硅穿孔内衬层厚度测量方法技术

本公开提供了一种硅穿孔内衬层厚度测量方法，包括：步骤1，向待测硅穿孔的侧壁斜向入射一光波，获取待测硅穿孔内返回的回归光波；步骤2，根据光波的入射位置、入射角度与待测硅穿孔的几何结构参数，建立不同厚度内衬层的硅穿孔的光学传播模型；步骤3，获取回归光波的反射率；步骤4，根据回归光波的反射率、入射光波的波长和硅穿孔的光学传播模型得到硅穿孔内衬层的厚度。本公开通过使用光束测量硅穿孔内衬层，可以灵活地测量所有几何结构的硅穿孔，同时通过测量回归光波的反射率测量内衬层厚度具有高精度，从而本公开可用于导体、半导体、绝缘体等材料构成的微孔、微槽的内壁粗糙度。微槽的内壁粗糙度。微槽的内壁粗糙度。

【技术实现步骤摘要】
硅穿孔内衬层厚度测量方法


[0001]本公开涉及硅半导体领域，具体涉及一种硅穿孔内衬层厚度测量方法。

技术介绍

[0002]硅通孔(Through silicon vias，TSV)互连技术利用垂直金属铜柱实现晶圆或芯片上下两侧的电气互连，极大地缩短了互连长度，具有大带宽、低功耗、高封装密度等特点，适用于不同功能、不同规格芯片的异构集成，是延续摩尔定律的重要手段。
[0003]TSV内衬层(liner layer)是TSV互连中用于电气隔离的关键工艺层，位于金属铜柱和硅基底之间，其厚度值是IC工艺需要控制的重要参数之一，亟需高精度无损测量方法以支撑制造工艺参数优化与成本控制，保证电气性能、提高TSV制造良率、优化集成电路先进3D封装成本。
[0004]但是，无损的光学相干断层扫描分辨率通常为微米量级，而白光干涉、光谱反射、光谱椭偏等技术测量TSV的直径和深度等结构参数，当前TSV内衬层的纳米精度无损测量在国际上仍处于空白(2021Metrology，International Roadmap For Devices And Systems，@IEEE)。
[0005]因此申请人发现现有无损技术存在如下技术缺陷：首先光学相干断层扫描法分辨率通常为微米量级，无法实现TSV内衬层厚度的纳米精度测量；另外，白光干涉、光谱反射、光谱椭偏等测量方法只能测量TSV的部分几何结构参数，无法测量内部膜层厚度信息。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的上述缺陷，本公开提供了一种硅穿孔内衬层厚度测量方法，其通过使用光束测量硅穿孔内衬层，可以灵活地测量所有几何结构的硅穿孔，同时通过测量回归光波的反射率测量内衬层厚度具有高精度，从而本公开可用于导体、半导体、绝缘体等材料构成的微孔、微槽的内壁粗糙度。
[0007]本公开提供了一种硅穿孔内衬层厚度测量方法，包括：S1，向待测硅穿孔的侧壁斜向入射一光波，获取待测硅穿孔内返回的回归光波；S2，基于回归光波的光强计算反射率；S3，根据回归光波的反射率、入射光波的波长和硅穿孔的光学传播模型得到硅穿孔内衬层的厚度。
[0008]可选地，S1之前还包括：S0，建立不同厚度的硅穿孔内衬层的光学传播模型。
[0009]可选地，光学传播模型根据光波的入射位置、入射角度与待测硅穿孔的几何结构参数进行构建。
[0010]可选地，S3包括：S31，获取不同波长的入射光波所对应的回归光波的反射率，构建入射光波的波长与回归光波反射率的曲线图；S32，根据曲线图查询与其适配的光学传播模型，读取适配的光学传播模型中内衬层的厚度，得到硅穿孔内衬层的厚度。
[0011]可选地，S3中的反射率通过回归光波的光强和入射光波的光强计算得到，其中，R
λ
＝I
λo
/I
λi
，I
λo
表示回归光波的光强，I
λi
表示入射光波的光强。
[0012]可选地，S2还包括：检测光强测量装置的透光系数，通过光强测量装置的透光系数修正反射率。
[0013]可选地，入射光波聚集成光波束；光波束的横截面外轮廓与硅穿孔的截面外轮廓相同。
[0014]可选地，包括：当内衬层所用材料为透明材料时，S2中的光学传播模型采用光学柯西色散模型、Sellmeier模型；当内衬层所用材料为部分透明或不透明的材料时，S2中的光学传播模型采用部分吸收或完全吸收对应的光学谐振子模型和方程。
[0015]可选地，还包括：S33，当未查询到与曲线图相适配的光学传播模型时，检测并调整入射光波的入射位置或入射角度，直至输出的回归光波的曲线图具备相适配的光学传播模型。
