芯片翘曲值的分析方法及芯片的制造方法技术

本申请公开了一种芯片翘曲值的分析方法及芯片的制造方法。该分析方法包括：获取所欲制备的芯片中金属互连结构的顶层金属层与底层金属层的体积比RP；按照翘曲值Bs与体积比RS之间的关系模型，根据体积比RP，估算所欲制备的芯片的翘曲值BP。该方法中，通过计算所欲制备的芯片中金属互连结构的顶层金属层与底层金属层间的体积比RP，将该体积比RP代入翘曲值Bs与体积比RS之间的关系模型，就能估算出采用与关系模型中样品芯片相同的制备工艺时，所得到的芯片将具有的翘曲程度。若该估算值超出了要求范围，就可以对该制备工艺进行调整，以降低所欲制备的芯片的翘曲程度，提高芯片的良品率。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及芯片制造领域，具体而言，涉及一种芯片翘曲值的估算方法及芯片的制造方法。
技术介绍
随着人类社会的不断发展，人们对电子产品的需求越来越广泛。相应地，作为电子产品的基本单元，芯片的制造得到了研究者的高度关注。其中，如何提高芯片的质量也变的尤为重要。在芯片的制造过程中，通常会以晶圆为基本单元，在晶圆上沉积介质层(如SiO2、Si3N4层等)、形成金属互连结构(如Cu金属互连结构)并在金属互连结构上方形成焊垫(如铝焊垫)，进而形成芯片。沉积上述介质层、金属互连结构及焊垫通常需要在高温条件下进行，沉积结束后又往往需要将温度降至室温。在这样反复的升温、降温的过程中，由于各材料层的热膨胀系数不同，极易在各层之间的界面处产生热应力，从而导致整个芯片出现翘曲变形。当介质层、金属互连结构和焊垫的热膨胀系数大于晶圆的热膨胀系数时，翘曲变形后芯片的中心处会发生凹陷；当介质层、金属互连结构和焊垫的热膨胀系数小于晶圆的热膨胀系数时，翘曲变形后芯片的中心处会发生凸起。为了提高芯片的良品率，降低芯片在制造过程中产生的翘曲程度，有必要在进行芯片制造之前，对芯片的翘曲程度进行预先的估算。
技术实现思路
本申请旨在提供一种芯片翘曲值的估算方法及芯片的制造方法，以解决现有技术中芯片的翘曲程度较高的问题。为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种芯片翘曲值的估算方法，其包括以下步骤：获取所欲制备的芯片中金属互连结构的顶层金属层与底层金属层的体积比RP；按照翘曲值Bs与体积比RS之间的关系模型，根据体积比RP，估算所欲制备的芯片的翘曲值BP。进一步地，获取上述关系模型的方法包括以下步骤：获取不同样品芯片的金属互连结构中顶层金属层与底层金属层的体积比RS，并测量每一个样品芯片的翘曲值BS；根据不同样品的体积比RS与翘曲值BS，建立关系模型。进一步地，获取样品芯片的金属互连结构中顶层金属层与底层金属层的体积比RS的步骤包括：测量样品芯片中每一层顶层金属层的高度值THKT和光罩透光率TRANST，将每一层顶层金属层的高度值THKT和光罩透光率TRANST相乘后，得出每一层样品芯片的顶层金属层的体积函数值，进而按照公式Ⅰ计算样品芯片的顶层金属层的总体积函数值VT；公式Ⅰ如下：VT=Σ1n(THKT×TRANST)]]> 公式Ⅰ测量样品芯片中每一层底层金属层的高度值THKB和光罩透过率TRANSB，将每一层底层金属层的高度值THKB和光罩透光率TRANSB相乘后，得出每一层样品芯片的底层金属层的体积函数值，进而按照公式Ⅱ计算样品芯片的底层金属层的总体积函数值VB；公式Ⅱ如下：VB=Σ1m(THKB×TRANSB)]]> 公式Ⅱ按照公式Ⅲ计算样品芯片的金属互连结构中顶层金属层与底层金属层的体积比RS；公式Ⅲ为：RS＝VT/VB；其中，公式Ⅰ中n为样品芯片的顶层金属层层数；公式Ⅱ中m为样品芯片的底层金属层层数。