專利名稱：表面金屬污染的檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種非破壞性的方法，以及涉及使用一種裝置檢測半導體、諸如硅中表面金屬的污染，具體地說，是檢查經(jīng)過部分加工的硅、完全加工好的器件結構以及檢查交叉污染，但這僅僅是應用的例子，實際上還可用于其他種種檢查。
背景技術：
晶體生長的發(fā)展已使硅晶片在制造中不會產(chǎn)生位錯。因此晶片可用化學方法磨邊以排除鋸開時給晶片帶來的損害，然后對它們進行高溫處理以形成一氧化物層，在此過程中，可能會在晶片及柵極氧化物層中的器件活性區(qū)域內(nèi)形成缺陷，從而降低器件的性能，導致產(chǎn)量損失及產(chǎn)生可靠性問題。WO98/11425揭示了一種用光致發(fā)光(PL)映象技術來定位和測量這些缺陷的電氣活性的裝置及方法，相應地申請了該專利。
硅晶片還受到金屬雜質(zhì)的影響，尤其是過渡金屬，在所使用的材料中作為少量雜質(zhì)出現(xiàn)，并且主要存在于例如用于SC1清洗(NH4OH/H2O2/H2O)以去除微粒的化學制品中。半導體器件結構是在晶片制作的三個主要步驟中形成的。其中，第一步是形成器件活性區(qū)域；第二步是用鈍化層對加工過的芯片進行保護；最后是將一層或多層導電金屬層沉積在晶片的特定位置上，以便于各電路元件之間的電氣連接。這些金屬層形成表面布線，被用于生產(chǎn)接觸區(qū)域，金屬線或互連線。金屬通常以化學方法沉積在晶片上，并蝕去多余區(qū)域。最后，利用熱處理將金屬熔入硅晶片以確保良好的電氣連接。傳統(tǒng)上用鋁作為導電材料，這是因為它具有低的電阻系數(shù)以及可以承載適度的電流密度。
由于半導體越做越小，銅被視為用于互連的較佳選擇，因為它是一種優(yōu)于鋁的導體。銅的另一優(yōu)點是其承載信號的線非常細，因而材料可以更為緊密地安置在一起以縮短間距并用更多的晶體管來制造更快的芯片。銅有擴散入周圍芯片材料和毒化硅的傾向，這一傾向通過將沉積步驟更改為先為蝕刻出的、其上行將沉積銅的徑跡上沉積一層襯層的阻擋材料，之后，進一步淀積一阻擋材料進行密封，然后對芯片進行拋光。銅的上述傾向得以在很大程度上被克服。
銅污染會由金屬化過程(金屬沉積、蝕刻、拋光以及晶片處理)所用的工具和設備造成。還有可能在銅處理的過程中在晶片背面發(fā)生意外的交叉污染。晶片背面的銅污染會向晶片自動化機械處理設備轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)移到用于銅和非銅兩種處理過程的度量工具上。銅污染還可能在金屬化過程之前的晶片拋光、外延生長或表面清潔時發(fā)生。
在硅中快速擴散的過渡金屬很容易形成深層能級，即遠離價電帶或?qū)щ妿н吘墸е曼c及延伸缺陷被掩飾，最終導致器件的失效。這些過渡金屬雜質(zhì)還會形成復合中心和阱，明顯減小載流子壽命，而且還會成為暗電流的產(chǎn)生位置，即，在沒有光的情況下會發(fā)生電荷泄漏。一諸如磨蝕的機械損傷的損傷位置，能以海綿的形式吸收晶片中的雜質(zhì)，為此，人們發(fā)展了吸氣技術以從設備活性區(qū)域中除去過渡金屬雜質(zhì)。銅在硅中的擴散速度比金或鐵要快，并可在室溫下擴散過硅晶片。器件的銅中毒將導致器件高滲漏、介電擊穿，而且還會導致短路以及在導體之間形成漏電路徑。
由于拋光期間和殘留遷移所引入的金屬污染和另外的污染源，吸氣技術不足以提供所要求的高純度，從而產(chǎn)生了檢測和消除污染源的需要。
