化學機械研磨工藝的優化方法
2023-09-16 22:03:15
專利名稱：化學機械研磨工藝的優化方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造領域，特別涉及一種化學機械研磨工藝的優化方法。
技術背景
隨著電子設備的廣泛應用，半導體的製造工藝得到了飛速的發展，在半導體的 製造流程中，涉及化學機械研磨(CMP)工藝。自20世紀90年代中期以來，CMP工藝 已經成為一種主要的表面全局化平坦技術，它通過晶圓和一個拋光頭之間的相對運動來 平坦化晶圓表面。
在實際應用中，為了對CMP工藝進行優化，通常需要在不同的CMP工藝參數 下，例如採用不同的研磨速率或採用不同的研磨液，對實驗樣品進行研磨，當研磨完畢 後，測量實驗樣品的參數，如果實驗樣品的參數達不到工藝標準，則調整CMP工藝參數 以達到優化CMP工藝的目的。需要說明的是，CMP工藝可應用於若干製程，針對不同制 程中的CMP工藝的優化，實驗樣品不相同，需測量的實驗樣品的參數也不相同，例如， 若對鎢塞製程中的CMP工藝進行優化，則需測量的實驗樣品的其中一個關鍵參數為鎢塞 的高度，所述高度為鎢塞的相對高度，即鎢塞的上表面相對於氧化層上表面的高度，若 對淺溝槽隔離區6TI)製程中的CMP工藝進行優化，則需測量的實驗樣品的其中一個 關鍵參數為淺溝槽中氧化物凹陷的深度，所述凹陷的深度是相對於氮化矽層而言 的。
下面分別以現有技術的鎢塞製程和STI製程中CMP工藝優化方法為例對CMP工 藝的優化方法進行說明。
現有技術的鎢塞製程中CMP工藝優化方法包括以下步驟
步驟一，圖1為現有技術的鎢塞製程中CMP工藝優化方法的步驟一的剖面示意 圖，參見圖1，提供一實驗樣品，該實驗樣品為在氧化層的通孔中填充有金屬鎢的晶圓， 採用CMP工藝將金屬鎢研磨至氧化層表面而形成鎢塞後，採用電子束沉積工藝在氧化層 表面形成金屬鎢，經電子束沉積工藝形成的金屬鎢的厚度約為300埃左右。
電子束沉積工藝屬於化學氣相沉積(CVD)工藝中的一種，經電子束沉積工藝形 成的金屬鎢和鎢塞中的金屬鎢具有完全不同的結構和特性，電子束沉積工藝的原理是將 金屬鎢以鎢電子束的形式沉積於另一薄膜的表面，在本步驟中，另一薄膜為氧化層。
需要說明的是，為了對鎢塞製程中的CMP工藝進行優化，需測量的參數為鎢 塞的高度，由於鎢塞位於氧化層的通孔中，為了對鎢塞的高度進行測量，需要對鎢塞按 照冠狀方向進行切割，以獲取鎢塞的縱截面，從而可根據鎢塞的縱截面而測量鎢塞的高 度，但是如果直接對鎢塞進行切割，容易損害鎢塞，這樣所測量的鎢塞的高度是不準確 的，因此，在現有技術中，通常採用的方法是在氧化層之上再覆蓋兩層不同的材料，以 形成蛋糕狀的層疊結構，從而可對蛋糕狀的層疊結構進行切割，根據所獲取的縱截面而 測量鎢塞的高度。按照冠狀方向切割獲取的是冠狀面，冠狀面是沿左右方向將對象分為 前、後兩部分的縱切面，冠狀面與水平面和矢狀面互相垂直，若按照矢狀方向切割獲取的是矢狀面，矢狀面是沿前後方向將對象分為左、右兩部分的縱切面，矢狀面與水平面 和冠狀面互相垂直。
另外，本發明所述的方法是針對實驗樣品而言的，在當前的CMP工藝參數下對 實驗樣品進行研磨，並測量實驗樣品的參數，以對CMP工藝參數進行優化。
步驟二，圖2為現有技術的鎢塞製程中CMP工藝優化方法的步驟二的剖面示意 圖，參見圖2，採用離子束沉積工藝形成金屬鎢，經離子束沉積工藝形成的金屬鎢位於經 電子束沉積工藝形成的金屬鎢的表面，經離子束沉積工藝形成的金屬鎢的厚度約為3000 埃左右，然後按照冠狀方向對實驗樣品進行切割，從而獲取實驗樣品的縱截面。
離子束沉積工藝的原理是將金屬鎢以鎢離子束的形式沉積於另一薄膜的表面， 在本步驟中，另一薄膜為經電子束沉積工藝形成的金屬鎢。
鎢塞、經電子束沉積工藝形成的金屬鎢和經離子束沉積工藝形成的金屬鎢在外 觀上均不同，便於在後續的步驟中從實驗樣品的縱截面中測量出鎢塞的高度，而且經電 子束沉積工藝形成的金屬鎢和經離子束沉積工藝形成的金屬鎢均具有一定的硬度，便於 切割。
