[发明专利]一种用于表征低介电常数介质材料损伤的检测方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及半导体制造技术领域，更确切地说，本发明涉及一种半导体制造过程中用于表征低介电常数介质材料损伤的检测方法。 

背景技术

随着半导体尺寸的不断缩小，信号延迟成为提高集成电路芯片性能的主要障碍，而低介电常数介质材料的引入有效地降低了金属互连导线上的信号延迟，使得芯片性能得到很大提升。目前的低介电常数介质材料一般是非致密的掺杂碳或氮的氧化硅或旋涂有机聚合物，其性能决定了其结构中必然存在大量的疏松或孔洞结构，而且介电常数越小，孔隙率越高，因此结构也就越疏松，更容易被损伤。在芯片的生产过程中，刻蚀和去胶工艺都必然会对其有一定的损伤，这些损伤给后续工艺带来很大困难，也不利于性能的提升。因此，必须尽量减少或消除这类损伤，在此之前，必须了解应如何精确有效地表征这种损伤。由于目前绝大部分低介电常数材料都是含碳的，而刻蚀和灰化过程造成的损伤容易使碳剥离出薄膜，而造成碳含量下降，而且损伤越厉害，损失的碳的含量也就越高。因此，可以用检测碳元素的分布和变化来间接表示损伤的程度。 

目前常用的方法有：二次离子质谱法、化学腐蚀量法和介电常数电学测试法。其中：（1）二次离子质谱法是利用二次离子轰击样品表面，将样品表面薄层的物质离子化，再经过质谱仪，利用不同离子的不同荷质比来区分，实现物质分析和一维垂直方向的物质分布分析，该方法具有精度高，重复性好等优点。但是，该方法费用高，样品制备周期长，分析速度慢。二次离子质谱仪属于高能精密分析设备，一般制造企业不可能采购此类设备。此外，由于实际运用中，经常要检测侧壁的损伤，而二次离子质谱对于侧壁检测样品制备比较困难；（2）化学腐蚀量法是一种经验性的表征方法，较为粗略，它是根据介电薄膜受到不同损伤后承受化学腐蚀的速度差异来实现的，受损越严重，腐蚀越快，通过测量被腐蚀的厚度来表征受损程度。该方法的优点是成本低，制样方便快捷，但缺点是重复性差，精度低，可控性差，对于损伤较大的工艺区分度很低，因为腐蚀速度有最大上限；（3）介电常数电学测试法是当芯片完成全部工序后，利用电学测量的方法，测出特定结构中介电薄膜的介电常数，利用介电常数的变化来表示薄膜受损程度，这种方法最为准确有效地表达出薄膜电学性能的变化，也是最适用于横向比较的方法。但是，这种测试方法必须要在芯片测试结构完整后才可以实现，不能在生产程中途进行测试，而且给出的是一个测试结构趋于整体性能的平均值，而不能给出具体受损一维和二维的分布情况。 

以上三种方法都有其优缺点，如果能结合各自优势发明一种简单、快速、准确、低费用的表征方法将是非常实用性。因此，如何找到一种方法可以实现快速、廉价、准确可靠地对介质损伤进行表征和评估成为一个重要的课题，也是半导体业界亟待解决的技术难题。 

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种用于表征低介电常数介质材料损伤的检测方法，可以简单、迅速、准确、量化地利用碳的含量损失来表征出介电膜的损伤度，可以直接在生产程中途进行测试，为工艺参数的优化和产品性能的监测带来极大的便利，具体是通过下述技术方案实现的： 

一种用于表征低介电常数介质材料损伤的检测方法，其中，包括：

将待测样品制备成透射电镜样品；

对透射电镜样品进行电子能量损失谱测量，获得碳元素分布；

将所得数据经过数学运算和拟合，获得与碳元素分布一一对应的薄膜的介电常数参数；

用该工艺后获得的碳元素分布或由拟合后获得的薄膜介电常数参数来表征该薄膜在某一工艺的受损情况，并且，经过多次数据积累建立拟合公式和数据库，在不进行电学测试的情况下，预知性地给出最终的薄膜介电常数参数。

上述用于表征低介电常数介质材料损伤的检测方法，其中，所述待测样品为已形成互连结构但尚未进行金属填充的芯片结构。 

上述用于表征低介电常数介质材料损伤的检测方法，其中，所述已形成互连结构但尚未进行金属填充的芯片结构是通过在化学气相沉积的薄膜上进行光刻、刻蚀、去胶、后清洗过程后获得的。 

上述用于表征低介电常数介质材料损伤的检测方法，其中，所述互连结构包括沟形、槽形和孔形。 

上述用于表征低介电常数介质材料损伤的检测方法，其中，所述透射电镜样品厚度为50~200nm。 

上述用于表征低介电常数介质材料损伤的检测方法，其中，所述透射电镜样品长度为2~20μm。 

上述用于表征低介电常数介质材料损伤的检测方法，其中，所述透射电镜样品的制备方法包括采用聚焦离子束进行切割。