有幾種用于在拋光的半導體和銅互連中檢測較低的表面污染的技術。這些技術包括經(jīng)典的金屬檢測技術，可用于檢測金屬的存在，但這些技術是具破壞性的。主要的非破壞性化學分析方法是全X射線反射熒光法(TXRF)，該方法是一種實驗室技術，該技術每次僅能對全晶片的一個微小區(qū)域(≈1平方厘米)進行取樣，因此非常耗費時間。此外，直接查找金屬的物理檢測過為繁瑣，且效率差。
我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，當對某些金屬用光致發(fā)光(PL)技術進行檢查時，它們會按濃度給出光致發(fā)光“指紋”特性，并且可以在一個新方法中用以掃描全晶片，先識別變化并進行定位，然后再對污染作更仔細的檢查。
WO98/11425揭示光致發(fā)光(PL)光譜技術是一項高度靈敏的技術，可用于研究半導體中雜質(zhì)的本征和非本征電子轉(zhuǎn)變和缺陷。當使用超過材料帶隙的激光輻射時，硅在低溫下被激發(fā)，會產(chǎn)生電子空穴對。這些載流子可以各種不同的方式復合，其中的一些會導致發(fā)光。在低溫下形成的電子空穴對可在硅的雜質(zhì)中被捕獲，并發(fā)射出具有此交互作用的特征的光子，由此在光致發(fā)光光譜中給出雜質(zhì)的信息。PL光譜對硅有多種用途，包括經(jīng)不同處理步驟后對硅的參數(shù)測定，供器件制作的例如移植、氧化、等離子蝕刻，點缺陷復合和位錯存在的檢測之用。而本發(fā)明提供了一種在表面金屬檢測方面的PL光譜技術的新的應用。
發(fā)明概述概括地說，本發(fā)明提供了一種在一半導體或硅結構中檢測表面金屬污染或接近表面的金屬污染的方法，其中，將所述結構或結構的一部分暴露于一預定波長的激發(fā)束中，并以PL圖的形式從結構中收集其發(fā)光，而由半導體本身提供的此PL圖基本上具有均勻PL亮度的PL圖；檢查圖中PL亮度有所增強的一個或多個區(qū)域，以找出特征性的的表面(接近表面)金屬污染。
PL亮度較大的區(qū)域與較低亮度和較暗的半導體背景形成對照，顯示出白點、霾霧層或薄霧狀。
本發(fā)明的方法識別來自某些金屬的特征性的光致發(fā)光時發(fā)現(xiàn)這些金屬在一給定金屬濃度時具有一峰值PL亮度，該亮度比較低或較高金屬濃度時具有的PL亮度為大，當然比半導體本身的PL亮度大得多。該方法能較佳地識別出1×109-5×1014原子/平方厘米范圍內(nèi)的硅中銅污染的光致發(fā)光效應，尤其是在1×109-5×1012原子/平方厘米范圍內(nèi)，更顯著的是在6×1010-4×1012原子/平方厘米的范圍內(nèi)。
我們認為，不僅如此，以某一低濃度出現(xiàn)的某些金屬形成一由載流子可用性確定的復合率的一較小活性復合中心。因此，如果按照本發(fā)明加以較高的注射，也可提供高亮度的PL。
本發(fā)明驚人的性質(zhì)在于發(fā)現(xiàn)了銅不但在一特定濃度水平時能提供獨特的PL指紋以供識別，而且還可以識別出由于銅在晶片內(nèi)擴散而落在此范圍內(nèi)的銅的污染。由此，可以獨特地檢測的濃度水平與在清洗或拋光時發(fā)生接觸或凝聚的低水平污染相吻合，或與從銅互連等來的高度污染擴散而發(fā)生的低水平污染相吻合。因此，該方法是一種較佳的檢測表面金屬污染或接近表面金屬污染或晶片中污染蹤跡的較佳方法，其中包括來自互連等的半導體、硅以及金屬功能部件的蹤跡。
