點(diǎn)而使用。反之，如圖3所示的并且通過參考數(shù)字300所指定的APC系統(tǒng)為遠(yuǎn)程等離子清洗系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^利用H2自由基(“H*”)清洗來大幅降低對(duì)基板的損害。如圖3所示，通過提供在遠(yuǎn)程等離子源304和清洗室306之間的離子過濾器302，將APC系統(tǒng)300設(shè)計(jì)為去除有破壞性的H+離子防止到達(dá)晶圓，其中，要清洗的晶圓位于噴頭310的下方的底座308的上方。反之，在系統(tǒng)200中，設(shè)置在清洗室203中的底座202上方的晶圓直接暴露于感應(yīng)耦合的等離子 (“ICP”)，該等離子來自等離子源204經(jīng)由噴頭206。圖4示出了曲線圖400，該曲線圖示出使用監(jiān)控器100所測量的各種類型的CuO預(yù)清洗系統(tǒng)的熱氧化蝕刻量隨時(shí)間的變化。如圖4所示，雖然如通過一系列點(diǎn)402和404所示的，監(jiān)控器100建立用于結(jié)合40nm技術(shù)時(shí)代和以上節(jié)點(diǎn)所使用的預(yù)清洗系統(tǒng)的適當(dāng)監(jiān)控器，但是如通過一系列點(diǎn)406 (其示出了 0蝕刻量)所示的，對(duì)于APC系統(tǒng)300不夠敏感，不足以建立用于這種系統(tǒng)的可接受的監(jiān)控器。參照?qǐng)D5，如下文中詳細(xì)描述的，本文所述實(shí)施例提供了用于APC系統(tǒng)(例如，APC系統(tǒng)300)的精密銅氧化監(jiān)控晶圓500。尤其是，本文所述的實(shí)施例創(chuàng)建了用于監(jiān)控路徑的精密和無損傷エ藝回路。如下文中參照?qǐng)D6更詳細(xì)描述的，監(jiān)控晶圓500包括裸硅層502 ；覆蓋層，在該所示實(shí)施例中，該覆蓋層為具有約4900人的厚度的未摻雜硅玻璃(“USG”)層504，覆蓋層位于硅層502的上方；以及勢(shì)壘層506，位于USG層504的上方。在一個(gè)實(shí)施例中，勢(shì)壘層包括氮化鉭(“TaN”)，并且具有約100A的厚度；然而，應(yīng)該意識(shí)到，必要時(shí)和/或適當(dāng)時(shí)，其他化合物和厚度可以包括勢(shì)壘層506。具有約1600 A的厚度銅晶種(“Cu晶種”)層508位于勢(shì)壘層506的上方，并且具有約3000人的厚度的電化學(xué)鍍(“ECP”)銅層510位于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(gè)實(shí)施例中，在0.5的反射率(“REF”)處，CuO層512為約150人的厚度，并且在富氧、高溫(例如，大于等于300°C )的環(huán)境下形成該CuO層。在典型實(shí)施例中，例如通過系統(tǒng)300所實(shí)施的APCエ藝可以去除約50人的CuO ;因此，在APCエ藝以后，CuO層512的厚度約為IOOA厚度(REF = 0.9)?，F(xiàn)在，參照?qǐng)D6，將描述制造監(jiān)控晶圓500的方法。在步驟600中，使用化學(xué)汽相沉積(“CVD”)或者其他適當(dāng)沉積技術(shù)在硅層502上沉積未摻雜硅玻璃(“USG”)，從而制造USG層504。在步驟602中，使用物理汽相沉積(“PVD”)或其他適當(dāng)沉積技術(shù)在USG層504上沉積勢(shì)壘層506。如以前所述的，在一個(gè)實(shí)施例中，勢(shì)壘層包括具有約100人的厚度的氮化鉭(“TaN”)。然而，應(yīng)該意識(shí)到，可以使用其他化合物和厚度。在步驟604中，實(shí)施銅晶種(“Cu晶種”)工藝，從而制造Cu晶種層508?？梢允褂肞VD或其他適當(dāng)工藝沉積Cu晶種層508。在步驟606中，使用電化學(xué)鍍層(“ECP”)技術(shù)在Cu晶種層508的上方電鍍厚(例如，約7000A)銅層。在步驟608中，實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光(“CMP”)工藝，從而使晶圓500平鉭化，并且將銅層510的厚度減小為約3000A。生成的監(jiān)控晶圓500具有與量產(chǎn)晶圓相同的銅膜特征。