专利名称：薄膜应力分布的检测方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种薄膜应力分布的检测方法。
背景技术：
半导体器件技术领域中，从宏观角度来说，薄膜产生应力的主要原因是薄膜同半导体器件基底之间的热收缩系数差异。所述薄膜在较高温度下，沉积在半导体器件基底之上时是没有应力的，但当薄膜冷却以后，由于薄膜同基底之间的热收缩系数有一定差异，从而表现出一定的应力。同时，薄膜还存在有一定的内应力，产生该内应力的主要原因是薄膜材料内部的晶格缺陷或者是非晶内部的畸变能，通常所说的薄膜应力是各个因素引起的应力分量的总 和。薄膜的应力对于半导体工艺来说是一个很重要的参数，一方面，不可控的应力会导致薄膜的龟裂、甚至是晶片的破裂等，而另一方面，人们同时也在利用薄膜的应力来增加器件的性能，例如高应力氮化硅蚀刻阻挡层，以及应力记忆技术等。因此，对于薄膜的应力检测，是很重要的。现有的检测薄膜应力的方法是通过测量晶片在沉积薄膜前后的曲率半径的差值，来计算获得薄膜的应力值，具体公式为=6(^77^'^，其中，σ为薄膜的应力，E为薄膜的杨氏模量，V为薄膜的泊松比，ts为基底厚度，tf为薄膜厚度，R1^ R2分别为薄膜沉积前后的曲率半径。然而，该方法只能给出薄膜的平均应力值，不能给出应力分布，对于实际中新产品的研发过程以及薄膜沉积工艺的检测来说是远远不够的。
发明内容
本发明的目的在于，解决现有的曲率半径测量法无法对薄膜不同位置进行应力检测的问题，实现对薄膜应力分布的控制。为解决上述技术问题，本发明提供一种薄膜应力分布的检测方法，包括利用沉积工艺，在不同的工艺参数下制成多个参考薄膜，测定每一所述参考薄膜的整体应力值和平均折光指数；根据所有参考薄膜的整体应力值和对应的平均折光指数制得标准应力值与平均折光指数关系曲线；制备待测薄膜，测量所述待测薄膜上不同位置的待检测点的折光指数，依据所述标准应力与折光指数关系曲线得到所述待测薄膜的各待检测点的应力值，并确定所述待测薄膜的应力分布。可选的，每一所述参考薄膜的整体应力值采用曲率半径法测定。可选的，测定每一所述参考薄膜的平均折光指数的步骤包括在每一所述参考薄膜上选定若干参考检测点；测定每一参考检测点的折光指数；根据所有参考检测点的折光指数获得所述参考薄膜的平均折光指数。可选的，所述参考检测点的数量大于等于9个。可选的,所述参考检测点的数量为49个。可选的，每一所述参考薄膜的参考检测点的位置与其他参考薄膜的参考检测点的位置均对应相同。可选的，所述沉积工艺为物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺。可选的，所述沉积工艺为等离子体加强化学气相沉积工艺。可选的，所述沉积工艺的工艺参数包括压力、温度、功率、沉积速率和反应气体中 的一种或其组合。可选的，所述标准应力与折光指数关系曲线根据统计学中线性相关的要求，通过线性拟合得到。可选的，在确定所述待测薄膜的应力分布后，还包括根据所述待测薄膜的应力分布，结合非均匀度公式获得所述待测薄膜的应力分布非均匀度。
最火值-最+值可选的，所述非均匀度公式为~TTTTi^'所述最大值为待测薄膜中待
J X干·到徽
检测点的应力值的最大值，所述待测薄膜中待检测点的应力值的最小值，所述待测薄膜中所有待检测点的应力值的平均值。可选的，所述参考薄膜的数量不少于3个。可选的，所述参考薄膜的材质与所述待测薄膜的材质相同。可选的，所述待测薄膜的材料为氮化硅、氮化钛、氧化硅、金属单质或金属化合物。与现有技术相比，本发明所述薄膜应力分布的检测方法具有以下优点I、相比于现有技术中单纯采用曲率半径测量法需要测量三次，以得到薄膜形成前的曲率半径、薄膜形成后的曲率半径以及薄膜厚度，本发明所述检测方法通过绘制标准应力与折光指数关系曲线后，对待测薄膜只需要测量一次折光指数即可，从而可以很快速的检测薄膜应力，简化测量过程，并缩短测量时间。2、现有技术中采用曲率半径测量法只能得到一个平均的薄膜应力值，不可对薄膜的应力分布进行检测，而本发明所述检测方法可通过测量待测薄膜的不同位置的应力值得到薄膜的折光指数分布，并进一步得到薄膜的应力分布状况，利用该检测方法，可以快速的得到薄膜应力分布及非均匀度，有利于薄膜的各个区域进行全面的检测控制。