我們發(fā)現(xiàn)，檢測來自拋光銅互連的銅污染時，此方法可從檢測前側(cè)污染，此前側(cè)污染來自以污染物入口的后側(cè)點的擴散，以及來自直接的表面污染。從而該方法可以對一結構內(nèi)或在一相對表面處的污染作表面檢測，因而是十分有利的。
本發(fā)明較佳地使用了一種高敏室溫PL映象系統(tǒng)(稱為SiPHER-硅光增強復合)，該系統(tǒng)產(chǎn)生結構圖或可視結構圖像，該圖像不同于光譜或其他間接圖像。該系統(tǒng)先可記錄晶片圖(直徑達到300毫米)，然后使用高分辨率顯微掃描(約1微米分辨率)來細細檢查有關的區(qū)域。激發(fā)是通過聚焦的激光束來形成一小的激發(fā)點(直徑為1-2微米)的，并利用一差動光聲調(diào)制器來驅(qū)動激光源，由此使光生載流子受到強大的約束，并使載流子的擴散長度大大減小?？梢娂す饧ぐl(fā)可用于532nm的區(qū)域內(nèi)，由此使光生載流子被有效地約束于接近表面區(qū)域，例如1微米。發(fā)光是從全擴散包絡內(nèi)的一小區(qū)域內(nèi)取樣的，從而可以進一步增強空間分辨率。
將激發(fā)激光束聚焦以獲得要求的亮度，為此，也可適當?shù)剡x擇激光束的能量(功率)。
本發(fā)明的技術可參照以下信息進行描述。
作為激光束位置(x，y)函數(shù)的PL亮度IPL可從下式得到IPL(x，y)＝k∫ARfηΔnd3(1)其中，k是比例因子，用以考慮諸如光收集效率、檢波器量子效率的實驗參數(shù)。A和Rf是材料(A)內(nèi)的吸收損耗以及表面(Rf)的反射損失的校正因子。η是半導體的內(nèi)量子效率，Δn是過量載流子密度，d3是發(fā)光材料容積。
污染物改變載流子的復合特性，在PL圖像中表現(xiàn)為亮度的變化。我們對PL的對比度的定義如下C(x,y)=IPL(∞)-IPL(x,y)IPL(∞)...........(2)]]>其中，IPL(∞)是遠離污染物的亮度，而IPL(x，y)是在x，y位置的亮度。
當上帶隙激發(fā)而在硅中產(chǎn)生過量的電子空穴對時，復合既可以是輻射的(發(fā)光的)也可以是非輻射的?？倧秃下士捎蓛蓚€復合率的總和來表示R＝Rrr+Rnr(3)半導體的內(nèi)量子效率η是通過下式給出的η=RrrRrr+Rnr........(4)]]>當獲得光致發(fā)光圖像時，在PL信號內(nèi)觀測到的任何變化都可以是由Rrr和Rnr兩者的空間變化而來的。
污染物的復合行為取決于帶隙內(nèi)(深或淺)的能級位置以及載流子俘獲橫截面。在低注入時，復合率受少數(shù)載流子可用性的限制，反之，在高注入時，注入電荷超過均衡載流子濃度，復合率受阱的數(shù)目的限制。因此，注入水平的增加導致污染物復合的增強。
除此之外，我們認為，對于某些金屬污染物，特別是某些可擴散金屬，更具體地說是銅，它按如下的關系式改變表面復合壽命τs從而按下式改變PL亮度IPL=(1-R)1τr∫Layer(i)Δp(z)dzατeff]]>其中，1τeff=1τs+1τns]]>本發(fā)明提供了一種可在室溫下進行的光致發(fā)光技術，該技術以適當速度為工業(yè)上的應用提供了在半導體或硅結構中金屬污染的有關信息和/或使我們能夠目測半導體或硅結構的上部區(qū)域中、特別是接近其表面處的金屬污染的情況。
本發(fā)明所使用的方法增強了半導體或硅結構中污染物的電子空穴對的非輻射復合，目的是在所述半導體或硅結構的PL圖像中形成增強的對比度，從而增強對該結構中污染物的檢測。
