[发明专利]用于评估互连结构的特性的方法

说明书

本发明提供了一种评估互连结构的特性的方法。所述方法包括以下步骤：测量所述互连结构中的包括阻挡层和低介电常数材料层的叠层体的椭偏光学参数；采用双层模型对所测得的叠层体的椭偏光学参数结果进行拟合，以计算所述叠层体中的低介电常数材料层的特征值；将低介电常数材料的原始特征值和计算得到的所述叠层体中的低介电常数材料层的特征值进行比较；根据比较结果评估所述叠层体中的杂质的量。本发明的方法简单、快速且无损。而且，相比于现有技术，本发明的方法不仅可以提供有关金属渗透的信息，还可以提供关于低k损伤和水分吸附的信息。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种简单、快速且无损的评估互连结构的特性的方法。

背景技术

在先进的互连结构中用铜(Cu)取代铝(Al)是为了减少互连电阻并提高电迁移性能。铝是一种能自我钝化的材料，具有非常稳定的自然氧化层，可以防止铝表面被污染或防止铝扩散到周围的电介质中。相反，铜自然氧化层却容易被剥离成片状碎屑，造成铜的进一步腐蚀，同时使铜扩散到周围介质中。因此，Cu在硅中具有很高的扩散系数，它可以在沉积时产生深陷阱状态和/或短路。因此，为了防止Cu扩散到周围的低k(介电常数)和活性硅中，必须在它们之间设有阻挡层。同时，减小阻挡层的厚度以减小它们对互连结构的总RC(R是金属导体的电阻率，C是电容)延迟(阻容效应)的影响是非常重要的。然而，减小阻挡层的厚度与低k电介质的孔径的增加相矛盾，因为大孔径明显要求较厚的阻挡层以覆盖孔隙。此外，大孔径还允许阻挡层前体在低k孔内的更显着的穿透和沉积以及由用于阻挡层沉积的等离子体中产生的活性物质和真空紫外(VUV)光子造成的损伤。例如，金属阻挡层的物理气相沉积(PVD)使用氩或氮离子溅射金属靶。因此，现有工艺的优化非常重要，在开发新的阻挡层时必须找到新的解决方案。

一个重要的问题是在阻挡层沉积期间低k材料的改性。在金属阻挡层沉积期间使用的N₂和Ar等离子体发射VUV光，其破坏有机硅酸盐膜中的Si-CH₃键。结果，该膜变成亲水吸附水分，这大大增加了k值并降低了低k材料的电特性和可靠性。另一个问题是与金属渗入孔隙有关。目前还不清楚如何以简单可靠的方式区分这些问题。

通常情况下，技术人员对完全集成结构的横截面进行TEM(透射电子显微镜)检查(在阻挡层和铜沉积、化学机械抛光(CMP)等之后)。例如，在图1所示的透射电子显微镜(TEM)截面上清晰可见在底部是薄雾，即，金属渗透明显(M.R.Baklanov.Invited Paper：Innovative Technological Solutions for Low-k Integration Beyond 10nm.AVS 62ndInternational SymposiumExhibition in 2017，USA)。尽管利用TEM截面可以直观地显示是否存在金属渗透，但是，所有这些集成工艺和TEM检测都非常昂贵，而且具有破坏性，仅提供有关金属渗透的信息，并没有关于低k损伤和水分吸附的信息。

另外，更简单的评估方法是基于对XPS(X射线光电子能谱术)或TOF SIMS(飞行时间二次离子质谱术)深度剖析的评估。例如，如图2所示，XPS深度剖面清楚地显示，W渗透入低k薄膜而Co有渗透有限但不明显(Peng Xe,Xu Wang,Guang Yan,Xin-ping Qu.Study ofCo-W alloy as single layer diffusion barrier for Copper/low-kinterconnect.Advanced Metallization Conference in 2017,USA)。在这种情况下，还可以看到金属轮廓并得出多少金属已渗入孔隙的结论。但是，这种分析也仅提供有关金属渗透的信息，并没有关于低k损伤和水分吸附的信息。同时，吸湿性是决定集成结构的电气可靠性的关键因素。

发明内容

鉴于现有技术中所存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种简单、快速且无损的评估互连结构的特性的方法。