专利名称：低介电常数材料的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体测量技术，特别是一种低介电常数材料的测量方法，所述方法通过进行无机清洗(稀释的HF)或有机清洗(Ne14)除去在灰化处理中变成的氧化层后，便能利用光学测量系统简单快速地测量受损的低介电常数材料的厚度。
背景技术：
低介电常数材料(k＜3.0)已经用作下一代半导体金属互连的金属间介电材料(intermetallic dielectric，简写为IMD)，这是由于低介电常数材料可以降低电阻-电容(RC)延迟效应。特别是，为了实现半导体器件的高集成和高速度，在多种互连材料互换的同时必须要求使用低介电常数材料。
这是由于以下原因。第一，半导体器件的高速度必须要求降低RC信号延迟，其中RC信号表示互连材料的电阻与金属间介电材料的电容的乘积。第二，低介电常数材料的使用可以避免串扰(crosstalk)，因此电路可以密排(densely packed)，从而能实现高集成和微小尺寸的半导体器件。第三，目前半导体技术的趋势是降低半导体芯片的能耗以支持无线或移动互联网。在这方面，低介电常数材料扮演了降低半导体芯片能耗的重要角色。
然而，在形成金属互连的过程中，由于在进行将蚀刻处理后的光致抗蚀剂膜除去的灰化(ashing)处理时使用氧等离子(oxygen plasma)，因此低介电常数材料中的碳可能由于与氧反应而被除去。结果，低介电常数材料的表面变成氧化物(SiO2，k＝3.2～4.2)，从而使介电常数(k)增大。这样，变成氧化物的区域称为受损区域，在该受损区域中所述低介电常数材料被损坏。
因此，为了避免半导体器件的性能降低，必须减少低介电常数材料的受损区域。低介电常数材料的损坏程度可以通过傅里叶变换红外光谱(Fouriertransform infrared spectroscopy，简写为FTIR)、二次离子质谱(secondary ionmass spectroscopy，简写为SIMS)和俄歇电子能谱(Auger electronspectroscopy，简写为AES)测量。
然而由于在低介电常数材料的总厚度中，仅低介电常数材料表面的浅层厚度变成氧化物，所以采用红外波长的傅里叶变换红外光谱在精度和厚度定量上都存在问题。此外，采用二次离子质谱和俄歇电子能谱的测量方法也存在以下问题，即由于晶片必须切割，使得晶片很难再被利用，而且所述方法需要相对长的运送时间和分析时间，这是因为分析设备安装在制造装置的外部。
发明内容
因此，本发明旨在解决现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种测量低介电常数材料的方法，所述方法通过进行无机清洗(稀释的HF)或有机清洗(Ne14)除去在灰化处理中所变成的氧化层后，利用光学测量系统便能简单快速地测量受损的低介电常数材料的厚度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种低介电常数材料的测量方法，所述方法包括以下步骤在衬底上形成低介电常数材料；利用光学测量系统初步测量低介电常数材料的厚度；通过采用等离子的灰化工艺对形成有低介电常数材料的衬底进行处理，以使低介电常数材料的表面变成氧化物；对已进行灰化处理的衬底进行湿清洗，以除去形成在低介电常数材料表面处的变成所述氧化物的区域；利用光学测量系统再次测量形成在衬底上的低介电常数材料的厚度；以及比较利用光学测量系统测得的低介电常数材料厚度的初步测量值和再次测量值，以计算形成在低介电常数材料中的氧化层的厚度。
所述湿清洗包括无机清洗或有机清洗。优选地，所述无机清洗使用稀释比在10∶1至1000∶1范围内的氢氟酸。另外，该光学测量系统包括作为薄膜测量仪器的纳米光谱仪。
图1是示出形成有低介电常数材料的衬底的剖面图；图2是通过二次离子质谱测量的灰化处理后的低介电常数材料的分析结果曲线图；图3是通过俄歇电子能谱测量的灰化处理后的低介电常数材料的分析结果曲线图；图4是在灰化处理后当采用无机或有机清洗处理低介电常数材料时蚀刻的低介电常数材料量的图；图5是在灰化处理后当已用稀释的氢氟酸清洗低介电常数材料的情况下蚀刻的低介电常数材料的量和剩余的低介电常数材料的量的曲线图。
具体实施例方式
在下文中，将参考
本发明的优选实施例。
在本发明以下的说明中，本领域公知技术以及不直接涉及本发明的技术将被省略，以免重复并且可以使本发明的主题明确。在相同的方式中，一些部件在附图中被放大、省略或简化，而且实际应用时部件的大小可能与图中所示不同。
图1至图5为说明本发明优选实施例的低介电常数材料测量方法的截面图。
首先，参考图1，在衬底10上形成低介电常数材料20(k＜3.0)。然后，利用光学测量系统初步(primarily)测量低介电常数材料20的厚度。例如，可使用诸如纳米光谱仪(NanoSpec)之类的薄膜测量装置测量低介电常数材料20的厚度。
然后，利用等离子对形成有低介电常数材料20的衬底10进行灰化处理。在所述灰化处理中，供给氧(O2)气以形成等离子。这时，低介电常数材料20的表面变成介电常数(k)为3.2-4.2的氧化物(SiO2)20a，这是因为由于在灰化处理中形成氧等离子，低介电常数材料20中所含有的碳与氧结合，以使碳以二氧化碳的形式消失。因此，低介电常数材料20的所述表面变(deform)成氧化层20a，受损区域存在于该氧化层。
