專利名稱：確定實(shí)際制程中氟化玻璃介電常數(shù)值的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種確定實(shí)際制程中氟化玻璃介電常 數(shù)值的方法。
背景技術(shù)：
目前，在半導(dǎo)體器件的后段(back-end-of-line，BE0L)工藝中，制作半導(dǎo)體集成 電路時(shí)，半導(dǎo)體器件層形成之后，需要在半導(dǎo)體器件層之上形成金屬互連層，每層金屬互連 層包括金屬互連線和絕緣材料層，這就需要對(duì)上述絕緣材料層制造溝槽(trench)和連接 孔，然后在上述溝槽和連接孔內(nèi)沉積金屬，沉積的金屬即為金屬互連線，一般選用銅作為金 屬互連線材料。絕緣材料層包括刻蝕終止層，例如氮化硅層，還包括形成在刻蝕終止層上 的低介電常數(shù)(Low-K)材料層，例如含有硅、氧、碳、氫元素的類似氧化物(Oxide)的黑鉆石 (black diamond, BD)或者摻有氟離子的硅玻璃，也可以稱為氟化玻璃(Fluorin Silicon Glass, FSG)。
現(xiàn)有技術(shù)中，銅互連層可以為三層，包括頂層、中間層及底層銅互連層，在實(shí)際工 藝制程中，可根據(jù)不同需要設(shè)置多層銅互連層。如果是在多層銅互連層的情況下，可以按要 求復(fù)制多層中間層銅互連層，有時(shí)也會(huì)按需要復(fù)制兩層頂層銅互連層。具有三層銅互連層 的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。圖中絕緣材料層下是半導(dǎo)體器件層，圖中未顯示。圖 中每層銅互連層包括刻蝕終止層101，以及沉積于其上的低介電常數(shù)材料層102 ；由溝槽和 連接孔形成的銅互連線103掩埋在絕緣材料層中，用于連接各個(gè)銅互連層。
在這種銅互連工藝中，刻蝕終止層氮化硅膜具有約7的相對(duì)介電常數(shù)，增加了整 個(gè)互連層的相對(duì)介電常數(shù)，從而使銅互連線間的寄生電容增加，因此會(huì)導(dǎo)致信號(hào)延遲或功 耗增加的缺陷。所以通常在刻蝕終止層上淀積低K電介質(zhì)材料來降低銅互連層的銅互連 線間的寄生電容。在具體工藝制程中，在多層內(nèi)部互連中，頂層銅互連層的銅布線相對(duì)于其 他互連層銅布線比較疏，相對(duì)其他互連層來說電容的干擾不是非常敏感，所以通常采用FSG 作為頂層銅互連層的Low-K材料層，其介電常數(shù)值為3 5，其成本價(jià)格比較低。
FSG的介電常數(shù)隨著F元素含量的增多而減小。不但需要對(duì)FSG的介電常數(shù)值進(jìn) 行確定，而且需要對(duì)該層FSG的F元素含量進(jìn)行確定?，F(xiàn)有技術(shù)中一般在產(chǎn)品晶圓和控片 晶圓上同時(shí)形成FSG，然后對(duì)控片晶圓上的FSG進(jìn)行測(cè)定。其中，產(chǎn)品晶圓為其上已經(jīng)分布 了器件的晶圓，最終可以經(jīng)過多道工序成為成品，這里就是在銅互連層上形成FSG;控片晶 圓是沒有經(jīng)過工藝加工的平整晶圓硅片，在測(cè)試時(shí)使用。
需要說明的是，由于并不能從FSG所具有的介電常數(shù)值直接推斷該FSG所具有的 F元素含量，而且也不能從FSG所具有的F元素含量直接推斷該FSG所具有的介電常數(shù)值， 所以要對(duì)兩者分別進(jìn)行測(cè)定。下面分別對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中FSG的介電常數(shù)和F元素含量進(jìn)行確 定的方法進(jìn)行說明。
現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)FSG的介電常數(shù)值進(jìn)行確定時(shí)，是將生長(zhǎng)在控片晶圓上的FSG，采用 離線(offline)的方式，利用汞探針進(jìn)行探測(cè)。以offline的方式收集數(shù)據(jù)，即將控片晶圓置入沉積反應(yīng)腔，在完成FSG的沉積之后，將生長(zhǎng)了 FSG的控片晶圓輸出沉積反應(yīng)腔，將其 暴露在空氣中進(jìn)行介電常數(shù)值測(cè)量。其中，汞探針可以探測(cè)到電容和電壓值，介電常數(shù)值決 定了電容的大小，所以通過具體公式換算，即可得到介電常數(shù)值。
現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)FSG中F元素含量進(jìn)行確定時(shí)，是將生長(zhǎng)在控片晶圓上的FSG，采用 在線(inline)的方式，利用光學(xué)測(cè)量的方法進(jìn)行測(cè)定。以inline的方式收集數(shù)據(jù)，即將控 片晶圓置入沉積反應(yīng)腔，在完成FSG的沉積之后，將生長(zhǎng)了 FSG的控片晶圓輸出沉積反應(yīng) 腔，至另一用于光學(xué)測(cè)量F元素含量的反應(yīng)腔，不需要取出該沉積了 FSG的控片晶圓，直接 利用光學(xué)測(cè)量中的紅外光譜對(duì)F元素含量進(jìn)行測(cè)定。
