專利名稱：檢測未完全腐蝕的通孔的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路(IC)的制造，特別是，本發(fā)明涉及用于檢測未完全腐蝕的通孔的方法。
在半導(dǎo)體IC制造中，在一般由硅制成的半導(dǎo)體晶片或襯底上形成器件，例如元件晶體管。在晶片或襯底上可以淀積各種材料的連續(xù)層，以形成疊層。超大規(guī)模集成(VLSI)芯片通常需要一層以上的金屬層以提供足夠的互連能力。半導(dǎo)體IC制造工藝一般使用通孔以互連多層金屬層。在制造工藝過程中，通孔通常被腐蝕或穿通介質(zhì)或絕緣層。
但是不利的是，通過介質(zhì)或絕緣層腐蝕或形成通孔通常會(huì)未完全腐蝕通孔。例如，現(xiàn)有技術(shù)

圖1表示具有多個(gè)通孔110、112、114、116、118和120的硅晶片疊層100的截面圖。晶片疊層100包括晶片102，氧化層104，金屬層106，和具有通孔110-120的絕緣層108。如圖1中所示，通孔110、114、116和120沒有與金屬層106直接接觸。通孔110、114、116和120統(tǒng)稱為“未完全腐蝕”的通孔，這是由于它們沒有被完全腐蝕通過絕緣108。由于防礙了可以相繼淀積在絕緣層108上的上金屬層和下金屬層106之間電接觸，這些未完全腐蝕的通孔可能導(dǎo)致開路。另一方面，通孔112和118被適當(dāng)腐蝕，這是因?yàn)樗鼈兺ㄟ^絕緣層108被完全腐蝕。由于通孔112和118與金屬層106直接接觸，所以在上金屬層和下金屬層106之間不會(huì)導(dǎo)致開路。本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，層104、106和108可以以不同的順序設(shè)置在晶片102上，并且通孔可以形成在層104、106和108的任何一層上。
還應(yīng)該注意，現(xiàn)有技術(shù)圖1的硅晶片疊層100只是用于舉例的目的，這里沒有說明的其它附加層也可以存在于所示層之上、之下和它們之間。這些其它層可以用于提供，例如，附加互連層或用于形成元件的層。另外，不是所有的表示出的層必須存在，其中部分或全部可以用其它不同層來代替。
在過去，由于晶片中的通孔的尺寸和數(shù)量使檢測未完全腐蝕的通孔遇到很多問題，其中利用亞微米技術(shù)的一個(gè)芯片中的通孔的數(shù)量可達(dá)到上百萬個(gè)。已經(jīng)提出了幾種常規(guī)方法用于檢測晶片疊層中的未完全腐蝕的通孔。一種方法是使用掃描電子顯微鏡(SEM)以觀察晶片的截面。更具體地說，晶片在截面截?cái)?。然后使用SEM沿著晶片的切割截面觀察通孔。但是，SEM方法具有以下缺點(diǎn)。第一，SEM設(shè)備一般非常昂貴。第二，通過截面切割晶片需要非一般的制備，這是消耗時(shí)間的。最后，通過切割截面可觀察的通孔與整個(gè)晶片上的通孔的數(shù)量相比是很小的，整個(gè)晶片上的通孔的數(shù)量可達(dá)到上百萬。
另一現(xiàn)有技術(shù)方法使用輪廓儀檢測未完全腐蝕的通孔。輪廓儀基本上是沿著晶片的輪廓而行的針。不利的是，輪廓儀不能用在規(guī)則晶片結(jié)構(gòu)上，例如，0.25或亞-0.25微米技術(shù)。代替的是，必須產(chǎn)生大的測試結(jié)構(gòu)以使用輪廓儀。這種大測試結(jié)構(gòu)不能精確反映規(guī)則晶片樣品的特征。例如，腐蝕率在規(guī)則晶片樣品和大測試結(jié)構(gòu)之間有很大區(qū)別。
另外，使用稱為“原子力顯微鏡”(AFM)的傳統(tǒng)方法也用于檢測未完全腐蝕的通孔。具體是，AFM是將探針插入通孔以檢測是否探針探測到金屬或絕緣層。使用AFM的方法有以下缺陷。第一，AFM設(shè)備非常昂貴。第二，它只能檢測有限數(shù)量的通孔。最后，由于機(jī)械針實(shí)際上必須插入通孔，所以AFM設(shè)備很難操作。
鑒于上述原因，希望提供用于檢測晶片疊層中的未完全腐蝕的通孔的改進(jìn)方法。
本發(fā)明提供用于檢測晶片中的未完全腐蝕的通孔、間隔或未完全拋光部分的方法。該晶片疊層包括設(shè)置在金屬層上的絕緣層。該絕緣層具有腐蝕在其中的多個(gè)通孔。包括多個(gè)通孔的該晶片疊層，暴露于被構(gòu)形的腐蝕劑中，從而以比絕緣層快的速率腐蝕金屬層。結(jié)果，在適當(dāng)腐蝕的通孔的下面的金屬層中形成腔。然后，光學(xué)檢測晶片疊層中的通孔，從而檢測和識別比腐蝕到金屬層中的腔反射更多光的未完全腐蝕的通孔。