图I为本发明一实施例的薄膜应力分布的检测方法的流程图；图2为本发明一实施例中参考薄膜的参考检测点的分布位置示意图；图3为本发明一实施例中绘制的标准应力与折光指数关系曲线。
具体实施例方式下面将结合示意图对本发明的薄膜应力分布的检测方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本发明的核心思想在于，通过在不同的工艺参数下制成多个参考薄膜，测定每一参考薄膜的整体应力值和平均折光指数，并绘制标准应力与折光指数关系曲线；制备待测薄膜，分别测量待测薄膜上不同位置上待检测点的折光指数，并依据所述标准应力与折光指数关系曲线得到待测薄膜的各待检测点的应力值，并确定所述待测薄膜的应力分布。请参考图1，图I为本发明薄膜应力分布的检测方法的流程图，其包括如下步骤步骤SI，利用沉积工艺，在不同的工艺参数下制成多个参考薄膜，测定每一所述参 考薄膜的整体应力值和平均折光指数。在所述步骤SI中，所述沉积工艺可以为物理气相沉积工艺(PVD)或化学气相沉积工艺(CVD )。本实施例中选择化学气相沉积中的等离子体加强化学气相沉积工艺(PECVD )，该等离子体加强化学气相沉积工艺具有低温、低压、高沉积速率以及能控制沉积薄膜的应力等优点。其中，所述沉积工艺的工艺参数包括反应气体、压力、温度、功率和沉积速率等，反应气体可以根据工艺的具体要求而定。应该注意的是，所述氮化硅参考薄膜之间以及与氮化硅待测薄膜之间的区别仅在于它们的形成过程中采用了不同的工艺参数。每一所述参考薄膜的整体应力值可以采用曲率半径法测定。测定每一所述参考薄膜的平均折光指数的步骤包括在每一所述参考薄膜上选定若干参考检测点；测定每一参考检测点的折光指数；根据所有参考检测点的折光指数获得所述参考薄膜的平均折光指数。采用上述方法获得平均折光指数，在每个参考薄膜上选择应尽可能多的选取参考检测点，一般应不少于9个，较佳的可以选择49个参考检测点，且选取的参考检测点的位置尽量全面、均匀地分布于参考薄膜上，以提高平均折光指数的准确度。此外，每一所述参考薄膜的参考检测点的位置与其他参考薄膜的参考检测的点的位置均对应相同。所述参考薄膜的材料的选择与待测薄膜的材料相一致，所述参考薄膜的材料为氮化硅、氮化钛、氧化硅、金属单质或金属化合物，以下以参考薄膜的材料为氮化硅为例详细说明薄膜应力分布的检测方法，其他例如铜单质层等亦可作为本发明中参考薄膜和待测薄膜的材料。此外，为提高准确度，所述参考薄膜的数量不少于3个，例如参考薄膜的数量为4个。在较佳的实施例中，参见图2，选择4组氮化硅材质的参考薄膜100，每一参考薄膜100上选择49个参考检测点200。首先,通过沉积工艺在不同的工艺参数下制成4组氮化硅参考薄膜100，采用曲率半径法测量这4组氮化硅参考薄膜100的整体应力，得到4个整体应力值；然后，用椭圆偏振光法测量这4组氮化硅参考薄膜100的折光指数，每组氮化硅参考薄膜100在不同位置取49个参考检测点200，并计算出这49个参考检测点200的平均折光指数，得到4个平均折光指数；最后，由4个整体应力值和4个平均折光指数得到对应的4组整体应力值与平均折光指数数据。表I中列举了本实施例的4组参考薄膜100上参考检测点200的折光指数、参考薄膜100的平均折光指数和整体应力值。结合表I和图2，每组参考薄膜100具有49个参考检测点200，对应获得49个折光指数，根据该49个折光指数的数值算出该参考薄膜100的平均折光指数，共得到4组平均折光指数。表I
