CN102034724A - 确定实际制程中氟化玻璃介电常数值的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种确定实际制程中氟化玻璃介电常数值的方法，该方法包括：设置氟化玻璃FSG的介电常数值和所述FSG中F元素含量的对应关系，拟和出对应关系曲线；测定实际制程中形成的FSG中F元素含量，根据拟和出的对应关系曲线确定FSG在具有该F元素含量时，FSG的介电常数值。采用该方法能够有效防止汞探针每次测定实际制程中FSG的介电常数值时，都使控片晶圆受到汞的污染而报废。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种确定实际制程中氟化玻璃介电常数值的方法。
背景技术
目前，在半导体器件的后段(back-end-of-line，BEOL)工艺中，制作半导体集成电路时，半导体器件层形成之后，需要在半导体器件层之上形成金属互连层，每层金属互连层包括金属互连线和绝缘材料层，这就需要对上述绝缘材料层制造沟槽(trench)和连接孔，然后在上述沟槽和连接孔内沉积金属，沉积的金属即为金属互连线，一般选用铜作为金属互连线材料。绝缘材料层包括刻蚀终止层，例如氮化硅层，还包括形成在刻蚀终止层上的低介电常数(Low-K)材料层，例如含有硅、氧、碳、氢元素的类似氧化物(Oxide)的黑钻石(black diamond，BD)或者掺有氟离子的硅玻璃，也可以称为氟化玻璃(Fluorin Silicon Glass，FSG)。
现有技术中，铜互连层可以为三层，包括顶层、中间层及底层铜互连层，在实际工艺制程中，可根据不同需要设置多层铜互连层。如果是在多层铜互连层的情况下，可以按要求复制多层中间层铜互连层，有时也会按需要复制两层顶层铜互连层。具有三层铜互连层的半导体器件结构示意图如图1所示。图中绝缘材料层下是半导体器件层，图中未显示。图中每层铜互连层包括刻蚀终止层101，以及沉积于其上的低介电常数材料层102；由沟槽和连接孔形成的铜互连线103掩埋在绝缘材料层中，用于连接各个铜互连层。
在这种铜互连工艺中，刻蚀终止层氮化硅膜具有约7的相对介电常数，增加了整个互连层的相对介电常数，从而使铜互连线间的寄生电容增加，因此会导致信号延迟或功耗增加的缺陷。所以通常在刻蚀终止层上淀积低K电介质材料来降低铜互连层的铜互连线间的寄生电容。在具体工艺制程中，在多层内部互连中，顶层铜互连层的铜布线相对于其他互连层铜布线比较疏，相对其他互连层来说电容的干扰不是非常敏感，所以通常采用FSG作为顶层铜互连层的Low-K材料层，其介电常数值为3～5，其成本价格比较低。
FSG的介电常数随着F元素含量的增多而减小。不但需要对FSG的介电常数值进行确定，而且需要对该层FSG的F元素含量进行确定。现有技术中一般在产品晶圆和控片晶圆上同时形成FSG，然后对控片晶圆上的FSG进行测定。其中，产品晶圆为其上已经分布了器件的晶圆，最终可以经过多道工序成为成品，这里就是在铜互连层上形成FSG；控片晶圆是没有经过工艺加工的平整晶圆硅片，在测试时使用。
需要说明的是，由于并不能从FSG所具有的介电常数值直接推断该FSG所具有的F元素含量，而且也不能从FSG所具有的F元素含量直接推断该FSG所具有的介电常数值，所以要对两者分别进行测定。下面分别对现有技术中FSG的介电常数和F元素含量进行确定的方法进行说明。
现有技术中对FSG的介电常数值进行确定时，是将生长在控片晶圆上的FSG，采用离线(offline)的方式，利用汞探针进行探测。以offline的方式收集数据，即将控片晶圆置入沉积反应腔，在完成FSG的沉积之后，将生长了FSG的控片晶圆输出沉积反应腔，将其暴露在空气中进行介电常数值测量。其中，汞探针可以探测到电容和电压值，介电常数值决定了电容的大小，所以通过具体公式换算，即可得到介电常数值。
