低介電常數材料的測量方法
2023-05-13 13:40:31 2
專利名稱：低介電常數材料的測量方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體測量技術，特別是一種低介電常數材料的測量方法，所述方法通過進行無機清洗(稀釋的HF)或有機清洗(Ne14)除去在灰化處理中變成的氧化層後，便能利用光學測量系統簡單快速地測量受損的低介電常數材料的厚度。
背景技術：
低介電常數材料(k＜3.0)已經用作下一代半導體金屬互連的金屬間介電材料(intermetallic dielectric，簡寫為IMD)，這是由於低介電常數材料可以降低電阻-電容(RC)延遲效應。特別是，為了實現半導體器件的高集成和高速度，在多種互連材料互換的同時必須要求使用低介電常數材料。
這是由於以下原因。第一，半導體器件的高速度必須要求降低RC信號延遲，其中RC信號表示互連材料的電阻與金屬間介電材料的電容的乘積。第二，低介電常數材料的使用可以避免串擾(crosstalk)，因此電路可以密排(densely packed)，從而能實現高集成和微小尺寸的半導體器件。第三，目前半導體技術的趨勢是降低半導體晶片的能耗以支持無線或移動網際網路。在這方面，低介電常數材料扮演了降低半導體晶片能耗的重要角色。
然而，在形成金屬互連的過程中，由於在進行將蝕刻處理後的光致抗蝕劑膜除去的灰化(ashing)處理時使用氧等離子(oxygen plasma)，因此低介電常數材料中的碳可能由於與氧反應而被除去。結果，低介電常數材料的表面變成氧化物(SiO2，k＝3.2～4.2)，從而使介電常數(k)增大。這樣，變成氧化物的區域稱為受損區域，在該受損區域中所述低介電常數材料被損壞。
因此，為了避免半導體器件的性能降低，必須減少低介電常數材料的受損區域。低介電常數材料的損壞程度可以通過傅立葉變換紅外光譜(Fouriertransform infrared spectroscopy，簡寫為FTIR)、二次離子質譜(secondary ionmass spectroscopy，簡寫為SIMS)和俄歇電子能譜(Auger electronspectroscopy，簡寫為AES)測量。
然而由於在低介電常數材料的總厚度中，僅低介電常數材料表面的淺層厚度變成氧化物，所以採用紅外波長的傅立葉變換紅外光譜在精度和厚度定量上都存在問題。此外，採用二次離子質譜和俄歇電子能譜的測量方法也存在以下問題，即由於晶片必須切割，使得晶片很難再被利用，而且所述方法需要相對長的運送時間和分析時間，這是因為分析設備安裝在製造裝置的外部。
發明內容
因此，本發明旨在解決現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種測量低介電常數材料的方法，所述方法通過進行無機清洗(稀釋的HF)或有機清洗(Ne14)除去在灰化處理中所變成的氧化層後，利用光學測量系統便能簡單快速地測量受損的低介電常數材料的厚度。
為了實現上述目的，本發明提供了一種低介電常數材料的測量方法，所述方法包括以下步驟在襯底上形成低介電常數材料；利用光學測量系統初步測量低介電常數材料的厚度；通過採用等離子的灰化工藝對形成有低介電常數材料的襯底進行處理，以使低介電常數材料的表面變成氧化物；對已進行灰化處理的襯底進行溼清洗，以除去形成在低介電常數材料表面處的變成所述氧化物的區域；利用光學測量系統再次測量形成在襯底上的低介電常數材料的厚度；以及比較利用光學測量系統測得的低介電常數材料厚度的初步測量值和再次測量值，以計算形成在低介電常數材料中的氧化層的厚度。
