本揭露關(guān)于例如集成電路的半導(dǎo)體裝置的制造。本揭露尤指關(guān)于能應(yīng)用于偵測半導(dǎo)體晶圓上有缺陷的金屬組件。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體晶圓上的金屬沉積期間，舉例而言，通過化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、電化學(xué)電鍍(ECP)或無電鍍覆(ELP)，可能因例如不適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量傳輸、反應(yīng)動力學(xué)、污染基板等各種因子而在穿孔或溝槽中形成不適當(dāng)?shù)奶畛浠蚩昭āＴ诎雽?dǎo)體晶圓中(例如在溝槽硅化物結(jié)構(gòu)中)存在有埋入空穴可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的可靠度問題。然而，埋入空穴目前不能通過表面掃瞄而偵測，該表面掃瞄例如為亮場檢查(BFI)、掃瞄式電子顯微鏡(SEM)等。另外，通過電子束(E beam)的晶圓檢查也為具挑戰(zhàn)性的。這種缺陷目前僅在后制時期通過故障分析(FA)晶圓的切片或通過顯示開路或接觸阻抗增加的電子測試(ET)資料而被強(qiáng)調(diào)出來。

因此，存在用于能一致偵測金屬沉積之后的半導(dǎo)體晶圓的埋入空穴的方法及設(shè)備的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本揭露的一個方面是使用表面等離子體共振(SPR)一致偵測金屬沉積之后半導(dǎo)體晶圓的埋入空穴的方法。

本揭露的其它方面是包含能偵測半導(dǎo)體晶圓上的埋入空穴的改良的表面等離子體共振儀器的設(shè)備。

本揭露的另外方面及其它特征將于下列描述中闡述，而其中部分描述對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言在審視下文過后會是清楚明白的，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員可從本揭露的實行而得知。本揭露的優(yōu)點可如所附權(quán)利要求書中特定指出者實現(xiàn)及獲得。

依照本揭露，某些技術(shù)功效通過一種方法而部分達(dá)到，該方法包含：于晶圓的第一、第二及第三鄰近晶粒中形成第一、第二及第三金屬結(jié)構(gòu)；對該第一、第二及第三金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行一致的表面等離子體共振；偵測分別對應(yīng)于該第一、第二及第三金屬結(jié)構(gòu)的第一、第二及第三表面等離子體共振波長；將該第一表面等離子體共振波長與該第二表面等離子體共振波長之間的差值及該第三表面等離子體共振波長與該第一表面等離子體共振波長之間的差值與閾值比較；以及基于該比較而判定該第一金屬結(jié)構(gòu)中有無埋入空穴。

本揭露的方面包含形成鎢(W)、銅(Cu)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鈷(Co)、鋁(Al)、鉭(Ta)及/或氮化鉭(TaN)的該第一、第二及第三金屬結(jié)構(gòu)。其它方面包含形成為穿孔、溝槽或柵極的該第一、第二及第三金屬結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步方面包含通過化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、物理氣相沉積(PVD)、電化學(xué)鍍覆(ECP)及/或無電鍍覆(ELP)而形成該第一、第二及第三金屬結(jié)構(gòu)。另外方面包含該埋入空穴是由氧化物、空氣或有機(jī)殘留物而形成。另一方面包含若該比較表示該埋入空穴的存在，則重工該第一金屬結(jié)構(gòu)。其它方面包含重工該第一金屬結(jié)構(gòu)是通過：退火該第一金屬結(jié)構(gòu)；以及進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理。進(jìn)一步方面包含重工該第一金屬結(jié)構(gòu)是通過不進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理而退火該第一金屬結(jié)構(gòu)。另外方面包含測試該第一金屬結(jié)構(gòu)的該重工是通過：對重工后的該第一金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面等離子體共振；以及將對應(yīng)于重工后的該第一金屬結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振波長與該第二表面等離子體共振波長之間的差值及對應(yīng)于重工后的該第一金屬結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振波長與該第三表面等離子體共振波長之間的差值與該閾值比較。

本揭露的其它方面是一種設(shè)備，其包含：能偵測半導(dǎo)體晶圓上的埋入空穴的改良的表面等離子體共振儀器，該改良的表面等離子體共振儀器具有至少一光源、一棱鏡及一偵測器；以及具有多個晶粒的半導(dǎo)體晶圓，而該多個晶粒是相對于該改良的表面等離子體共振儀器而以入射該光源的角度而置放。

