一种检测膜层应力的方法

摘要

本发明公开了一种检测膜层应力的方法，该方法包括：A、在所提供的膜层上沉积设定压力的金属层，得到检测结构；B、在膜层的布线方向对该检测结构进行裂片，采用扫描电子显微镜检测该裂片；C、确定该裂片中膜层的弯曲度为设定的弯曲度范围时，将所设定的压力作为该膜层的应力。该方法在检测膜层应力的过程中，比较简单且检测准确。

权利要求

1.一种检测膜层应力的方法，该方法包括：

A、在所提供的膜层上沉积设定压力的金属层，得到检测结构；

B、在膜层的布线方向对该检测结构进行裂片，采用扫描电子显微镜检测该裂片；

C、确定该裂片中膜层的弯曲度为设定的弯曲度范围时，将所设定的压力作为该膜层的应力；所述检测结构包括：在半导体器件的硅衬底上依次沉积氧化层、铜层、铜阻挡层、所提供的膜层及设定压力的金属层，所述设定压力的金属层为铝层。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测结构包括：在半导体器件的硅衬底上依次沉积的氧化层、所提供的膜层、铜阻挡层、氧化层及设定压力的金属层，所述设定压力的金属层为铝层。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述膜层的特征尺寸为100微米时，所述铜层的特征尺寸为30～40微米，铝层的特征尺寸为50～60微米，铜阻挡层的特征尺寸为30～40微米。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述铜阻挡层为氮化钛层。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述膜层为低介电常数层、二氧化硅层或氮化硅层；

所述膜层的结构为图案化的膜层或非图案化的膜层。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：确定该裂片中膜层的弯曲度比设定的弯曲度范围低时，则增加所述金属层的厚度，以增加设定的压力，再执行步骤A、B和C；

确定该裂片中膜层的弯曲度比设定的弯曲度范围高时，降低所述金属层的厚度，以减小设定的压力，再执行步骤A、B和C。

7.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述弯曲度范围为0～1度。

说明书

一种检测膜层应力的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体领域的检测技术，特别涉及一种检测膜层应力的方法。

背景技术

[0002] 在半导体技术的制作过程中，需要制作很多膜层，比如层间介质层等，在制作完膜层后，就需要对膜层的应力进行检测，以确定该膜层是否符合半导体设计要求。

[0003] 目前，对膜层的应力检测采用的是四点弯曲检测法。

[0004] 具体地说，按照要检测膜层的物理特性，设置膜层断裂位置与膜层应力之间的对应关系，画出对应的曲线图，其中，膜层应力为纵坐标，膜层断裂位置为横坐标；

[0005] 然后，在膜层下方两端放置两个支点，在膜层上方两端也分别放置两个支点，膜层的一端上下方两个支点的距离设置为l，支点的宽度与膜层同宽，然后在膜层的上方两个支点上逐渐增加负载，直到膜层断裂，然后根据对应的曲线图得到膜层的断裂位置对应的应力，作为该膜层的应力。

[0006] 但是，采用上述这种方式对膜层的应力进行检测存在着以下缺点：

[0007] 首先，在实际检测过程中，膜层的断裂位置与应力之间的对应关系，并不完全依据膜层的物理特性，也就是说，在膜层上实际附加负载使得膜层断裂的位置，并不一一对应与设置的膜层断裂位置，从而造成了所测试膜层的应力的不准确性；

[0008] 最后，所设置的膜层断裂位置与所承载负载之间的对应关系是针对同一材料的膜层，不同材料的膜层需要根据其物理特性，设置不同的对应关系，目前还没有一个标准的膜层断裂位置与所有材料的膜层应力之间的对应关系。