因此，晶圓以與生產(chǎn)量產(chǎn)相同的方式與APC發(fā)生反應(yīng)。圖7示出了使用監(jiān)控晶圓，例如，監(jiān)控晶圓500監(jiān)控諸如系統(tǒng)300的APC系統(tǒng)的性能。在步驟700中，在監(jiān)控晶圓上實(shí)施APC工藝。應(yīng)該意識(shí)到，還在其他產(chǎn)品上同時(shí)或順序?qū)嵤┰摴に嚕⑶铱赡茉诠に囘\(yùn)行中監(jiān)控晶圓。在已經(jīng)完成APC工藝以后，在步驟702中，確定監(jiān)控晶圓的反射率(“REF”)。簡要地，參照?qǐng)D8，示出了結(jié)合典型APC工藝的REF值與工藝時(shí)間(以秒為單位)的曲線800。點(diǎn)802指示標(biāo)準(zhǔn)APC操作(例如，REF = 0. 9，工藝時(shí)間=25秒)。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)REF為0.9，但是可以采用其他目標(biāo)。再次參照?qǐng)D7，在步驟704中，確定所測量的監(jiān)控晶圓的REF是否在可接受限度的 范圍內(nèi)，指示該APC系統(tǒng)在規(guī)格內(nèi)運(yùn)行。如果在步驟704中確定，所測量的REF在可接受限度的范圍內(nèi)，則在步驟706中，沒有必要采取措施。反之，如果在步驟704中，所測量的REF不在可接受限度的范圍內(nèi)，則執(zhí)行進(jìn)入步驟708，其中，可能采取校正措施。例如，這種措施可能包括微調(diào)蝕刻量(例如，通過增加或減少APC工藝時(shí)間)，并且通過替換或修補(bǔ)其部件處理任何硬件問題(例如，APC室、噴頭、或者工藝套件的污染)。應(yīng)該意識(shí)到，可以自動(dòng)進(jìn)行圖7中所示的工藝的所有部分或任何部分，并且使用通過指令適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)和/或其他機(jī)器和用于實(shí)施該指令的處理器來實(shí)施該工藝的所有部分或任何部分，從而實(shí)施指定的功能。結(jié)果，監(jiān)控晶圓500模擬用于APC的量產(chǎn)CuO，克服了關(guān)于通過APC未蝕刻傳統(tǒng)熱氧化晶圓(例如晶圓100)的上述問題，并且克服了如上所述的CuO晶圓剝離的問題。一個(gè)實(shí)施例為在監(jiān)控預(yù)清洗工藝中使用的監(jiān)控晶圓，該監(jiān)控晶圓包括硅基底層；覆蓋層，位于硅基底層上方；以及勢(shì)壘層，位于USG層的上方。監(jiān)控晶圓進(jìn)一步包括銅(“Cu”)晶種層，位于勢(shì)壘層上方；以及厚銅層，位于Cu晶種層上方。另一實(shí)施例為在監(jiān)控預(yù)清洗工藝中使用的監(jiān)控晶圓的制造方法。該方法包括在硅基底層上沉積未摻雜硅玻璃(“USG”)層和在USG層上沉積勢(shì)壘層。該方法進(jìn)一步包括在勢(shì)壘層上沉積銅(“Cu”)晶種層，并且在Cu晶種層上制造厚Cu層。又一實(shí)施例為監(jiān)控APC系統(tǒng)的性能的方法。該方法包括使用APC系統(tǒng)在監(jiān)控晶圓上實(shí)施清洗工藝，該監(jiān)控晶圓包括位于其頂面上的厚銅層；在使用以后，確定監(jiān)控晶圓的反射率是否在可接受限度的范圍內(nèi)；以及響應(yīng)于確定反射率不在可接受限度的范圍內(nèi)，采取校正措施。上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
權(quán)利要求
1.一種在監(jiān)控預(yù)清洗工藝中使用的監(jiān)控晶圓，所述監(jiān)控晶圓包括 硅基底層； 覆蓋層，位于所述硅基底層的上方； 勢(shì)壘層，位于所述USG層的上方； 銅(“Cu”)晶種層，位于所述勢(shì)壘層的上方；以及 厚Cu層，位于所述Cu晶種層的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的監(jiān)控晶圓，其中，所述覆蓋層包括未摻雜硅玻璃(“USG”)，所述USG層具有約4900 A的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的監(jiān)控晶圓，其中，所述勢(shì)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(xué)鍍(“ecp”)工藝制造所述厚Cu層。