因此，我們在本發(fā)明的方法中使用一高注入能級激光器，根據(jù)表面載流子壽命的局部變化來檢測污染物。這些污染物通常表現(xiàn)為所述污染物的實際位置的發(fā)亮的區(qū)域，可以從此區(qū)域追蹤出高的污染源或者追蹤出低的污染源的實際位置。
在本發(fā)明的方法中，激光器的探測光點很小(空間分辨率為0.1-20微米，理想分辨率為2-5微米)，因此，局部污染物對測量的PL亮度的影響較大。此外，憑借聚焦激發(fā)，注入的載流子密度很高(點大小為5厘米-0.5微米，峰值功率或平均功率為104-109瓦特/平方厘米)。這就大大增加了污染物中非輻射復合的可能性，從而大大增加了污染物的定位的可能性。
我們發(fā)現(xiàn)，載流子的擴散長度在高注入激光的情況下大為減小，其結果是有效的取樣深度在很大程度上取決于激發(fā)激光器的滲透深度，而激光滲透深度又取決于激發(fā)源的波長。從而接近表面的污染物可通過使用一短波長來檢查。相反，較長的波長可用于觀察結構中較深的污染物。
在本發(fā)明的一較佳方法中，我們使用一脈沖激光激發(fā)源，并理想地測量了作為時間函數(shù)的發(fā)光圖像。這意味著深度和空間分辨率兩者都有提高，可用于獲得載流子俘獲截面的信息，指示污染源，例如可擴散污染物的蹤跡。也可使用時間分辨測量法來測量有效載流子壽命并獲得壽命圖。
在本發(fā)明的另一實施例中，利用共焦光學技術通過用激光器對半導體大范圍的激發(fā)以及從一系列焦平面的圖像收集來獲取污染物的深度鑒別。
本發(fā)明的又一方面提供了一種金屬互連的制備方法和/或一種金屬污染的直接檢測方法或是由在金屬互連的制備后所產(chǎn)生的交叉污染的檢測方法，該方法包括在硅晶片中至少蝕刻一徑跡或通孔；形成一阻擋內(nèi)襯以及沉積一可擴散金屬；并用另一阻擋層進行密封；且進行拋光來生產(chǎn)完工產(chǎn)品；對此產(chǎn)品的一預定波長的激發(fā)束進行激發(fā)；以一PL圖的形式從結構中收集所發(fā)出的光；檢查PL亮度增強的一個或多個區(qū)域以鑒別前側(cè)或后側(cè)的可能的金屬污染；并通過另外的測試來加以驗證。該方法可用于在制品質(zhì)量控制或?qū)庸ず蟮慕Y構進行質(zhì)量控制。
本發(fā)明的又一方面提供了一種先按照本發(fā)明對表面金屬污染進行半導體或硅結構測試，然后經(jīng)過檢驗以供無污染地進行使用的方法。
根據(jù)本發(fā)明進一步的方面，提供了一種在半導體或硅結構的光致發(fā)光圖像中的裝置，該裝置用于檢測表面區(qū)域金屬污染。
附圖的簡單敘述下面將結合附圖對本發(fā)明的一個僅作為舉例說明用的實施例進行描述，其中
圖1至4是局部銅污染硅晶片的PL圖像，其中，該污染物的成像是根據(jù)本發(fā)明的PL對比法。
圖5是本發(fā)明裝置的一示意圖。
較佳實施例的描述首先請參閱附圖中的圖5，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的示意圖。
該裝置主要包括一PL圖像顯微鏡，在右手側(cè)包括一排激光器3-8；在底側(cè)包括一諸如X-Y臺或R-Θ臺的樣品臺；在左手側(cè)包括一微處理器40以及一顯示屏39；圖的中部示出了使光通過系統(tǒng)的種種光學元件。