該設(shè)備的方面包含該設(shè)備是配置成對三個相同形成的金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面等離子體共振，各結(jié)構(gòu)于該多個晶粒內(nèi)的相鄰晶粒中形成。其它方面包含該表面等離子體共振是以一致的方式進(jìn)行。進(jìn)一步方面包含該三個相同形成的金屬結(jié)構(gòu)的其中一個是目標(biāo)結(jié)構(gòu)，而該三個相同形成的金屬結(jié)構(gòu)的其余二個是第一及第二參考結(jié)構(gòu)。另外方面包含該偵測器是配置成偵測對應(yīng)于該目標(biāo)結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振波長與分別對應(yīng)于該第一及第二參考結(jié)構(gòu)的第一及第二表面等離子體共振波長。另一方面包含比較模塊，其配置成將對應(yīng)于該目標(biāo)結(jié)構(gòu)的偵測后的該表面等離子體共振波長與該第一表面等離子體共振波長之間的差值、以及該第二表面等離子體共振波長與對應(yīng)于該目標(biāo)結(jié)構(gòu)的偵測后的該表面等離子體共振波長之間的差值與閾值比較。其它方面包含該比較模塊配置成基于該比較而判定該目標(biāo)結(jié)構(gòu)中有無埋入空穴。

本揭露的又一方面是一種方法，其包含：提供具有第一、第二及第三金屬結(jié)構(gòu)的晶圓，該第一、第二及第三金屬結(jié)構(gòu)分別形成在該晶圓的第一、第二及第三鄰近晶粒中；對該第一、第二及第三金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面等離子體共振；偵測對應(yīng)于該第一金屬結(jié)構(gòu)的第一表面等離子體共振波長、對應(yīng)于該第二金屬結(jié)構(gòu)的第二表面等離子體共振波長及對應(yīng)于該第三金屬結(jié)構(gòu)的第三表面等離子體共振波長；將該第一表面等離子體共振波長與該第二表面等離子體共振波長之間的差值及該第三表面等離子體共振波長與該第一表面等離子體共振波長之間的差值與閾值比較；以及基于該比較而判定該第一金屬結(jié)構(gòu)是否不適當(dāng)?shù)匦纬伞?/p>

本揭露的方面包含若判定為不適當(dāng)?shù)匦纬桑瑒t重工該第一金屬結(jié)構(gòu)或報廢該晶圓。其它方面包含重工該第一金屬結(jié)構(gòu)是通過以或不以遠(yuǎn)程等離子體處理來退火該第一金屬結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步方面包含測試該重工是通過：對重工后的該第一金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面等離子體共振；以及將對應(yīng)于重工后的該第一金屬結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振波長與該第二表面等離子體共振波長之間的差值及該第三表面等離子體共振波長與對應(yīng)于重工后的該第一金屬結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振波長之間的差值與該閾值比較。

本揭露的另外方面及技術(shù)功效將對本領(lǐng)域技術(shù)人員由下文詳細(xì)描述而變得輕易地清楚明白，其中，本揭露的實施例是通過深思熟慮以完成本揭露的最佳模式的說明方式而簡化描述。如同將了解的，本揭露能為其它及不同的實施例，且其數(shù)種細(xì)節(jié)能完全不悖離本揭露以各種顯而易見的方面而修飾。因此，圖式及描述是視為本質(zhì)說明性且不為限制性。

附圖說明

在所附圖式的圖中，本揭露以范例的方式而非限制的方式說明，且相同的元件符號視為類似組件，且其中：

圖1說明依據(jù)示例實施例的用于偵測金屬沉積之后半導(dǎo)體晶圓中的埋入空穴的一致SPR處理流程；

圖2示意說明依據(jù)示例實施例的基于該一致SPR處理流程而偵測金屬沉積之后的半導(dǎo)體晶圓中的埋入空穴的范例；以及

圖3說明依據(jù)示例實施例的用于偵測金屬沉積之后半導(dǎo)體晶圓中的埋入空穴的一致SPR處理流程的范例。

符號說明

101、103、105、107、109、111、113、301、303、305、307、309、311、313、315、317、319、321 步驟

201、203、205 金屬結(jié)構(gòu)

