[發明專利]一種薄膜應力分布的監測方法

有效

• 申請號: 201010102375.0
• 申請日: 2010-01-28
• 公開（公告）號: CN102141450A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 王禎貞
• 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: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明涉及硅半導體器件技術領域，特別涉及一種薄膜應力分布的監測方法。

背景技術

薄膜應力主要產生于薄膜(介質層、金屬層等)相對于基底的形變能。例如，高溫下進行薄膜沉積，溫度降到常溫時，由于薄膜和基底的熱膨脹系數不同，必然導致薄膜相對于基底的形變能，此時基底會因為薄膜應力的存在而發生彎曲，這種形變能產生的應力大于薄膜在基底上的吸附力時，薄膜就會脫落。除了形變能外，薄膜還存在一些內應力，其產生原因主要是薄膜材料內部的晶格缺陷或者非晶內部的畸變能。一般，薄膜最終存在的應力是各種因素所引起的應力分量的總和，包括內應力、由于薄膜與基底熱膨脹系數不同以及沉積與測量時的溫差而引起的應力、由晶態或體積變化或外加載荷作用引起的應力以及水份吸收等物理化學現象引起的應力等。薄膜應力又可以分為壓應力和張應力，壓應力的薄膜產生伸張力，張應力的薄膜產生收縮力。應力是薄膜的重要參數，高應力(包括壓應力和張應力)可能導致薄膜的開裂(例如45度角處的開裂)、金屬連線空洞甚至對基底的破壞，同時在先進工藝中，薄膜的應力有利于提高驅動電流。因此，對薄膜應力分布的監測顯得尤為重要。

現有技術中，通常通過量測曲率半徑來測得薄膜應力，以下簡稱“曲率半徑量測法”。其中，薄膜可通過各種工藝形成，例如通過沉積工藝加上紫外線固化(UV?curing)工藝形成。在該方法中，先后測得薄膜形成前的曲率半徑(radiusof?curvature)R1、薄膜形成后的曲率半徑R2以及薄膜厚度t(一般為平均厚度)，然后根據以下公式計算得到薄膜應力：

σ=E1-vh26t(1R2-1R1),]]>

其中，σ為薄膜應力，單位為Pa；E為基底的楊氏模數(Young’s?Modulus)，單位為Pa；v為基底的泊松比率(Poisson’s?Ratio)；h為基底厚度，單位為μm；R1、R2以及t的單位亦為μm。然而，對于某一待測薄膜，利用曲率半徑量測法只能得到一個平均的薄膜應力值，這遠遠無法滿足對于薄膜應力分布的監測需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種薄膜應力分布的監測方法，可以得到待測薄膜的不同位置的應力值，實現對薄膜應力分布的監測。

本發明提供一種薄膜應力分布的監測方法，其包括：步驟1，通過沉積工藝和紫外線固化工藝形成參考薄膜，其中，采用曲率半徑量測法測得所述參考薄膜的應力值，而且，在沉積工藝后和紫外線固化工藝后分別測得所述參考薄膜的第一平均厚度值和第二平均厚度值，并根據該第一平均厚度值和第二平均厚度值計算所述參考薄膜的平均收縮率；步驟2，改變沉積工藝和紫外線固化工藝的工藝參數后再執行步驟1，如此重復至少三次以得到對應的一組應力值和一組平均收縮率；步驟3，根據所述對應的一組應力值和一組平均收縮率繪制標準應力-收縮率關系曲線；步驟4，監測待測薄膜時，通過沉積工藝和紫外線固化工藝形成所述待測薄膜，其中，在沉積工藝后測量所述待測薄膜的不同位置的第一厚度值，而在紫外線固化工藝后測得對應位置的第二厚度值，并根據所述不同位置的第一厚度值和第二厚度值計算對應的收縮率以得到所述待測薄膜的收縮率分布，然后依據所述標準應力-收縮率關系曲線得到所述待測薄膜的應力值和應力分布。

進一步的，收縮率的計算公式為：