確定化學機械研磨工藝研磨時間的方法
2023-05-16 19:19:36
專利名稱：確定化學機械研磨工藝研磨時間的方法
技術領域：
本發明涉及一種確定化學機械研磨工藝研磨時間的方法。
背景技術：
在半導體製造中，隨著多層布線的出現，導致了矽片表面出現了 較大的段差，凹凸不平，造成了金屬配線不良及之後光刻對焦的困難。
為了解決這一問題，引入了CMP (化學機械研磨)工藝。它通過化學 反應和機械研磨拋光的作用，使矽片表面圖形趨於平坦化。
在半導體製造的化學機械研磨工藝中，主要是通過化學機械研磨 條件鍵(Key)、先導光片研磨速率、前膜值來計算產品化學機械研磨 的研磨時間，從而達到對殘膜膜厚的監控。其中，化學機械研磨條件 鍵多數是在新產品投入時，通過拷貝同類產品的流程得到的；若沒有 同類產品，就由工程師根據經驗預先給一個。這種做法因為沒有考慮 到不同產品st印height (臺階高度)及pattern density (圖形密度) 對產品研磨速率的影響，經常會引起殘膜偏離中心值及超規格的現 象，嚴重時會影響到產品的良率甚至廢片。
在CMP工藝中，條件鍵由眾和key組成，其中眾表示與膜質或產 品等相關的菜單的代碼，key為條件鍵的數值。條件鍵是CMP工藝控 制中一個非常重要的參數，蘊含了CMP工藝菜單的重要信息。實際工
藝控制過程中，系統一方面可以根據條件鍵的代碼選擇CMP的工藝菜 單，工藝菜單裡包括各種壓力、轉速等；另一方面可以根據條件鍵的 數值計算CMP的研磨時間，從而達到對殘膜膜厚的監控。對於同一產 品同一步CMP而言，key是一個常量。對於不同產品或同一產品不同 的CMP步驟，條件鍵的數值key是一個變量，與前膜、殘膜、臺階高
度以及圖形密度等產品的設計及製造過程中的信息相關。
以往為了避免拷貝條件鍵對產品膜厚的影響，在新產品第一次運 行時先根據事先給定的條件試做一枚，根據結果來修正條件鍵的數值 key。這樣在一定程度上減少了對產品yield (良率)的損失，但同
時也增加了人力負擔及設備和材料的成本。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種確定化學機械研磨工藝 研磨時間的方法，它可以根據模擬公式計算出當前新產品的條件鍵的 值，進而可以計算出研磨時間，這樣不但可以提高條件鍵值的準確性， 提高良品率，而且可以節省成本。
為了解決以上技術問題，本發明提供了一種確定化學機械研磨工 藝研磨時間的方法，第一步，根據現有產品的信息建立化學機械研磨 的條件鍵(key)的模擬公式key=(pre*(l-kl)+target*kl +(kl-l/M(p))*H)/100，其中pre是產品的前膜厚度、target是殘膜的規 格、kl是接近或達到平坦化時產品的研磨速率與先導光片研磨速率 之間的相關係數、M(p)是未接近或達到平坦化前產品的研磨速率與先 導光片研磨速率的比值、H指的是產品的臺階高度；第二步，根據新產品流程，確定M(p) 、 H和target的數值，並根據所述模擬公式 計算出key的值；第三步，利用key的值、產品的前膜厚度和先導光 片的研磨速率計算得出研磨時間。
因為本發明利用模擬公式計算得出條件鍵的值，這樣就不需要拷 貝現有產品的條件鍵的值了，從而可以避免產生較大誤差，提高了條 件鍵值的準確性，進而提高了良品率，同時也不需要為了得到修正的 條件鍵的值進行試做，這樣就可以節省成本。
具體實施例方式
在半導體器件中，同類產品是相對於器件大的工藝尺寸、性能來 定義的。從化學機械研磨工藝的角度來講，即使是同樣的前膜和殘膜 規格，由於臺階高度及圖形密度的不同，產品的研磨速率也是有差別 的。因此，僅靠拷貝得到的或由工程師預先給定的條件鍵在實際的運 行過程中經常會引起殘膜偏離中心值及超規格的現象，嚴重時會影響 到產品的良率甚至廢片。
實際產品的化學機械研磨過程，可以簡單的分兩步進行
第一步為局部平坦化過程，局部平坦化過程，研磨速率與產品的 圖形密度有關，研磨時間為Tl=H/RR(p)，其中，H是st印height 的簡稱，是指產品的臺階高度；p是pattern density的簡稱，是指 產品的圖形密度；RR(P)是在平坦化前產品的研磨速率，是與圖形密 度(P)有關的函數。
第二步為接近及達到全面平坦化的過程，研磨速率接近於光片的 研磨速率，局部平坦化過程，研磨速率與產品的圖形密度有關，研磨
時間為T2=(pre-H-target)/PR*kl，其中，H指的是產品的臺階高 度；P指的是產品的圖形密度；pre是產品的前膜厚度；target是殘 膜的規格；PR是先導光片的研磨速率；kl是接近或達到平坦化時產 品的研磨速率與光片研磨速率之間的相關係數。