207、209、211 晶粒

213 半導(dǎo)體晶圓

215 光源

217 棱鏡

219 偵測器

221 比較模塊

223、225、227 光波

229、231、233 SPR波長

235 埋入空穴

237 金屬-介電界面。

具體實施方式

在下文描述中，出于解釋目的，數(shù)種特定細(xì)節(jié)是為了提供示例實施例的通透理解而闡述。然而，應(yīng)了解的是，不用這些特定細(xì)節(jié)或以不同配置也可實行示例實施例。在其他情況下，已知結(jié)構(gòu)及裝置是以方塊圖形式顯示以避免不必要混淆示例實施例。另外，除非另有所指，表示成份、反應(yīng)條件及使用于說明書及權(quán)利要求書中的數(shù)量、比例及數(shù)字特性是通過詞語“約”而在所有情況中理解為修飾用。

本揭露對付且解決在隨集成電路制作產(chǎn)生的沉積金屬之后不能偵測半導(dǎo)體晶圓內(nèi)部中的埋入空穴的目前問題。

依據(jù)本揭露的實施例的方法包含在晶圓的第一、第二及第三鄰近晶粒中形成第一、第二及第三金屬結(jié)構(gòu)。對于第一、第二及第三金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行一致的SPR。偵測分別對應(yīng)于第一、第二及第三金屬結(jié)構(gòu)的第一、第二及第三SPR波長。該第一SPR波長與該第二SPR波長之間的差值及該第三SPR波長與該第一SPR波長之間的差值是與一閾值比較，然后基于該比較而判定該第一金屬結(jié)構(gòu)中有無埋入空穴的存在。

對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，從下列實施方式可輕易地清楚明白仍有其它方面、特征及技術(shù)功效，其中較佳實施例是簡單通過說明所思及的最佳模式方式而加以顯示及描述。本揭露能以其它及不同實施例施行，且其數(shù)種細(xì)節(jié)能以各種顯而易見的方面修飾。因此，圖式及描述是視為本質(zhì)上說明性，而不視為限制性。

圖1說明依據(jù)示例實施例的用于偵測金屬沉積之后半導(dǎo)體晶圓中的埋入空穴的一致SPR偵測處理流程，且圖2示意說明依據(jù)示例實施例的基于該一致SPR流程偵測金屬沉積之后半導(dǎo)體晶圓中的埋入空穴的范例。在步驟101，三個相同形成的金屬結(jié)構(gòu)(例如穿孔、溝槽或柵極)分別形成于半導(dǎo)體晶圓的三個鄰近晶粒中。舉例而言，圖2的金屬結(jié)構(gòu)201,203,205可形成在半導(dǎo)體晶圓213的晶粒207,209,211中。可由例如鎢、銅、鈦、氮化鈦、鈷、鋁、鉭、氮化鉭及/或任何其它類型的金屬沉積而形成金屬結(jié)構(gòu)201,203,205。也可例如通過化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、物理氣相沉積(PVD)、電化學(xué)電鍍(ECP)及/或無電電鍍(ELP)形成金屬結(jié)構(gòu)201,203,205。

在步驟103中，對所有三個金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行一致的SPR。SPR發(fā)生在當(dāng)光束入射在金屬-介電界面時，表面等離子體極化子(SPP)或電磁波會沿著金屬表面?zhèn)鞑ァＫa(chǎn)生的波長/共振會針對不同材料改變，且因此將對相較于已填充的溝槽的不適當(dāng)填充或具空穴的溝槽而改變。波長、材料的介電常數(shù)及材料的導(dǎo)磁率之間的關(guān)系如下文：

其中ω為波數(shù)，ε為介電常數(shù)，且μ為材料的導(dǎo)磁率。因此，可使用包含光源215、棱鏡217及偵測器219的能偵測半導(dǎo)體晶圓上的埋入空穴的改良的SPR儀器來對金屬結(jié)構(gòu)201,203,205進(jìn)行SPR。在此范例中，偵測器219是連接至比較模塊221?？衫缤ㄟ^導(dǎo)引例如紫外光(UV)至可見光(Vis)的光源215以一角度入射金屬結(jié)構(gòu)201,203,205的表面而進(jìn)行SPR。用于SPR的特定光源215可基于SPR將要用于的材料類型而做調(diào)整。舉例而言，光波223,225和227可分別在金屬結(jié)構(gòu)201,203,205處被導(dǎo)引。

