[发明专利]基于内聚力模型确定表征薄膜粘附性的复合参数的方法

说明书

本发明涉及一种基于内聚力模型确定表征薄膜粘附性的复合参数的方法，包括：利用界面之间的粘附力和界面相对位移的关系来表示薄膜和衬底间的粘附性，而界面之间的粘附力是随着材料界面的相对距离变化而变化的，建立指数型内聚力模型的势函数来表征出薄膜与衬底间的粘附情况；利用上述指数型内聚力模型作为薄膜衬底结构中薄膜衬底界面单元的本构模型，建立考虑界面粘附性的有限元模型，该模型包含薄膜和衬底两部分，并在薄膜和衬底间添加内聚单元；对复合参数进行界面粘附性敏感性分析，确定出关键参数。本发明可以简单方便地确定对界面粘附性敏感的关键参数。

技术领域

本发明属于超声表面波技术和薄膜特性表征技术领域。

背景技术

超大规模集成电路(ULSI)的快速发展对ULSI互连布线系统提出了更大的挑战。在国际半导体技术发展路线图(ITRS)中指出，为了正确表征low-k互连薄膜的机械特性、粘附特性等参数，需要发展先进的测试技术。互连薄膜的粘附性对集成电路生产工艺中的化学机械抛光(CMP)工艺、产品的可靠性以及产品的寿命等方面来说均是至关重要的因素。在薄膜的粘附性检测方面，传统上常用的方法有划痕法、四点弯曲法、粘揭法、拉伸法等。但这些方法都会对薄膜造成损伤，且测量结果的可靠性裕度不够充分。因此，亟需发展准确、可靠的薄膜粘附性无损检测方法应用于薄膜研究和制备过程的在线检测。超声表面波法具有无损、实验系统易操作、检测快速准确等突出优势。超声表面波在分层结构中传播时会发生色散现象，且色散特性会受到界面粘附性的影响。界面之间的粘附力是随着材料界面的相对距离变化而变化的，通常其分量之间的详细关系式是通过一个函数关系来表达的。这种粘附力和距离之间的函数关系可以通过内聚力模型来表示。Xu和Needleman[1]提出的指数形式的内聚力模型中有与界面特性相关的独立参数，这些参数对界面粘附性的敏感程度不同，可以确定出对界面粘附性敏感的关键参数。

[1]X.P.Xu,A.Needleman,Numerical simulations of fast crack growth inbrittle solids,J.Mech.Phys.Solids,42(1994)1397-1434.

发明内容

本发明提供了一种基于内聚力模型的用关键复合参数表征薄膜粘附性的方法，给出了如何确定对界面粘附性敏感的关键参数的过程。本发明的技术方案如下：

一种基于内聚力模型确定表征薄膜粘附性的复合参数的方法，包括下列步骤：

1)利用界面之间的粘附力和界面相对位移的关系来表示薄膜和衬底间的粘附性，而界面之间的粘附力是随着材料界面的相对距离变化而变化的，建立指数型内聚力模型的势函数φ(Δ)来表征出薄膜与衬底间的粘附情况：

其中，Δ_n为法向界面分裂距离，Δ_t为切向界面分裂距离，σ_max为界面法向最大应力，δ_n为法向特征长度，对应于法向界面应力达到最大值σ_max时界面的分裂距离，为切向特征长度，对应于切向界面应力达到最大值τ_max时界面的分裂距离；

2)利用上述指数型内聚力模型作为薄膜衬底结构中薄膜衬底界面单元的本构模型，建立考虑界面粘附性的有限元模型，该模型包含薄膜和衬底两部分，并在薄膜和衬底间添加内聚单元。

3)对有限元模型施加固定的外力，固定δ_n和δ_t的取值，改变σ_max的取值，观察薄膜与衬底间的粘附情况变化，观察结果为：薄膜粘附性是σ_max的敏感参数且随着σ_max的增大界面最大应力也随之增大，即随着σ_max的增大薄膜粘附质量变好。