现有技术中对FSG中F元素含量进行确定时，是将生长在控片晶圆上的FSG，采用在线(inline)的方式，利用光学测量的方法进行测定。以inline的方式收集数据，即将控片晶圆置入沉积反应腔，在完成FSG的沉积之后，将生长了FSG的控片晶圆输出沉积反应腔，至另一用于光学测量F元素含量的反应腔，不需要取出该沉积了FSG的控片晶圆，直接利用光学测量中的红外光谱对F元素含量进行测定。
需要注意的是，现有技术中在offline测定FSG的介电常数值时，汞探针中的汞往往会污染到控片晶圆，使得控片晶圆报废的几率大大增加。
发明内容
有鉴于此，本发明解决的技术问题是：防止汞探针每次测定实际制程中FSG的介电常数值时，都使控片晶圆受到汞的污染而报废。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明公开了一种确定实际制程中氟化玻璃介电常数值的方法，该方法包括：
设置氟化玻璃FSG的介电常数值和所述FSG中F元素含量的对应关系，拟和出对应关系曲线；
测定实际制程中形成的FSG中F元素含量，根据拟和出的对应关系曲线确定FSG在具有该F元素含量时，FSG的介电常数值。
所述设置FSG的介电常数值和所述FSG中F元素含量的对应关系，拟和出对应关系曲线为：
选择不同F元素含量的FSG，获得每种F元素含量的FSG，所对应的介电常数值，得到FSG的介电常数值和F元素含量之间的对应关系；
根据所述FSG的介电常数值和F元素含量之间的对应关系，得到所述FSG的介电常数值和F元素含量的拟和曲线。
所述获得每种F元素含量的FSG，所对应的介电常数值为：
采用光学测量的方法，在线inline测定控片晶圆上的FSG的F元素含量；
采用汞探针离线offline测定所述控片晶圆上的FSG的介电常数值。
所述测定实际制程中形成的FSG中F元素含量为：采用光学测量的方法，在线测定实际制程中形成在控片晶圆上的FSG的F元素含量。
由上述的技术方案可见，本发明预先设置FSG的介电常数值和FSG中F元素含量的对应关系，并拟和出所述对应关系曲线，在后续实际制程中，即在产品晶圆和控片晶圆上同时形成FSG后，只需测定控片晶圆上FSG中F元素含量的值，就可以从拟和出的对应关系曲线中确定该F元素含量对应的介电常数值。本发明省略了在后续实际制程中，还利用汞探针测定FSG的介电常数值的步骤，可以有效避免每次在该步骤的测量中，控片晶圆受到汞的污染而报废。
附图说明
图1为具有三层铜互连层的半导体器件结构示意图。
图2为FSG的介电常数值和F元素含量的拟和曲线图。
图3为本发明确定氟化玻璃介电常数值的方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明的核心思想是：预先设置FSG的介电常数值和FSG中F元素含量的对应关系，并拟和出所述对应关系曲线，在后续实际制程中，即在产品晶圆和控片晶圆上同时形成FSG后，只需测定控片晶圆上FSG中F元素含量的值，就可以从拟和出的对应关系曲线中确定该F元素含量对应的介电常数值。本发明省略了在后续实际制程中，还利用汞探针测定FSG的介电常数值的步骤，可以有效避免每次在该步骤的测量中，控片晶圆受到汞的污染而报废。
沉积FSG所采用的主要气体为三氟化氮(NF3)，其中所含的F元素决定着形成FSG的F元素含量。本发明关键的技术方案就是在控片晶圆上沉积不同F元素含量的FSG，对于每种F元素含量的FSG，分别采用offline和inline的方式，对FSG的介电常数值和F元素含量进行测量，设置两者之间的对应关系。所述FSG的介电常数值应该为制作半导体器件时，所能用到的FSG的介电常数值，也就是说制作半导体器件时，所能用到的FSG的介电常数通常在3～5，所以取两者之间对应关系的数值点时，介电常数值最好取在3～5。
具体地，对FSG的介电常数值进行确定时，是将生长在控片晶圆上的FSG，采用offline的方式，利用汞探针进行探测。以offline的方式收集数据，即将控片晶圆置入沉积反应腔，在完成FSG的沉积之后，将生长了FSG的控片晶圆输出沉积反应腔，将其暴露在空气中进行介电常数值测量。其中，汞探针可以探测到电容和电压值，介电常数值决定了电容的大小，所以通过具体公式换算，即可得到介电常数值。
