CN101104250A - 一种有效控制cmp研磨残膜厚的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有效控制CMP研磨残膜厚的方法，其根据实际测得的产品平均研磨时间、平均前膜厚度、平均先导光片研磨速率、平均研磨速率和平均厚度控制研磨时间，本发明结合实际生产中获得的影响研磨时间的因素，较为准确地确定所需研磨时间，最终可实现对CMP研磨后膜厚的有效控制。

Description

一种有效控制CMP研磨残膜厚的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体制造工艺，特别是指一种有效控制CMP研磨残膜厚的方法。

背景技术

CMP(化学机械抛光)是半导体制造工艺中非常重要的工艺之一。现有的CMP工艺，主要是利用制品前膜厚度、先导光片的研磨速率以及与残膜目标值相关的一个固定值来计算产品的研磨时间(如式1所示)，对CMP研磨后的厚度进行控制。

t＝(Tp-K)/r  式1

其中：t为研磨时间；Tp为前膜的厚度；K为与制品相关的一个参数；r为先导光片的研磨速率。

然而，实际控制过程中，K并不是一个常数，由于这种方法是利用制品研磨速率和光片研磨速率的固定关系来计算的，并没充分考虑到产品结构、CMP耗材等诸多因素的影响，因此利用上述公式计算往往会导致残膜的膜厚有较大的波动，严重时导致产品的膜厚超出规格以外。

对于制品研磨时间来讲，也可用另外公式(式2)表示：

t＝(Tp-Tpost)/R    式2

其中，Tpost是制品的残膜厚度；R是实际制品的研磨速率。

将式1和式2结合起来，得出：

K-Tp(1-r/R)+r/R*Tpost    式3

然而，实际的研磨过程中，光片和制品的研磨速率r和R受到耗材和制品等诸多因素的影响都不是固定不变的，r/R的比值也有很大的变化；根据这一点，从式3可以推断，K并不是一个常数。这也就是原来计算方法导致残膜的膜厚有较大的波动的原因。

如图2所示，对CMP工艺而言，影响先导光片研磨速率的和产品研磨速率的因素有很多，即使同一种因素，对于两种研磨速率的影响也不尽相同。

因此，在此技术领域中，需要一种新的研磨时间的计算方法，最终实现对CMP研磨后磨后的有效控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种有效控制CMP研磨残膜厚的方法，它可以结合实际生产获得的影响研磨时间的因素，较为准确地确定所需研磨时间，最终可实现对CMP研磨后膜厚的有效控制。

为解决上述技术问题，本发明有效控制CMP研磨残膜厚的方法，根据实际测得的产品平均研磨时间、平均前磨厚度、平均先导光片研磨速率、平均研磨速率和平均厚度控制研磨时间，其研磨时间计算公式如下：

式4

其中：

是前5～10个批次产品的平均研磨时间；

是前5～10个批次产品的平均前膜厚度；

是前5～10个批次产品的平均光片研磨速率；

是前5～10个批次产品的平均研磨速率；

是前5～10个批次产品的平均厚度。

m是光片研磨速率、制品研磨速率变化的修正因子m＝1.0+/-0.4。

有效控制CMP研磨残膜厚的方法所述的先导光片为与待研磨的膜质相同或不同的无图形硅片。

采用上述研磨时间的计算方法后，通过对部分产品的研磨时间进行修正，提高了产品膜厚的Cpk，有效改善和控制了CMP工艺。

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是影响CMP光片和产品片研磨速率的因素；

图2是利用公式计算得到的产品膜厚推移曲线。

具体实施方式

所述CMP工艺包括STI-CMP(浅沟道隔离研磨)，PMD-CMP(金属前介质膜研磨)，其膜质包括有BPSG(掺硼，磷硅玻璃)，PSG(掺磷硅玻璃等)；IMD-CMP(金属层间膜研磨)，其膜质包括有HDP(高密度等离子体氧化膜)，FSG(掺氟硅玻璃)，P-SiO2(等离子体氧化膜等)。

首先，新制品到来后，前10个批次仍然按照原来的方法(式1)进行研磨时间的计算t1，t2....t10。

t＝(Tp-K)/r    式1

其次，改造现有软件，根据生产实际获得公式4所需要的参数如下：

1)前10个批次产品的平均研磨时间，

t＝(t1+t2+t3....+t10)/10

2)直接测试得到前10个批次产品的平均前膜厚度，

Tp＝(Tp1+Tp2+Tp3....+Tp10)/10

3)通过日常设备速率监控，得到前10个批次产品的平均先导光片研磨速率，

r＝(r1+r2+r3....+r10)/10

4)可根据此计算公式R1＝(Tp1-Tpost1)/t1计算得到前10个批次产品的平均研磨速率，

R＝(R1+R2+R3....+R10)/10

5)直接测试得到前10个批次产品的平均残膜厚度，

Tpost＝(Tpost1+Tpost2+Tpost3....+Tpost10)/10

然后，对于10个批次后，利用本发明的计算公式(式4)进行研磨时间的计算。

式4

其中：

是前5～10个批次产品的平均研磨时间；

是前5～10个批次产品的平均前膜厚度；

是前5～10个批次产品的平均光片研磨速率；

是前5～10个批次产品的平均研磨速率；

是前5～10个批次产品的平均厚度。

说明：1：代表平均研磨时间；

2：代表前膜厚度对研磨时间的影响；

3：代表光片淹没速率变化对研磨时间的影响；

4：代表残膜偏离目标值后对研磨时间的修正。

所述先导光片为与待研磨的膜质相同或不同的无图形硅片。

如图2所示，样品D*29-3CMP通过上述计算方法计算的研磨时间，产品膜厚的Cpk(工程能力指数)可以提高31％。

如表1所述，对于7个样品，通过式4计算研磨时间，产品的膜厚的Cpk都可以提高10％以上。

表1.利用公式计算后产品膜厚控制效果。

产品	优化之前Cpk	优化之后Cpk	提高程度(％)
				D*19-2CMP	1.38	1.72	25％
D*19-3CMP	1.33	1.47	11％
				D*1Z-2CMP	1.29	1.47	14％
D*1Z-3CMP	1.31	1.86	42％
				D*2Z-2CMP	1.66	1.88	13％
D*29-2CMP	1.49	2.09	40％
				D*29-3CMP	1.27	1.67	31％

Claims (2)

1.一种有效控制CMP研磨残膜厚的方法，其特征在于，根据实际测得的产品平均研磨时间、平均前磨厚度、平均先导光片研磨速率、平均研磨速率和平均厚度控制研磨时间，其研磨时间计算公式如下：

$t=\stackrel{\‾}{t}+(\mathrm{Tp}-\stackrel{\‾}{T}p)/r+((\stackrel{\‾}{r}-r)*m)/\stackrel{\‾}{R}*\stackrel{\‾}{t}+(\stackrel{\‾}{T}\mathrm{post}-\mathrm{Tt})/2r$

其中：

是前5～10个批次产品的平均研磨时间；

是前5～10个批次产品的平均前膜厚度；

是前5～10个批次产品的平均先导光片研磨速率；

是前5～10个批次产品的平均研磨速率；

是前5～10个批次产品的平均厚度，

m是光片研磨速率、制品研磨速率变化的修正因子m＝1.0+/-0.4。

2.如权利要求1所述的有效控制CMP研磨残膜厚的方法，其特征在于，所述先导光片为与待研磨的膜质相同或不同的无图形硅片。

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