專利名稱：可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法
技術領域：
本發明一般涉及半導體制造銅互連領域，更確切地說，本發明涉及一種可以同時檢測大馬士革銅互連工藝中籽晶層和阻擋層的厚度及沉積覆蓋形貌的透射電鏡樣品制備方法。
背景技術：
隨著CMOS晶體管尺寸不斷縮小到次微米級，正如摩爾定律的預測，在高效率、高密度集成電路中的晶體管數量上升到幾千萬個。這些數量龐大的有源元件的信號集成需要多達八層以上的高密度金屬連線，然而這些金屬互連線帶來的電阻和寄生電容已經成為限制這種高效集成電路速度的主要因素。基于這個因素的推動，半導體工業從原來的金屬鋁互連線工藝發展成金屬銅互連線，同時低介電介質(Low-K)材料替代了二氧化硅成為金屬層間的絕緣介質。金屬銅減少了金屬連線層間的電阻，同時增強了電路穩定性；低介電介質材料則減少了金屬連線層之間的寄生電容。由于對銅的刻蝕非常困難，因此銅互連采用雙嵌入式工藝，又稱為雙大馬士革工藝(Dual Damascene)。現有的雙大馬士革工藝的基本工藝流程為，可同時參看圖1和圖2 所示(1)首先沉積一層薄的氮化硅(Si3N4)層1作為擴散阻擋層和刻蝕終止層；(2)接著在上面沉積一定厚度的低介電介質材料2 ； (3)然后光刻出微通孔(Via)3 ； (4)對通孔進行部分刻蝕；(5)之后再光刻出溝槽(TrenchM，其中通孔3、溝槽4的制備流程與順序根據工藝流程的不同而有所差別，但最終均是預實現第6步前的結果；(6)繼續刻蝕出完整的通孔 3和溝槽4 ； (7)接著濺射沉積(PVD)擴散阻擋層(TaN/Ta Barrier Layer) 00和銅籽晶層 (Seed Layer) 01 ； (8)之后是銅互連線的電鍍工藝；(9)最后是退火和化學機械拋光(CMP， Chemical Mechanical Polishing)，對銅鍍層進行平坦化處理和清洗。這樣就形成了金屬互連線，其中銅金屬的填充工藝是由上述(7)中銅阻擋層/籽晶層的制備和(8)中銅電鍍填充共同完成的。在上述銅金屬互連線的制備工藝過程中，以氮化鉭/鉭(TaN/Ta)為主要原料的擴散阻擋層和銅籽晶層沉積的厚度及覆蓋形貌對銅互連電學性能和可靠性來說是至關重要的，隨著器件尺寸的縮小，低介電介質材料的引入，擴散阻擋層和籽晶層也變得越來越薄， 介電層硬度隨之降低，這都加大了檢測擴散阻擋層和籽晶層厚度及覆蓋形貌的難度。對于低介電介質材料，聚焦式離子束(Focused Ion Beam, FIB)切割會引起大馬士革結構(特別是帶有通孔的大馬士革結構)的嚴重變形，因此無法準確檢測擴散阻擋層和籽晶層厚度及覆蓋形貌。通常檢測擴散阻擋層和籽晶層厚度及覆蓋形貌的方法是在擴散阻擋層00和籽晶層01沉積完成后，再沉積一層保護層02 (例如Ta/TaN)，如圖1所示，然后，制備透射電鏡(Transmission Electron Microscopy, TEM)樣品。這樣可以在TEM觀測前保護籽晶層免受環境和制樣引起的表面損傷，但容易造成大馬士革結構變形，不能準確檢測阻擋層和籽晶層厚度及覆蓋形貌。另一種方法是在擴散阻擋層00和籽晶層01沉積后直接金屬銅03 填滿大馬士革結構，如圖2所示，填充的金屬銅03對大馬士革結構起支撐作用，可以減弱樣品形變，但由于TEM無法區分銅籽晶層和電鍍銅的界面位置，因此這種方法無法檢測籽晶層的厚度及覆蓋形貌，僅適合檢測擴散阻擋層。

發明內容
針對上述存在的問題，本發明的目的在于提供一種可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，可以防止用常規制備方法聚焦式離子束切割所造成的大馬士革結構形變(特別是帶有通孔的大馬士革結構)，并且同時可以檢測出擴散阻擋層和籽晶層的厚度及覆蓋形貌，具體是通過下述技術方案實現的
一種可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其中，包括下列步
驟
在按標準大馬士革工藝流程沉積完擴散阻擋層和籽晶層的大馬士革結構上，再依次沉積擴散阻擋層A和籽晶層A ；
金屬銅填滿大馬士革結構，填滿大馬士革結構的金屬銅在制樣中起到支撐作用，防止樣品變形；
切割大馬士革結構制成樣品；
使用透射電鏡檢測阻擋層和籽晶層的厚度及沉積覆蓋形貌。上述可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其中，所述擴散阻擋層A為氮化鉭單層。上述可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其中，所述擴散阻擋層A為鉭單層。上述可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其中，所述擴散阻擋層A為鈦單層。上述可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其中，所述擴散阻擋層A為氮化鈦單層。上述可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其中，所述擴散阻擋層A為氮化鉭、鉭、鈦、氮化鈦中的任意幾項構成的多層。上述可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其中，所述擴散阻擋層A厚度為廣20納米。上述可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其中，所述籽晶層A為銅籽晶層。上述可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其中，所述籽晶層A厚度為1(Γ100納米。上述可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其中，所述切割大馬士革結構制成樣品采用聚焦離子束切割制備成透射電鏡樣品或者對于大面積大馬士革結構采用手工磨樣制備樣品。上述可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其中，所述金屬銅填充大馬士革結構使用電鍍工藝或者使用物理氣相沉積技術。本領域的技術人員閱讀以下較佳實施例的詳細說明，并參照附圖之后，本發明的這些和其他方面的優勢無疑將顯而易見。


