利用带隙电压参考电路进行铜应力测量的新方法

图6(a)和6(b)分别说明每个晶圆退火前后MaxBowXY和过压及带隙参考电压的对比情况。MaxBowXY从图6(a)到图6(b)的增加是因为Cu再结晶导致拉伸应力。当MaxBowXY增加时带隙参考电压和过压值降低是因为厚Cu层在电路上施加应力。从图6(a)和6(b)中，我们可以看到过压和带隙参考电压有更线性的匹配，正如其他文献所述。

如图7所示，当我们探究晶圆均匀性时，我们可以看到晶圆最外侧边缘的带隙参考电压最低(红色)，而该区域具有更高的拉伸应力(参见图8)。在图7中，从晶圆中心压缩(负)到外缘拉伸(正)的应力梯度与图8中晶圆中心带隙参考压力最大到外缘带隙参考压力最低密切关联。由于每个晶圆要进行1200个晶粒测量，Cu应力测量方法的分辨率远高于晶圆弯曲度测量方法(每个晶圆测量37个点)。

此外，晶圆弯曲度测量只是在特定工艺步骤的即时应力监控方面更为准确。而施加到器件上的累积性应力则难以监测，而新方法则可提供累积性应力测量结果。

图6：退火前(a)和退火后(b)MaxBowXY与过压的对比(左轴)以及MaxBowXY与带隙参考电压的对比(右轴)

图7：退火后晶圆均匀性轮廓图(测量1200个晶粒的带隙参考电压)

图8：退火后晶圆均匀性轮廓图(37个局部测量点)

4 结论

在本文中，我们阐述了一种测量Cu薄膜应力的新方法——利用具备带隙参考电压并具备过压功能的特殊设计芯片。通过这种方法，我们能够确定Cu应力行为在后端集成方案中的敏感性。

总而言之，这种方法可以扩展用于任何具有拉伸应力或压缩应力的薄膜类型，以实现半导体制造工艺监控。借助带隙参考电压电路的特殊设计，能够监控BEOL集成中的应力预算。