铜籽晶层沉积温度的监测方法及铜层的形成方法

摘要

本发明公开一种铜籽晶层沉积温度的监测方法及铜层的形成方法。其中该监测方法包括如下步骤：测量沉积在衬底上的铜籽晶层的光反射率；以及通过将测量到的光反射率与未发生凝聚现象的基准铜籽晶层的基准光反射率进行比较，来估算该铜籽晶层的沉积温度。该估算步骤包括：如果测量到的反射率小于基准光反射率，则将铜籽晶层的沉积温度估算为高于约－25℃的温度，其中－25℃是用于沉积基准铜籽晶层的基准沉积温度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜籽晶层沉积温度的监测方法及铜层的形成方法，更具体地，涉及一种能够基于是否已发生凝聚现象来直接监测铜籽晶层的沉积温度的方法以及一种通过使用该监测方法来更加均匀地形成铜层的方法。

背景技术

随着半导体器件趋于更大规模集成和更高速度工作，已经提出利用铜(Cu)层形成金属布线的方法。特别地，利用130nm或更小设计规则的逻辑器件已经用Cu镶嵌工艺来实现互连布线。

用于布线结构的Cu层的形成过程包括以下步骤：首先，形成Cu籽晶层；然后，在该Cu籽晶层上电镀较厚的Cu层。已为Cu层布线引入了镶嵌工艺，其中形成填充通孔和/或沟槽的Cu层，并且执行化学机械抛光(CMP)工艺以使Cu层平坦化。

但是，如果在室温下沉积Cu籽晶层，则可能出现Cu凝聚现象。当出现这种现象时，难以形成膜质量良好且连续或层厚不变化的Cu籽晶层。此外，难以在被凝聚现象损坏的Cu籽晶层上电镀附加的Cu层。

为了克服这种凝聚现象，可以在低于室温的温度(例如约-25℃)下进行Cu籽晶层的沉积过程。为此，在形成Cu籽晶层时，晶片或衬底安装在超低温静电嵌盘(ESC)上，以将晶片或衬底的温度降低到约-25℃。

对沉积Cu籽晶层的处理室和超低温ESC应进行定期维护(PM)过程。用于Cu籽晶层的Cu靶也应定期调换。在执行PM过程或调换靶之后，应确定超低温ESC或衬底的温度。

但是，这种温度确定过程不是直接确认在沉积于衬底上的Cu籽晶层中是否发生了凝聚现象，而可能是非常麻烦和困难的任务。因此，需要一种能够直接确定在Cu籽晶层中是否已发生凝聚现象的监测方法以及一种使用该监测方法来更加均匀地形成Cu层的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够基于是否已发生凝聚现象来直接监测Cu籽晶层的沉积温度的方法以及一种通过使用该监测方法来更加均匀地形成Cu层的方法。

本发明实施例涉及一种Cu籽晶层的沉积温度的监测方法。该方法可以包括以下步骤中的至少一个步骤：测量沉积在衬底上的Cu籽晶层的光反射率；和通过将测量到的光反射率与基准Cu籽晶层(其中未发生凝聚现象)的基准光反射率进行比较，来估算Cu籽晶层的沉积温度。

