專利名稱：一種薄膜應(yīng)力分布的監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種薄膜應(yīng)力分布的監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
薄膜應(yīng)力主要產(chǎn)生于薄膜(介質(zhì)層、金屬層等)相對于基底的形變能。例如，高溫 下進(jìn)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(shù)不同，必然導(dǎo)致薄膜相對 于基底的形變能，此時基底會因為薄膜應(yīng)力的存在而發(fā)生彎曲，這種形變能產(chǎn)生的應(yīng)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(nèi)應(yīng)力，其產(chǎn) 生原因主要是薄膜材料內(nèi)部的晶格缺陷或者非晶內(nèi)部的畸變能。一般，薄膜最終存在的應(yīng) 力是各種因素所引起的應(yīng)力分量的總和，包括內(nèi)應(yīng)力、由于薄膜與基底熱膨脹系數(shù)不同以 及沉積與測量時的溫差而引起的應(yīng)力、由晶態(tài)或體積變化或外加載荷作用引起的應(yīng)力以及 水份吸收等物理化學(xué)現(xiàn)象引起的應(yīng)力等。薄膜應(yīng)力又可以分為壓應(yīng)力和張應(yīng)力，壓應(yīng)力的 薄膜產(chǎn)生伸張力，張應(yīng)力的薄膜產(chǎn)生收縮力。應(yīng)力是薄膜的重要參數(shù)，高應(yīng)力(包括壓應(yīng)力 和張應(yīng)力)可能導(dǎo)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(jìn)工藝中，薄膜的應(yīng)力有利于提高驅(qū)動電流。因此，對薄膜應(yīng)力分布的監(jiān)測顯 得尤為重要。現(xiàn)有技術(shù)中，通常通過量測曲率半徑來測得薄膜應(yīng)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)Rl、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(jù)以下公式計算得到薄膜應(yīng) 力
權(quán)利要求
1.一種薄膜應(yīng)力分布的監(jiān)測方法，其特征在于，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(yīng)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(jù)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(shù)后再執(zhí)行步驟1，如此重復(fù)至少三 次以得到對應(yīng)的一組應(yīng)力值和一組平均收縮率；步驟3，根據(jù)所述對應(yīng)的一組應(yīng)力值和一組平均收縮率繪制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力-收縮率關(guān)系曲線； 步驟4，監(jiān)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(yīng) 位置的第二厚度值，并根據(jù)所述不同位置的第一厚度值和第二厚度值計算對應(yīng)的收縮率以 得到所述待測薄膜的收縮率分布，然后依據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力-收縮率關(guān)系曲線得到所述待測 薄膜的應(yīng)力值和應(yīng)力分布。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜應(yīng)力分布的監(jiān)測方法，其特征在于，收縮率的計算公式為 其中，S為收縮率，Tl為第一厚度值，Τ2為第二厚度值。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜應(yīng)力分布的監(jiān)測方法，其特征在于，步驟3中通過線性擬合 得到標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力-收縮率關(guān)系曲線，其滿足統(tǒng)計學(xué)中線性相關(guān)的要求。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜應(yīng)力分布的監(jiān)測方法，其特征在于，還包括根據(jù)所述待測 薄膜的應(yīng)力分布以及標(biāo)準(zhǔn)方差計算公式得到所述待測薄膜的應(yīng)力分布非均勻度。
5.如權(quán)利要求1所述的薄膜應(yīng)力分布的監(jiān)測方法，其特征在于，沉積工藝和紫外線固 化工藝的工藝參數(shù)包括反應(yīng)氣體、溫度、功率以及時間。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項所述的薄膜應(yīng)力分布的監(jiān)測方法，其特征在于，沉積工藝 為等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄膜應(yīng)力分布的監(jiān)測方法，通過多次形成參考薄膜得到對應(yīng)的一組應(yīng)力值和一組平均收縮率以繪制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力-收縮率關(guān)系曲線；監(jiān)測待測薄膜時，在沉積工藝后和紫外線固化工藝后分別測量待測薄膜的不同位置的厚度，從而據(jù)此計算對應(yīng)的收縮率以得到待測薄膜的收縮率分布，并根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力-收縮率關(guān)系曲線得到待測薄膜的應(yīng)力分布；此外，根據(jù)待測薄膜的應(yīng)力分布還可以得到應(yīng)力分布非均勻度，這都有利于薄膜出現(xiàn)問題時的分析和處理。
文檔編號G01L1/00GK102141450SQ20101010237
公開日2011年8月3日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者王禎貞 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司