一種晶片疊層包括設(shè)置在絕緣層上的金屬層。該金屬層具有腐蝕在其中的多個(gè)間隔。包括多個(gè)通孔的該晶片疊層，暴露于被構(gòu)形的腐蝕劑，從而以比金屬層快的速率腐蝕絕緣層。結(jié)果，在多個(gè)間隔的適當(dāng)腐蝕的間隔下面的絕緣層中形成腔。然后光學(xué)檢查晶片疊層中的通孔，從而檢測和識別未完全腐蝕的間隔，其反射比腐蝕到絕緣層中的腔更多的光。
另一種晶片疊層包括設(shè)置在絕緣層上的金屬層。絕緣層形成具有多個(gè)部分的結(jié)構(gòu)。包括多個(gè)部分的該晶片疊層，暴露于腐蝕劑中，腐蝕劑在基本上不腐蝕金屬層中的金屬的情況下，選擇腐蝕絕緣層。結(jié)果，在適當(dāng)拋光部分下面的絕緣層中形成腔。然后光學(xué)檢測多個(gè)部分，從而檢測和識別反射比腐蝕到絕緣層中的腔更多的光的未完全拋光金屬部分。
通過下面結(jié)合附圖的說明，能更好地理解本發(fā)明的特點(diǎn)，其中圖1為現(xiàn)有技術(shù)，表示具有多個(gè)通孔的硅晶片疊層的截面圖。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案在暴露于基本上不腐蝕絕緣材料而選擇腐蝕下層金屬材料的腐蝕劑之后晶片疊層的截面圖。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在腐蝕在晶片疊層中的多個(gè)通孔當(dāng)中檢測未完全腐蝕的通孔中的步驟。
圖4表示包括晶片、金屬/氧化層、絕緣層和具有多個(gè)間隔的金屬層的解釋性的硅晶片疊層的截面圖。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案在暴露于被選擇的具有相對于金屬層的高絕緣層選擇率的腐蝕劑之后晶片疊層的截面圖。
圖6表示包括絕緣層上的拋光金屬層的硅晶片疊層的截面圖。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在暴露于被選擇的具有相對于金屬層的高絕緣層選擇率的腐蝕劑之后晶片疊層的截面圖。
所述本發(fā)明用于提供識別晶片疊層中的未完全腐蝕的通孔、間隔或未完全拋光部分，以節(jié)省成本和復(fù)雜性。在下面的說明中，為了完全理解本發(fā)明，給出了標(biāo)號的具體細(xì)節(jié)。但是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯然本發(fā)明可以在沒有部分或全部這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。換言之，為了使本發(fā)明更清楚，沒有詳細(xì)說明公知的工藝步驟。
本發(fā)明提供用于檢測晶片疊層中的未完全腐蝕的通孔、間隔或未完全拋光的部分的方法。在本發(fā)明的一個(gè)方案中，通過首先用基本上不腐蝕絕緣材料而選擇腐蝕下層金屬層的腐蝕劑腐蝕晶片疊層，檢測形成在設(shè)置在金屬層上的絕緣層中的未完全腐蝕的通孔。然后，光學(xué)檢測晶片疊層，從而確定未完全腐蝕的通孔的存在和密度。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，通過首先用基本上不腐蝕金屬而選擇腐蝕下層絕緣層的腐蝕劑腐蝕晶片疊層，檢測形成在設(shè)置在絕緣層上的金屬層中的未完全腐蝕的線條。然后，光學(xué)檢查晶片疊層，從而檢測和識別未完全腐蝕的金屬線。
在又一實(shí)施例中，在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)之后，本發(fā)明檢測晶片結(jié)構(gòu)中的未完全拋光的金屬層部分，其中晶片結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在鑲嵌(damascene)絕緣層結(jié)構(gòu)上的金屬層。絕緣層暴露于基本上不腐蝕金屬層中的金屬，而選擇腐蝕氧化層以增強(qiáng)對比度的情況下的腐蝕劑。然后，通過光學(xué)檢測晶片疊層，從而確定未完全拋光金屬層部分和/或過拋光絕緣層部分的存在和密度。