[0009] 综上，采用四点弯曲检测法检测膜层的应力方法，比较繁琐且检测不准确。

发明内容

[0010] 有鉴于此，本发明提供一种检测膜层应力的方法，该方法在检测膜层应力的过程中，比较简单且检测准确。

[0011] 为达到上述目的，本发明实施的技术方案具体是这样实现的：

[0012] 一种检测膜层应力的方法，该方法包括：

[0013] A、在所提供的膜层上沉积设定压力的金属层，得到检测结构；

[0014] B、在膜层的布线方向对该检测结构进行裂片，采用扫描电子显微镜检测该裂片；

[0015] C、确定该裂片中膜层的弯曲度为设定的弯曲度范围时，将所设定的压力作为该膜层的应力。

[0016] 所述检测结构包括：

[0017] 在半导体器件的硅衬底上依次沉积的氧化层、铜层、铜阻挡层、所提供的膜层及设定压力的金属层，所述设定压力的金属层为铝层。

[0018] 所述检测结构包括：

[0019] 在半导体器件的硅沉积上依次沉积的氧化层、所提供的膜层、铜阻挡层、氧化层及设定压力的金属层，所述设定压力的金属层为铝层。

[0020] 所述膜层的特征尺寸为100微米时，所述铜层的特征尺寸为30～40微米，铝层的特征尺寸为50～60微米，铜阻挡层的特征尺寸为30～40微米。

[0021] 所述铜阻挡层为氮化钛层。

[0022] 所述膜层为低介电常数层、二氧化硅层或氮化硅层；

[0023] 所述膜层的结构为图案化的膜层或非图案化的膜层。

[0024] 该方法还包括：

[0025] 确定该裂片中膜层的弯曲度比设定的弯曲度范围低时，则增加所述金属层的厚度，以增加设定的压力，再执行步骤A、B和C；

[0026] 确定该裂片中膜层的弯曲度比设定的弯曲度范围高时，降低所述金属层的厚度，以减小设定的压力，再执行步骤A、B和C。

[0027] 所述弯曲度范围为0～1度。

[0028] 由上述技术方案可见，本发明所提供的检测膜层应力的方法，采用在膜层上沉积具有设定压力的金属层，然后对得到的该结构在布线方向上进行裂片后，将裂片采用扫描电子显微镜(SEM)检测其裂片中膜层的弯曲度，当弯曲度为所设定的弯曲度范围时，则膜层的应力就相等于金属层所设定的压力。本发明在检测膜层应力的过程中是根据金属层的压力和直观检测到的膜层的弯曲度确定最终膜层的应力的，相比于现有技术的采用四点弯曲检测法检测膜层的应力方法，方便且检测准确。

附图说明

[0029] 图1为本发明提供的检测膜层应力的方法实施例一流程图；

[0030] 图2为本发明提供的按照图1所述方法得到的结构剖面示意图；

[0031] 图3为本发明提供的检测膜层应力的方法实施例二流程图；

[0032] 图4为本发明提供的按照图3所述方法得到的结构剖面示意图。

具体实施方式

[0033] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

[0034] 现有技术的采用四点弯曲检测法检测模块的应力方法，繁琐的原因就是需要针对不同材料的膜层设置不同材料的膜层的断裂位置与应力之间的对应关系，然后才能对对应材料的膜层进行检测，也就是说，所设置的膜层的断裂位置与应力之间的对应关系在使用时不具备重复性；检测不准确的原因就是，所得到的膜层的断裂位置与应力之间的对应关系是根据膜层的物理特性理论计算的，这与实际所制作出膜层的物理特性并不完全相同，导致当对膜层施加负载致使其断裂时，其断裂位置并不在该对应关系中的断裂位置，最终导致得到的膜层应力也不准确。

[0035] 为了克服这个问题，本发明使用在膜层上沉积金属层后，根据所沉积金属层的压力确定膜层的应力方式。具体地说，就是在膜层上沉积具有设定压力的金属层，然后对得到的该结构在布线方向上进行裂片后，将该裂片采用扫描电子显微镜下检测其裂片中膜层的弯曲度，当弯曲度为所设定的弯度范围时，则膜层的应力就相等于金属层所设定的压力。

[0036] 在本发明中，膜层可以为二氧化硅层、氮化硅层或低介电常数层，其中，低介电常数层采用低介电常数材料，例如含有硅、氧、碳和氢元素的类似氧化物的黑钻石(black diamond，BD)等。