在步驟105中，對應(yīng)于該三個金屬結(jié)構(gòu)的各個的SPR波長是通過偵測器219而偵測。舉例而言，偵測器219可偵測由分別在金屬結(jié)構(gòu)201,203,205導(dǎo)引的光波223,225,227所產(chǎn)生的SPR波長229,231,233。在此范例中，金屬結(jié)構(gòu)203是目標(biāo)結(jié)構(gòu)而金屬結(jié)構(gòu)201,205是用作參考結(jié)構(gòu)。理想地，SPR波長229,233將幾乎相同且SPR波長231將依金屬結(jié)構(gòu)203中存在的空穴類型而相對較低或較高。

在步驟107中，目標(biāo)結(jié)構(gòu)的結(jié)果SPR波長(W_B)與該參考結(jié)構(gòu)(W_A)的結(jié)果SPR波長之間的差值(W_B-W_A)以及另一參考結(jié)構(gòu)的結(jié)果SPR波長(W_C)與該目標(biāo)結(jié)構(gòu)(W_B)的結(jié)果SPR波長之間的差值(W_C-W_B)是例如通過比較模塊221而與一閾值比較。該閾值基本上為用于完全填充結(jié)構(gòu)的表面等離子體的值與用于類似空穴結(jié)構(gòu)(例如在設(shè)計及大小的方面類似)的表面等離子體的值之間可接受的偏差或差值。該閾值可因為材料類型、材料體積、周圍材料類型、空穴類型及空穴尺寸而受影響。舉例而言，該比較可如以下：W_B-W_A>K<W_C-W_B(K為閾值)，其中，且其中ω為波數(shù)，ε為介電常數(shù)，且μ為材料的導(dǎo)磁率。

在步驟109中，基于SPR波長與目標(biāo)值的比較能夠判定在目標(biāo)結(jié)構(gòu)中有無埋入空穴存在。舉例而言，比較模塊221能將SPR波長231與SPR波長229之間的差值及SPR波長233與SPR波長231之間的差值與閾值比較?；谠摫容^，比較模塊221，舉例而言，能判定在此范例中的金屬結(jié)構(gòu)203具有埋入空穴235及金屬-介電界面237。舉例而言，可由氧化物、空氣或有機(jī)材料形成埋入空穴235。進(jìn)一步而言，可例如在CVD的金屬沉積期間由于例如不適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量傳輸、反應(yīng)動力學(xué)及基板污染等各種因素的影響而形成埋入空穴235。換句話說，舉例而言，該比較模塊221可以根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)203的波長/共振231是分別不同于金屬結(jié)構(gòu)201,205的波長/共振229,233的閾值的情況下而判定金屬結(jié)構(gòu)203中的空穴235的存在。

在步驟111中，其偵測埋入空穴的存在，例如金屬結(jié)構(gòu)203的目標(biāo)結(jié)構(gòu)可重工以移除該空穴，否則若不可能重工及/或該缺陷在某目標(biāo)程度以上，則可報廢半導(dǎo)體晶圓以節(jié)省進(jìn)一步的處理成本及資源利用。舉例而言，可依空穴235的嚴(yán)重性及/或性質(zhì)而以或不以遠(yuǎn)程等離子體處理來退火金屬結(jié)構(gòu)203或可報廢晶圓213。

在步驟113中，若例如金屬結(jié)構(gòu)203的目標(biāo)結(jié)構(gòu)被重工以企圖移除空穴235，則可測試該重工。舉例而言，可通過對重工后的金屬結(jié)構(gòu)203進(jìn)行SPR來測試該金屬結(jié)構(gòu)203的該重工。在重工(無論可否實施)期間有極大可能性會導(dǎo)入新的殘留物/粒子，但通常期望這些殘留物/粒子會是較低程度且該重工后的結(jié)構(gòu)的SPR掃描主要會是一種確認(rèn)掃描來確認(rèn)該重工有幫助。舉例而言，比較模塊221能將對應(yīng)于重工后的金屬結(jié)構(gòu)203的SPR波長與SPR波長229之間的差值及SPR波長233與對應(yīng)于重工后的金屬結(jié)構(gòu)203的SPR波長之間的差值與閾值做比較，以判定空穴235現(xiàn)在是否已經(jīng)例如通過退火及/或通過遠(yuǎn)程等離子體處理的重工而被移除。