為便于討論，圖2表示暴露于基本上不腐蝕絕緣材料的情況下選擇腐蝕下層金屬材料的腐蝕劑之后晶片疊層200的截面圖。晶片疊層200包括設(shè)置在導(dǎo)電層206的頂部上的絕緣層208中腐蝕的多個(gè)通孔210、212、214、216、218和220。導(dǎo)電層包括，例如，金屬。在這種構(gòu)形中，由于絕緣層208的某些絕緣材料位于通孔210、214、216和220的金屬層206之間，所以通孔210、214、216和220未被完全腐蝕。
相反，通孔212和218已經(jīng)被適當(dāng)腐蝕通過絕緣層208了。腐蝕劑最好選擇具有相對于絕緣層208的高的金屬層206選擇率。即，腐蝕劑以基本上比絕緣層208快的速率腐蝕金屬層206。結(jié)果，腐蝕劑分別在適當(dāng)腐蝕的通孔212和218下面的導(dǎo)電層206中產(chǎn)生孔或腔224和226。相反，絕緣層208抑制腐蝕劑腐蝕未完全腐蝕的通孔210、214、216和220下面的導(dǎo)電層206。這樣，在未完全腐蝕的通孔210、214、216和220下面的金屬層206中一般不會(huì)形成孔或腔。在本發(fā)明中，導(dǎo)電層包括金屬，例如鎢(W)，鋁(Al)，和銅(Cu)。雖然本發(fā)明中使用了這樣的金屬，但是在本發(fā)明中也可以使用其它金屬以提供導(dǎo)電層。選擇對這些金屬的適合的腐蝕劑是現(xiàn)有技術(shù)中公知的，并包括，例如，HCl和HCl基溶液，NaOH和NaOH基溶液，磷酸和磷酸基溶液，醋酸，硝酸等。絕緣層208中使用的絕緣材料也是現(xiàn)有技術(shù)中公知的，并包括任何硅氧化物基材料，例如，TEOS(非摻雜硅酸鹽玻璃)，BPSG(硼-磷摻雜硅酸鹽玻璃)，PSG(p-摻雜硅酸鹽玻璃)，NSG(n-摻雜硅酸鹽玻璃)，SOG(旋涂玻璃)，氫silsesquioxane SOG(例如，Dow Corning′sFox)，等等。
參見圖2，當(dāng)光222照時(shí)，光可以是環(huán)境光或來自光源的光，通孔210、212、214、216、218和220反射回來變化的光的量取決于下面的孔或腔的存在和尺寸。例如，在一個(gè)通孔下面的金屬層206中腐蝕的孔或腔將比平面更大程度的散射入射光，其中平面指的是未完全腐蝕的通孔下面的未腐蝕的金屬表面。
相反，平面，即未完全腐蝕的通孔210、214、216和220下面的未腐蝕的金屬表面趨于散射較少的光，因此將反射更多的光。于是，從未完全腐蝕的通孔210、214、216和220反射回來的光表現(xiàn)得比從孔或腔224和226反射回來的光更亮。反過來，孔或腔224和226由于散射而反射回來較少的光，因此表現(xiàn)得比未完全腐蝕的通孔210、214、216和220暗。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明使用光學(xué)顯微鏡設(shè)備用于識別未完全腐蝕的通孔和適當(dāng)腐蝕的通孔。適用于檢查整個(gè)晶片以確定成品的定位和統(tǒng)計(jì)(即，缺陷的百分比)的某些典型光學(xué)顯微鏡設(shè)備是KLA2135和KLA-TencorAIT(“KLA設(shè)備”)，它們都是KLA-Tencor of San Jose,California制造的。KLA設(shè)備將晶片疊層中的通孔暴露于光中，并識別較亮的通孔為未完全腐蝕的通孔，而較暗的通孔為適當(dāng)腐蝕的通孔。具體是，在腐蝕工藝之前和之后，KLA設(shè)備給包括通孔的晶片疊層拍攝兩個(gè)鏡頭，并將數(shù)字化圖像儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中。然后KLA設(shè)備比較兩個(gè)快照鏡頭的光對比度，并識別未完全腐蝕的通孔和適當(dāng)腐蝕的通孔。雖然，本發(fā)明使用了上述KLA設(shè)備，但是也可以使用帶有辨別晶片疊層中的通孔的分辨率的任何光學(xué)顯微鏡設(shè)備實(shí)施本發(fā)明。
圖3表示在晶片疊層200中腐蝕的多個(gè)通孔當(dāng)中檢測未完全腐蝕的通孔的步驟。在步驟302中，包括通孔的晶片疊層暴露于腐蝕劑中。最好是，腐蝕劑的特征在于，腐蝕率選擇性，或單值選擇率，以基本上比它腐蝕絕緣層快的速率腐蝕導(dǎo)電層，從而腐蝕劑基本上不腐蝕絕緣層。簡言之，最好的腐蝕劑表現(xiàn)為相對于絕緣層的高金屬選擇率。在腐蝕工藝過程中，適當(dāng)腐蝕的通孔容許腐蝕劑與金屬層直接接觸并在金屬層中腐蝕孔或腔。相反，未完全腐蝕的通孔下面的絕緣層形成對腐蝕劑的阻擋層，從而防止腐蝕劑達(dá)到未完全腐蝕的通孔中的絕緣層下面的金屬層。這樣晶片疊層暴露于腐蝕劑中，直到適當(dāng)腐蝕的通孔下面的金屬層被腐蝕到所要求的厚度為止。腐蝕工藝之后，晶片疊層被清洗和/或干燥。
