CN100353518C - 浅沟槽隔离工艺中化学机械抛光工艺窗口确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浅沟槽隔离工艺中化学机械抛光工艺窗口确定方法，以上一系列产品的氮化硅薄膜研磨时间为参考值，递增和递减研磨时间，对硅片的氮化硅薄膜进行研磨，记录下氮化硅薄膜残留的膜厚以及相对应的研磨时间；对所有的硅片进行光学显微镜观察；对所有无色差的硅片用磷酸腐蚀，并进行光学显微镜观察；将所有观测点都无色差的硅片的氮化膜的厚度及所对应的最长研磨时间，与所有观测点都无残留的硅片的氮化膜的厚度及所对应的最短研磨时间的差值确定为化学机械抛光工艺窗口。本发明可以有效而快速地建立起化学机械抛光研磨时间的工艺窗口，为后续优化工艺，缩短开发时间，提高产品良品率奠定基础。

Description

浅沟槽隔离工艺中化学机械抛光工艺窗口确定方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路中的浅沟槽隔离(STI)工艺方法，特别是涉及一种浅沟槽隔离工艺中化学机械抛光(CMP)工艺的时间控制和工艺窗口确定方法。
背景技术
浅沟槽隔离作为器件隔离技术，被广泛地应用在先进半导体工艺技术中。其工序主要为垫氧化膜(PAD OXIDE)生长、氮化膜生长、浅槽刻蚀、高密度等离子(HDP)氧化膜淀积、反转刻蚀、化学机械抛光、氢氟酸刻蚀以及磷酸刻蚀部分组成。其中，化学机械抛光工艺是浅沟槽隔离模块的关键工艺。它利用化学和机械的方法对高密度等离子氧化膜进行研磨最终实现平坦化。然而化学机械抛光研磨对于硅片表面不同图形有很大的依赖性，图形的图案、密度以及大小都会影响到工艺的稳定性、可控性和重复性。如何有效而准确的确定化学机械抛光的工艺窗口，提高其在硅片内芯片间的均匀性以及芯片内的均匀性，是该工艺在生产应用中得以实现的关键，也是该工艺目前面临的主要问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种浅沟槽隔离工艺中化学机械抛光工艺窗口确定方法，可以有效而快速地建立起化学机械抛光研磨时间的工艺窗口，为后续优化工艺，缩短开发时间，提高产品良品率奠定基础。
为解决上述技术问题，本发明的浅沟槽隔离工艺中化学机械抛光工艺窗口确定方法，包括如下步骤：
第一步、以上一系列产品的氮化硅薄膜研磨时间为参考值，递增和递减研磨时间，对硅片的氮化硅薄膜进行研磨，然后记录下氮化硅薄膜残留的膜厚以及相对应的研磨时间；
第二步、对所有的硅片进行光学显微镜观察，观察标准以色差为依据，记录下所有观测点都无色差的硅片的最长研磨时间和所有观测点都有色差的硅片的最短研磨时间，将该时间段确定为化学机械抛光研磨时间工艺窗口的高段；
第三步、接着，对所有无色差的硅片直接用磷酸腐蚀，然后，对所有硅片进行光学显微镜观察，观察标准以残留物为依据，记录下所有观测点都有残留的硅片的最长研磨时间和所有观测点都无残留的硅片的最短研磨时间，将该时间段确定为化学机械抛光研磨时间工艺窗口的低段；
第四步、将所述高段中的所有观测点都无色差的硅片的氮化膜的厚度及所对应的最长研磨时间，与所述低段中的所有观测点都无残留的硅片的氮化膜的厚度及所对应的最短研磨时间的差值确定为化学机械抛光工艺窗口。
在CMOS工艺SOC(片上系统)的产品生产过程中，浅沟槽隔离反版更新改版后使用本发明的方法，并同原有的旧版进行了对比实验。实验发现，新版状况下的浅沟槽隔离工艺中化学机械抛光工艺窗口是原来旧版的4倍，对于更改新版所带来的效果有了最直接和最快速的验证。在最后的产品测试后，新版的产品良品率也有所提高，这也证明了本发明的有效性。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是应用本发明的方法对硅片进行光学显微镜观察的结果示意图，其中，(a)是在有源区稀疏区域的色差示意图，(b)是在有源区密集区域的残留示意图；
图2是应用本发明的方法确定的浅沟槽隔离工艺中化学机械抛光工艺窗口示意图。
具体实施方式
本发明的浅沟槽隔离工艺中化学机械抛光工艺窗口确定方法，包括如下步骤：
1、以上一系列产品的氮化硅薄膜研磨时间为参考值，递增和递减研磨时间，对硅片的氮化硅薄膜进行研磨，然后记录下氮化硅薄膜残留的膜厚以及相对应的研磨时间。
2、对所有的硅片进行光学显微镜观察。观察位置为有源区的存储器周边电路，逻辑电路或者测试单元群(TEG)区域。以所述观察位置的中心和位于该中心的周边五个点或九个点为观测点。观察标准以色差为依据，这是因为不同厚度的薄膜或不同膜质对光的反射有所不同。由于过度的研磨会导致稀疏区域的膜厚的不均匀，这种不均匀表现为颜色的不同。因此，颜色的差异可以判断过度研磨后残膜厚度不均匀的程度，如图1(a)所示。记录下所有观测点都无色差的硅片的最长研磨时间和所有观测点都有色差的硅片的最短研磨时间，这一时间段就是化学机械抛光研磨时间工艺窗口的高段。
3、接着，对所有无色差的硅片直接用磷酸腐蚀。然后，对所有硅片进行光学显微镜观察，观察位置为有源区的存储器矩阵电路，如ROM，RAM区域。以所述观察位置的中心和位于该中心的周边五个点或九个点为观测点。
观察标准以残留物为依据。由于在有源区密集的区域研磨速率较慢，如果研磨不足会导致在氮化硅表面有高密度等离子氧化膜的残留。由于未经过氢氟酸处理，而直接用磷酸腐蚀，这样，有高密度等离子氧化残留的区域的氮化膜就不会受到腐蚀，从而在硅片表面产生斑状的残留。在光学显微镜下可以很清楚的观察到这种残留，如图1(b)所示。
记录下所有观测点都有残留的硅片的最长研磨时间和所有观测点都无残留的硅片的最短研磨时间，这一时间段就是化学机械抛光研磨时间工艺窗口的低段。
4、将所述高段中的所有观测点都无色差的硅片的氮化膜的厚度及所对应的最长研磨时间，与所述低段中的所有观测点都无残留的硅片的氮化膜的厚度及所对应的最短研磨时间的差值确定为化学机械抛光工艺窗口。如图2所示。
下面结合在一产品工艺开发中，采用本发明的方法确定化学机械抛光工艺窗口的实施例对本发明作进一步说明。
1、研磨时间参考上一系列产品的时间，氮化膜的厚度的目标值为1050，以该厚度为中心，以50为一个间隔分别研磨到1150、1100、1000、950。
2、化学机械抛光结束后，用光学显微镜对这五片硅片进行观察。在逻辑电路中选择有源区小于0.8×0.8平方微米，间隔大于10微米的区域。经观察发现，氮化膜的厚度为1050到950的硅片均有色差，残膜越薄色差越明显。这说明工艺窗口的过度研磨的低段为氮化膜的厚度1050到1100。
3、将氮化膜的厚度为1100和1150的两片硅片进行磷酸腐蚀，然后再用光学显微镜对硅片观察。经观察发现，两片硅片均有氮化膜残留现象。这样，工艺窗口的不足研磨的低段为0。
4、因此，该CMP化学机械抛光的工艺窗口在氮化膜的厚度为1100和1150之间，小于50。
在该产品浅沟槽隔离反转更新后，再次对五片硅片进行了同样的实验。结果均未发现色差和残留的现象，因此化学机械抛光的工艺窗口是原来4倍以上。在最后的产品测试后，新版的产品良品率也有所提高，这证明了本发明的方法的有效性，也说明了该方法是更改新版效果最直接和最快速的验证。

