[发明专利]多层薄膜层间粘附性能表征及其试样制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别设计一种多层薄膜层间粘附性能表征及其试样制备方法。

背景技术

集成电路制造过程涉及多层薄膜的堆叠和相互连接。随着集成电路技术的发展，特别是低介电常数(low-k)材料及Cu互连技术的应用，多层薄膜层间粘附性能直接关系到器件的可靠性及使用寿命，因此，正受到越来越多的关注。

薄膜层间粘附性能的检测有多种方法，其中，四点弯曲法(4PB)是目前业界较为普遍采用的一种方法。现有的四点弯曲法涉及复杂、冗长的试样制备过程。制样时，首先是用切割机将镀有待测多层薄膜的晶片和未镀膜的衬底晶片切割成较大尺寸的试片，并用环氧树脂将待测晶片和衬底晶片粘结在一起放入适当温度的烘箱中烘焙；接着再用切割机将烘焙后的大试片切割成测试所需尺寸大小的小试片，最后在镀有待测膜的晶片背面预先形成开槽以备测试。这种由机械切割获得的试片侧壁通常十分粗糙并包含一定的机械损伤，从而严重影响最终的测试结果，因此，需要对试样侧壁进行抛光处理，然而，在抛光过程中很可能会重新引入新的机械损伤。鉴于上述原因，在利用现有的四点弯曲法进行薄膜层间粘附性能检测时，试周期过长，测试结果可靠性和可重复性差，且测试成功率较低，特别是对于层间粘附性能较好的试样甚至有时检测不出来结果。

中国专利（公开号：CN 103185687A）公开了基于四点弯曲法的检测层间粘附力的方法及用于制作检测试片的方法，该检测方法包括：提供待检测试片，待检测试片上依次形成有第一介质膜和第二介质膜；在第二介质膜上形成第一沟槽，直至第一介质膜的表面；在第一沟槽内填充金属，并通过化学机械平坦化使金属的表面与第二介质膜齐平；在第二介质膜上生长氧化物膜，并在氧化物膜上与第一沟槽对应的位置形成第二沟槽，且第二沟槽的深度小于等于所述氧化物膜的厚度；将氧化物膜与衬底粘合，并在衬底上与第一沟槽及第二沟槽对应的位置形成开槽，以形成检测试片；利用四点弯曲法检测所述第一介质膜与第二介质膜之间的粘附力。

中国专利（公开号：CN 101354335B）公开了一种层间粘附力的检测方法及检测试片制作方法，其中检测方法包括步骤：提供待检测试片，且所述待检测试片上具有第一薄膜和第二薄膜；确定所述待检测试片的应力状态；确定要生长的第三薄膜的工艺条件；在所述待检测试片上生长第三薄膜；形成检测试片，且所述检测试片处于张应力状态；利用四点弯曲法检测所述第一薄膜和第二薄膜间的粘附力。本发明的检测方法及检测试片制作方法，通过确保检测试片处于张应力状态，增大了利用四点弯曲法对两层薄膜间的粘附力进行检测的可行性，提高了检测结果的重复性和准确性。

包括上述中国专利在内的现有发明专利对于提高粘附力测量结果的准确性具有一定的借鉴意义。但是，试样制备过程过于复杂、测试周期过长的问题仍然没有得到解决。而且，测试成功率及测试结果的准确性和可重复性也有待进一步提高。另一方面，随着集成电路技术的发展，研发人员常常需要快速了解多层薄膜层间粘附性能最薄弱的界面所在，以便为后续的相关工艺改进指明方向。然而，现有发明专利鲜有涉及这方面的内容。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是通过优化粘附性能检测试样的制备方法和四点弯曲法的测试参数，缩短测试周期，提高测试的成功率以及测试结果的准确性和可重复性；并通过扫描电子显微镜直接观察经过四点弯曲法测试所形成的试样截面，快速地确定多层薄膜层间结合最薄弱的界面，从而为后续相关工艺改进指明方向。

一种多层薄膜层间粘附性能表征方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供镀有待测多层薄膜的薄膜晶片和未镀膜的衬底晶片并制备粘附性能检测试样；

利用四点弯曲法测试多层薄膜层间粘附力；

利用扫描电子显微镜观察经过四点弯曲法测试所形成的试片截面；

通过截面观察，在电子显微镜下找出多层薄膜中粘附性能最差的界面。

其中，所述的粘附性能检测试样的制备包括如下步骤：

提供镀有待测多层薄膜的薄膜晶片和未镀膜的衬底晶片；

对所述薄膜晶片和所述衬底晶片分别进行解理，形成若干个相同大小的待测多层薄膜小试片和衬底小试片；

将所述待测多层薄膜小试片镀有待测多层薄膜的一面和所述衬底小试片粘附在一起，形成复合小试片；

在所述多层薄膜小试片背面形成开槽，完成检验试片的制备。

其中，用所述四点弯曲法测试时的加载速度为0.06～0.1μm/s。