本發(fā)明優(yōu)選的腐蝕方法是濕腐蝕工藝，其中例如，通過浸漬或浸泡，晶片疊層暴露于例如鹽酸(HCl)的腐蝕溶液中。雖然優(yōu)選的腐蝕技術(shù)是濕腐蝕，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，選擇腐蝕金屬層的其它腐蝕技術(shù)也可以使用，例如干腐蝕，等離子體腐蝕等。
然后在步驟304中，光學(xué)檢測晶片疊層，以檢測和識別未完全腐蝕的通孔和適當(dāng)腐蝕的通孔。當(dāng)晶片疊層的通孔暴露于光中時(shí)，未完全腐蝕的通孔下面的金屬層通過通孔反射回來較多的光。另一方面，限定形成在金屬層中的孔或腔的壁散射一部分光。因此，通過適當(dāng)腐蝕的通孔反射回來較少的光。結(jié)果，未完全腐蝕的通孔表現(xiàn)為比適當(dāng)腐蝕的通孔更亮。因此，可以在根據(jù)通過通孔反射回來的光的對比檢測和識別未完全腐蝕的通孔和適當(dāng)腐蝕的通孔。然后在步驟306中結(jié)束工藝。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明檢測包括設(shè)置在氧化層上的金屬層的晶片疊層中的金屬層中的未完全腐蝕的間隔(例如線間隔)。為了便于討論，圖4表示典型的硅晶片疊層400的截面圖，其中硅晶片疊層400包括晶片402，金屬/氧化層404，絕緣層406，和金屬層408。金屬層408包括多個(gè)間隔410、412、414、416、418和420，它們可以是用公知常規(guī)腐蝕工藝在金屬層408上腐蝕的，例如金屬反應(yīng)離子腐蝕(RIE)工藝。
金屬層408中的間隔(如線間隔)的主要用途之一是將金屬層部分與鄰近金屬層部分電隔離。例如，間隔412和414限定它們之間的隔離金屬層部分，并因此用于電隔離金屬層和它的鄰近金屬層部分。另外，金屬層408中的間隔還可用于提供任何一層和通過通孔可以相繼淀積在金屬層408上的層之間的連接。
圖4中的間隔可分類為兩類第一類，由于金屬下層的存在，間隔410、416和420沒有與絕緣層406直接接觸，因此稱為“未完全腐蝕”線間隔。另一方面，間隔412、414和418被適當(dāng)腐蝕，這是由于它們通過金屬層408被完全腐蝕，從而與下層氧化層406直接接觸。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，層404、406和408可以以其它不同的順序設(shè)置在晶片疊層402上，并且間隔可以形成在層404、406和408的任何一層上。還應(yīng)該注意到，圖4的硅晶片疊層400只是用于舉例的目的，這里沒有說明的其它附加層也可以存在所示層之上、之下和它們之間。這些其它層可以用于提供，例如附加互連層或可以形成元件的層。另外，不是所有所示層都必須存在的，其中的部分或全部可以用其它不同層代替。
為了檢測晶片疊層400中的未完全腐蝕的間隔，本發(fā)明在基本上不腐蝕未完全腐蝕的間隔的情況下腐蝕適當(dāng)腐蝕的間隔下面的絕緣層406。特別是，包括間隔的晶片疊層400暴露于腐蝕劑中。腐蝕劑最好選擇得具有相對于金屬層408的高絕緣層406選擇率，從而腐蝕劑以基本上比金屬層408快的速率腐蝕絕緣層406。
在腐蝕工藝過程中，適當(dāng)腐蝕的間隔412、414和418容許腐蝕劑與絕緣層406直接接觸，并由此使腐蝕劑在絕緣層406中腐蝕槽或腔。相反，直接位于未完全腐蝕的間隔410、416和420下面的金屬層408可以形成對腐蝕劑的阻擋層，從而防止腐蝕劑到達(dá)金屬層408下面的絕緣層406。晶片疊層400暴露于腐蝕劑中，直到適當(dāng)腐蝕的間隔412、414和418下面的絕緣層406被腐蝕到所要求的厚度為止。腐蝕工藝之后，晶片疊層可以清洗和/或干燥。
在本實(shí)施例中，用于金屬層408的金屬可以是適用于圖2的金屬層206的前述任何金屬。同樣，用于絕緣層406的絕緣材料可以是適用于圖2的絕緣層208的絕緣材料的任何一種?？梢栽诨旧喜桓g金屬的情況下選擇腐蝕這些絕緣材料的合適的腐蝕劑是現(xiàn)有技術(shù)中公開的，并包括，例如，氫氟酸(HF)和HF-基溶液。
