于擴散阻障層中檢測缺陷的方法
【技術領域】
[0001]一般來說，本發(fā)明有關集成電路領域，且尤其有關其中使用擴散阻障層以用于實質上避免或至少減少導電材料擴散的集成電路。
【背景技術】
[0002]集成電路包括許多獨立的電路元件，例如晶體管、電容器、二極管和電阻器，其通過導電線而互相連接。導電線可由包括銅的導電材料形成，如基本上純的銅或銅合金，例如銅和招的合金。為了形成導電線，可使用金屬鑲嵌(damascene)技術。
[0003]金屬鑲嵌技術中，溝槽(trenches)和接觸通孔(contact vias)形成于層間介電質中，其可能包括二氧化硅和/或具有小于二氧化硅介電常數(shù)的低介電常數(shù)材料(low-kmaterial) 0于該些溝槽或接觸通孔中，可能形成擴散阻障層。該擴散阻障層形成后，該溝槽和接觸通孔可用包括銅的導電材料填充。此步驟可通過電鍍方式沉積該導電材料和以化學機械研磨方式移除該導電材料沉積于該溝槽和接觸通孔外的部分而完成。
[0004]該擴散阻障層可幫助實質上避免或至少減少銅自該導電材料擴散至層間介電質和/或該半導體結構的其他部分，其可能對該集成電路的功能性帶來負面的影響。
[0005]上述金屬鑲嵌工藝會出現(xiàn)的問題可能包括該擴散阻障層中缺陷的形成，如孔隙和/或縫隙。該擴散阻障層中的缺陷可能讓銅自該導電材料產生不欲的擴散至該層間介電質和/或該半導體結構的其他部分。此外，該擴散阻障層中的缺陷可能誘導接觸通孔和/或溝槽的填充不足，使得該導電材料中產生空隙。此種空隙可能增加導電線的電阻，且該些空隙的存在可能增加電遷移和/或應力遷移(stress migrat1n)發(fā)生的可能性。在具有缺陷的擴散阻障層的集成電路操作中，于該擴散阻障層中的缺陷可能由于電遷移和/或應力遷移而導致銅的擴散增加。在導電線中空隙的形成可能成為嚴重的可靠度風險。
[0006]因此，測試擴散阻障層整體性的方法可使用于集成電路的制造中，以發(fā)展形成擴散阻障層的方法，其實質上排除或至少減少在擴散阻障層中形成缺陷的可能性和/或于集成電路的制造中形成擴散阻障層時使用以監(jiān)控其工藝。
[0007]美國專利申請案公開號2008/0160654中揭露將半導體結構(包括由第一材料(包括銅)所形成的導電特征和形成于該導電特征上且包括第二材料的擴散阻障層)暴露于適合選擇性地移除第一材料的蝕刻劑中，而留下第二材料實質上完整無缺。該蝕刻劑可包括例如過二硫酸銨(ammonium peroxydisulfate)。
[0008]若包括該第二材料的擴散阻障層具有缺陷，例如孔洞，則該蝕刻劑便能接觸到該導電特征中的該第一材料。因此，該導電特征受到該蝕刻劑影響，其可能導致該導電特征中形成凹洞。相反地，若該擴散阻障層為完整無缺且沒有包括缺陷，則該擴散阻障層能避免該蝕刻劑與位于該擴散阻障層下的該導電特征中該第一材料間的接觸。因此，保護該導電特征免于受該蝕刻劑影響而不會形成凹洞。
[0009]接著，可采用顯微技術檢測該導電特征中凹洞的存在，其中該凹洞的存在代表該擴散阻障層中缺陷的發(fā)生。
[0010]其他測試擴散阻障層整體性的技術可包括氫氟酸清洗(HF dip)，其中在擴散阻障層沉積于層間介電質上之后，將半導體結構暴露于氫氟酸(HF)中。若擴散阻障層中有缺陷，則層間介電質會受到氫氟酸影響，其可采用顯微技術檢測。更多用來測試擴散阻障層整體性的技術可包括對于填充導電材料的溝槽、凱爾文通孔(Kelvinvias)和通孔鏈(viachain)的線內電子阻障測量(inline electrical barrier measurement)。這些技術中，缺陷是通過電性測量半導體結構(包括導電材料和擴散阻障層)中的導電特征而檢測出來。
[0011]上述用來檢測擴散阻障層中缺陷的技術可能具有一些與其有關的問題。如美國專利申請案公開號2008/0160654中所述或氫氟酸清洗的技術是與半導體結構中鄰近擴散阻障層的部分(如導電線的導電材料和/或層間介電質)的毀損有關連。電子阻障測量對于小缺陷可能具有有限的敏感度。
[0012]有鑒于上述情形，本揭露提供可實質上避免或至少減少上面所提的其中一些或全部問題的方法。

【發(fā)明內容】