步驟三，採用透射電子顯微鏡(TEM)測量實驗樣品的縱截面中鎢塞的高度，如 果鎢塞的高度不滿足工藝標準，則調整當前的CMP工藝參數，並重複執行步驟一和步驟 二 ；如果鎢塞的高度滿足工藝標準，則結束流程。
操作人員可採用TEM對實驗樣品的縱截面進行觀測，並從TEM的視野中估計 鎢塞的高度，或者，為了更準確一些，也可採用TEM將實驗樣品的縱截面的圖像拍攝下 來，然後採用圖像處理的方法來測量鎢塞的高度。
如果鎢塞的高度小於工藝標準，可嘗試增加CMP研磨臺3 (platent3)上的研磨時 間，如果鎢塞的高度大於工藝標準，可嘗試減少CMP研磨臺3(platent3)上的研磨的時 間，也可以通過採用不同選擇比來調節鎢塞的高度，其中，選擇比為鎢塞的移除率和氧 化層的移除率之比。
至此，本流程結束。
現有技術的STI製程中CMP工藝優化方法包括以下步驟
步驟一，圖3為現有技術的STI製程中CMP工藝優化方法的步驟一的剖面示意 圖，參見圖3，提供一實驗樣品，該實驗樣品為在SiN層的淺溝槽中填充有氧化物的晶 圓，採用CMP工藝將氧化物研磨至SiN層表面後，採用電子束沉積工藝在SiN層表面形 成金屬鎢，經電子束沉積工藝形成的金屬鎢的厚度約為300埃左右。
為了對STI製程中的CMP工藝進行優化，需測量的參數為淺溝槽中氧化物凹陷 的深度。
步驟二，圖4為現有技術的STI製程中CMP工藝優化方法的步驟二的剖面示意 圖，參見圖4，採用離子束沉積工藝形成金屬鎢，經離子束沉積工藝形成的金屬鎢位於經 電子束沉積工藝形成的金屬鎢的表面，經離子束沉積工藝形成的金屬鎢的厚度約為3000 埃左右，然後按照冠狀方向對實驗樣品進行切割，從而獲取實驗樣品的縱截面。
淺溝槽中的氧化物、經電子束沉積工藝形成的金屬鎢和經離子束沉積工藝形成 的金屬鎢在外觀上均不同，便於在後續的步驟中從實驗樣品的縱截面中測量淺溝槽中的 氧化物凹陷的深度，而且經電子束沉積工藝形成的金屬鎢和經離子束沉積工藝形成的金屬鎢均具有一定的硬度，便於切割。
步驟三，採用TEM測量淺溝槽中氧化物凹陷的深度，如果淺溝槽中氧化物凹陷 的深度不滿足工藝標準，則調整當前的CMP工藝參數，並重複執行步驟一和步驟二；如 果淺溝槽中氧化物凹陷的深度滿足工藝標準，則結束流程。
如果淺溝槽中氧化物凹陷的深度大於工藝標準，可嘗試減小CMP研磨臺 2 (platent2)上的過拋時間，或採用其他適當的研磨液等。
至此，本流程結束。
然而，在實際應用中，氧化層的成分有可能為正矽酸乙酯氧化矽(TEOS)或高 深寬比氧化矽(HARP)，淺溝槽中氧化物的成分有可能為TEOS或HARP，當採用TEOS 或HARP作為氧化層或淺溝槽中的氧化物時，由於TEOS或HARP本身的特性會導致當 TEOS或HARP與經電子束沉積工藝形成的金屬鎢接觸時，TEOS和HARP表面均會產生 收縮現象，從而使得氧化層或淺溝槽中的氧化物發生凹陷，在這種情況下，所測量的鎢 塞的高度或淺溝槽中氧化物凹陷的深度不能真實地反映CMP工藝的效果，因此，也就難 以對CMP工藝實現優化。發明內容
有鑑於此，本發明提供一種化學機械研磨工藝的優化方法，能夠對CMP工藝進 行優化。
為達到上述目的，本發明的技術方案具體是這樣實現的
一種化學機械研磨工藝的優化方法，該方法包括
A、提供一實驗樣品，並按照當前的化學機械研磨CMP工藝參數對實驗樣品進 行CMP工藝後，採用等離子體增強化學氣相沉積PE-CVD工藝在實驗樣品表面形成氮化 矽；
B、採用離子束沉積工藝在SiN的表面形成金屬鎢，然後按照冠狀方向對實驗樣 品進行切割，並獲取實驗樣品的縱截面；
C、採用透射電子顯微鏡TEM測量實驗樣品的縱截面中實驗樣品的參數，如果 實驗樣品的參數不滿足工藝標準，則調整當前的CMP工藝參數，並執行步驟A ；如果實 驗樣品的參數滿足工藝標準，則結束流程。