所述溼清洗包括無機清洗或有機清洗。優選地，所述無機清洗使用稀釋比在10∶1至1000∶1範圍內的氫氟酸。另外，該光學測量系統包括作為薄膜測量儀器的納米光譜儀。
圖1是示出形成有低介電常數材料的襯底的剖面圖；圖2是通過二次離子質譜測量的灰化處理後的低介電常數材料的分析結果曲線圖；圖3是通過俄歇電子能譜測量的灰化處理後的低介電常數材料的分析結果曲線圖；圖4是在灰化處理後當採用無機或有機清洗處理低介電常數材料時蝕刻的低介電常數材料量的圖；圖5是在灰化處理後當已用稀釋的氫氟酸清洗低介電常數材料的情況下蝕刻的低介電常數材料的量和剩餘的低介電常數材料的量的曲線圖。
具體實施例方式
在下文中，將參考
本發明的優選實施例。
在本發明以下的說明中，本領域公知技術以及不直接涉及本發明的技術將被省略，以免重複並且可以使本發明的主題明確。在相同的方式中，一些部件在附圖中被放大、省略或簡化，而且實際應用時部件的大小可能與圖中所示不同。
圖1至圖5為說明本發明優選實施例的低介電常數材料測量方法的截面圖。
首先，參考圖1，在襯底10上形成低介電常數材料20(k＜3.0)。然後，利用光學測量系統初步(primarily)測量低介電常數材料20的厚度。例如，可使用諸如納米光譜儀(NanoSpec)之類的薄膜測量裝置測量低介電常數材料20的厚度。
然後，利用等離子對形成有低介電常數材料20的襯底10進行灰化處理。在所述灰化處理中，供給氧(O2)氣以形成等離子。這時，低介電常數材料20的表面變成介電常數(k)為3.2-4.2的氧化物(SiO2)20a，這是因為由於在灰化處理中形成氧等離子，低介電常數材料20中所含有的碳與氧結合，以使碳以二氧化碳的形式消失。因此，低介電常數材料20的所述表面變(deform)成氧化層20a，受損區域存在於該氧化層。
然後，利用無機溶液(稀釋的HF)或有機溶液(Ne14)對襯底10進行溼清洗。這時，只有變成氧化層20a的區域將從形成於襯底10上的低介電常數材料20中被蝕刻掉。在無機清洗處理時，採用稀釋比為10∶1至1000∶1的氫氟酸(fluoric acid，簡寫為HF)對低介電常數材料20進行12秒的蝕刻。另外，在有機清洗處理時，採用NE14對低介電常數材料20進行1分鐘的蝕刻。這裡，NE14是一種用作清洗溶液的有機溶劑，可以從Airproduct Company那裡購得。
然後，利用該光學測量系統再次測量形成於襯底10上的低介電常數材料20的厚度。這裡，通過比較形成於襯底10上的低介電常數材料20在灰化處理前後的厚度，可以獲得從低介電常數材料20變成的氧化層20a的厚度。也就是說，可測量低介電常數材料20中的受損區域的厚度，其中所述低介電常數材料在進行灰化處理時受損。
當採用上述方法時，可以使用設置在半導體製造裝置(Fab)中的光學測量系統，從而可簡單快速地測量低介電常數材料的受損區域的厚度。而且，由於襯底沒有被切割，所以襯底可以重複使用，從而降低了製造成本。
然後，利用二次離子質譜和俄歇電子能譜測量通過灰化處理變成氧化物的區域的厚度。
圖2是示出利用二次離子質譜測量的在反應離子蝕刻(reactive ionetching，簡寫為RIE)處理和灰化處理後低介電常數材料中的碳量的曲線圖。從碳曲線的分析結果來看，確定通過灰化處理的低介電常數材料的表面受損程度達1000，因此通過灰化處理使得碳量減少。
圖3是示出利用俄歇電子能譜分析與圖2相同的樣品的組分濃度的曲線圖。線30位於距離樣品表面230附近，表示通過溼清洗處理除去的氧化物的量。可以看到，由於灰化處理，在低介電常數材料表面(350～400)存在大量氧組分。