4.一種制造在監(jiān)控預(yù)清洗工藝中的使用的監(jiān)控晶圓的方法，所述方法包括 在硅基底層上方沉積未摻雜硅玻璃(“USG”)層； 在所述USG層上方沉積勢(shì)壘層； 在所述勢(shì)壘層上方沉積銅(“Cu”)晶種層；以及 在所述Cu晶種層上方制造厚Cu層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述USG層具有約4900人的厚度，并且其中，制造所述USG層包括實(shí)施化學(xué)汽相沉積(“CVD”)工藝；或者 所述勢(shì)壘層包括氮化鉭(“TaN”)，所述氮化鉭具有約100人的厚度，并且其中，制造所述勢(shì)壘層包括實(shí)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，并且使用PVD工藝制造所述Cu晶種層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，制造所述厚Cu層包括 使用電化學(xué)鍍(“ECP”)工藝制造具有約7000人的厚度的初始Cu層；以及對(duì)所述初始Cu層實(shí)施化學(xué)機(jī)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(jìn)一步包括通過在有氧的環(huán)境下使所述監(jiān)控晶圓經(jīng)受至少300°c的溫度在所述厚Cu層上方形成CuO層。
7.一種監(jiān)控APC系統(tǒng)的性能的方法，所述方法包括 使用所述APC系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控晶圓實(shí)施清洗工藝，所述監(jiān)控晶圓包括位于其頂面上的厚銅層； 在使用所述步驟以后，確定所述監(jiān)控晶圓的反射率是否在可接受限度的范圍內(nèi)； 響應(yīng)于確定所述反射率不在可接受限度的范圍內(nèi)，采取校正措施。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括在使用所述步驟以前，制造監(jiān)控晶圓，所述制造包括 在硅基底層上方沉積未摻雜硅玻璃(“USG”)層； 在所述USG層上方沉積勢(shì)壘層；在所述勢(shì)壘層的上方沉積銅(“Cu”)晶種層；以及 在所述Cu晶種層上方制造厚Cu層， 其中，制造厚Cu層包括制造具有約3000人的厚度的Cu層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，制造具有約3000人的厚度的厚Cu層進(jìn)一歩包括 使用ECP制造具有約7000A的厚度的Cu層；以及 實(shí)施化學(xué)機(jī)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(jù)權(quán)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 采取校正措施包括調(diào)節(jié)所述APC系統(tǒng)的エ藝時(shí)間；或者 采取所述校正措施包括替換所述APC系統(tǒng)的噴頭和替換所述APC系統(tǒng)的エ藝套件中的至少ー個(gè)。
全文摘要
描述了在監(jiān)控預(yù)清洗工藝中使用的監(jiān)控晶圓和制造該監(jiān)控晶圓的方法。一個(gè)實(shí)施例為監(jiān)控晶圓，包括硅基底層；覆蓋層，位于硅基底層上方；以及勢(shì)壘層，位于USG層的上方。監(jiān)控晶圓進(jìn)一步包括銅(“Cu”)晶種層，位于勢(shì)壘層上方；以及厚Cu層，位于Cu晶種層上方。本發(fā)明公開了用于監(jiān)控銅勢(shì)壘層預(yù)清洗工藝的系統(tǒng)和方法。
文檔編號(hào)H01L21/66GK102800605SQ20111034901
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者宋國梁, 翁政輝 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司