利用帶隙電壓參考電路進行銅應力測量的新方法

圖6(a)和6(b)分別說明每個晶圓退火前后MaxBowXY和過壓及帶隙參考電壓的對比情況。MaxBowXY從圖6(a)到圖6(b)的增加是因為Cu再結晶導致拉伸應力。當MaxBowXY增加時帶隙參考電壓和過壓值降低是因為厚Cu層在電路上施加應力。從圖6(a)和6(b)中，我們可以看到過壓和帶隙參考電壓有更線性的匹配，正如其他文獻所述。

如圖7所示，當我們探究晶圓均勻性時，我們可以看到晶圓最外側邊緣的帶隙參考電壓最低(紅色)，而該區域具有更高的拉伸應力(參見圖8)。在圖7中，從晶圓中心壓縮(負)到外緣拉伸(正)的應力梯度與圖8中晶圓中心帶隙參考壓力最大到外緣帶隙參考壓力最低密切關聯。由于每個晶圓要進行1200個晶粒測量，Cu應力測量方法的分辨率遠高于晶圓彎曲度測量方法(每個晶圓測量37個點)。

此外，晶圓彎曲度測量只是在特定工藝步驟的即時應力監控方面更為準確。而施加到器件上的累積性應力則難以監測，而新方法則可提供累積性應力測量結果。

圖6：退火前(a)和退火后(b)MaxBowXY與過壓的對比(左軸)以及MaxBowXY與帶隙參考電壓的對比(右軸)

圖7：退火后晶圓均勻性輪廓圖(測量1200個晶粒的帶隙參考電壓)

圖8：退火后晶圓均勻性輪廓圖(37個局部測量點)

4 結論

在本文中，我們闡述了一種測量Cu薄膜應力的新方法——利用具備帶隙參考電壓并具備過壓功能的特殊設計芯片。通過這種方法，我們能夠確定Cu應力行為在后端集成方案中的敏感性。

總而言之，這種方法可以擴展用于任何具有拉伸應力或壓縮應力的薄膜類型，以實現半導體制造工藝監控。借助帶隙參考電壓電路的特殊設計，能夠監控BEOL集成中的應力預算。