所述實驗樣品為在氧化層的通孔中填充有金屬鎢的晶圓；
所述實驗樣品的參數為鎢塞的高度。
所述實驗樣品為在SiN層的淺溝槽中填充有氧化物的晶圓；
所述實驗樣品的參數為淺溝槽中氧化物凹陷的深度。
所述SiN的厚度為800埃至1600埃。
可見，本發明所提供的化學機械研磨工藝的優化方法包括A、提供一實驗樣 品，並按照當前的化學機械研磨CMP工藝參數對實驗樣品進行CMP工藝後，採用等離子 體增強化學氣相沉積PE-CVD工藝在實驗樣品表面形成氮化矽SiN; B、採用離子束沉積 工藝在SiN的表面形成金屬鎢，然後按照冠狀方向對實驗樣品進行切割，並獲取實驗樣 品的縱截面；C、採用透射電子顯微鏡TEM測量實驗樣品的縱截面中實驗樣品的參數， 如果實驗樣品的參數不滿足工藝標準，則調整當前的CMP工藝參數，並執行步驟A ；如果實驗樣品的參數滿足工藝標準，則結束流程，這樣，就可以對實驗樣品的參數進行準 確的測量，能夠實現CMP工藝的優化。
圖1為現有技術的鎢塞製程中CMP工藝優化方法的步驟一的剖面示意圖。
圖2為現有技術的鎢塞製程中CMP工藝優化方法的步驟二的剖面示意圖。
圖3為現有技術的STI製程中CMP工藝優化方法的步驟一的剖面示意圖。
圖4為現有技術的STI製程中CMP工藝優化方法的步驟二的剖面示意圖。
圖5為本發明所提供的一種CMP工藝的優化方法的流程圖。
圖6為本發明所提供的鎢塞製程中CMP工藝優化方法的步驟一的剖面示意圖。
圖7為本發明所提供的鎢塞製程中CMP工藝優化方法的步驟二的剖面示意圖。
圖8為本發明所提供的STI製程中CMP工藝優化方法的步驟一的剖面示意圖。
圖9為本發明所提供的STI製程中CMP工藝優化方法的步驟二的剖面示意圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施 例，對本發明進一步詳細說明。
本發明的核心思想為按照當前的CMP工藝參數對實驗樣品進行CMP工藝 後，在實驗樣品之上形成SiN，再採用離子束沉積工藝在SiN之上形成金屬鎢，然後按照 冠狀方向對實驗樣品切割並獲取縱截面，最後採用TEM測量實驗樣品的參數，由於SiN 和實驗樣品表面接觸並不會導致實驗樣品表面發生收縮現象，能夠獲得準確的實驗樣品 的參數，從而可對CMP工藝進行優化。
圖5為本發明所提供的一種CMP工藝的優化方法的流程圖，如圖5所示，該方 法包括
步驟501，提供一實驗樣品，並按照當前的CMP工藝參數對實驗樣品進行CMP 工藝後，採用等離子體增強化學氣相沉積(PE-CVD)工藝在實驗樣品表面形成SiN。
步驟502，採用離子束沉積工藝在SiN的表面形成金屬鎢，然後按照冠狀方向對 實驗樣品進行切割，並獲取實驗樣品的縱截面。
步驟503，採用TEM測量實驗樣品的縱截面中實驗樣品的參數，如果實驗樣品 的參數不滿足工藝標準，則調整當前的CMP工藝參數，並重複執行步驟501;如果實驗 樣品的參數滿足工藝標準，則結束流程。
下面通過兩個實施例對CMP工藝的優化方法進行詳細說明。
實施例一
本發明所提供的鎢塞製程中CMP工藝優化方法包括
步驟一，圖6為本發明所提供的鎢塞製程中CMP工藝優化方法的步驟一的剖面 示意圖，參見圖6，提供一實驗樣品，該實驗樣品為在氧化層的通孔中填充有金屬鎢的晶 圓，採用CMP工藝將金屬鎢研磨至氧化層表面而形成鎢塞後，採用PE-CVD工藝在氧化 層表面形成SiN。
PE-CVD的原理是利用低溫等離子體作為能量源，將實驗樣品置於低壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電使實驗樣品升溫到預定的溫度，然後通入適應的反應氣 體，氣體經一系列化學反應和等離子體反應後在實驗樣品表面形成SiN。
經PE-CVD工藝形成的SiN的厚度為800埃至1600埃。
實驗樣品的形成方法為首先在氧化層上採用光刻工藝形成圖形，然後採用蝕 刻工藝形成溝槽，再沉積金屬鎢覆蓋所有的通孔和氧化層的表面。