[0037] 在本发明中，在膜层上沉积的金属层为铝层，在沉积过程中有两种方式，以下分别进行说明。

[0038] 图1为本发明提供的检测膜层应力的方法实施例一流程图，在该过程中，要测试应力的膜层为低介电常数层，其具体步骤为：

[0039] 步骤101、在半导体器件的硅衬底100上沉积氧化层101；

[0040] 步骤102、在氧化层101上沉积铜层102及铜的阻挡层103；

[0041] 在本步骤中，所沉积的铜层102为的是在进行后续裂片过程中，不会使得要测试应力的膜层变形；

[0042] 铜的阻挡层103则保证后续沉积的要测试应力的膜层不扩散到铜层102中，可以为氮化钛层；

[0043] 在本步骤中，对于特征尺寸为100微米的半导体器件，铜层102及铜的阻挡层103的范围为30～40微米；

[0044] 步骤103、在铜的阻挡层103上沉积低介电常数层104；

[0045] 在该步骤中，沉积低介电常数层104的特征尺寸为100微米；

[0046] 步骤104、在低介电常数层104上沉积铝层105；

[0047] 在本步骤中，根据预估测试的低介电常数层104的应力，确定沉积铝层105的厚度，其铝层105的厚度与其施加在低介电常数104的压力成正比，确定所沉积铝层105的压力(根据理论值预先获知)；

[0048] 在本步骤中，所沉积的铝层105的特征尺寸为50～60微米；

[0049] 步骤105、以低介电常数层104的布线方向对步骤101～步骤104得到的结构进行裂片后，采用SEM检测，确定低介电常数层104的弯曲度是否为设定的弯曲度范围，如果是，则执行步骤106；如果否，则执行107；

[0050] 在本步骤中，步骤101～步骤104得到的结构如图2所示；

[0051] 在本步骤中，设定的弯曲度范围为大于0度小于1度；

[0052] 步骤106、以铝层105的压力作为低介电常数层104的应力；

[0053] 步骤107、当低介电常数层104的弯曲度小于设定的弯曲度范围时，则增厚沉积铝层105，再次按照步骤101～105执行；当低介电常数层104的弯曲度大于设定的弯曲度范围时，则减少沉积铝层105的厚度，再次按照步骤101～105执行，最终得到低介电常数层104的应力。

[0054] 图3为本发明提供的检测膜层应力的方法实施例二流程图，在该过程中，其具体步骤为：

[0055] 步骤301、在半导体器件的硅衬底100上沉积氧化层101；

[0056] 步骤302、在氧化层101上沉积膜层302；

[0057] 在本步骤中，膜层102可以为二氧化硅层，特征尺寸为100微米；

[0058] 步骤303、在膜层302上沉积铜的阻挡层303；

[0059] 在本步骤中，铜的阻挡层303的沉积保证上层金属层的扩散，可以为氮化钛层；

[0060] 在本步骤中，铜的阻挡层303的范围为30～40微米；

[0061] 步骤304、在铜的阻挡层303上依次沉积氧化层304及铝层305，得到如图4所示的结构；

[0062] 在本步骤中，根据预估测试的膜层302的应力，确定沉积铝层305的厚度，其铝层305的厚度与其施加在膜层302的压力成正比，确定所沉积铝层305(根据理论值预先获知)；

[0063] 在本步骤中，所沉积的铝层305的特征尺寸为50～60微米；

[0064] 步骤305、以膜层302的布线方向对图4所示的结构进行裂片，采用SEM检测，确定膜层302的弯曲度是否为设定的弯曲度范围，如果是，如果是，则执行步骤306；如果否，则执行307；

[0065] 在本步骤中，设定的弯曲度范围为大于0度小于1度；

[0066] 步骤306、以铝层305的压力作为膜层302的应力；

[0067] 步骤307、当膜层302的弯曲度小于设定的弯曲度范围时，则增厚沉积铝层305，再次按照步骤301～305执行；当膜层302的弯曲度大于设定的弯曲度范围时，则减少沉积铝层305的厚度，再次按照步骤301～305执行，最终得到膜层302的应力。

[0068] 采用图1或图2所示的方法，就可以准确且简便地测试出膜层的应力了。另外，本发明不仅仅可以对没有图形的膜层进行应力的测试，还可以对已经图案化的膜层进行应力测试，测试方法也采用图1或图2的方法，只不过沉积膜层后，还要采用现有技术对膜层进行图案化：在膜层上涂覆光刻胶，采用具有膜层图形的掩膜对光刻胶层进行曝光显影后，得到具有膜层图形的光刻胶，最后以具有膜层图形的光刻胶为掩膜对膜层刻蚀，得到图案化的膜层。最后再在其上沉积金属，进行应力测试。

[0069] 以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。