圖3說明依據(jù)示例實施例的用于偵測金屬沉積之后的半導(dǎo)體晶圓中的埋入空穴的范例SPR處理流程。于步驟301中，例如通過反應(yīng)離子蝕刻(RIE)而在半導(dǎo)體晶圓中形成溝槽接觸(TT)。于步驟303中，例如通過濕蝕刻(WET)而清潔該溝槽接觸。于步驟305中，例如通過氬(AR)濺鍍而進(jìn)一步清潔該溝槽接觸。于步驟307中，沉積鈦于該溝槽接觸中。于步驟309中，例如通過ALD而沉積氮化鈦于該溝槽中的鈦上方以形成鈦/氮化鈦接觸結(jié)構(gòu)。于步驟311中，對鈦/氮化鈦結(jié)構(gòu)以及該晶圓的鄰近晶粒中兩個其他相同形成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行SPR。在此范例中，鈦/氮化鈦接觸結(jié)構(gòu)是目標(biāo)結(jié)構(gòu)且該兩個其他相同形成的結(jié)構(gòu)是參考結(jié)構(gòu)。于步驟313中，偵測對應(yīng)于該目標(biāo)結(jié)構(gòu)與該參考結(jié)構(gòu)的SPR波長。該目標(biāo)SPR波長與參考SPR波長之間的差值及另一參考SPR波長與該目標(biāo)SPR波長之間的差值是與閾值比較。若該目標(biāo)SPR波長與該參考SPR波長之間的差值小于該閾值，也就是該Ti/TiN結(jié)構(gòu)不具有空穴或殘留物，則在步驟315中沉積鎢于該Ti/TiN結(jié)構(gòu)上方且接著于步驟317中例如通過化學(xué)機(jī)械研磨而平坦化。

然而，若該目標(biāo)SPR波長與該參考SPR波長之間的差值大于該閾值，也就是該Ti/TiN結(jié)構(gòu)具有空穴或殘留物(例如由于該Ti/TiN結(jié)構(gòu)的形成)，則于步驟319中重工該Ti/TiN結(jié)構(gòu)。舉例而言，可依該空穴的嚴(yán)重性及/或性質(zhì)而以或不以遠(yuǎn)程等離子體處理來退火該Ti/TiN結(jié)構(gòu)或可報廢該晶圓。于步驟321，可通過進(jìn)行重工后的Ti/TiN結(jié)構(gòu)的SPR掃描且接著將重工后的SPR波長與參考SPR波長之間的差值與閾值比較而測試步驟319的重工。如先前詳述的，在重工(步驟319)期間有極大可能性會導(dǎo)入新的殘留物/粒子，但通常期望這樣的殘留物/粒子會在較低程度。

本揭露的實施例能達(dá)到數(shù)種技術(shù)功效，包含用于任何類型的埋入空穴的一致偵測、由于早期偵測而有所改善的晶粒/最終制品的可靠度、由于SPR目前用于納米及更小的尺度而有較高的敏感性、以及由于早期偵測而有所改善的沉積處理。本揭露的實施例享有各種產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的功效，舉例而言，微處理器、智慧型手機(jī)、行動電話、手機(jī)、機(jī)上盒、DVD錄影機(jī)及播放器、車用導(dǎo)航、印表機(jī)和周邊、網(wǎng)絡(luò)和電信設(shè)備、游戲系統(tǒng)及數(shù)位相機(jī)。本揭露因此享有用于偵測半導(dǎo)體裝置中任何類型的埋入空穴的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

于上述描述中，本揭露是參照其特定示例實施例而描述。然而，顯然可對特定示例實施例作出各種修飾及改變而不悖離如權(quán)利要求書所闡述的本揭露的較寬廣精神及范疇。說明書及圖式因此視為說明性而非限制性。應(yīng)理解本揭露能使用各種其它組合及實施例，且能在表達(dá)于本文的發(fā)明內(nèi)容的精神內(nèi)作出任何改變或修飾。