在本步驟中，採用SiN代替了現有技術中的經電子束沉積工藝形成的金屬鎢， 通過實驗可知，當採用TEOS或HARP作為氧化層時，TEOS和HARP均不會產生收縮現 象，當採用其他類型的材料作為氧化層時，也沒有產生收縮現象，SiN在外觀上與鎢塞、 經離子束沉積工藝形成的金屬鎢均不同，便於在後續的步驟中從實驗樣品的縱截面中測 量出鎢塞的高度，且SiN也具有一定的硬度，便於在後續步驟中對實驗樣品的切割，因 此，採用SiN代替現有技術中的經電子束沉積工藝形成的金屬鎢對實驗結果沒有影響。
步驟二，圖7為本發明所提供的鎢塞製程中CMP工藝優化方法的步驟二的剖面 示意圖，參見圖7，採用離子束沉積工藝在SiN的表面沉積金屬鎢，然後按照冠狀方向對 實驗樣品進行切割，並獲取縱截面。
經離子束沉積工藝形成的金屬鎢的厚度與現有技術相同。
步驟三，採用TEM測量實驗樣品的縱截面中鎢塞的高度，如果鎢塞的高度不滿 足工藝標準，則調整當前的CMP工藝參數，並重複執行步驟二和步驟三；如果鎢塞的高 度滿足工藝標準，則結束流程。
如果鎢塞的高度小於工藝標準，可嘗試增加CMP研磨臺3 (platent3)上的研磨時 間，如果鎢塞的高度大於工藝標準，可嘗試減少CMP研磨臺3(platent3)上的研磨的時 間，也可以通過採用不同選擇比來調節鎢塞的高度，其中，選擇比為鎢塞的移除率和氧 化層的移除率之比。
步驟二和步驟三為現有技術的內容，在此不予贅述。
至此，本流程結束。
可見，在本發明所提供的實施例一中，將金屬鎢研磨至氧化層表面形成鎢塞 後，採用PE-CVD工藝在氧化層表面形成SiN，再採用離子束沉積工藝在SiN的表面沉積 金屬鎢，並按照冠狀方向進行切割，最後採用TEM測量縱截面中鎢塞的高度，這樣，即 使採用TEOS或HARP作為氧化層的主要成分，氧化層的表面與SiN接觸不會導致收縮現 象，有利於獲得準確的鎢塞的高度，進而能夠優化鎢塞的CMP工藝。
實施例二
本發明所提供的STI製程中CMP工藝優化方法包括
步驟一，圖8為本發明所提供的STI製程中CMP工藝優化方法的步驟一的剖面 示意圖，參見圖8，提供一實驗樣品，該實驗樣品為在SiN層的淺溝槽中填充有氧化物的 晶圓，採用CMP工藝將氧化物研磨至SiN層表面而形成STI後，採用PE-CVD工藝在 SiN層表面形成SiN。
經PE-CVD工藝形成的SiN的厚度約為800埃至1600埃左右。
實驗樣品的形成方法為首先在SiN層上採用光刻工藝形成圖形，然後採用蝕 刻工藝形成溝槽，再沉積氧化物覆蓋所有的溝槽和SiN層的表面。
在本步驟中，採用SiN代替了現有技術中的經電子束沉積工藝形成的金屬鎢，通過實驗可知，當採用TEOS或HARP作為淺溝槽中的氧化物時，TEOS和HARP均不 會產生收縮現象，當採用其他類型的材料作為淺溝槽中的氧化物時，也沒有產生收縮現 象，SiN在外觀上與淺溝槽中的氧化物、經離子束沉積工藝形成的金屬鎢均不同，便於在 後續的步驟中從實驗樣品的縱截面中測量出淺溝槽中的氧化物的高度，且SiN也具有一 定的硬度，便於在後續步驟中對實驗樣品的切割，因此，採用SiN代替現有技術中的經 電子束沉積工藝形成的金屬鎢對實驗結果沒有影響。
步驟二，圖9為本發明所提供的STI製程中CMP工藝優化方法的步驟二的剖面 示意圖，參見圖9，採用離子束沉積工藝在SiN的表面沉積金屬鎢，然後按照冠狀方向對 實驗樣品進行切割，並獲取實驗樣品的縱截面。
經離子束沉積工藝形成的金屬鎢的厚度與現有技術相同。
步驟三，採用TEM測量淺溝槽中氧化物凹陷的深度，如果淺溝槽中氧化物凹陷 的深度不滿足工藝標準，則調整當前的CMP工藝參數，並重複執行步驟二和步驟三；如 果淺溝槽裡氧化物凹陷的深度滿足工藝標準，則結束流程。
如果淺溝槽中氧化物凹陷的深度大於工藝標準，可嘗試減小CMP研磨臺 2 (platent2)上的過拋時間，或採用其他適當的研磨液等。
步驟二和步驟三為現有技術的內容，在此不予贅述。
至此，本流程結束。
