[發(fā)明專利]一種薄膜層應(yīng)力的測量方法和系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN104576429A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘光燃;石金成;王焜;文燕;高振杰
• 申請（專利權(quán)）人: 北大方正集團(tuán)有限公司;深圳方正微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種薄膜層應(yīng)力的測量方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

薄膜層的應(yīng)力，通常而言包括內(nèi)應(yīng)力和熱應(yīng)力，其中內(nèi)應(yīng)力主要來自于薄膜層內(nèi)部的晶格缺陷和非晶內(nèi)部的畸變等，而產(chǎn)生熱應(yīng)力的主要原因是薄膜層的熱膨脹系數(shù)與基片材料的熱膨脹系數(shù)不同。比如某膜層是在780攝氏度的工藝條件下通過化學(xué)氣相淀積的方法生長于基片上的，在膜層與基片從780攝氏度冷卻至室溫的過程中，由于該膜層與基片的熱膨脹系數(shù)有差異，從而產(chǎn)生一定的應(yīng)力。在半導(dǎo)體工藝中，會用到很多種薄膜層材料，比如氧化硅、氮化硅等薄膜層。薄膜層的應(yīng)力對于半導(dǎo)體工藝來說是一個很重要的參數(shù)，一方面，不可控的應(yīng)力會導(dǎo)致薄膜層的龜裂、甚至產(chǎn)生晶格缺陷等；另一方面，應(yīng)力對半導(dǎo)體器件的電參數(shù)和性能也有重要影響。因此，對于薄膜層的應(yīng)力的測量，是很重要的。

薄膜層的應(yīng)力會導(dǎo)致薄膜層與基片在應(yīng)力的作用下發(fā)生形變，包括壓縮、拉伸、翹曲、尺寸漲縮等，這些形變都是非常微觀的，難以用肉眼測量。現(xiàn)有方法中通常都是在薄膜層生長前、后分別采用專業(yè)設(shè)備測量基片的曲率半徑，從而計算出在薄膜層生長前、后基片的曲率半徑的變化情況，然后計算出薄膜層應(yīng)力。

根據(jù)以上描述可以看出，在現(xiàn)有技術(shù)中，雖然能夠采用專業(yè)設(shè)備盡量精確地測量基片的曲率半徑，但測量精度依然較低，尤其是在薄膜層應(yīng)力較小的情況下，利用現(xiàn)有方法所測量的應(yīng)力的重復(fù)性很差，無法得到較為準(zhǔn)確的應(yīng)力值。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明提供一種薄膜層應(yīng)力的測量方法和系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中薄膜層應(yīng)力測量精度不高的技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種薄膜層應(yīng)力的測量方法，包括：

在基片表面形成多個標(biāo)記，記錄每個標(biāo)記在基片表面的原始坐標(biāo)值；

在做標(biāo)記的基片表面生長薄膜層，所述薄膜層覆蓋在所述基片和所述標(biāo)記上；

測量生長薄膜層后的每個標(biāo)記的現(xiàn)有坐標(biāo)值，得到每個標(biāo)記現(xiàn)有坐標(biāo)值和原始坐標(biāo)值之間的偏差值；

根據(jù)每個標(biāo)記的原始坐標(biāo)值和所述偏差值，計算所述薄膜層的應(yīng)力值。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)每個標(biāo)記的原始坐標(biāo)值和所述偏差值，計算所述薄膜層的應(yīng)力值包括：根據(jù)每個標(biāo)記的原始坐標(biāo)值和所述偏差值，計算所述薄膜層生長前后基片曲率半徑的變化，根據(jù)所述曲率半徑的變化計算所述薄膜層的應(yīng)力值。

進(jìn)一步地，所述方法還包括：根據(jù)每個標(biāo)記在基片表面的原始坐標(biāo)值和所述偏差值，計算薄膜層應(yīng)力在基片上的分布情況。

進(jìn)一步地，

所述在基片表面形成多個標(biāo)記包括：在基片表面通過光刻刻蝕工藝形成多個標(biāo)記；

和／或，所述記錄每個標(biāo)記在基片表面的原始坐標(biāo)值包括：利用光刻機(jī)測量并記錄每個標(biāo)記在基片表面的原始坐標(biāo)值；

和／或，所述測量生長薄膜層后的每個標(biāo)記的現(xiàn)有坐標(biāo)值包括：利用光刻機(jī)測量生長薄膜層后的每個標(biāo)記的現(xiàn)有坐標(biāo)值；

和／或，所述標(biāo)記的個數(shù)為8-15個；

和／或，所述標(biāo)記在基片表面的分布為：放射狀分布；或，環(huán)狀分布；或，散點分布。

進(jìn)一步地，

所述薄膜層的厚度為：1～10000nm。

另一方面，本發(fā)明還提供一種薄膜層應(yīng)力的測量系統(tǒng)，包括：標(biāo)記處理單元、薄膜生長單元、測量單元和應(yīng)力計算單元，標(biāo)記處理單元與薄膜生長單元和測量單元分別相連，測量單元還與應(yīng)力計算單元相連，其中：

標(biāo)記處理單元，用于在基片表面形成多個標(biāo)記；記錄每個標(biāo)記在基片表面的原始坐標(biāo)值；以及記錄生長薄膜層后的每個標(biāo)記的現(xiàn)有坐標(biāo)值；

薄膜生長單元，用于在做標(biāo)記的基片表面生長薄膜層，所述薄膜層覆蓋在所述基片和所述標(biāo)記上；

測量單元，用于得到所述標(biāo)記處理單元記錄的每個標(biāo)記現(xiàn)有坐標(biāo)值和原始坐標(biāo)值之間的偏差值；

應(yīng)力計算單元，用于根據(jù)每個標(biāo)記的原始坐標(biāo)值和所述偏差值，計算所述薄膜層的應(yīng)力值。

進(jìn)一步地，所述應(yīng)力計算單元包括：

曲率半徑計算子單元，用于根據(jù)每個標(biāo)記的原始坐標(biāo)值和所述偏差值，計算所述薄膜層生長前后基片曲率半徑的變化；

應(yīng)力值計算子單元，用于根據(jù)所述曲率半徑的變化計算所述薄膜層的應(yīng)力值。

進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括：分布計算單元，與測量單元相連，用于根據(jù)每個標(biāo)記在基片表面的原始坐標(biāo)值和所述偏差值，計算薄膜層應(yīng)力在基片上的分布情況。

進(jìn)一步地，