本发明的实施例涉及一种方法，包括如下步骤：测量铜籽晶层的光反射率，以确定光反射率测量值；以及由该光反射率测量值来估算该铜籽晶层的沉积温度。

优选地，在上述方法中，在衬底上沉积该铜籽晶层。

优选地，在上述方法中，所述估算该铜籽晶层的沉积温度的步骤包括以下步骤：将该光反射率测量值与基准光反射率进行比较。

优选地，在上述方法中，该基准光反射率根据基准铜籽晶层确定。

优选地，在上述方法中，在该基准铜籽晶层中未发生凝聚现象。

优选地，在上述方法中，所述估算该铜籽晶层的沉积温度的步骤包括如下步骤：若该光反射率测量值小于该基准光反射率，则确定该铜籽晶层的沉积温度高于约-25℃。

优选地，在上述方法中，该基准光反射率在约75至约110的范围内。

优选地，在上述方法中，该基准光反射率约为75。

优选地，在上述方法中，该基准光反射率约为110。

优选地，在上述方法中，所述估算该铜籽晶层的沉积温度的步骤包括如下步骤：若该光反射率测量值小于该基准光反射率，则确定在该铜籽晶层中已发生凝聚现象。

优选地，在上述方法中，还包括如下步骤：在该铜籽晶层上形成铜层。

优选地，在上述方法中，还包括如下步骤：确定该铜籽晶层的沉积温度是否小于基准沉积温度。

优选地，在上述方法中，若该铜籽晶层的沉积温度小于该基准沉积温度，则在该铜籽晶层上形成该铜层。

优选地，在上述方法中，通过电镀形成该铜层。

优选地，在上述方法中，所述确定该铜籽晶层的沉积温度是否小于基准沉积温度的步骤包括如下步骤：确定在该铜籽晶层中是否已发生凝聚现象。

优选地，在上述方法中，所述确定在该铜籽晶层中是否已发生凝聚现象的步骤包括如下步骤：估算该铜籽晶层的沉积温度是否小于约-25℃。

优选地，在上述方法中，所述估算该铜籽晶层的沉积温度是否小于约-25℃的步骤包括如下步骤：确定该光反射率测量值是否高于基准光反射率。

附图说明

图1和图2是根据本发明实施例的Cu籽晶层沉积温度的监测方法的范例示意图。

图3以范例截面示意图示出根据本发明实施例的Cu层形成方法。

具体实施方式

本发明实施例涉及一种能够基于铜(Cu)籽晶层的光反射率来监测该Cu籽晶层的沉积温度的方法。本发明实施例还涉及一种Cu层的形成方法。

根据实施例，在沉积Cu籽晶层之后，测量Cu籽晶层的光反射率，从而可以基于测量到的光反射率来确定在该Cu籽晶层中是否已发生凝聚现象，进而提供一种Cu籽晶层的沉积温度的监测方法。这种Cu籽晶层的沉积温度的监测方法还防止随后电镀的Cu层由于Cu籽晶层的凝聚现象而被损坏。

参照图1和图2，衬底100安装在Cu籽晶层沉积设备(未示出)中。第一Cu籽晶层201或第二Cu籽晶层203可以沉积在衬底100上。该沉积设备具有处理室(未示出)，在该处理室中可以设置能够将衬底100的温度保持在约-25℃的超低温静电嵌盘(未示出)。然而，所属领域的技术人员会了解，在不同沉积工艺中变化的物理条件下，其它温度也可能足以防止Cu凝聚。也可设置用于沉积Cu籽晶层201或203的Cu靶(未示出)。

在执行定期维护(PM)过程或调换靶之后，可执行用于确定初始沉积过程是否适当进行的过程。此时，应确定在如图1或图2所示的Cu籽晶层201或203中是否已发生凝聚现象。通过测量沉积的Cu籽晶层201或203的光反射率来进行这种确定过程。

如果Cu凝聚现象已达到较高程度(如同图1所示的第一Cu籽晶层201的情况)，则待由反射率测量设备测量的第一Cu籽晶层的光反射率可能为较低值，例如约75，其中该反射率测量设备包括光发射单元301和光接收单元303。

相反，如果Cu凝聚现象停留在较低程度(如同图2所示的第二Cu籽晶层203所显示的)，则光反射率可能被测量为较高值，例如约110。

因此，如果通过测量沉积的Cu籽晶层201或203的光反射率所得的光反射率值不小于例如约为110的基准光反射率值，即可确定基本没有发生Cu凝聚，由此可以确定为完成了沉积设备的初始设置。

如果测量到的光反射率值小于基准光反射率值，则可以考虑在高于约-25℃的温度进行沉积Cu籽晶层的沉积过程。然而，所属领域的技术人员会了解，在不同沉积工艺中变化的物理条件下，其它温度也可能足以防止Cu凝聚。因此，已经进行了定期维护过程或调换了靶的沉积设备的初始设置应被重新微调。具体而言，通过将用于支撑衬底100的静电嵌盘的温度控制为较低，可将沉积温度保持在约-25℃。

如果图2所示的光反射率被测量为意味着凝聚现象较少的预定值(例如约110)或更大，则可以使用电镀或其它沉积工艺，以在第二Cu籽晶层203上形成Cu层205。

上述的Cu籽晶层201或203的凝聚程度的测量过程、以及在被认为是沉积良好的第二Cu籽晶层203上形成Cu层205的电镀过程可被应用于将Cu层用作互连布线结构的工艺，例如Cu镶嵌工艺或其它沉积工艺。另外，在进行定期维护过程或调换沉积设备中所用的靶之后，通过测量Cu籽晶层201或203的光反射率来监测沉积温度的方法可应用于沉积设备的初始设置，其中该沉积设备用于沉积Cu籽晶层。

根据实施例，能够减少在进行Cu籽晶层沉积设备的定期维护过程或调换靶之后的温度校准所需的时间。在实施例中，Cu籽晶层的沉积温度可被更容易地定期测量。在实施例中，可以充分防止凝聚现象，从而可使用电镀或其它沉积工艺在基本均匀沉积的Cu籽晶层上生长Cu层。

对于所属领域技术人员显而易见的是，在所述的实施例中可进行各种修改和变化。因此，应该认为本申请公开的实施例涵盖落入权利要求及其等效方案范围内的显而易见的修改和变化。