对FSG中F元素含量进行确定时，是将生长在控片晶圆上的FSG，采用inline的方式，利用光学测量的方法进行测定。以inline的方式收集数据，即将控片晶圆置入沉积反应腔，在完成FSG的沉积之后，将生长了FSG的控片晶圆输出沉积反应腔，至另一用于光学测量F元素含量的反应腔，不需要取出该沉积了FSG的控片晶圆，直接利用光学测量中的红外光谱对F元素含量进行测定。
在本发明具体实施例中，取了4个FSG的介电常数值和F元素含量之间的对应关系点，当然，为了后续拟和出曲线上的数据点更接近真实值，可以取更多的对应关系点。为了更清楚地说明本发明，以4个对应关系点为例进行说明。当F元素含量(F％)为4％时，所对应的FSG介电常数值为4.24；当F元素含量为4.6％时，所对应的FSG介电常数值为3.92；当F元素含量为5.2％时，所对应的FSG介电常数值为3.87；当F元素含量为5.7％时，所对应的FSG介电常数值为3.7。从上述几个对应关系数据中，拟和出一维曲线，得到F元素含量变化引起的FSG的介电常数值变化。
FSG的介电常数值和F元素含量的拟和曲线如图2所示。图2中横坐标为F元素含量，单位为％；纵坐标为FSG介电常数值。该拟和曲线就可以作为后续确定FSG介电常数值的依据，在产品晶圆和控片晶圆上同时形成FSG后，只需测定控片晶圆上FSG中F元素含量的值，就可以从拟和出的对应关系曲线中确定该F元素含量对应的介电常数值，而不需要每次都测量介电常数值。本发明省略了在后续实际制程中，还利用汞探针测定FSG的介电常数值的步骤，可以有效避免每次在该步骤的测量中，控片晶圆受到汞的污染而报废。
综上所述，本发明确定实际制程中氟化玻璃介电常数值的方法流程示意图如图3所示，其包括以下步骤：
步骤31、预先设置FSG的介电常数值和FSG中F元素含量的对应关系，并拟和出对应关系曲线。这里为了拟和对应关系曲线，并没有进入实际制程，只是在晶圆控片上形成FSG，并进行测量。
步骤32、测定实际制程中形成的FSG中F元素含量，根据拟和出的对应关系曲线确定FSG在具有该F元素含量时，FSG的介电常数值。这里实际制程指的是：按应用的需要，生产产品晶圆，所以沉积FSG时，不但沉积在产品晶圆上，而且沉积在控片晶圆上，沉积在控片晶圆上的FSG就用于该步骤中测定F元素含量，与前述在线测量控片晶圆FSG的F元素含量的方法相同。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种确定实际制程中氟化玻璃介电常数值的方法，该方法包括：
设置氟化玻璃FSG的介电常数值和所述FSG中F元素含量的对应关系，拟和出对应关系曲线；
测定实际制程中形成的FSG中F元素含量，根据拟和出的对应关系曲线确定FSG在具有该F元素含量时，FSG的介电常数值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置FSG的介电常数值和所述FSG中F元素含量的对应关系，拟和出对应关系曲线为：
选择不同F元素含量的FSG，获得每种F元素含量的FSG，所对应的介电常数值，得到FSG的介电常数值和F元素含量之间的对应关系；
根据所述FSG的介电常数值和F元素含量之间的对应关系，得到所述FSG的介电常数值和F元素含量的拟和曲线。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获得每种F元素含量的FSG，所对应的介电常数值为：
采用光学测量的方法，在线inline测定控片晶圆上的FSG的F元素含量；
采用汞探针离线offline测定所述控片晶圆上的FSG的介电常数值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测定实际制程中形成的FSG中F元素含量为：采用光学测量的方法，在线测定实际制程中形成在控片晶圆上的FSG的F元素含量。
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