用于监测集成电路器件中的铜腐蚀的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了用于监测集成电路(IC)器件中的铜腐蚀的系统和方法。形成于IC器件中的腐蚀敏感结构可以包括与n型有源区相邻的p型有源区，以限定p‑n结空间电荷区。在硅上方形成的铜区可通过相应触点连接至p区和n区两者，从而限定短路。例如，在CMP工艺期间入射在p‑n结空间电荷区上的光经由短路产生流过金属区的电流，这驱动引起铜区腐蚀的化学反应。由于短路配置，铜区对腐蚀高度敏感。腐蚀敏感结构可被布置为在IC器件中具有较少的腐蚀敏感铜结构，其中腐蚀敏感结构用作监测IC器件中铜腐蚀的代理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监测集成电路器件中的铜腐蚀的系统和方法优先权本申请要求2019年1月11日提交的美国临时申请号62/791,046的优先权，其据此全文并入。
本公开涉及集成电路器件和结构，并且更具体地涉及用于监测集成电路器件中的铜腐蚀的系统和方法。
技术介绍
在集成电路(IC)制造的背景下，铜互连件已普遍取代了铝互连件。一般来讲，铜互连件(a)具有比铝更低的电阻率(低约35％)，(b)具有更高的电迁移耐力(通常比铝好2-4个数量级)，(c)与低k介电材料相容，并且(d)提供比铝更好的产率和可靠性。另一方面，与铝不同，暴露的铜不形成有效的原生氧化物(CuO2为相对多孔的，从而允许氧气渗透)。因此，铜通常比铝更易受腐蚀，特别是在CuCMP(化学机械平面化)工艺期间以及紧接CuCMP(化学机械平面化)工艺之后。铜腐蚀可对IC器件产率和可靠性具有显著影响。用于在IC制造中检测铜腐蚀的行业惯例是利用缺陷检查工具，诸如(a)基于激光散射的检查或(b)通过比较数字化图像的强力图案识别，以检测例如在铜CMP工艺之后或在沉积介电屏障(例如，SiN或SiC)之后的铜腐蚀。然而，利用这些常规的腐蚀检测方法，检测灵敏度通常因器件不同而显著变化，使得难以建立稳定的基线和检测过程变化。此外，当通过光致铜再沉积的方法暴露于光源时，铜腐蚀可增强，并且腐蚀通常高度依赖于相关的电路或结构。因此，需要有效监测IC结构中的铜腐蚀，以用于(a)IC制造期间的在线缺陷监测和(b)线端可靠性评估两者。还需要一种腐蚀监测系统，其可位于划线中，独立于特定IC结构或器件，并且对相关腐蚀高度敏感。图1和图2A-图2B示出了在两个常见IC结构中出现的铜腐蚀机构。图1是IC器件中的易受腐蚀的常见铜结构100的示例的横截面侧视图。结构100包括由四个侧面和底部上的阻挡层104包封的铜区102，阻挡层例如钽(Ta)层或氮化钽(TaN)层，或钽(Ta)/氮化钽(TaN)双层。铜区102可能易受腐蚀，包括铜区102的暴露上表面106处的氧化和/或由于铜102与阻挡层104(例如，Ta或TaN)之间的电化学电势差导致的电化学腐蚀。图2A和图2B示出了IC器件中的易受腐蚀的另一种常见铜结构200的示例。图2A和图2B基于“HandbookofSemiconductorManufacturingTechnology”第2版(2008)(YoshioNishi和RobertDoering，第5章：表面处理，第5-25页)中的图像。图2A为结构200的横截面侧视图，该结构包括相邻的一对铜区202A和202B，其中铜区202A通过第一导电触点206A连接至p掺杂有源区204A，并且铜区202B通过第二导电触点206B连接至n掺杂有源区204B。除了在铜区202A和202B的暴露表面处氧化之外，铜区202A和202B可能易于受到来自光致铜再沉积的腐蚀，例如，在CuCMP工艺期间，或在CuCMP清洁工艺期间，或就在CuCMP工艺之后，其中结构200的顶表面暴露于浆料或液体或环境湿气。光致铜再沉积可由入射到p-n结“空间电荷区”210上的光引起，其由于光伏效应(类似于太阳能电池)在铜区202A和202B之间产生电压差，并且驱动铜离子在铜区202A和202B之间的流动。铜区202A中耗尽的铜可形成“蝙蝠洞通孔”，其在通孔的一部分下方延伸到铜区202A中。此外，到铜区202B上的铜再沉积可形成在相应通孔的侧壁上，这可导致铜侵入层间介质(ILD)中。图2B是在由光致铜再沉积引起的铜区202A和202B腐蚀之后的结构200的顶视图。如图所示，在Cu离子从铜区202A再沉积到铜区202B之后，铜区202B具有与铜区202A显著不同的外观。如上所述，这种腐蚀可使用缺陷检查工具来检测，诸如使用基于激光散射的检查或比较数字化图像来进行强力图案识别。
