薄膜导体的静电粘着性测试仪制造技术

一种静电粘着性测试仪。在一个实施例中，提供一种测试在衬底上形成的薄膜导体的粘着强度的装置，此装置包括一个主要由导电部分构成的粘着性测试仪。此导电部分施加于薄膜导体之上并且在物理上不与薄膜导体接触，而是在其间留有很小的空间。还可将电源连接到粘着性测试仪、薄膜导体或两者以便在导电部分和薄膜导体之间产生一个电位差。此电位差在导电部分和薄膜导体之间产生一个在薄膜导体之中引起应力的电场。还可提供一个测量装置用来连接粘着性测试仪及薄膜导体以便测量电场的电参数，该参数就是粘着强度的指标。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及粘着性测试领域，特别是涉及薄膜导体及多种衬底的无接触粘着性测试法。
技术介绍
描述在半导体制造领域内，金属薄膜是制造超大规模集成(VLSI)器件中的重要元件。这些金属薄膜通常或是用汽相淀积，或是溅射于不同材料制作的衬底上。典型的应用是将薄膜金属淀积于介电物层上以生成CMOS(互补金属氧化物半导体)器件中的互连层。VLSI制造要求薄膜金属必须满足几个严格的结构、化学及电学方面的要求。VLSI器件制造中普遍关心的一点是将亚微米特征图形刻蚀到薄膜金属中的能力。为促进这种细微刻蚀，对材料制造必须仔细控制。VLSI器件生产中细线宽和高密度的要求提出了对颗粒缺陷和薄膜瑕疵(比如针孔)的密度要极低的严格要求。这类亚微米刻蚀的一个结果是底层表面经常变得相当粗糙。因此在下置衬底和上覆薄膜金属之间必须具有优良的粘着性。在VLSI加工中所使用的薄膜金属的粘着性在其整个淀积期间必须是高质量的并在其后继续保持。如在任何时候金属薄膜脱离衬底，器件几乎肯定失效。因此，优良的粘着性是保证器件可靠性所必需的。粘着强度将迅速成为微电子工业的严格量度，特别是随着材料系统和器件变得越来越复杂。在过去的技术中为测定衬底上薄膜金属的粘着强度使用了多种方法和技术。早期的一种粘着性测量方法是将一片胶带压在薄膜表面上，然后将胶带拉起。之后检查胶带和表面来确定是否有任何部分胶带或全部胶带被拉掉。这一方法成为“胶带测试”，并且胶带测试为失败显然表示该薄膜不适用于器件制造。这一测试的最重要的缺点是这种薄膜粘着强度的测量只是定性的，并且得到的结果分布很离散。一直用来测量粘着强度的第二种方法是“划痕”或“凹痕”法。这一方法获得的结果既取决于薄膜的硬度也取决于薄膜的粘着质量。这一过程开始时，将一个铬钢尖端垂直压在薄膜表面上，然后沿薄膜表面纵向移动。尖端的压力逐渐加大直到尖端将薄膜全部从衬底上除去。然后利用显微镜观察去掉薄膜的凹槽。施加在尖端的最大压力就作为薄膜粘着强度的度量。作为这种胶带测试改进方案的凹痕法却很耗费时间，并且需要从其他测量的组合中得出粘着强度的大小。从前用来测量薄膜金属的粘着强度的第三种方法要求将一个小试针用树脂粘在薄膜表面上。然后从试针及树脂周围去除环绕的薄膜材料。之后，在试针上施加垂直于薄膜金属表面的作用力，一直到衬底和薄膜之间的粘合断掉，或者是薄膜金属和试针之间的树脂粘合断掉。这一方法经常产生不一致的结果。这一方法也要求很长的试样制备时间，并且如果树脂粘合首先断掉就得不到有意义的数据。此外，选择合适的树脂防止与薄膜发生任何可歪曲结果的反应是很关键的。已经证实上述测试薄膜金属粘着强度的方法具有试样制备时间长和只能产生需要从其他材料解出粘着强度大小的定性结果的缺点。最好是能有一种经过改进的测试薄膜金属的粘着强度的方法。专利技术概述薄膜导体静电粘着性测试仪可解决大部分上述问题。在一个实施例中提供一种测试在衬底上形成的薄膜导体的粘着强度的装置。此装置包括一个主要由导电部分构成的粘着性测试仪。此导电部分施加于薄膜导体之上并且在物理上不与薄膜导体接触而是在其间留有很小的空间。还可将电源连接到粘着性测试仪、薄膜导体或两者以便在导电部分和薄膜导体之间产生一个电位差。此电位差在导电部分和薄膜导体之间产生一个在薄膜导体之中引起应力的电场。还可提供一个测量装置用来连接粘着性测试仪及薄膜导体以便测量电场的电参数，该参数就是粘着强度的指标。粘着性测试仪还可包含一个或多个与导电部分连接的支撑部分以便将导电部分紧靠着薄膜导体精确定位。上述的电源是可调节的，以便可以将导电部分和薄膜导体之间的电位差加大。调节此电位差可控制导电部分和薄膜导体之间的电场并容许电场增加到使薄膜导体从衬底剥离接触导电部分的程度。