那麼產品實際的研磨過程來計算研磨時間，可以用式1表示 T=Tl+T2=H/RR(p) + (pre-H_target)/PR*kl (式1)
另外，如果從工程條件鍵的定義來計算研磨時間，可以用式2表
示
T二 (pre-key*100)/PR (式2)
其中，key是條件鍵的數值。
那麼，通過以上的式1和式2，就可以簡單將產品化學機械研磨 條件鍵的公式歸納如下(式3):
key =(pre*(1-kl)+target*kl+(kl-1/M(p))*H)/100(式3 ) 其中M(p)=RR(p)/PR，是未接近或達到平坦化前產品的研磨速 率與先導光片研磨速率的比值，是關於圖形密度P的函數，反映了圖 形密度對產品研磨效果的影響，不同膜質，M(p)不同；M(p)可以通過
現有的數據分析模擬方法得出。其中，可以採取如下的模擬方法選
取同一膜質不同圖形密度的產品，分別收集先導光片研磨速率的值和 未接近或達到平坦化前產品的研磨速率，建立圖形密度與產品的研磨
速率/先導光片研磨速率值的資料庫，就可以模擬出該膜質的M(p)。
通過公式就可以獲得準確的條件鍵，通過對產品研磨時間的控制 達到對殘膜的較好控制。
這樣在現有的工藝中，首先，根據現有產品的信息和條件鍵建立 化學機械研磨條件鍵的模擬公式(式3);其次，在導入新的產品時,
根據新的流程獲得需要確定條件鍵的膜質、前膜、殘膜的target等 信息；接下來，根據產品流程及製品信息獲得相關的臺階高度和圖形 密度的數值；最後，利用模擬公式計算化學機械研磨條件鍵。
根據計算獲得的key值後，再根據公式2計算得出研磨時間，就 可以實現對化學機械研磨殘膜的控制。另外，跟蹤該產品的殘膜厚度 的波動情況，可以檢驗化學機械研磨的條件鍵的合理性和準確性。比 如，多批同一產品同一工程的化學機械研磨的殘膜膜厚值都在設置的 規格以內，並且在目標規格附近波動不大，就說明該條件鍵比較準確 和合理；否則需對條件鍵公式進行微調，可以調整M(p)或kl或同時 進行調整實現對條件鍵的微調。
權利要求
1、 一種確定化學機械研磨工藝研磨時間的方法，其特徵在於，第一步，根據現有產品的信息建立化學機械研磨的條件鍵(key)的 模擬公式key =(pre*(l-kl)+target*kl+(kl-l/M(p))*H)/100，其 中pre是產品的前膜厚度、target是殘膜的規格、kl是接近或達到 平坦化時產品的研磨速率與先導光片研磨速率之間的相關係數、M(p)是未接近或達到平坦化前產品的研磨速率與先導光片研磨速率的比 值、H指的是產品的臺階高度；第二步，根據新產品流程，確定M(p)、 H和target的數值，並根據所述模擬公式計算出key的值；第三步， 利用key的值、產品的前膜厚度和先導光片的研磨速率計算得出研磨 時間。
2、 如權利要求1所述的確定化學機械研磨工藝研磨時間的方 法，其特徵在於，它還包括第四步，檢測加工完成的多批同一產品同 一工程的化學機械研磨的殘膜膜厚值是否都在設定的範圍內，如果有 超過設定數或波動較大，則需對條件鍵的公式進行微調，即調整 M(p)或kl或同時進行調整。
3、 如權利要求1所述的確定化學機械研磨工藝研磨時間的方 法，其特徵在於，所述第三步的研磨時間按照以下公式計算T二(pre-key*100)/PR，其中pre是產品的前膜厚度、PR是先導光片的研磨速率。
4、 如權利要求1或2所述的確定化學機械研磨工藝研磨時間的方法，其特徵在於，所述kl的值接近於l，範圍在0.7-1.3之間。
5、如權利要求1或2所述的確定化學機械研磨工藝研磨時間的 方法，其特徵在於，所述M(p) =RR(p)/PR，它可以通過模擬獲得， 其中，PR是先導光片的研磨速率，RR(P)是在平坦化前產品的研磨速 率，其是有關圖形密度的函數。
全文摘要
本發明公開了一種確定化學機械研磨工藝研磨時間的方法，它可以根據模擬公式計算出當前新產品的條件鍵的值，進而可以計算出研磨時間，這樣不但可以提高條件鍵值的準確性，提高良品率，而且可以節省成本。該方法的關鍵是根據現有產品的信息建立化學機械研磨的條件鍵(key)的模擬公式key＝(pre*(1-k1)+target*k1+(k1-1/M(p))*H)/100，其中pre是產品的前膜厚度、target是殘膜的規格、k1是接近或達到平坦化時產品的研磨速率與先導光片研磨速率之間的相關係數、M(p)是未接近或達到平坦化前產品的研磨速率與先導光片研磨速率的比值、H指的是產品的臺階高度。
文檔編號H01L21/304GK101121244SQ20061002999
公開日2008年2月13日 申請日期2006年8月11日 優先權日2006年8月11日
發明者劉豔平, 李晗玲 申請人:上海華虹Nec電子有限公司