在圖5所示的實施例中，配置了六臺激光器以對樣品中的不同深度進行探測。然而，在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可僅使用一臺激光器，或者使用更多數(shù)量的激光器。無論是哪一種情況中，至少有一臺激光器是高亮度激光器，并具有一其介于0.1毫米-0.5微米之間的光點直徑以及介于104-109瓦/平方厘米之間的功率密度。一激光選擇器16設置成與所述成排的激光器相連，以選擇使用一臺或多臺激光器并進一步選擇各激光器的頻率和波長。
傳統(tǒng)的光學元件，諸如光纖9被用于將光導向準直器10以及激光束擴展器11。變跡板(均勻分布板)12放置在激光束擴展器11和光束分離器31之間。光束分離器31被來自前述各激光器的一部分光通過物鏡34導向樣品2。
一自動聚焦控制器30與一壓電元件驅(qū)動的聚焦級33耦合。顯微鏡裝備有一傳統(tǒng)型轉(zhuǎn)臺36，該轉(zhuǎn)臺至少具有一分別用于顯微檢驗的高數(shù)值孔徑的物鏡34以及一用于宏觀檢驗的低數(shù)值孔徑的物鏡35。此外，與轉(zhuǎn)臺36耦合的還有一光位移測量系統(tǒng)38。
電纜用于把自動聚焦控制器30連接至微處理器40，電纜還將一顯微鏡物鏡分度裝置32連接至微處理器40。
光束分離器31的下游處設置用作激光陷波濾波器的濾光盤13，在其下游處設置一側(cè)擺折疊式反射鏡14，該反射鏡的功用將在下文中加以描述。與折疊式反射鏡14對準設置的是一用于波長選擇的濾光盤27，在濾光盤27的后面設置一固定在適當CCD 2-D陣列檢測器29上的一變焦距透鏡。
無窮系統(tǒng)補償透鏡37設置在冷反射鏡17的最前面，該冷反射鏡17用于將光向另一用于波長選擇的濾光盤23反射。一聚焦透鏡24設置在UV和可見光的檢測器25的最前面。檢測器25與同步(鎖定)放大器26耦合。用來獲得一表面的反射圖像。
冷反射鏡17的最后面設置另一也用于波長選擇的濾光盤18，在濾光盤18的最后面設置一聚焦透鏡22以及另一用于針孔選擇的孔徑輪19，該孔徑輪設置在檢測器21的最前面，用于檢測所發(fā)的光。
UV和可見光區(qū)檢測器25以及紅外探測器21兩者都與同步放大器26耦合(連接)。
以下是對該系統(tǒng)操作的敘述幾臺激光器3-8提供了探測樣品中不同平面的波長范圍。諸激光器可通過一頻率發(fā)生器16作調(diào)制，使得來自樣品2所發(fā)射的信號可藉由通過同步放大器26與激光調(diào)制頻率同步的檢測器來與背景輻射隔離。在另一實施例中，所述波長范圍可使用一可調(diào)式激光器和/或一光參變量振蕩器來產(chǎn)生。每一激光器對準地連接于一多分支光纖9，以使任一或所有的激光器都可照明樣品2。多分支光纖的公共端終止于一用于準直出射光的光學系統(tǒng)10處。此光學系統(tǒng)與一激光束擴展器11對齊，該激光擴展器使激光束直徑與在樣品2上的顯微物鏡34，35所需的直徑相匹配。擴展的光束隨之通過一使光能均勻分布在光束區(qū)域上的變跡板12(均勻分布板)。
擴展及變跡(均勻分布)光束被一光束分離器31反射并射到顯微鏡物鏡(34和35)。該光束由一顯微鏡物鏡(34或35)聚焦至樣品上。在顯微模式中，選擇該物鏡使光束聚焦成一衍射較少的光點大小。由一分度裝置32操控的一轉(zhuǎn)臺36可使物鏡改為宏觀模式，在宏觀模式，樣品的一較大區(qū)域可被照明。在另一實施例中，變跡板12(均勻分布板12)可以去除，從而使顯微模式的光點可成為較小以使用較高的注入。