[0013]以下提出本發(fā)明的簡單概述以提供對本發(fā)明一些態(tài)樣有基本的了解。此概述非本發(fā)明徹底的概述。其并不試圖識別本發(fā)明的關鍵或臨界元件(critical element)或描述本發(fā)明的范疇。其唯一目的是為了以簡單化的形式介紹一些概念以作為稍后所討論的更詳盡敘述的序言。
[0014]在此揭露的例示性方法包括提供一個半導體結構，該半導體結構包括擴散阻障層和提供于該擴散阻障層上的晶種層。該晶種層包括銅和銅以外的金屬的合金。包括銅的導電材料是沉積于該晶種層上。執(zhí)行退火工藝。在該退火工藝中，該銅以外的金屬的至少第一部分自該擴散阻障層附近擴散通過該導電材料。在該擴散阻障層中具有缺陷的情況下，該銅以外的金屬的第二部分代表該缺陷仍存在于該擴散阻障層中的該缺陷附近。于至少該半導體結構的一部分中測量該銅以外的金屬的分布。從測量到的該銅以外的金屬的分布，決定該銅以外的金屬的該第二部分是否存在。
[0015]在此揭露的另一例示性方法包括提供一種半導體結構。該半導體結構包括提供于襯底之上的層間介電層。于該層間介電層中提供凹口。該凹口包括接觸通孔和溝槽的至少其中一者。在該凹口的底部和側壁的至少其中一者上提供擴散阻障層。該擴散阻障層包括鈦、鉭、鎢、氮化鈦、氮化鉭和氮化鎢中的至少其中一者。于該擴散阻障層上，提供包括銅和錳的合金的晶種層。于該晶種層上，沉積包括銅的導電材料。該沉積的導電材料實質上不包括錳。執(zhí)行退火工藝。于退火工藝中，該錳的至少第一部份自該擴散阻障層附近擴散通過該導電材料。在該擴散阻障層中具有缺陷的情況下，該錳的第二部分代表該缺陷仍存在于該擴散阻障層中的該缺陷附近。于至少該半導體結構的一部分中測量錳的分布。從測量到的錳分布，決定錳的該第二部分是否存在。
[0016]在此揭露的又一例示性方法包括提供一種半導體結構，該半導體結構包括層間介電質和至少部分被該層間介電質包圍的導電特征。該導電特征包括含銅的導電材料以及包含金屬和金屬氮化物的至少其中一者的擴散阻障層，該擴散阻障層介于該導電材料和該層間介電質之間。操作解析型電子顯微鏡(analytical electron microscopy)以決定該半導體結構是否包括錳，若該半導體結構包括錳，則測量該錳的分布。從測得的該錳的分布，決定該擴散阻障層附近是否存在該錳的一部分。
【附圖說明】
[0017]可通過參考下列描述搭配附圖了解本發(fā)明，其中相同的附圖標記識別相似的元件，且于其中:
[0018]圖1至3顯示在根據(jù)具體實施例的方法階段中的半導體結構的圖解剖面圖；
[0019]圖4顯示根據(jù)具體實施例的方法自半導體結構制備樣本的圖解透視圖；
[0020]圖5顯示根據(jù)具體實施例的方法自半導體結構制備樣本的圖解透視圖；以及
[0021]圖6圖解說明根據(jù)具體實施例的方法于半導體結構中測量化學元素分布的結果。
[0022]雖然于此揭露的標的事項(subject matter)可以輕易接受各式變更和其他供選擇的形式，但其明確具體實施例已于圖式中被顯示作為實例并于此加以詳述。然而，應該了解的是，明確具體實施例于此的敘述并不意圖限制本發(fā)明于該揭露的該特定形式，相反地，該意圖是為了涵蓋落于如附加權利要求書所定義的本發(fā)明精神和范疇中的全部變更、等效物和選擇。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明的各種例示具體實施例描述如下。為求清楚，實際實作的主要特征并未全部描述于此說明書中。當然將理解的是，在任何此類實際具體實施例之開發(fā)中，須做出許多實施特定之決定以達成開發(fā)者之特定目標，如符合系統(tǒng)相關和商業(yè)相關之限制條件者，其實施情況各有所不同變化。再者，應了解到，此開發(fā)努力可能是復雜且耗時的，但盡管如此，對得益于本揭露內容之本技術領域中具有通常知識者而言其仍為例行工作。
[0024]現(xiàn)在將參照附圖以描述本發(fā)明。各式結構、系統(tǒng)和裝置僅為了解釋之目的而圖解地描繪于圖式中，以不使熟悉本技術領域者所熟知之細節(jié)模糊本揭露內容。然而，仍包括附圖以描述和解釋本揭露中之例示實例。于此使用之字詞和片語應被理解和解釋為與該些熟悉相關技術領域者所理解之該些字詞和片語具有一致之意義。術語和片語無特殊定義，特殊定義即定義與其如該些熟悉相關技術