一種無損、快速tsv結構側壁形貌測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體領域，尤其是一種晶圓TSV結構側壁形貌測量方法。
【背景技術】
[0002]主導電子制造業(yè)的電子制造技術一直遵循著1965年提出的“摩爾定律”(集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目，每隔18個月就翻一倍)進行發(fā)展。但是在小型化、多功能、低成本和低功耗的持續(xù)推動下，當前二維(2D)電子制造中的特征尺寸日益接近物理極限，使得在單一芯片集成更高密度和更多功能的器件愈加困難，開發(fā)成本也急劇提高，于是出現(xiàn)了“超越摩爾(More than Moore)”的新概念。根據(jù)國際半導體技術路線圖(Internat1nalTechnology Roadmap of Semiconductor, ITRS)報告預測，從 2D 制造走向三維(3D)集成制造目前被認為是超越摩爾定律、提升器件性能和性價比的首選解決方案。
[0003]為了實現(xiàn)芯片3D集成，芯片需要進行垂直方向的互連，其中“硅通孔”(ThroughSilicon Via,TSV)的主要作用是將在豎直方向堆疊起來的芯片互連起來，起到信號導通和傳熱等作用。相對于傳統(tǒng)的引線互連方式，TSV互連路徑縮短，有利于減少信號延遲和功率損耗，同時增大了集成度和帶寬(在同樣的尺寸上可以集成更多的功能器件)。由此可見，TSV結構已經(jīng)成為3D集成技術的典型結構單元，因此開展針對TSV結構的研究，對實現(xiàn)以三維集成為代表的新一代微電子技術具有重要的意義。
[0004]由于TSV結構參數(shù)與制造工藝流程相關，目前主流的TSV制造工藝已經(jīng)明確:(1)在晶圓一側通過深反應離子刻蝕技術(Deep Reactive 1n Etching，DRIE)刻蝕TSV盲孔。為了改善后續(xù)工藝絕緣層沉積的臺階覆蓋率，一般TSV側壁刻成83?89度的輕微錐形；(2)在刻蝕完成的孔壁上利用低壓化學氣相沉積(Sem1-Atmosphere Chemical VaporDeposit1n, SACVD)或者低溫離子增強化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposit1n, PECVD)生成二氧化硅(S12)絕緣層；(3)在S1jl上通過物理氣相沉積(Physical Vapor Deposit1n, PVD)擴散阻擋層(Ti或者Ta或者其氮化物)，然后在阻擋層上再沉積一層銅(Cu)種子層；(4)用電鍍法將Cu填充進TSV孔；(5)退火工藝，以增大填充好的Cu的晶粒尺寸，并使其分布均勾;(6)化學機械法拋光(Chemical MechanicalPolishing，CMP)去除多余的Cu ;(7)將晶圓從另一側減薄，露出TSV的銅，使TSV盲孔變通孔。
[0005]為了實現(xiàn)上述TSV制作工藝流程，保證含有TSV結構器件的性能，TSV結構的幾何參數(shù)(側壁形貌)需要精確測量。例如，TSV刻蝕需要測量側壁的粗糙度，為后續(xù)薄膜沉積提供良好界面，減小側壁的粗糙度，能有效的減少漏電流，從而提高器件的電學性能，同時界面粗糙度影響界面的結合能力，對界面完整性及性能可靠性產(chǎn)生影響。
[0006]近年來，國內(nèi)外眾多研究人員從仿真模擬和實驗角度，對TSV結構的關鍵幾何參數(shù)(側壁形貌)的測量開展了大量的研究。
[0007]在TSV結構表面形貌測量方面，目前常用的掃描電鏡(SEM)可以獲得精確的測量結果，但是需要破壞器件做成樣品，測量效率較低和成本較高，對于大量的TSV測量比較困難，因此測量結果的統(tǒng)計規(guī)律很難發(fā)現(xiàn)。有文獻采用改進的聚焦離子束電鏡方法(FIB-SEM)，雖然提高了傳統(tǒng)電鏡測量的效率，但是該測試測量范圍過小，總體測量效率仍然偏低，另外需要破壞結構形成測試樣品。針對非破壞性無損測量，一些研究者采用光譜反射儀或白光干涉儀從刻蝕的晶圓正面進行測量，這些方法主要是針對TSV孔深度和直徑的測量，由于Si材料對可見光的不透光性，側壁的形貌無法利用這些方法進行測量。另有文獻利用Si材料對紅外光的可透光特性，采用紅外(IR)干涉儀從晶圓背面入射，測量從TSV孔底和晶圓正表面的反射光相位偏移，以獲得TSV的深度，但是該方法也無法測量TSV的側壁形貌；另有文獻嘗試利用改進的原子力顯微鏡(AFM)探針，測量深溝槽側壁的形貌，但是該方法測量效率較低，另外探針可能會帶來測量表面損傷。另外，還有文獻利用X射線層析成像(XCT)獲得TSV結構內(nèi)部信息，并通過圖像重構獲得三維信息，主要用于內(nèi)部缺陷檢測，但還沒有關于側壁形貌測量的報道。雖然，最近一些研究者提出離焦掃描光學顯微鏡(TSOM)技術，通過移動樣品在光學顯微鏡中的位置，收集樣品處于非焦平面的光學信號，形成能反映樣品3D形貌納米級的微小變化，但是最終的合成圖像是多參數(shù)耦合的結果，目前還沒有成熟的解耦方法(合成圖像的變化具體由哪個尺寸參數(shù)變化引起的不明確)，也有文獻嘗試利用TSOM技術測量TSV關鍵幾何尺寸，但是沒有給出準確結果，只是討論了潛在的可能性。由此可見，目前的研究工作在實現(xiàn)無損、快速的TSV的形貌測量方面仍顯不足，需要進一步研究，滿足在線無損測量的實用化需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種無損、快速的TSV結構側壁形貌測量方法。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
一種無損、快速的TSV結構側壁形貌測量方法，包括如下步驟:
步驟一、利用高分辨率IR顯微鏡，調(diào)節(jié)聚焦深度，選取多個焦平面；
步驟二、選定其中一個焦平面，并針對該焦平面所獲得的圖像，獲得圓心的位置；步驟三、計算邊緣輪廓到圓心的距離，獲得該焦平面圖像的邊緣到圓心的距離分布；步驟四、改變焦平面位置，重復步驟三，計算出每一個焦平面圖像的邊緣到圓心的距離分布，獲得在同一個旋轉角度下，邊緣在深度方向到圓心的距離分布；
步驟五、結合步驟四所得的計算結果，得到TSV結構側壁的三維形貌分布；
步驟六、通過統(tǒng)計計算，獲得TSV結構側壁的形貌測量。
[0010]其中，步驟二