技术实现思路
提供了用于监测集成电路(IC)器件中的铜腐蚀的系统和方法。形成于IC器件中的腐蚀敏感结构可以包括与n型硅区相邻的p型硅区，以限定p-n结空间电荷区。在硅上方形成的铜区可通过相应触点连接至p区和n区两者，从而限定短路。例如，在CMP工艺期间入射在p-n结空间电荷区上的光经由短路产生流过金属区的电流，这驱动引起铜区腐蚀的化学反应。由于短路配置，铜区对腐蚀高度敏感。腐蚀敏感结构可被布置为在IC器件中具有较少的腐蚀敏感铜结构，其中腐蚀敏感结构用作监测IC器件中铜腐蚀的代理。一个实施方案提供包括腐蚀监测系统的IC器件。腐蚀监测系统可包括与n型有源区相邻的p型有源区，以限定p-n结空间电荷区；第一导电触点和第二导电触点，该第一导电触点连接至p型有源区，该第二导电触点连接至n型有源区；以及金属区，该金属区连接至第一导电触点和第二导电触点两者，从而限定短路。p-n结空间电荷区上的入射光经由短路产生流过金属区的电流，这驱动在金属区中引起腐蚀的化学反应。在一个实施方案中，金属区为铜区，使得腐蚀监测系统包括铜腐蚀区。在一个实施方案中，IC器件包括一个或多个铜腐蚀区，以及比铜腐蚀区更不易受腐蚀的多个其他铜结构。在一些实施方案中，除了腐蚀监测系统之外，IC器件还包括多个非短路集成电路结构，每个结构包括：与n型有源区相邻的p型有源区，以限定p-n结空间电荷区；第一导电触点和第二导电触点，该第一导电触点连接至p型有源区，该第二导电触点连接至n型有源区；以及第一金属区和第二金属区，该第一金属区耦接至第一导电触点，该第二金属区连接至第二导电触点并且与第一金属区在物理上分立；其中相应集成电路结构的p-n结空间电荷区上的入射光产生流过第一金属区和第二金属区的该电流驱动在第一金属区和第二金属区的相应表面处引起腐蚀的化学反应；并且其中相应集成电路结构的第一金属区和第二金属区的相应表面处的腐蚀不如腐蚀监测系统的金属区中的腐蚀严重。非短路集成电路结构的一个示例在图2A中示出，如上所述。因此，在一些实施方案中，IC器件可以包括易受腐蚀但不直接短路的任意数量的功能集成电路结构，以及包括至少一个集成电路结构的腐蚀监测系统，该至少一个集成电路结构短路并因此表现出更严重/更快的腐蚀，从而提供整个IC器件(包括非短路结构)的腐蚀易感性的指示。在一个实施方案中，腐蚀监测系统包括以交替方式布置的至少两个n型有源区和至少两个p型有源区，以限定至少两个p-n结空间电荷区；以及第一导电触点和第二导电触点，该第一导电触点连接至每个p型有源区，该第二导电触点连接至每个n型有源区；其中金属区连接至连接至每个p型有源区的第一导电触点和连接至每个n型有源区的第二导电触点两者。在一个实施方案中，腐蚀监测系统包括形成于金属区上方的层中并通过至少一个导电触点连接至金属区的第二金属区；其中p-n结空间电荷区上的入射光经由穿过金属区的导电路径产生流过第二金属区的电流，该电流驱动在第二金属区中引起腐蚀的化学反应。在一个实施方案中，腐蚀监测系统包括(a)金属区的或在第一位置处连接至金属区的第一导电探针区，该第一导电探针区被配置用于连接至电流源，该电流源被配置为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成电路器件，包括：/n腐蚀监测系统，所述腐蚀监测系统包括：/np型有源区，所述p型有源区与n型有源区相邻以限定p-n结空间电荷区；/n第一导电触点和第二导电触点，所述第一导电触点连接至所述p型有源区，所述第二导电触点连接至所述n型有源区；和/n金属区，所述金属区连接至所述第一导电触点和所述第二导电触点两者，从而限定短路；/n其中所述p-n结空间电荷区上的入射光经由所述短路产生流过所述金属区的电流，所述电流驱动在所述金属区中引起腐蚀的化学反应。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190111 US 62/791,046;20191114 US 16/683,9871.一种集成电路器件，包括：
