[發(fā)明專利]檢測層間粘附力的方法及檢測試片的制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110446041.X
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN103185687A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周鳴
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: G01N19/04
• 分類號: G01N19/04;G01N1/28;H01L21/66;H01L21/02
• 代理公司: 北京市磐華律師事務(wù)所 11336
• 代理人: 董巍;顧珊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種檢測層間粘附力的方法及檢測試片的制作方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體制造過程中，常常需要形成多層薄膜，并且要求確保薄膜之間的粘附力（即層間粘附力）達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，以確保器件的可靠性和耐用性。

影響薄膜之間的粘附力的參數(shù)包括所用材料及各種工藝條件。為了使粘附力符合要求，需要制作包含至少兩層待測薄膜的試片，通過一定的方法檢測其粘附力，并依據(jù)檢測結(jié)果來優(yōu)化參數(shù)，使之達(dá)到最終目的。然后可將這些參數(shù)及材料應(yīng)用于實際工藝，以確保最終器件的品質(zhì)。

Bagchi等人對相關(guān)的各種檢測方法進(jìn)行了討論（參見Interface?Sci.?3(1998),?169-193）。Dauskardt等人認(rèn)為四點彎曲法（Four-point?bend?(4PB)?test）是用于檢測半導(dǎo)體器件的薄膜粘附力的較好方法（參見Eng.?Fract.?Mech.?61(1998),?141-162）。Shaviv等人對影響四點彎曲法檢測結(jié)果的檢測條件作了深入的研究（參見Microelectronic?Engineering,?82(2005),?99-112）。

因此，四點彎曲法已成為半導(dǎo)體領(lǐng)域常用的薄膜層間粘附力檢測方法。

圖1為現(xiàn)有層間粘附力試片的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，在硅襯底100上生長第一薄膜101和第二薄膜102，形成待檢測的試片，所謂層間粘附力的檢測就是針對該兩層薄膜?101?和?102?間的粘附力的檢測。通常在利用四點彎曲法對其之間的粘附力進(jìn)行檢測前，還需要在第二薄膜?102?上生長一層用于保護(hù)的第三薄膜103（其可以為介質(zhì)層），然后，利用環(huán)氧樹脂?104將該待檢測試片的第三薄膜103與一個襯底（為得到較為準(zhǔn)確的檢測結(jié)果，該襯底通常為表面未生長薄膜且不帶圖形的硅片）105粘附在一起，形成用于測試第一薄膜101和第二薄膜102之間的層間粘附力的檢測試片。另外，為了檢測方便，還可以在該襯底?105?背面預(yù)先形成開槽?109。

圖2為現(xiàn)有的四點彎曲法中的檢測試片與四點間的位置關(guān)系示意圖，如圖2所示，將檢測試片放置于四點彎曲法檢測設(shè)備的四點110a、110b、110c和110d?之間，且令表面具有開槽109的襯底105向下。其中，上面的兩點110c和110d距離檢測試片的中心較近，下面的兩點110a和110b距離檢測試片的中心較遠(yuǎn)（或者說相對于上面兩點110c和110d分開得較遠(yuǎn)）；且上面兩點110c和110d及下面兩點110a和110b的中心位置均對應(yīng)于開槽109所處的位置。

圖3為現(xiàn)有的四點彎曲法檢測層間粘附力的示意圖，如圖3所示，開始檢測時，在上面的兩點110c與110d上施加一定的力130，并緩慢增加該力的大小，令檢測試片發(fā)生彎曲，直至開槽如圖中120所示完全斷開，兩層薄膜101和102間形成圖中121所示的裂開狀態(tài)，此時，根據(jù)在上面兩點110c和110d上所施加的力的大小，由公式（1）可以推算得到兩層薄膜101和102之間的粘附力的大小：

???????(1)

公式（1）中，G為應(yīng)變能釋放率（Strain?energy?rate)，其代表了層間粘附力的大小；P為在上面兩點110c和110d上所施加的力的大小，l為上面兩點110C和110d到下面兩點110a和110b之間的距離；b為檢測試片寬度（圖中未示出）；h為基體（包括圖中的硅襯底100和第一薄膜101）的厚度；E為基體彈性模量（elastic?modulus?of?the?substrate?material)；υ為基體泊松比（Poisson?'s?ratio?of?the?substrate）?？梢钥吹?，公式（l）中的參數(shù)?b、E、υ、h均由檢測試片本身的特性而確定，參數(shù)l則可以由四點彎曲法測試設(shè)備的四點間的距離而確定，因此，根據(jù)上面兩點110c和110d所施加的力P的大小就可以得到兩層薄膜101和102之間的粘附力的數(shù)值G。

在四點彎曲法中，理想的情況是僅在圖3中121所示的區(qū)域發(fā)生層離，即，在第一薄膜101與第二薄膜102之間發(fā)生層離，如此才可準(zhǔn)確地測得這兩層薄膜之間的粘附力。然而，在實際測試過程中，常常出現(xiàn)一些問題。例如，施加的力130過小時，僅能將硅襯底105折斷，或僅能使環(huán)氧樹脂104與其上下兩層發(fā)生層離而不足以使第一薄膜101與第二薄膜102之間發(fā)生層離（因后者的粘附力大于前者）；若力130稍大，則有可能導(dǎo)致硅襯底100也發(fā)生斷裂。這些情形都將導(dǎo)致無法對薄膜之間的粘附力進(jìn)行準(zhǔn)確的測定，并導(dǎo)致測試結(jié)果的重現(xiàn)性較低。