可見，在本發明所提供的實施例二中，將淺溝槽中的氧化物研磨至SiN層表面 形成STI後，採用PE-CVD工藝在SiN層表面形成SiN，再採用離子束沉積工藝在SiN的 表面沉積金屬鎢，並按照冠狀方向進行切割，最後採用TEM測量淺溝槽中的氧化物凹陷 的深度，這樣，即使採用TEOS或HARP作為淺溝槽中氧化物的主要成分，淺溝槽中氧化 物的表面與SiN接觸不會導致收縮現象，有利於獲得淺溝槽中的氧化物凹陷的深度，進 而能夠優化STI的CMP工藝。
本發明所提供的與現有技術的主要區別在於在現有技術中，為了對經CMP工 藝後的實驗樣品的參數進行測量，首先採用電子束沉積工藝在實驗樣品之上形成一層金 屬鎢，再採用離子束沉積工藝形成一層金屬鎢，然後按照冠狀方向對實驗樣品進行切割 並獲取實驗樣品的縱截面，最後採用TEM測量實驗樣品的參數，根據實驗樣品的參數對 CMP參數調整；而在本發明中，首先在實驗樣品之上形成SiN，再採用離子束沉積工藝 形成金屬鎢，然後按照冠狀方向對實驗樣品切割並獲取縱截面，最後採用TEM測量實驗 樣品的參數，這樣就可避免實驗樣品的表面發生收縮現象，能夠獲得準確的實驗樣品的 參數，從而達到優化CMP工藝的目的。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡 在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換以及改進等，均應包含在本發 明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種化學機械研磨工藝的優化方法，該方法包括A、提供一實驗樣品，並按照當前的化學機械研磨CMP工藝參數對實驗樣品進行 CMP工藝後，採用等離子體增強化學氣相沉積PE-CVD工藝在實驗樣品表面形成氮化矽 SiN ；B、採用離子束沉積工藝在SiN的表面形成金屬鎢，然後按照冠狀方向對實驗樣品進 行切割，並獲取實驗樣品的縱截面；C、採用透射電子顯微鏡TEM測量實驗樣品的縱截面中實驗樣品的參數，如果實驗 樣品的參數不滿足工藝標準，則調整當前的CMP工藝參數，並執行步驟A ；如果實驗樣 品的參數滿足工藝標準，則結束流程。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述實驗樣品為在氧化層的通孔中填充 有金屬鎢的晶圓；所述實驗樣品的參數為鎢塞的高度。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述實驗樣品為在SiN層的淺溝槽中填 充有氧化物的晶圓；所述實驗樣品的參數為淺溝槽中氧化物凹陷的深度。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述SiN的厚度為800埃至1600埃。
全文摘要
本發明公開了一種化學機械研磨工藝的優化方法，該方法包括A、提供一實驗樣品，並按照當前的化學機械研磨CMP工藝參數對實驗樣品進行CMP工藝後，採用等離子體增強化學氣相沉積PE-CVD工藝在實驗樣品表面形成氮化矽SiN；B、採用離子束沉積工藝在SiN的表面形成金屬鎢，然後按照冠狀方向對實驗樣品進行切割，並獲取實驗樣品的縱截面；C、採用透射電子顯微鏡TEM測量實驗樣品的縱截面中實驗樣品的參數，如果實驗樣品的參數不滿足工藝標準，則調整當前的CMP工藝參數，並執行步驟A；如果實驗樣品的參數滿足工藝標準，則結束流程。採用該方法能夠對CMP工藝進行優化。
文檔編號G01N1/28GK102019577SQ20091019585
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月17日 優先權日2009年9月17日
發明者胡宗福 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司