一光位移感測器38用于檢測到達樣品的距離，并藉由一抗聚焦控制器30的反饋回路由壓電促動聚焦臺33保持正確的間隔。
來自樣品的光致發(fā)光信號由顯微鏡物鏡34(在顯微模式中)收集，并通過光束分離器31和濾波轉(zhuǎn)盤13中的陷波濾波器被傳送返回，所述濾波轉(zhuǎn)盤13含有與激光波長相匹配的陷波濾波器。陷波濾波器去除任何反射的激光，只讓光致發(fā)光信號通過。
折疊式反射鏡14被轉(zhuǎn)出光束之外，以使信號到達管式透鏡37，它可補償所使用的無窮遠顯微鏡物鏡，并可加到冷光鏡(17)上去。該反射鏡將那些低于經(jīng)選定截止點的波長(約700納米)反射到使信號聚焦在檢測器25上的聚焦透鏡24。檢測器聚焦透鏡24前的一濾光盤23包含隔離選定波帶的濾波器。
位于波長范圍內(nèi)截止點以上的光致發(fā)光信號的部分透過冷反射鏡17并由透鏡22類似地聚焦在檢測器21上。該信號也透過一含有濾波器的濾光盤18以隔離選定的波帶。
一安置在檢測器21前面的孔徑輪19中包含一系列不同直徑的針孔。該孔徑輪可通過壓電驅(qū)動器20作軸向移動，使諸針孔可與所要求的圖像平面共焦安置。通過該方法，樣品2中不同深度的平面可被成像以提供精確的深度信息。
來自檢測器21，25的電信號傳送到同步放大器26，此處的同步放大器藉由一來自頻率發(fā)生器15的基準信號與激光器3-8的調(diào)制頻率同步。電信號隨之被傳送到中央處理器40作分析。PL圖像是通過掃描級的光柵掃描獲得的。另一種方式是使用檢流計反射鏡來進行光學掃描。
在另一可選擇的顯微操作的模式中，折疊式反射鏡14擺入光致發(fā)光信號的光束中。轉(zhuǎn)向信號通過一含有隔離選定波帶濾波器的濾光盤27并進入變焦透鏡28。變焦透鏡可以使用不同的放大率以使樣品2上的照明點成像在CCD兩維陣列29上。這可使樣品2上的照明區(qū)域以不同分辨率成像。來自CCD陣列的電信號被傳送到中央處理器40作分析。
使用前述裝置進行了研究，目的是為了顯現(xiàn)半導體中的金屬污染，這些研究的結果如圖1-4所示。這些圖像是唯一的，它們不能在室溫下通過任何其他方法獲取。一般來說，可以看出，該裝置的使用能定位和描述半導體中某些具有PL特性的金屬污染。這可以有效地用于篩選晶片，特別是制造微處理器和銅的互連，以在制造器件時避免生產(chǎn)有缺陷的半導體。
因此，可以看到，本發(fā)明提供了半導體或硅結構中某些金屬污染成像的裝置的使用及方法，所述半導體或硅結構中的污染能夠成像，可以確定污染物的密度及其空間分布。
示例成像的方法將硅晶片在1×109-5×1012原子/平方厘米范圍內(nèi)用銅污染或獲取被污染的晶片。使用TXRF來確認或測定污染程度。用無污染的晶片作為對照晶片。
使用532納米的激光激發(fā)來激發(fā)晶片，獲取全晶片圖和顯微掃描，從中計算出平均PL信號。獲得了如圖1-4所示的PL圖，圖中較亮的區(qū)域表示在上述濃度范圍內(nèi)的銅污染的位置，對照晶片則無較亮區(qū)域。
示例1如上所述，對受污染的和供對照的硅晶片進行成像，在圖1-4示出了其結果。圖像的檢查顯示，較亮的對照區(qū)域出現(xiàn)在人為污染的位置上而不出現(xiàn)在對照晶片內(nèi)，從而可證實銅污染產(chǎn)生了較高亮度PL，且該PL可通過觀察加以檢測出來，從而可指示出所引入的污染物的性質(zhì)和位置。