进一步地，计算样品芯片的顶层金属层的总体积函数值VT的步骤中，同时测量对应于每一层样品芯片的顶层金属层的顶层过孔的高度值THKTH和光罩透光率TRANSTH，并按照公式Ⅳ计算样品芯片的顶层金属层的总体积函数值VT；公式Ⅳ如下：VT=Σ1n(THKT×TRANST)+Σ1n(THKTH×TRANSTH)]]> 公式Ⅳ计算样品芯片的底层金属层的总体积函数值VB的步骤中，同时测量对应于每一层样品芯片的底层金属层的底层过孔的高度值THKBH和光罩透光率TRANSBH，并按照公式Ⅴ计算样品芯片的底层金属层的总体积函数值VB；公式Ⅴ如下：VB=Σ1m(THKB×TRANSB)+Σ1m(THKBH×TRANSBH)]]> 公式Ⅴ公式Ⅳ中n为样品芯片的顶层金属层层数；公式Ⅴ中m为样品芯片的底层金属层层数。进一步地，计算样品芯片的顶层金属层的总体积函数值VT的步骤中，同时测量焊垫的高度值THKTD和光罩透光率TRANSTD，并按照公式Ⅵ计算样品芯片的顶层金属层的总体积函数值VT；公式Ⅳ如下：VT=Σ1n(THKT×TRANST)+Σ1n(THKTH×TRANSTH)+(THKTD×TRANSTD×KTD/KT)]]> 公式Ⅵ计算样品芯片的底层金属层的总体积函数值VB的步骤中，同时测量插塞的高度值THKBD和光罩透光率TRANSBD，并按照公式Ⅶ计算样品芯片的底层金属层的总体积函数值VB；公式Ⅴ如下：VB=Σ1m(THKB×TRANSB)+Σ1m(THKBH×TRANSBH)+(THKBD×TRANSBD×KBD/KB)]]> 公式Ⅶ公式Ⅳ中，n为样品芯片的顶层金属层层数，KTD为焊垫的热膨胀系数，KT为顶层金属层的热膨胀系数；公式Ⅴ中，m为样品芯片的底层金属层层数，KBD为插塞的热膨胀系数，KB为底层金属层的热膨胀系数。进一步地，金属互连结构中，形成顶层金属层和底层金属层的材料为金属铜，形成焊垫的材料为金属铝，形成插塞的材料为金属钨；公式Ⅳ中，KTD为23.2，KT为16.7；公式Ⅴ中，KBD为4.5，KB为16.7。进一步地，建立上述关系模型的步骤中，获取每一个体积比RS对应的翘曲值BS时，选取多个具有相同体积比RS、不同顶层金属层层数和底层金属层层数的样品芯片，测量每一个样品芯片的翘曲值BS，取多个样品芯片的翘曲值BS的平均值，作为体积比RS对应的翘曲值BS。进一步地，建立上述关系模型的步骤中，获取每一个体积比RS对应的翘曲值BS时，选取3～5个具有相同体积比RS、不同顶层金属层层数和底层金属层层数的样品芯片进一步地，建立上述关系模型的步骤中，选取10～15组具有不同体积比RS的样品芯片，并测量具有每一个体积比RS的样品芯片的翘曲值BS，以建立关系模型。进一步地，获取所欲制备的芯片中金属互连结构的顶层金属层与底层金属层的体积比RP的步骤中，将所欲制备的芯片的设计方案中每一层顶层金属层的体积函数值、可选的对应于设计方案中每一层顶层金属层的顶层过孔的体积函数值和可选的设计方案中焊垫的体积函数值相加，得到设计方案中顶层金属层的总体积函数值；将设计方案中每一层底层金属层的体积函数值、可选的对应于设计方案中每一层底层金属层的底层过孔的体积函数值和可选的设计方案中插塞的体积函数值相加，得到设计方案中底层金属层的总体积函数值；根据设计方案中顶层金属层的总体积函数值与设计方案中底层金属层的总体积函数值，计算得到设计方案中的体积比RP。根据本申请的另一方面，提供了一种芯片的制造方法，包括在晶圆上形成介质层和金属互连结构的步骤，其中，在晶圆上形成介质层和金属互连结构的步骤之前，还包括对所欲制造的芯片的翘曲程度进行估算的方法，估算的方法为上述的芯片翘曲程度的估算方法。