将测量装置连接在薄膜导体和导电部分之间以便检测就在薄膜导体接触导电部分之前的电参数。另一种办法是将测量装置配置成可检测电参数的重大变化率。通常是粘着性测试仪及由薄膜导体构成的衬底两者都置于真空室中以防止发生电弧。还有，本专利技术旨在提出一种测试在衬底上形成的薄膜导体的粘着强度的方法。这一方法包括通过将粘着性测试仪的导电部分紧靠着薄膜导体放置，但与薄膜导体不发生物理接触而是形成一个电容器的步骤；然后在导电部分和薄膜导体之间生产一个电位差以便在导电部分和薄膜导体之间产生一个相应的电场；之后测量电容器的电参数，其中的电参数就是薄膜导体的粘着强度的指标。本专利技术还旨在提供一种用于测试在衬底上形成的薄膜导体的粘着强度的系统。此系统包含粘着性测试仪、电源及测量装置。粘着性测试仪包含一个在粘着性测试仪应用于所述薄膜导体时不与所述薄膜导体发生物理接触的导电部分。电源用于连接到粘着性测试仪或薄膜导体并能在导电部分和薄膜导体之间产生电位差。此电位差在导电部分和薄膜导体之间产生一个电场。此电场在薄膜导体之中引起应力。此测量装置与粘着性测试仪或薄膜导体连接以便测量所述电场的电参数。此电参数就是薄膜导体的粘着强度的指标。与此类似，本专利技术还旨在提供一种用于测试在衬底上形成的薄膜导体的粘着强度的方法，其构成包括下列步骤形成电容器、在电容器的导电部分和薄膜导体之间产生电位差、并测量作为薄膜导体的粘着强度指标的电容器的电参数。电容器的形成是通过将粘着性测试仪的导电部分置于紧靠着所述薄膜导体之处，其中所述导电部分不与所述薄膜导体发生物理接触。电位差在所述导电部分及薄膜导体之间产生电场，其中所述电场在所述薄膜导体之中引起应力。附图简介在参考附图并阅读下面的描述之后可以清楚地了解本专利技术的其他目的及其优点，附图中附图说明图1为两个平行导体平板之间的静电应力示意图；图2为静电粘着性测试仪的略图；图3为测试粘着强度的方法的流程图；图4为三种金属化的粘着强度的维泊尔(Weibull)分布曲线；图5为测试薄膜的特征粘着强度及维泊尔模数表；图6A为微型鼓泡粘着失败的俯视图；图6B为6A中的微型鼓泡之一的剖视图。虽然本专利技术可用于各种变形及其它形式，其具体实施例是通过附图中的示例示出，并且下面将予以详细说明。然而，应当认为，此处的附图及详细说明并不想将本专利技术局限于所公开的具体形式，而是相反地，是为了覆盖所有包括在由下面的权利要求所确定的本专利技术的精神和范围中的变形、等效物及其他形式。专利技术详述参考图1，其中示出根据本专利技术的一个实施例的两个平行导体平板之间的静电应力示意图。这一技术的原理是利用电场产生的可计量的法向张力来使薄膜金属化层与其半导体衬底分层。图1示出用于测试在衬底104上形成的薄膜金属102的粘着强度的系统100。薄膜金属102与粘着性测试仪101的导电部分110通过电源120连接。电源120最好是可调的，并可在导电部分110上产生正电荷。薄膜金属102可带负电也可接地。这一系统的模型是简单平行平板电容器。对于与接地的薄膜金属102相对并带有均匀表面电荷密度ρ的导电部分110，根据高斯定律可计算出插入介电物中的电场160，等于表面电荷密度除以真空电容率与分隔导电部分110和薄膜金属102的材料的介电常数的乘积。在此具体实施例中分隔导电部分和薄膜金属的介电物是空气，其相对电容率为1.00059。电场160还可定义为单位静电荷的总静电力。在导电部分110和薄膜金属102表面上产生的静电力130垂直表面，因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测试在衬底上形成的薄膜导体的粘着强度的方法，包括下列步骤：通过将粘着性测试仪的导电部分紧靠着所述薄膜导体放置而形成一个电容器，其中所述导电部分与所述薄膜导体不发生物理接触；在所述导电部分和所述薄膜导体之间产生一个电位差，其中所述 电位差在所述导电部分和所述薄膜导体之间产生一个电场，其中所述电场在所述薄膜导体中引起应力；以及测量所述电容器的电参数，其中所述电参数就是所述粘着强度的指标。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小阿尔弗雷德J格里芬，弗兰兹R布劳岑，丹尼尔L卡拉翰，海宁S杨，
申请(专利权)人：赖斯大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]