示例2用前述方法對拋光的硅晶片成像(圖中未示出)。對圖像檢查顯示出現(xiàn)了銅污染的白色霾。在得到了污染確實存在的結果之后，進行深入檢查和進行TXRF檢查以確定污染的性質(zhì)，檢查表明是銅在上述濃度范圍內(nèi)的污染物，據(jù)此來確定污染物的性質(zhì)和位置，在此例子中，發(fā)現(xiàn)污染是由拋光工具本身造成的。于是，可通過處理或替換拋光工具來消除污染源。
示例3如上所述，使來自SC1清洗步驟經(jīng)清洗的硅晶片成像(圖中未示出)。圖像檢查顯示一暗示銅污染存在的白色霾。由于知道污染確實存在，然后進行深入檢查和使用TXRF以確定污染物性質(zhì)，檢查表明銅是在上述濃度范圍內(nèi)的污染，由此可確定污染物的性質(zhì)和位置，在此例子中，發(fā)現(xiàn)污染是由清潔材料造成的。于是，可通過處理或替換清潔材料來消除污染源。
示例4用如上所述的方法，使用532納米激光激發(fā)的晶片記錄一顯示全晶片(接近)表面的PL圖。檢測該圖中是否存在PL亮度增加的區(qū)域，即與灰/黑“背景”的硅PL圖對比呈白色光或霧狀區(qū)域。
在PL亮度增加的圖像位置檢測表示可能存在銅污染的光點或區(qū)域，然后以高分辨率檢測它們，以找出污染物的性質(zhì)和位置(深度)，檢查表明，前表面或后表面污染或晶片邊緣污染，從而推斷出清洗、拋光或互連形成是污染的來源。隨后，通過處理或替換加工工具，或度量工具或清洗液來消除污染源，或通過阻擋層沉積質(zhì)量的提高來消除銅擴散源。
權利要求
1.一種檢測半導體或硅結構中表面或接近表面金屬污染的方法，該方法包括以下步驟將所述結構或結構的一部分暴露于一預定波長的激發(fā)束中，并以PL圖的形式從所述結構中收集它發(fā)出的光，其特征在于，半導體提供一大致均勻的PL亮度；半導體所提供的PL光強度基本上是均勻的，從而可通過圖中一個或多個光增強的區(qū)域識別出表面或近表面處的金屬污染。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，PL亮度較大的區(qū)域與亮度較低較暗的半導體背景相比呈白色光點、霾霧或薄霧狀。
3.如權利要求1或2任一項所述的方法，其特征在于，它適于識別在1×109-5×1014原子/平方厘米范圍內(nèi)的硅中銅污染的光致發(fā)光的一個特征峰值PL亮度。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，銅污染是在1×109-5×1012原子/平方厘米范圍內(nèi)。
5.如權利要求3所述的方法，其特征在于，銅污染是在6×1010-4×1012原子/平方厘米范圍內(nèi)。
6.如上述權利要求中任一項用作檢測晶片表面或接近表面金屬污染或晶片中污染物蹤跡的方法，其特征在于，晶片包括半導體或硅以及包括互連件等的金屬功能元件。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法可應用于來自拋光銅互連件的銅污染的檢測，所述銅污染包括來自后側(cè)入口點擴散的前側(cè)污染以及直接表面污染兩種。
8.如上述任一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述方法使用靈敏而快速的室溫光致發(fā)光映象系統(tǒng)來產(chǎn)生一結構圖或可視結構圖像，此圖像或可視圖像不同于光譜或其他間接所獲得的圖像。