本發(fā)明優(yōu)選的腐蝕方法是濕腐蝕工藝，其中，例如通過浸漬或浸泡，晶片疊層暴露于腐蝕溶液中。雖然優(yōu)選的腐蝕技術(shù)是濕腐蝕，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該了解，能選擇腐蝕金屬層的其它腐蝕技術(shù)也可以使用，例如干腐蝕，等離子體腐蝕等。
圖5表示在暴露于選擇得具有相對于導(dǎo)電層408的高絕緣層406選擇率的腐蝕劑之后晶片疊層400的截面圖。選擇的腐蝕劑分別在適當(dāng)腐蝕的線間隔412、414和418下面的絕緣層406中腐蝕槽或腔502、504和506。相反，金屬層408防止腐蝕劑腐蝕未完全腐蝕的間隔410、416和420下面的絕緣層406。于是，在直接位于未完全腐蝕的間隔410、416和420下面的絕緣層406中一般不會(huì)形成孔或腔。這增強(qiáng)了未完全腐蝕的間隔上的金屬層408的表面和適當(dāng)腐蝕的間隔上的絕緣層406的表面之間存在對比度。
腐蝕工藝之后，光學(xué)檢測晶片疊層400，以檢測和識別未完全腐蝕的間隔和適當(dāng)腐蝕的間隔。當(dāng)晶片疊層400的間隔暴露于光中508時(shí)，限定在絕緣層406中腐蝕的槽或腔502、504和506的壁可散射入射光508。而且，一部分光可能穿過孔或腔502、504和506的壁。結(jié)果，通過適當(dāng)腐蝕的間隔412、414和418反射回來少量的光。相反，在未完全腐蝕的間隔410、416和420底部的金屬層408通過間隔反射回來較多的光。于是，通過未完全腐蝕的間隔410、416和420反射的光比通過適當(dāng)腐蝕的間隔412、414和418反射的光多。因而，當(dāng)暴露于光中時(shí)，未完全腐蝕的間隔410、416和420表現(xiàn)為比適當(dāng)腐蝕的間隔412、414和418更亮。通過這種方式，可以根據(jù)通過間隔反射回來的光的對比檢測和識別未完全腐蝕的間隔和適當(dāng)腐蝕的間隔。
在又一實(shí)施例中，本發(fā)明檢測在晶片疊層中的鑲嵌絕緣層結(jié)構(gòu)上的未完全拋光金屬層部分。金屬層可以使用適當(dāng)?shù)牡矸e工藝淀積在鑲嵌絕緣層結(jié)構(gòu)上，然后用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝拋光除去絕緣層上的部分。為便于討論，圖6表示包括在晶片602上的絕緣層604上淀積和拋光的金屬層606的硅晶片疊層600的截面圖。絕緣層604的結(jié)構(gòu)包括多個(gè)凹槽部分610、612、614、616和618和由絕緣層604的側(cè)面或壁限定的多個(gè)突出部分620、622、624、626和628。
參見圖6，金屬層606的表面已經(jīng)用CMP工藝拋光以拋光除去金屬層606，以便基本上與絕緣層604的突出部分620、622、624、626和628的表面一樣平坦。但是，通常金屬CMP不能拋光除去均勻地位于絕緣層604結(jié)構(gòu)的突出部分620、622、624、626和628上的所有金屬剩余物。例如，用CMP工藝不能拋光除去絕緣層604的突出部分620、622、624、626和628限定的上表面上的金屬層606部分。因而，絕緣層604、部分610、612、616、618、620、622和628上的金屬層606被稱為未完全拋光金屬層606部分。未完全拋光金屬層部分可能在相鄰結(jié)構(gòu)當(dāng)中無意地引起電短路。
相反，絕緣層604結(jié)構(gòu)的部分614、624和626上的金屬層606已經(jīng)被適當(dāng)拋掉了。即，部分614、624和626上的金屬層部分的上表面基本上與突出部分624和626的表面一樣平坦。突出部分624和626稱為適當(dāng)拋光絕緣層部分。適當(dāng)拋光絕緣層部分624和626便于金屬層614和鄰近金屬層部分隔離，由此保證適當(dāng)?shù)碾姼綦x。
為了檢測和識別晶片疊層600中的未完全拋光金屬層部分，本發(fā)明在基本上不腐蝕金屬層606的情況下腐蝕絕緣層604以增強(qiáng)未完全拋光和適當(dāng)拋光部分之間的對比度。特別是，包括適當(dāng)拋光絕緣層的晶片疊層600暴露于腐蝕劑。腐蝕劑最好選擇得具有相對于金屬層606的高的絕緣層604選擇率，從而使腐蝕劑以基本上比金屬層606快的速率腐蝕絕緣層604。