Claims (5)

1、一种浅沟槽隔离工艺中化学机械抛光工艺窗口确定方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步、以上一系列产品的氮化硅薄膜研磨时间为参考值，递增和递减研磨时间，对硅片的氮化硅薄膜进行研磨，然后记录下氮化硅薄膜残留的膜厚以及相对应的研磨时间；
第二步、对所有的硅片进行光学显微镜观察，观察标准以色差为依据，记录下所有观测点都无色差的硅片的最长研磨时间和所有观测点都有色差的硅片的最短研磨时间，将该时间段确定为化学机械抛光研磨时间工艺窗口的高段；
第三步、接着，对所有无色差的硅片直接用磷酸腐蚀，然后，对所有硅片进行光学显微镜观察，观察标准以残留物为依据，记录下所有观测点都有残留的硅片的最长研磨时间和所有观测点都无残留的硅片的最短研磨时间，将该时间段确定为化学机械抛光研磨时间工艺窗口的低段；
第四步、将所述高段中的所有观测点都无色差的硅片的氮化膜的厚度及所对应的最长研磨时间，与所述低段中的所有观测点都无残留的硅片的氮化膜的厚度及所对应的最短研磨时间的差值确定为化学机械抛光工艺窗口。
2、如权利要求1所述的浅沟槽隔离工艺中化学机械抛光工艺窗口确定方法，其特征在于：当实施第二步对所有的硅片进行光学显微镜观察时，其观察位置为有源区的存储器周边电路、逻辑电路或者测试单元群区域。
3、如权利要求2所述的浅沟槽隔离工艺中化学机械抛光工艺窗口确定方法，其特征在于：以所述观察位置的中心和位于该中心的周边五个点或九个点为观测点。
4、如权利要求1所述的浅沟槽隔离工艺中化学机械抛光工艺窗口确定方法，其特征在于：当实施第三步对所有无色差的硅片进行观察时，其观察位置为有源区的存储器矩阵电路。
5、如权利要求4所述的浅沟槽隔离工艺中化学机械抛光工艺窗口确定方法，其特征在于：以所述观察位置的中心和位于该中心的周边五个点或九个点为观测点。
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