[发明专利]一种薄膜应力分布的监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅半导体器件技术领域，特别涉及一种薄膜应力分布的监测方法。

背景技术

薄膜应力主要产生于薄膜(介质层、金属层等)相对于基底的形变能。例如，高温下进行薄膜沉积，温度降到常温时，由于薄膜和基底的热膨胀系数不同，必然导致薄膜相对于基底的形变能，此时基底会因为薄膜应力的存在而发生弯曲，这种形变能产生的应力大于薄膜在基底上的吸附力时，薄膜就会脱落。除了形变能外，薄膜还存在一些内应力，其产生原因主要是薄膜材料内部的晶格缺陷或者非晶内部的畸变能。一般，薄膜最终存在的应力是各种因素所引起的应力分量的总和，包括内应力、由于薄膜与基底热膨胀系数不同以及沉积与测量时的温差而引起的应力、由晶态或体积变化或外加载荷作用引起的应力以及水份吸收等物理化学现象引起的应力等。薄膜应力又可以分为压应力和张应力，压应力的薄膜产生伸张力，张应力的薄膜产生收缩力。应力是薄膜的重要参数，高应力(包括压应力和张应力)可能导致薄膜的开裂(例如45度角处的开裂)、金属连线空洞甚至对基底的破坏，同时在先进工艺中，薄膜的应力有利于提高驱动电流。因此，对薄膜应力分布的监测显得尤为重要。

现有技术中，通常通过量测曲率半径来测得薄膜应力，以下简称“曲率半径量测法”。其中，薄膜可通过各种工艺形成，例如通过沉积工艺加上紫外线固化(UV curing)工艺形成。在该方法中，先后测得薄膜形成前的曲率半径(radiusof curvature)R1、薄膜形成后的曲率半径R2以及薄膜厚度t(一般为平均厚度)，然后根据以下公式计算得到薄膜应力：

σ=E1-vh26t(1R2-1R1),]]>

其中，σ为薄膜应力，单位为Pa；E为基底的杨氏模数(Young’s Modulus)，单位为Pa；v为基底的泊松比率(Poisson’s Ratio)；h为基底厚度，单位为μm；R1、R2以及t的单位亦为μm。然而，对于某一待测薄膜，利用曲率半径量测法只能得到一个平均的薄膜应力值，这远远无法满足对于薄膜应力分布的监测需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄膜应力分布的监测方法，可以得到待测薄膜的不同位置的应力值，实现对薄膜应力分布的监测。

本发明提供一种薄膜应力分布的监测方法，其包括：步骤1，通过沉积工艺和紫外线固化工艺形成参考薄膜，其中，采用曲率半径量测法测得所述参考薄膜的应力值，而且，在沉积工艺后和紫外线固化工艺后分别测得所述参考薄膜的第一平均厚度值和第二平均厚度值，并根据该第一平均厚度值和第二平均厚度值计算所述参考薄膜的平均收缩率；步骤2，改变沉积工艺和紫外线固化工艺的工艺参数后再执行步骤1，如此重复至少三次以得到对应的一组应力值和一组平均收缩率；步骤3，根据所述对应的一组应力值和一组平均收缩率绘制标准应力-收缩率关系曲线；步骤4，监测待测薄膜时，通过沉积工艺和紫外线固化工艺形成所述待测薄膜，其中，在沉积工艺后测量所述待测薄膜的不同位置的第一厚度值，而在紫外线固化工艺后测得对应位置的第二厚度值，并根据所述不同位置的第一厚度值和第二厚度值计算对应的收缩率以得到所述待测薄膜的收缩率分布，然后依据所述标准应力-收缩率关系曲线得到所述待测薄膜的应力值和应力分布。

进一步的，收缩率的计算公式为：