在腐蝕工藝過程中，腐蝕劑與絕級層604的適當(dāng)拋光絕緣層部分624和626直接接觸，由此在絕緣層604中腐蝕槽或腔。相反，絕緣層604部分610、612、616、618、620、622和628上的未完全拋光金屬層606部分以基本上較慢的速率被腐蝕，從而基本上防止腐蝕劑到達(dá)未完全拋光金屬層606部分620、622和628下面的絕緣層604。晶片疊層600以這種方式暴露于腐蝕劑中，直到適當(dāng)拋光部分624和626下面的絕緣層604被腐蝕到所要求的厚度為止。腐蝕工藝之后，晶片疊層可以清洗和/或干燥。
在本實(shí)施例中，用于金屬層606的金屬可以是適用于圖2的金屬層206的前述任何金屬。同樣，用于絕緣層604的絕緣材料可以是適用于圖2的絕緣層208的任何絕緣材料。同樣，能在基本上不腐蝕金屬的情況下選擇腐蝕這些絕緣材料的腐蝕劑可以是適用于圖4和5的金屬層408和絕緣層406的任何腐蝕劑。
本發(fā)明優(yōu)選的腐蝕方法是濕腐蝕工藝，其中，例如通過浸漬或浸泡，晶片疊層暴露于腐蝕溶液中。雖然優(yōu)選的腐蝕技術(shù)是濕腐蝕，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該承認(rèn)，能選擇腐蝕金屬層的其它腐蝕技術(shù)也可以使用，例如干腐蝕，等離子體腐蝕等。
圖7表示在暴露于選擇得具有相對于金屬層606的高的絕緣層604選擇率的腐蝕劑之后，晶片疊層600的截面圖。選擇的腐蝕劑分別在適當(dāng)拋光絕緣層604部分624和626下面的絕緣層604中腐蝕槽或腔704和706。相反，金屬層606基本上防止腐蝕劑腐蝕未完全拋光的金屬層606部分下面的絕緣層604部分610、612、616、618、620、622和628。一般情況下，在直接位于未完全拋光金屬層606下面的絕緣層604中不會(huì)形成槽或腔。
腐蝕工藝之后，光學(xué)檢測晶片疊層600，從而檢測和識別未完全拋光金屬層部分和適當(dāng)拋光絕緣層部分。當(dāng)晶片疊層600暴露于光中702時(shí)，限定在絕緣層604中腐蝕的槽或腔704和706的壁散射一部分入射光702。而且，一部分光702還可以穿過槽或腔704和706的壁。結(jié)果，通過在絕緣層604中腐蝕的槽或腔704和706反射回來很少的光。
相反，未完全拋光絕緣層606部分610、612、616、618、620、622和628上的未完全拋光金屬層606部分反射回來較多的光702。于是，從未完全拋光金屬層606部分反射回來的光比從適當(dāng)拋光的絕緣層604部分反射回來的光多。因而，當(dāng)暴露于光中702時(shí)，未完全拋光金屬層部分表現(xiàn)為比適當(dāng)拋光的絕緣層部分更亮。通過這種方式，根據(jù)從表面反射回來的光的對比可檢測和識別未完全拋光金屬層部分和適當(dāng)拋光絕緣層部分。
與有限地檢測晶片的有限區(qū)域或截面的常規(guī)技術(shù)不同，本發(fā)明的實(shí)施例容許在整個(gè)晶片疊層中檢測上述特征。另外，本發(fā)明用于檢測不需要大的測試結(jié)構(gòu)。而且，與需要使用精密針的常規(guī)方法不一樣，本發(fā)明很容易實(shí)施。因此，本發(fā)明的方法節(jié)省時(shí)間和成本，同時(shí)保證了檢測結(jié)果的精度。此外，與檢測工具，例如KLA2135或KLA-Tencor AIT結(jié)合在一起，在使用了本發(fā)明的方法之后可以立刻確定芯片的成品率，而不用象常規(guī)技術(shù)那樣等待電測試的結(jié)果。
前面已經(jīng)通過幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例說明了本發(fā)明，它們應(yīng)該包括落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的改型、變更和等效做法。還應(yīng)注意，本發(fā)明還包括在實(shí)施本發(fā)明的方法時(shí)的各種替換方式。因此，本發(fā)明的權(quán)利要求書應(yīng)該包括落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有改型、變更和等效做法。
權(quán)利要求