然后，利用无机溶液(稀释的HF)或有机溶液(Ne14)对衬底10进行湿清洗。这时，只有变成氧化层20a的区域将从形成于衬底10上的低介电常数材料20中被蚀刻掉。在无机清洗处理时，采用稀释比为10∶1至1000∶1的氢氟酸(fluoric acid，简写为HF)对低介电常数材料20进行12秒的蚀刻。另外，在有机清洗处理时，采用NE14对低介电常数材料20进行1分钟的蚀刻。这里，NE14是一种用作清洗溶液的有机溶剂，可以从Airproduct Company那里购得。
然后，利用该光学测量系统再次测量形成于衬底10上的低介电常数材料20的厚度。这里，通过比较形成于衬底10上的低介电常数材料20在灰化处理前后的厚度，可以获得从低介电常数材料20变成的氧化层20a的厚度。也就是说，可测量低介电常数材料20中的受损区域的厚度，其中所述低介电常数材料在进行灰化处理时受损。
当采用上述方法时，可以使用设置在半导体制造装置(Fab)中的光学测量系统，从而可简单快速地测量低介电常数材料的受损区域的厚度。而且，由于衬底没有被切割，所以衬底可以重复使用，从而降低了制造成本。
然后，利用二次离子质谱和俄歇电子能谱测量通过灰化处理变成氧化物的区域的厚度。
图2是示出利用二次离子质谱测量的在反应离子蚀刻(reactive ionetching，简写为RIE)处理和灰化处理后低介电常数材料中的碳量的曲线图。从碳曲线的分析结果来看，确定通过灰化处理的低介电常数材料的表面受损程度达1000，因此通过灰化处理使得碳量减少。
图3是示出利用俄歇电子能谱分析与图2相同的样品的组分浓度的曲线图。线30位于距离样品表面230附近，表示通过湿清洗处理除去的氧化物的量。可以看到，由于灰化处理，在低介电常数材料表面(350～400)存在大量氧组分。
图4是采用稀释比100∶1的氢氟酸(无机清洗)对氟掺杂的硅酸盐玻璃(fluorine doped silicate glass，简写为FSB)、正硅酸乙酯(tetraethyl orthosilicate，简写为TEOS)和低介电常数材料清洗12秒后和利用NE14(有机溶液)对FSB、TEOS和低介电常数材料清洗1分钟后的结果图。如图4所示，FSB和TEOS容易蚀刻而低介电常数材料被蚀刻得很少。根据这个结果，如果低介电常数材料在灰化处理时没有变成氧化物，则可认为低介电常数材料不被无机或有机清洗蚀刻。也就是说，清洗处理过程中低介电常数材料的蚀刻程度对应于灰化处理中由低介电常数材料变成氧化物的厚度。
图5是表示低介电常数材料已经用稀释比100∶1的氢氟酸清洗12秒后，除去的低介电常数材料的厚度和剩余的低介电常数材料的厚度的曲线图。如果利用氢氟酸清洗低介电常数材料，则在预定时间段以后，该低介电常数材料不会再被蚀刻。这时，低介电常数材料中的蚀刻区域的厚度约为230。也就是说，形成在低介电常数材料表面处并且变成氧化物的蚀刻区域的厚度为230。
根据本发明针对低介电常数材料的测量方法，可以简单快速地利用设置在半导体制造装置中的光学测量系统测量受损的低介电常数材料的厚度。
而且，根据本发明，由于在测量过程中不需要进行晶片切割，所以晶片可以再利用，使得制造成本降低。
尽管本发明已经通过参考其优选实施方式进行了描述，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神的和随附权利要求书所限定的本发明的范围内，可以对本发明的形式和细节进行各种变化。
权利要求
1.一种低介电常数材料的测量方法，该方法包括在衬底上形成低介电常数材料；利用光学测量系统初步测量该低介电常数材料的厚度；通过采用等离子的灰化工艺对形成有该低介电常数材料的所述衬底进行处理，以使该低介电常数材料的表面变成氧化物；对已进行灰化处理的衬底进行湿清洗，以除去在该低介电常数材料的该表面中形成的、变成所述氧化物的区域；利用该光学测量系统再次测量形成在该衬底上的低介电常数材料的厚度；以及比较利用该光学测量系统测得的该低介电常数材料厚度的初步测量值和再次测量值，以计算在该低介电常数材料中形成的所述氧化物的厚度。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述湿清洗包括无机清洗(稀释的HF)或有机清洗(Ne14)。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述无机清洗使用稀释比在10∶1至1000∶1范围内的氢氟酸。
4.如权利要求1所述的方法，其中该光学测量系统包括作为薄膜测量仪器的纳米光谱仪。
5.如权利要求1所述的方法，其中在所述灰化处理中采用的所述等离子是利用氧气生成的。
全文摘要
公开了一种低介电常数材料的测量方法。在用于除去蚀刻处理后的光致抗蚀剂膜的灰化处理中，因使用氧等离子，低介电常数材料表面受损并变成氧化物。为测量受损的低介电常数材料的厚度，利用光学测量系统初步测量形成于衬底上的低介电常数材料的厚度；利用等离子的灰化工艺对形成低介电常数材料的衬底处理，以使低介电常数材料的表面变成氧化物。灰化处理后，利用无机溶液或有机清洗溶液湿清洗衬底，以除去低介电常数材料中变成氧化物的区域。然后，利用光学测量系统再次测量低介电常数材料的厚度，比较初步测量和再次测量值，以计算氧化物的厚度。由于使用设置在半导体制造装置内的光学测量系统，所以可简单快速地测量受损的低介电常数材料的厚度。
文档编号H01L21/66GK1992189SQ20061015670
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月28日 优先权日2005年12月28日
发明者沈千万 申请人:东部电子股份有限公司