应用本申请的芯片翘曲值的估算方法及芯片的制造方法，通过计算所欲制备的芯片中金属互连结构的顶层金属层与底层金属层间的体积比RP，将该体积比RP代入翘曲值Bs与体积比RS之间的关系模型，就能估算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芯片翘曲值的估算方法，其特征在于，所述估算方法包括以下步骤：获取所欲制备的芯片中金属互连结构的顶层金属层与底层金属层的体积比RP；按照翘曲值Bs与体积比RS之间的关系模型，根据所述体积比RP，估算所述所欲制备的芯片的翘曲值BP。

【技术特征摘要】
1.一种芯片翘曲值的估算方法，其特征在于，所述估算方法包括以下步骤：获取所欲制备的芯片中金属互连结构的顶层金属层与底层金属层的体积比RP；按照翘曲值Bs与体积比RS之间的关系模型，根据所述体积比RP，估算所述所欲制备的芯片的翘曲值BP。2.根据权利要求1所述的估算方法，其特征在于，获取所述关系模型的方法包括以下步骤：获取不同样品芯片的金属互连结构中顶层金属层与底层金属层的所述体积比RS，并测量每一个所述样品芯片的所述翘曲值BS；根据不同样品的所述体积比RS与所述翘曲值BS，建立所述关系模型。3.根据权利要求1所述的估算方法，其特征在于，获取所述样品芯片的金属互连结构中顶层金属层与底层金属层的体积比RS的步骤包括：测量所述样品芯片中每一层顶层金属层的高度值THKT和光罩透光率TRANST，将每一层顶层金属层的所述高度值THKT和所述光罩透光率TRANST相乘后，得出每一层所述样品芯片的顶层金属层的体积函数值，进而按照公式Ⅰ计算所述样品芯片的顶层金属层的总体积函数值VT；所述公式Ⅰ如下： 公式Ⅰ测量所述样品芯片中每一层底层金属层的高度值THKB和光罩透过率TRANSB，将每一层底层金属层的所述高度值THKB和所述光罩透光率TRANSB相乘后，得出每一层所述样品芯片的底层金属层的体积函数值，进而按照公式Ⅱ计算所述样品芯片的底层金属层的总体积函数值VB；所述公式Ⅱ如下： 公式Ⅱ按照公式Ⅲ计算所述样品芯片的金属互连结构中顶层金属层与底层金属层的体积比RS；所述公式Ⅲ为：RS＝VT/VB；其中，所述公式Ⅰ中n为所述样品芯片的顶层金属层层数；所述公式Ⅱ中m为所述样品芯片的底层金属层层数。4.根据权利要求3所述的估算方法，其特征在于，计算所述样品芯片的顶层金属层的总体积函数值VT的步骤中，同时测量对应于每一层所述样品芯片的顶层金属层的顶层过孔的高度值THKTH和光罩透光率TRANSTH，并按照公式Ⅳ计算所述样品芯片的顶层金属层的总体积函数值VT；所述公式Ⅳ如下： 公式Ⅳ计算所述样品芯片的底层金属层的总体积函数值VB的步骤中，同时测量对应于每一层所述样品芯片的底层金属层的底层过孔的高度值THKBH和光罩透光率TRANSBH，并按照公式Ⅴ计算所述样品芯片的底层金属层的总体积函数值VB；所述公式Ⅴ如下： 公式Ⅴ所述公式Ⅳ中n为所述样品芯片的顶层金属层层数；所述公式Ⅴ中m为所述样品芯片的底层金属层层数。5.根据权利要求4所述的估算方法，其特征在于，计算所述样品芯片的顶层金属层的总体积函数值VT的步骤中，同时测量焊垫的高度值THKTD和光罩透光率TRANSTD，并按照公式Ⅵ计算所述样品芯片的顶层金属层的总体积函数值VT；所述公式Ⅳ如下：公式Ⅵ计算所述样品芯片的底层金属层的总体积函数值VB...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志国，隋振超，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31