1．一種檢測晶片疊層中的未完全腐蝕的通孔的方法，其中晶片疊層包括排列在金屬層上的絕緣層，所述絕緣層具有在其中腐蝕的多個(gè)通孔，所述方法包括；將包括所述多個(gè)通孔的所述晶片疊層暴露于腐蝕劑，所述腐蝕劑被構(gòu)形得以基本上比所述絕緣層快的速率腐蝕所述金屬層，從而在所述多個(gè)通孔的適當(dāng)腐蝕的通孔下面的所述金屬層中形成腔；和光學(xué)檢測所述晶片疊層中的所述多個(gè)通孔，從而在所述多個(gè)通孔當(dāng)中檢測未完全腐蝕的通孔，其中未完全腐蝕的通孔比在所述金屬層中腐蝕的所述腔反射的光多。
2．根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述光學(xué)檢測步驟還包括將在所述晶片中包括所述腔的所述多個(gè)通孔暴露于光中；觀察在所述晶片疊層中包括所述腔的所述多個(gè)通孔；和檢測未完全腐蝕的通孔。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述晶片疊層在濕腐蝕工藝中暴露于所述腐蝕劑中。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述腐蝕劑通過所述多個(gè)通孔的所述適當(dāng)腐蝕的通孔腐蝕所述金屬層。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述金屬層中腐蝕的所述腔散射光，由此反射比未完全腐蝕的通孔少的光。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中未完全腐蝕的通孔是用光學(xué)顯微鏡檢測的。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述光學(xué)微鏡比較所述多個(gè)通孔當(dāng)中光的對比度，以識別未完全腐蝕的通孔。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中用于所述金屬層的金屬選自基本上由下列金屬構(gòu)成的組鎢(W)，鋁(Al)，和銅(Cu)。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述腐蝕劑選自基本上由下列材料構(gòu)成的組HCl-基溶液，NaOH-基溶液，磷酸基溶液，醋酸和硝酸。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中用于所述絕緣層的絕緣材料基本上選自TEOS(非摻雜硅酸鹽玻璃)，BPSG(硼-磷摻雜硅酸鹽玻璃)，PSG(p-摻雜硅酸鹽玻璃)，NSG(n-摻雜硅酸鹽玻璃)，SOG(旋涂玻璃)，和HSQ(FOX)。
11．一種檢測晶片疊層中的未完全腐蝕的間隔的方法，其中晶片疊層包括設(shè)置在絕緣層上的金屬層，所述金屬層具有在其中腐蝕的多個(gè)通孔，所述方法包括將包括所述多個(gè)間隔的所述晶片疊層暴露于腐蝕劑，所述腐蝕劑被構(gòu)形得以基本上比所述金屬層快的速率腐蝕所述絕緣層，從而在所述多個(gè)間隔的適當(dāng)腐蝕的間隔下面的所述絕緣層中形成腔；和光學(xué)檢測所述晶片疊層中的所述多個(gè)間隔，從而在所述多個(gè)間隔當(dāng)中檢測未完全腐蝕的間隔，其中未完全腐蝕的間隔比在所述絕緣層中腐蝕的所述腔反射的光多。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述光學(xué)檢測還包括將在所述晶片中包括所述腔的所述多個(gè)間隔暴露于光中；觀察在所述晶片疊層中包括所述腔的所述多個(gè)間隔；和檢測未完全腐蝕的間隔。
13．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述晶片疊層在濕腐蝕工藝中暴露于所述腐蝕劑中。
14．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述腐蝕劑通過所述多個(gè)間隔的所述適當(dāng)腐蝕的間隔腐蝕所述絕緣層。
15．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述絕緣層中腐蝕的所述腔散射光，由此反射比未完全腐蝕的間隔少的光。
16．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中未完全腐蝕的間隔是用光學(xué)顯微鏡檢測的。