权利要求
1.一种薄膜应力分布的检测方法，包括 利用沉积工艺，在不同的工艺参数下制成多个参考薄膜，测定每一所述参考薄膜的整体应力值和平均折光指数； 根据所有参考薄膜的整体应力值和对应的平均折光指数制得标准应力值与平均折光指数关系曲线； 制备待测薄膜，测量所述待测薄膜上不同位置的待检测点的折光指数，依据所述标准应力与折光指数关系曲线得到所述待测薄膜的各待检测点的应力值，并确定所述待测薄膜的应力分布。
2.如权利要求I所述的薄膜应力分布的检测方法，其特征在于，每一所述参考薄膜的整体应力值采用曲率半径法测定。
3.如权利要求I所述的薄膜应力分布的检测方法，其特征在于，测定每一所述参考薄膜的平均折光指数的步骤包括 在每一所述参考薄膜上选定若干参考检测点； 测定每一参考检测点的折光指数； 根据所有参考检测点的折光指数获得所述参考薄膜的平均折光指数。
4.如权利要求3所述的薄膜应力分布的检测方法，其特征在于，所述参考检测点的数量大于等于9个。
5.如权利要求4所述的薄膜应力分布的检测方法，其特征在于，所述参考检测点的数量为49个。
6.如权利要求3所述的薄膜应力分布的检测方法，其特征在于，每一所述参考薄膜的参考检测点的位置与其他参考薄膜的参考检测点的位置均对应相同。
7.如权利要求I所述的薄膜应力分布的检测方法，其特征在于，所述沉积工艺为物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺。
8.如权利要求7所述的薄膜应力分布的检测方法，其特征在于，所述沉积工艺为等离子体加强化学气相沉积工艺。
9.如权利要求7所述的薄膜应力分布的检测方法，其特征在于，所述沉积工艺的工艺参数包括压力、温度、功率、沉积速率和反应气体中的一种或其组合。
10.如权利要求I所述的薄膜应力分布的检测方法，其特征在于，所述标准应力与折光指数关系曲线根据统计学中线性相关的要求，通过线性拟合得到。
11.如权利要求I所述的薄膜应力分布的检测方法，其特征在于，在确定所述待测薄膜的应力分布后，还包括根据所述待测薄膜的应力分布，结合非均匀度公式获得所述待测薄膜的应力分布非均匀度。
12.如权利要求11所述的薄膜应力分布的检测方法，其特征在于，所述非均匀度公式为
13.如权利要求I至12任意一项中所述的薄膜应力分布的检测方法，其特征在于，所述参考薄膜的数量不少于3个。
14.如权利要求I至12任意一项所述的薄膜应力分布的检测方法，其特征在于，所述参考薄膜的材质与所述待测薄膜的材质相同。
15.如权利要求I至12任意一项所述的薄膜应力分布的检测方法，其特征在于，所述待测薄膜的材料为氮化硅、氮化钛、氧化硅、金属单质或金属化合物。
全文摘要
本发明揭示了一种薄膜应力分布的检测方法，该薄膜应力分布的检测方法包括利用沉积工艺，在不同的工艺参数下制成多个参考薄膜，测定每一所述参考薄膜的整体应力值和平均折光指数；根据所有参考薄膜的整体应力值和对应的平均折光指数制得标准应力值与平均折光指数关系曲线；制备待测薄膜，测量所述待测薄膜上不同位置的待检测点的折光指数，依据所述标准应力与折光指数关系曲线得到所述待测薄膜的各待检测点的应力值，并确定所述待测薄膜的应力分布。本发明仅需测量一次待测薄膜的折光指数就可获得待测薄膜的应力分布状况，有利于对薄膜沉积进行检测控制。
文档编号G01L1/24GK102818664SQ201210138179
公开日2012年12月12日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者徐强 申请人:上海华力微电子有限公司