圖4是採用稀釋比100∶1的氫氟酸(無機清洗)對氟摻雜的矽酸鹽玻璃(fluorine doped silicate glass，簡寫為FSB)、正矽酸乙酯(tetraethyl orthosilicate，簡寫為TEOS)和低介電常數材料清洗12秒後和利用NE14(有機溶液)對FSB、TEOS和低介電常數材料清洗1分鐘後的結果圖。如圖4所示，FSB和TEOS容易蝕刻而低介電常數材料被蝕刻得很少。根據這個結果，如果低介電常數材料在灰化處理時沒有變成氧化物，則可認為低介電常數材料不被無機或有機清洗蝕刻。也就是說，清洗處理過程中低介電常數材料的蝕刻程度對應於灰化處理中由低介電常數材料變成氧化物的厚度。
圖5是表示低介電常數材料已經用稀釋比100∶1的氫氟酸清洗12秒後，除去的低介電常數材料的厚度和剩餘的低介電常數材料的厚度的曲線圖。如果利用氫氟酸清洗低介電常數材料，則在預定時間段以後，該低介電常數材料不會再被蝕刻。這時，低介電常數材料中的蝕刻區域的厚度約為230。也就是說，形成在低介電常數材料表面處並且變成氧化物的蝕刻區域的厚度為230。
根據本發明針對低介電常數材料的測量方法，可以簡單快速地利用設置在半導體製造裝置中的光學測量系統測量受損的低介電常數材料的厚度。
而且，根據本發明，由於在測量過程中不需要進行晶片切割，所以晶片可以再利用，使得製造成本降低。
儘管本發明已經通過參考其優選實施方式進行了描述，但是本領域技術人員應當理解，在不脫離本發明的精神的和隨附權利要求書所限定的本發明的範圍內，可以對本發明的形式和細節進行各種變化。
權利要求
1.一種低介電常數材料的測量方法，該方法包括在襯底上形成低介電常數材料；利用光學測量系統初步測量該低介電常數材料的厚度；通過採用等離子的灰化工藝對形成有該低介電常數材料的所述襯底進行處理，以使該低介電常數材料的表面變成氧化物；對已進行灰化處理的襯底進行溼清洗，以除去在該低介電常數材料的該表面中形成的、變成所述氧化物的區域；利用該光學測量系統再次測量形成在該襯底上的低介電常數材料的厚度；以及比較利用該光學測量系統測得的該低介電常數材料厚度的初步測量值和再次測量值，以計算在該低介電常數材料中形成的所述氧化物的厚度。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述溼清洗包括無機清洗(稀釋的HF)或有機清洗(Ne14)。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述無機清洗使用稀釋比在10∶1至1000∶1範圍內的氫氟酸。
4.如權利要求1所述的方法，其中該光學測量系統包括作為薄膜測量儀器的納米光譜儀。
5.如權利要求1所述的方法，其中在所述灰化處理中採用的所述等離子是利用氧氣生成的。
全文摘要
公開了一種低介電常數材料的測量方法。在用於除去蝕刻處理後的光致抗蝕劑膜的灰化處理中，因使用氧等離子，低介電常數材料表面受損並變成氧化物。為測量受損的低介電常數材料的厚度，利用光學測量系統初步測量形成於襯底上的低介電常數材料的厚度；利用等離子的灰化工藝對形成低介電常數材料的襯底處理，以使低介電常數材料的表面變成氧化物。灰化處理後，利用無機溶液或有機清洗溶液溼清洗襯底，以除去低介電常數材料中變成氧化物的區域。然後，利用光學測量系統再次測量低介電常數材料的厚度，比較初步測量和再次測量值，以計算氧化物的厚度。由於使用設置在半導體製造裝置內的光學測量系統，所以可簡單快速地測量受損的低介電常數材料的厚度。
文檔編號H01L21/66GK1992189SQ20061015670
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月28日 優先權日2005年12月28日
發明者沈千萬 申請人:東部電子股份有限公司