需要注意的是，現(xiàn)有技術(shù)中在offline測(cè)定FSG的介電常數(shù)值時(shí)，汞探針中的汞往 往會(huì)污染到控片晶圓，使得控片晶圓報(bào)廢的幾率大大增加。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是防止汞探針每次測(cè)定實(shí)際制程中FSG的介 電常數(shù)值時(shí)，都使控片晶圓受到汞的污染而報(bào)廢。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明公開了一種確定實(shí)際制程中氟化玻璃介電常數(shù)值的方法，該方法包括
設(shè)置氟化玻璃FSG的介電常數(shù)值和所述FSG中F元素含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，擬和出對(duì) 應(yīng)關(guān)系曲線；
測(cè)定實(shí)際制程中形成的FSG中F元素含量，根據(jù)擬和出的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線確定FSG 在具有該F元素含量時(shí)，F(xiàn)SG的介電常數(shù)值。
所述設(shè)置FSG的介電常數(shù)值和所述FSG中F元素含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，擬和出對(duì)應(yīng)關(guān) 系曲線為
選擇不同F(xiàn)元素含量的FSG，獲得每種F元素含量的FSG，所對(duì)應(yīng)的介電常數(shù)值，得 到FSG的介電常數(shù)值和F元素含量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
根據(jù)所述FSG的介電常數(shù)值和F元素含量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到所述FSG的介電 常數(shù)值和F元素含量的擬和曲線。
所述獲得每種F元素含量的FSG，所對(duì)應(yīng)的介電常數(shù)值為
采用光學(xué)測(cè)量的方法，在線inline測(cè)定控片晶圓上的FSG的F元素含量；
采用汞探針離線offline測(cè)定所述控片晶圓上的FSG的介電常數(shù)值。
所述測(cè)定實(shí)際制程中形成的FSG中F元素含量為采用光學(xué)測(cè)量的方法，在線測(cè)定 實(shí)際制程中形成在控片晶圓上的FSG的F元素含量。
由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明預(yù)先設(shè)置FSG的介電常數(shù)值和FSG中F元素含量 的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并擬和出所述對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，在后續(xù)實(shí)際制程中，即在產(chǎn)品晶圓和控片晶圓上 同時(shí)形成FSG后，只需測(cè)定控片晶圓上FSG中F元素含量的值，就可以從擬和出的對(duì)應(yīng)關(guān)系 曲線中確定該F元素含量對(duì)應(yīng)的介電常數(shù)值。本發(fā)明省略了在后續(xù)實(shí)際制程中，還利用汞 探針測(cè)定FSG的介電常數(shù)值的步驟，可以有效避免每次在該步驟的測(cè)量中，控片晶圓受到 汞的污染而報(bào)廢。


圖1為具有三層銅互連層的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為FSG的介電常數(shù)值和F元素含量的擬和曲線圖。
圖3為本發(fā)明確定氟化玻璃介電常數(shù)值的方法流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例， 對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明的核心思想是預(yù)先設(shè)置FSG的介電常數(shù)值和FSG中F元素含量的對(duì)應(yīng)關(guān) 系，并擬和出所述對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，在后續(xù)實(shí)際制程中，即在產(chǎn)品晶圓和控片晶圓上同時(shí)形成 FSG后，只需測(cè)定控片晶圓上FSG中F元素含量的值，就可以從擬和出的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線中確定 該F元素含量對(duì)應(yīng)的介電常數(shù)值。本發(fā)明省略了在后續(xù)實(shí)際制程中，還利用汞探針測(cè)定FSG 的介電常數(shù)值的步驟，可以有效避免每次在該步驟的測(cè)量中，控片晶圓受到汞的污染而報(bào)廢。