[0016]可选地，入射光波的波长范围为400nm
‑
700nm。
[0017]本公开中所公开的硅穿孔内衬层厚度测量方法，其通过使用光束测量硅穿孔内衬层，可以灵活地测量所有几何结构的硅穿孔，同时通过测量回归光波的反射率测量内衬层厚度具有高精度，从而本公开可用于导体、半导体、绝缘体等材料构成的微孔、微槽的内壁粗糙度。
附图说明
[0018]图1示意性示出了根据本公开实施例的硅穿孔内衬层厚度测量方法的流程图；
[0019]图2是示意性示出了根据本公开实施例的光波在待测硅穿孔内衬层的折射和反射的传输示意图；
[0020]图3示意性示出了根据本公开实施例的入射光波在TSV内部几何传播的示意图；
[0021]图4示意性示出了根据本公开实施例的不同厚度的内衬层的回归光波的反射率和入射光波的波长的曲线示意图。
具体实施方式
[0022]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0023]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0024]过硅孔内衬层(TSVliner)是保障TSV互连电气性能的基本前提，但其厚度的高精度光学测量方法仍未见报道。
[0025]图1示意性示出了根据本公开实施例的硅穿孔内衬层厚度测量方法的流程图。
[0026]本公开的实施例提供一种硅穿孔内衬层厚度测量方法，包括三个步骤。
[0027]步骤1，向待测硅穿孔的侧壁斜向入射一光波，获取待测硅穿孔内返回的回归光波。
[0028]步骤2，基于回归光波的光强计算反射率。
[0029]步骤3，根据回归光波的反射率、入射光波的波长和硅穿孔的光学传播模型得到硅穿孔内衬层的厚度。
[0030]一般的硅穿孔是通过硅刻蚀工艺制造的侧壁为平面的沟槽，再在硅穿孔上制备内衬层，并采用破坏性方法暴露内衬层。其中，内衬层制备工艺包括但不限于热氧化法、化学气相沉积法、物理气相沉积法。内衬层材料包括但不限于氧化硅、氮化硅。
[0031]通过使用光束测量硅穿孔内衬层，可以灵活地测量所有几何结构的硅穿孔，同时通过测量回归光波的反射率测量内衬层厚度具有高精度，从而本公开可用于导体、半导体、绝缘体等材料构成的微孔、微槽的内壁粗糙度。斜向的光束将依次入射到孔壁、孔底并再次由孔壁反射，从而使得光束携带孔壁膜层的信息，利用测得的光信息，可以依据多次反射光学模型拟合获得TSV内部膜层的厚度值。利用回归光波的反射率拟合计算TSV内衬层厚度值。
[0032]在一些实施例中，步骤1之前还包括一个步骤。
[0033]步骤0，建立不同厚度的硅穿孔内衬层的光学传播模型，光学传播模型根据光波的入射位置、入射角度与待测硅穿孔的几何本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅穿孔内衬层厚度测量方法，其特征在于，包括：S1，向待测硅穿孔的侧壁斜向入射一光波，获取所述待测硅穿孔内返回的回归光波；S2，基于所述回归光波的光强计算反射率；S3，根据所述回归光波的反射率、所述入射光波的波长和硅穿孔的光学传播模型得到所述硅穿孔内衬层的厚度。2.根据权利要求1所述的硅穿孔内衬层厚度测量方法，其特征在于，S1之前还包括：S0，建立不同厚度的硅穿孔内衬层的光学传播模型。3.根据权利要求2所述的硅穿孔内衬层厚度测量方法，其特征在于，所述光学传播模型根据所述光波的入射位置、入射角度与所述待测硅穿孔的几何结构参数进行构建。4.根据权利要求3所述的硅穿孔内衬层厚度测量方法，其特征在于，S3包括：S31，获取不同波长的入射光波所对应的回归光波的反射率，构建入射光波的波长与回归光波反射率的曲线图；S32，根据所述曲线图查询与其适配的光学传播库模型，读取所述适配的光学传播模型中内衬层的厚度，得到所述硅穿孔内衬层的厚度。5.根据权利要求1所述的硅穿孔内衬层厚度测量方法，其特征在于，所述S3中的反射率通过所述回归光波的光强和入射光波的光强计算得到，其中，R
λ
＝I
λo
/I
λi
...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍树春，石俊凯，陈晓梅，李冠楠，姜行健，董登峰，周维虎，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：