腐蚀监测系统，所述腐蚀监测系统包括：
p型有源区，所述p型有源区与n型有源区相邻以限定p-n结空间电荷区；
第一导电触点和第二导电触点，所述第一导电触点连接至所述p型有源区，所述第二导电触点连接至所述n型有源区；和
金属区，所述金属区连接至所述第一导电触点和所述第二导电触点两者，从而限定短路；
其中所述p-n结空间电荷区上的入射光经由所述短路产生流过所述金属区的电流，所述电流驱动在所述金属区中引起腐蚀的化学反应。


2.根据权利要求1所述的集成电路器件，其中所述金属区包括铜区。


3.根据权利要求1-2中任一项所述的集成电路器件，其中：
所述腐蚀监测系统的所述金属区为铜区；并且
所述集成电路器件多个其他铜结构；
其中所述腐蚀监测系统的所述铜区比所述其他铜结构更易受腐蚀。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的集成电路器件，除了所述腐蚀监测系统之外，还包括：
多个集成电路(IC)结构，每个IC结构包括：
IC结构p型有源区，所述IC结构p型有源区与IC结构n型有源区相邻以限定IC结构p-n结空间电荷区；
第一IC结构导电触点和第二IC结构导电触点，所述第一IC结构导电触点连接至所述IC结构p型有源区，所述第二IC结构导电触点连接至所述IC结构n型有源区；和
第一IC结构金属区和第二IC结构金属区，所述第一IC结构金属区耦接至所述第一IC结构导电触点，所述第二IC结构金属区连接至所述第二IC结构导电触点并且与所述第一IC结构金属区在物理上分立；
其中所述相应IC结构的所述IC结构p-n结空间电荷区上的入射光产生流过所述第一IC结构金属区和所述第二IC结构金属区的电流，所述电流驱动在所述第一IC结构金属区和所述第二IC结构金属区的相应表面处引起腐蚀的化学反应；
其中所述相应IC结构的所述第一IC结构金属区和所述第二IC结构金属区的所述相应表面处的所述腐蚀不如所述腐蚀监测系统的所述金属区中的所述腐蚀严重。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的集成电路器件，其中所述腐蚀监测系统包括：
以交替方式布置的至少两个p型有源区和至少两个p型有源区以限定至少两个p-n结空间电荷区；和
第一导电触点和第二导电触点，所述第一导电触点连接至每个p型有源区，所述第二导电触点连接至每个n型有源区；
其中所述金属区连接至连接至每个p型有源区的所述第一导电触点和连接至每个n型有源区的所述第二导电触点两者。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的集成电路器件，其中所述腐蚀监测系统包括：
所述金属区的或在第一位置处连接至所述金属区的第一导电探针区，所述第一导电探针区被配置用于连接至电流源，所述电流源被配置为通过所述金属区提供恒定电流；和
所述金属区的或在第二位置处连接至所述金属区的第二导电探针区，所述第二导电探针区被配置用于连接至用于测量所述金属区两端的电压降的电压测量电路。


7.根据权利要求6所述的集成电路器件，其中：
所述第一导电探针区通过第一竖直延伸的触点或通孔在所述第一位置处连接至所述金属区；并且
所述第二导电探针区通过第二竖直延伸的触点或通孔在所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷耀俭，
申请(专利权)人：微芯片技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US