17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述光學(xué)顯微鏡比較所述多個(gè)間隔當(dāng)中光的對比度，以識別未完全腐蝕的間隔。
18．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中用于所述金屬層的金屬選自基本上由下列金屬構(gòu)成的組鎢(W)，鋁(Al)，和銅(Cu)。
19．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述腐蝕劑選自基本上由HF-基溶液構(gòu)成的組。
20．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中用于所述絕緣層的絕緣材料選自基本上由下列材料構(gòu)成的組TEOS(非摻雜硅酸鹽玻璃)，BPSG(硼-磷摻雜硅酸鹽玻璃)，PSG(p-摻雜硅酸鹽玻璃)，NSG(n-摻雜硅酸鹽玻璃)，SOG(旋涂玻璃)，和HSQ(FOX)。
21．一種檢測晶片疊層中的未完全拋光部分的光，其中晶片疊層包括設(shè)置在絕緣層上的金屬層，所述絕緣層形成具有多個(gè)部分的結(jié)構(gòu)，所述方法包括將包括所述多個(gè)部分的所述晶片疊層暴露于腐蝕劑，所述腐蝕劑被構(gòu)形得以基本上比所述金屬層快的速率腐蝕所述絕緣層，從而在所述多個(gè)部分的適當(dāng)拋光的部分下面的所述絕緣層中形成腔；和光學(xué)檢測所述晶片疊層中的所述多個(gè)部分，從而檢測未完全拋光部分，其中未完全拋光的部分比在所述絕緣層中腐蝕的所述腔反射的光多。
22．根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述光學(xué)檢測還包括將在所述晶片中包括所述腔的所述多個(gè)部分暴露于光中；觀察在所述晶片疊層中包括所述腔的所述多個(gè)部分；和檢測未完全拋光的部分。
23．根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述晶片疊層在濕腐蝕工藝中暴露于所述腐蝕劑中。
24．根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中在所述絕緣層中腐蝕的所述腔散射光，由此反射比未完全拋光的部分少的光。
25．根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中未完全腐蝕的間隔是用光學(xué)顯微鏡檢測的。
26．根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述光學(xué)顯微鏡比較所述多個(gè)部分當(dāng)中光的對比度，以識別未完全拋光的部分。
27．根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中用于所述金屬層的金屬選自基本上由下列金屬構(gòu)成的組鎢(W)，鋁(Al)，和銅(Cu)。
28．根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述腐蝕劑選自基本上由HF-基溶液構(gòu)成的組。
29．根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中用于所述絕緣層的絕緣材料選自基本上由下列材料構(gòu)成的組TEOS(非摻雜硅酸鹽玻璃)，BPSG(硼-磷摻雜硅酸鹽玻璃)，PSG(p-摻雜硅酸鹽玻璃)，NSG(n-摻雜硅酸鹽玻璃)，SOG(旋涂玻璃)，和HSQ(FOX)。
全文摘要
一種用于檢測晶片疊層中的未完全腐蝕的通孔、間隔或未完全拋光的部分。晶片疊層包括設(shè)置在金屬層上的絕緣層。絕緣層具有在其中腐蝕的多個(gè)通孔。晶片疊層,包括多個(gè)通孔,暴露于腐蝕劑中,其中腐蝕劑被構(gòu)形為以基本上比絕緣層快的速率腐蝕金屬層。結(jié)果,在適當(dāng)腐蝕的通孔下面的金屬層中形成腔。然后,用光學(xué)檢測晶片疊層中的通孔,以檢測和識別未完全腐蝕的通孔,其反射比在金屬層中腐蝕的腔多的光。
文檔編號G01N1/32GK1233072SQ98127108
公開日1999年10月27日 申請日期1998年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月23日
發(fā)明者雷納·F·施納貝爾, 賢·J·寧 申請人:西門子公司