參考所附附圖，以更加充分的描述本發明的實施例，然而，所附附圖僅用于說明和闡述，并不構成對本發明范圍的限制。圖1是現有技術中用于檢測擴散阻擋層和籽晶層厚度及覆蓋形貌的方法一完成后的結構示意圖2是現有技術中用于檢測擴散阻擋層和籽晶層厚度及覆蓋形貌的方法二完成后的結構示意圖3是本發明可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法的流程示意框圖4是本發明可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法完成后的結構示意圖。
具體實施例方式如圖3所示，本發明可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法具體包括下列步驟在按標準大馬士革工藝流程沉積完擴散阻擋層00和籽晶層01的大馬士革結構上，再依次沉積擴散阻擋層A 00’和籽晶層A 01’;然后利用金屬銅03填滿大馬士革結構，填滿大馬士革結構的金屬銅03在制樣中起到支撐作用，防止樣品變形，金屬銅03填充大馬士革結構具體可以使用電鍍工藝或者使用物理氣相沉積技術；接著切割大馬士革結構制成樣品，具體可以采用聚焦離子束(FIB)切割制備成透射電鏡樣品或者對于大面積大馬士革結構采用手工磨樣制備樣品；最后使用透射電鏡檢測阻擋層和籽晶層的厚度及沉積覆蓋形貌。進一步地，擴散阻擋層A 00’可以為氮化鉭(TaN)，鉭(Ta)，鈦(Ti)，氮化鈦(TiN) 等構成的單層或多層擴散阻擋層結構，厚度依據結構尺寸控制在廣20納米。進一步地，籽晶層A 01’為銅籽晶層，厚度依據結構尺寸控制在1(Γ100納米。綜上所述，本發明利用金屬銅填滿大馬士革結構，可以在透射電鏡觀測前保護籽晶層免受環境和制樣引起的表面損傷，在聚焦式離子束切割過程中金屬銅起到支撐作用， 可以避免制樣引起的大馬士革結構的變形，TEM照片能同時并真實地反映籽晶層和阻擋層厚度及沉積覆蓋形貌。通過說明和附圖，給出了具體實施方式
的特定結構的典型實施例，因此，盡管上述發明提出了現有的較佳實施例，然而，這些內容并不作為局限。對于本領域的技術人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權利要求書應看作是涵蓋本發明的真實意圖和范圍的全部變化和修正，在權利要求書范圍內任何和所有等價的范圍與內容，都應認為仍屬本發明的意圖和范圍內。
權利要求
1.一種可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其特征在于，包括下列步驟在按標準大馬士革工藝流程沉積完擴散阻擋層和籽晶層的大馬士革結構上，再依次沉積擴散阻擋層A和籽晶層A ；金屬銅填滿大馬士革結構，填滿大馬士革結構的金屬銅在制樣中起到支撐作用，防止樣品變形；切割大馬士革結構制成樣品；使用透射電鏡檢測阻擋層和籽晶層的厚度及沉積覆蓋形貌。
2.根據權利要求1所述的可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法， 其特征在于，所述擴散阻擋層A為氮化鉭單層。
3.根據權利要求1所述的可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法， 其特征在于，所述擴散阻擋層A為鉭單層。
4.根據權利要求1所述的可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法， 其特征在于，所述擴散阻擋層A為鈦單層。
5.根據權利要求1所述的可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法， 其特征在于，所述擴散阻擋層A為氮化鈦單層。
6.根據權利要求1所述的可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法， 其特征在于，所述擴散阻擋層A為氮化鉭、鉭、鈦、氮化鈦中的任意幾項構成的多層。
7.根據權利要求廣6所述的可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其特征在于，所述擴散阻擋層A厚度為廣20納米。
8.根據權利要求1所述的可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法， 其特征在于，所述籽晶層A為銅籽晶層。
9.根據權利要求1或8所述的可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其特征在于，所述籽晶層A厚度為1(Γ100納米。
10.根據權利要求1所述的可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其特征在于，所述切割大馬士革結構制成樣品采用聚焦離子束切割制備成透射電鏡樣品或者對于大面積大馬士革結構采用手工磨樣制備樣品。
11.根據權利要求1所述的可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其特征在于，所述金屬銅填充大馬士革結構使用電鍍工藝或者使用物理氣相沉積技術。
全文摘要
本發明公開了一種可檢測大馬士革籽晶層和阻擋層的透射電鏡樣品制備方法，其中，包括下列步驟在按標準大馬士革工藝流程沉積完擴散阻擋層和籽晶層的大馬士革結構上，再依次沉積擴散阻擋層A和籽晶層A；金屬銅填滿大馬士革結構，填滿大馬士革結構的金屬銅在制樣中起到支撐作用，防止樣品變形；切割大馬士革結構制成樣品；使用透射電鏡檢測阻擋層和籽晶層的厚度及沉積覆蓋形貌。本發明利用金屬銅填滿大馬士革結構，可以在透射電鏡觀測前保護籽晶層免受環境和制樣引起的表面損傷，在聚焦式離子束切割過程中金屬銅起到支撐作用，可以避免制樣引起的大馬士革結構的變形，TEM照片能同時并真實地反映籽晶層和阻擋層厚度及沉積覆蓋形貌。
文檔編號H01L21/02GK102412191SQ20111012371
公開日2012年4月11日 申請日期2011年5月13日 優先權日2011年5月13日
發明者姬峰, 張亮, 李磊, 胡友存, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司