沉積FSG所采用的主要?dú)怏w為三氟化氮(NF3)，其中所含的F元素決定著形成FSG 的F元素含量。本發(fā)明關(guān)鍵的技術(shù)方案就是在控片晶圓上沉積不同F(xiàn)元素含量的FSG，對(duì)于 每種F元素含量的FSG，分別采用offline和inline的方式，對(duì)FSG的介電常數(shù)值和F元素 含量進(jìn)行測(cè)量，設(shè)置兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。所述FSG的介電常數(shù)值應(yīng)該為制作半導(dǎo)體器件 時(shí)，所能用到的FSG的介電常數(shù)值，也就是說制作半導(dǎo)體器件時(shí)，所能用到的FSG的介電常 數(shù)通常在3 5，所以取兩者之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)值點(diǎn)時(shí)，介電常數(shù)值最好取在3 5。
具體地，對(duì)FSG的介電常數(shù)值進(jìn)行確定時(shí)，是將生長(zhǎng)在控片晶圓上的FSG，采用 offline的方式，利用汞探針進(jìn)行探測(cè)。以offline的方式收集數(shù)據(jù)，即將控片晶圓置入沉 積反應(yīng)腔，在完成FSG的沉積之后，將生長(zhǎng)了 FSG的控片晶圓輸出沉積反應(yīng)腔，將其暴露在 空氣中進(jìn)行介電常數(shù)值測(cè)量。其中，汞探針可以探測(cè)到電容和電壓值，介電常數(shù)值決定了電 容的大小，所以通過具體公式換算，即可得到介電常數(shù)值。
對(duì)FSG中F元素含量進(jìn)行確定時(shí)，是將生長(zhǎng)在控片晶圓上的FSG，采用inline的方 式，利用光學(xué)測(cè)量的方法進(jìn)行測(cè)定。以inline的方式收集數(shù)據(jù)，即將控片晶圓置入沉積反 應(yīng)腔，在完成FSG的沉積之后，將生長(zhǎng)了 FSG的控片晶圓輸出沉積反應(yīng)腔，至另一用于光學(xué) 測(cè)量F元素含量的反應(yīng)腔，不需要取出該沉積了 FSG的控片晶圓，直接利用光學(xué)測(cè)量中的紅 外光譜對(duì)F元素含量進(jìn)行測(cè)定。
在本發(fā)明具體實(shí)施例中，取了 4個(gè)FSG的介電常數(shù)值和F元素含量之間的對(duì)應(yīng)關(guān) 系點(diǎn)，當(dāng)然，為了后續(xù)擬和出曲線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)更接近真實(shí)值，可以取更多的對(duì)應(yīng)關(guān)系點(diǎn)。為 了更清楚地說明本發(fā)明，以4個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系點(diǎn)為例進(jìn)行說明。當(dāng)F元素含量(F%)為4%時(shí)， 所對(duì)應(yīng)的FSG介電常數(shù)值為4. 24 ；當(dāng)F元素含量為4. 6%時(shí)，所對(duì)應(yīng)的FSG介電常數(shù)值為 3. 92 ；當(dāng)F元素含量為5. 2 %時(shí)，所對(duì)應(yīng)的FSG介電常數(shù)值為3. 87 ；當(dāng)F元素含量為5. 7 % 時(shí)，所對(duì)應(yīng)的FSG介電常數(shù)值為3.7。從上述幾個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)中，擬和出一維曲線，得到F 元素含量變化引起的FSG的介電常數(shù)值變化。
FSG的介電常數(shù)值和F元素含量的擬和曲線如圖2所示。圖2中橫坐標(biāo)為F元素 含量，單位為縱坐標(biāo)為FSG介電常數(shù)值。該擬和曲線就可以作為后續(xù)確定FSG介電常數(shù) 值的依據(jù)，在產(chǎn)品晶圓和控片晶圓上同時(shí)形成FSG后，只需測(cè)定控片晶圓上FSG中F元素含量的值，就可以從擬和出的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線中確定該F元素含量對(duì)應(yīng)的介電常數(shù)值，而不需 要每次都測(cè)量介電常數(shù)值。本發(fā)明省略了在后續(xù)實(shí)際制程中，還利用汞探針測(cè)定FSG的介 電常數(shù)值的步驟，可以有效避免每次在該步驟的測(cè)量中，控片晶圓受到汞的污染而報(bào)廢。
綜上所述，本發(fā)明確定實(shí)際制程中氟化玻璃介電常數(shù)值的方法流程示意圖如圖3 所示，其包括以下步驟
