[发明专利]一种测量微纳米金属互连线残余变形的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量微纳米金属互连线残余变形的方法，属于变形测量、光测力学领域。

背景技术

金属互连线广泛存在于半导体集成电路及微机电系统中，随着对微器件性能要求的日益提高，金属互连线的宽度也越来越小，可从几十微米到几十纳米。由于微纳米金属互连线、基底、绝缘层之间存在热膨胀系数的差异，微纳米金属互连线在制备过程中会产生难以消除的预应力，称为残余应力。这种预先存在的残余应力容易引起微纳米金属互连线在使用过程中的电迁移现象，若残余应力过大则微纳米金属互连线很容易失效，因此在微纳米金属互连线使用前，如何评估其内部的残余应力大小引起人们的关注。准确地评估微纳米金属互连线内部的残余应力，可为合理地制定能减小残余应力的退火工艺提供指导。

评估金属薄膜包括薄膜导线的内部残余应力的常用方法是X射线衍射法，然而这种方法的适用条件是X光束的光斑直径小于所测物体的横向和纵向尺寸，而目前X光束的光斑所能达到的最小尺寸为1微米，实际操作中通常只能达到几十微米，难以适于目前越来越细的微纳米金属互连线。用于测量薄膜残余应力的基底曲率测量法要求基底为圆片状或长方条形，且薄膜要覆盖基底，对于微纳米金属互连线较难适用。因此需要寻找新的方法评估微纳米金属互连线内部的残余应力，由于应力与变形存在一定的对应关系，若能准确地测量出微纳米金属互连线由于残余应力释放而引发的残余变形，则可根据本构关系结合有限元计算出微纳米金属互连线内部的残余应力，因而测量微纳米金属互连线的残余变形具有非常重要的意义。

释放残余应力的方法主要有钻孔法和裂纹法，钻孔法释放孔周围各个方向的残余应力，裂纹法释放垂直于裂纹长度方向的残余应力，在微纳米金属互连线这种细长结构中，人们主要关心微纳米金属互连线的轴向残余应力，故裂纹法更适于用来释放微纳米金属互连线内部的残余应力。制作微纳米尺度裂纹的技术目前主要是聚焦离子束刻蚀法，该方法定位精度高、操作简单、刻蚀深度精确。

发明内容

本发明旨在针对在半导体集成电路中广泛使用的微纳米金属互连线，提出一种测量微纳米金属互连线残余应变的方法，对于宽度和厚度从纳米量级到毫米量级的金属互连线，均能进行原位测量。

本发明的技术方案如下：

一种测量微纳米金属互连线残余变形的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)把沉积在基底上的微纳米金属互连线试样放置于聚焦离子束系统的平台上，选择一根微纳米金属互连线的一个区域作为研究对象；

2)在微纳米金属互连线表面通过聚焦离子束辐照制作散斑或利用聚焦离子束刻蚀单向光栅，将散斑或单向光栅作为微纳米金属互连线上的微纳米标记；之后采集散斑或单向光栅的图像，作为裂纹刻蚀前的微纳米标记图像；

3)通过聚焦离子束系统中的聚焦离子束在微纳米金属互连线上的微纳米标记区域刻蚀一条垂直于轴向的贯穿裂纹，以释放微纳米金属互连线内部的轴向残余应力，再采集裂纹刻蚀后微纳米金属互连线上的微纳米标记图像；

4)在微纳米金属互连线的裂纹附近选择一个计算区域，使计算区域的一条边为裂纹的边缘，用数字图像相关法分析微纳米金属互连线上裂纹刻蚀前、后的微纳米标记图像，并计算微纳米金属互连线在裂纹附近由于轴向残余应力释放而产生的变形，即为微纳米金属互连线的残余变形。

本发明的技术特征还在于：在所选择的微纳米金属互连线上用聚焦离子束制作微纳米标记、刻蚀裂纹、采集图像均在聚焦离子束系统中原位进行；若微纳米标记为散斑，聚焦离子束的辐照遍数为4～8；若微纳米标记为单向光栅，单向光栅的主方向与微纳米金属互连线的轴向平行，单向光栅的频率为1000l/mm～10000l/mm。

在微纳米金属互连线上刻蚀的裂纹深度与微纳米金属互连线的厚度相等，裂纹宽度为30nm～50nm。

本发明与现有技术相比，具有以下显著优点及突出性效果：利用聚焦离子束辐照法制作散斑，工艺简单便捷；利用聚焦离子束刻蚀裂纹，裂纹的长宽深可精确控制，空间定位准确；测量过程中的微纳米标记制作、裂纹刻蚀、图像采集均在聚焦离子束系统中原位进行，操作简单；采用数字图像相关软件处理采集的微纳米标记图像，将裂纹边缘作为计算区域的一条边，数据处理方便，测量精度高；该方法非接触、对于长度和宽度从纳米量级到毫米量级的微纳米金属互连线均适用，当微纳米金属互连线的长度和宽度改变时，只需调整聚焦离子束系统的放大倍数及刻蚀参数即可。

附图说明

图1为微纳米金属互连线试样及测试平台的结构示意图。

图2为裂纹刻蚀后微纳米金属互连线的俯视示意图。