9.如上述任一項權利要求所述的方法，其特征在于，激發(fā)是由一高亮度激光束進行的。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，將光束聚焦以產(chǎn)生一小的激發(fā)光點(直徑為1-2微米)，并利用一差動光聲調(diào)制器來驅(qū)動激光源，由此使光生載流子受到強大的限制，并使載流子的擴散長度大大減小。
11.如權利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述可視激光激發(fā)主要用于532納米的范圍內(nèi)，據(jù)此能有效地將光生載流子限制在例如1微米左右的最接近表面區(qū)域處。
12.如權利要求9至11任一項所述的方法，其特征在于，所述激光的探測點被限定于0.1-20微米范圍內(nèi)的空間分辨率。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述探測點被限定于一2至5微米范圍的空間分辨率。
14.如權利要求9至13任一項所述的方法，其特征在于，將所述激發(fā)被聚焦以使得注入的載流子密度高，從而產(chǎn)生一5厘米-0.5微米大小的光點以及104-109瓦特/平方厘米的峰值功率或平均功率。
15.如上述任一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述方法使用脈沖激光激發(fā)源以及按一時間函數(shù)測量發(fā)光圖像。
16.如上述任一項權利要求所述的方法，其特征在于，利用共焦光技術通過一激光器激發(fā)所述半導體的一個大的容積以及從一系列焦平面中收集圖像來獲取污染物的深度鑒別。
17.一種金屬互連的制備方法和/或一種直接產(chǎn)生的或由金屬互連制備后的交叉污染產(chǎn)生的金屬污染的檢測方法，其特征在于，該方法包括對至少在硅晶片中蝕刻一條徑跡或一通道，設置一阻擋內(nèi)襯、沉積一可擴散金屬，用另一阻擋層進行密封，拋光以生產(chǎn)完工產(chǎn)品，以一預定波長的激發(fā)光束對完工產(chǎn)品進行激發(fā)，以一PL圖的形式收集結構中發(fā)出的光，檢查圖中PL亮度增強的一個或多個區(qū)域以鑒別前側(cè)或后側(cè)的可能的擴散金屬污染，以及通過另外的測試來驗證。
18.如上述任一項權利要求所述的方法，其特征在于，所述方法可作為在制品質(zhì)量控制或作為一對已加工好的結構進行質(zhì)量控制。
19.一種按照本發(fā)明的方法對表面金屬污染進行測試，并經(jīng)過驗證的無污染可供使用的半導體或硅結構。
20.一種裝置的用途，該裝置可用于對半導體或硅結構進行光致發(fā)光成像以檢測被金屬污染的表面區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種在半導體或硅結構中檢測表面金屬污染或接近表面金屬污染的方法，其中，將所述結構或結構的一部分暴露于一預定波長的激發(fā)光束中，并以PL圖的形式收集從結構中發(fā)出的光，由半導體提供的PL圖其光亮度基本上是均勻一致的；檢查PL圖中光強度增強的一個或多個區(qū)域以找出表面金屬污染或接近表面金屬污染。該方法可特別應用于在制產(chǎn)品質(zhì)量控制或?qū)θ缤ミB之類的加工好的結構進行質(zhì)量控制。
文檔編號G01N21/64GK1479944SQ01820190
公開日2004年3月3日 申請日期2001年10月5日 優(yōu)先權日2000年10月6日
發(fā)明者維克托·希格斯, 維克托 希格斯 申請人:Aoti營運有限公司