[發明專利]確定實際制程中氟化玻璃介電常數值的方法

有效

• 申請號: 200910196807.6
• 申請日: 2009-09-29
• 公開（公告）號: CN102034724A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 周鳴
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;G01R27/26;G01N21/35
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種確定實際制程中氟化玻璃介電常數值的方法。

背景技術

目前，在半導體器件的后段(back-end-of-line，BEOL)工藝中，制作半導體集成電路時，半導體器件層形成之后，需要在半導體器件層之上形成金屬互連層，每層金屬互連層包括金屬互連線和絕緣材料層，這就需要對上述絕緣材料層制造溝槽(trench)和連接孔，然后在上述溝槽和連接孔內沉積金屬，沉積的金屬即為金屬互連線，一般選用銅作為金屬互連線材料。絕緣材料層包括刻蝕終止層，例如氮化硅層，還包括形成在刻蝕終止層上的低介電常數(Low-K)材料層，例如含有硅、氧、碳、氫元素的類似氧化物(Oxide)的黑鉆石(black?diamond，BD)或者摻有氟離子的硅玻璃，也可以稱為氟化玻璃(Fluorin?Silicon?Glass，FSG)。

現有技術中，銅互連層可以為三層，包括頂層、中間層及底層銅互連層，在實際工藝制程中，可根據不同需要設置多層銅互連層。如果是在多層銅互連層的情況下，可以按要求復制多層中間層銅互連層，有時也會按需要復制兩層頂層銅互連層。具有三層銅互連層的半導體器件結構示意圖如圖1所示。圖中絕緣材料層下是半導體器件層，圖中未顯示。圖中每層銅互連層包括刻蝕終止層101，以及沉積于其上的低介電常數材料層102；由溝槽和連接孔形成的銅互連線103掩埋在絕緣材料層中，用于連接各個銅互連層。

在這種銅互連工藝中，刻蝕終止層氮化硅膜具有約7的相對介電常數，增加了整個互連層的相對介電常數，從而使銅互連線間的寄生電容增加，因此會導致信號延遲或功耗增加的缺陷。所以通常在刻蝕終止層上淀積低K電介質材料來降低銅互連層的銅互連線間的寄生電容。在具體工藝制程中，在多層內部互連中，頂層銅互連層的銅布線相對于其他互連層銅布線比較疏，相對其他互連層來說電容的干擾不是非常敏感，所以通常采用FSG作為頂層銅互連層的Low-K材料層，其介電常數值為3～5，其成本價格比較低。

FSG的介電常數隨著F元素含量的增多而減小。不但需要對FSG的介電常數值進行確定，而且需要對該層FSG的F元素含量進行確定。現有技術中一般在產品晶圓和控片晶圓上同時形成FSG，然后對控片晶圓上的FSG進行測定。其中，產品晶圓為其上已經分布了器件的晶圓，最終可以經過多道工序成為成品，這里就是在銅互連層上形成FSG；控片晶圓是沒有經過工藝加工的平整晶圓硅片，在測試時使用。

需要說明的是，由于并不能從FSG所具有的介電常數值直接推斷該FSG所具有的F元素含量，而且也不能從FSG所具有的F元素含量直接推斷該FSG所具有的介電常數值，所以要對兩者分別進行測定。下面分別對現有技術中FSG的介電常數和F元素含量進行確定的方法進行說明。

現有技術中對FSG的介電常數值進行確定時，是將生長在控片晶圓上的FSG，采用離線(offline)的方式，利用汞探針進行探測。以offline的方式收集數據，即將控片晶圓置入沉積反應腔，在完成FSG的沉積之后，將生長了FSG的控片晶圓輸出沉積反應腔，將其暴露在空氣中進行介電常數值測量。其中，汞探針可以探測到電容和電壓值，介電常數值決定了電容的大小，所以通過具體公式換算，即可得到介電常數值。

現有技術中對FSG中F元素含量進行確定時，是將生長在控片晶圓上的FSG，采用在線(inline)的方式，利用光學測量的方法進行測定。以inline的方式收集數據，即將控片晶圓置入沉積反應腔，在完成FSG的沉積之后，將生長了FSG的控片晶圓輸出沉積反應腔，至另一用于光學測量F元素含量的反應腔，不需要取出該沉積了FSG的控片晶圓，直接利用光學測量中的紅外光譜對F元素含量進行測定。

需要注意的是，現有技術中在offline測定FSG的介電常數值時，汞探針中的汞往往會污染到控片晶圓，使得控片晶圓報廢的幾率大大增加。

發明內容

有鑒于此，本發明解決的技術問題是：防止汞探針每次測定實際制程中FSG的介電常數值時，都使控片晶圓受到汞的污染而報廢。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案具體是這樣實現的：

本發明公開了一種確定實際制程中氟化玻璃介電常數值的方法，該方法包括：

設置氟化玻璃FSG的介電常數值和所述FSG中F元素含量的對應關系，擬和出對應關系曲線；

測定實際制程中形成的FSG中F元素含量，根據擬和出的對應關系曲線確定FSG在具有該F元素含量時，FSG的介電常數值。