步驟31、預(yù)先設(shè)置FSG的介電常數(shù)值和FSG中F元素含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并擬和出 對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。這里為了擬和對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，并沒有進(jìn)入實(shí)際制程，只是在晶圓控片上形成 FSG，并進(jìn)行測(cè)量。
步驟32、測(cè)定實(shí)際制程中形成的FSG中F元素含量，根據(jù)擬和出的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線確 定FSG在具有該F元素含量時(shí)，F(xiàn)SG的介電常數(shù)值。這里實(shí)際制程指的是按應(yīng)用的需要， 生產(chǎn)產(chǎn)品晶圓，所以沉積FSG時(shí)，不但沉積在產(chǎn)品晶圓上，而且沉積在控片晶圓上，沉積在 控片晶圓上的FSG就用于該步驟中測(cè)定F元素含量，與前述在線測(cè)量控片晶圓FSG的F元 素含量的方法相同。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種確定實(shí)際制程中氟化玻璃介電常數(shù)值的方法，該方法包括設(shè)置氟化玻璃FSG的介電常數(shù)值和所述FSG中F元素含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，擬和出對(duì)應(yīng)關(guān) 系曲線；測(cè)定實(shí)際制程中形成的FSG中F元素含量，根據(jù)擬和出的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線確定FSG在具 有該F元素含量時(shí)，F(xiàn)SG的介電常數(shù)值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述設(shè)置FSG的介電常數(shù)值和所述FSG中F 元素含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，擬和出對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線為選擇不同F(xiàn)元素含量的FSG，獲得每種F元素含量的FSG，所對(duì)應(yīng)的介電常數(shù)值，得到 FSG的介電常數(shù)值和F元素含量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；根據(jù)所述FSG的介電常數(shù)值和F元素含量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到所述FSG的介電常數(shù) 值和F元素含量的擬和曲線。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述獲得每種F元素含量的FSG，所對(duì)應(yīng)的 介電常數(shù)值為采用光學(xué)測(cè)量的方法，在線inline測(cè)定控片晶圓上的FSG的F元素含量；采用汞探針離線offline測(cè)定所述控片晶圓上的FSG的介電常數(shù)值。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測(cè)定實(shí)際制程中形成的FSG中F元素含 量為采用光學(xué)測(cè)量的方法，在線測(cè)定實(shí)際制程中形成在控片晶圓上的FSG的F元素含量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種確定實(shí)際制程中氟化玻璃介電常數(shù)值的方法，該方法包括設(shè)置氟化玻璃FSG的介電常數(shù)值和所述FSG中F元素含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，擬和出對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線；測(cè)定實(shí)際制程中形成的FSG中F元素含量，根據(jù)擬和出的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線確定FSG在具有該F元素含量時(shí)，F(xiàn)SG的介電常數(shù)值。采用該方法能夠有效防止汞探針每次測(cè)定實(shí)際制程中FSG的介電常數(shù)值時(shí)，都使控片晶圓受到汞的污染而報(bào)廢。
文檔編號(hào)G01R27/26GK102034724SQ20091019680
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者周鳴 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司