CN101121240A

CN101121240A - 控制cmp膜厚面内均一性的方法

Info

Publication number: CN101121240A
Application number: CNA2006100298497A
Authority: CN
Inventors: 刘艳平; 蔡晨; 张震宇
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2026-08-09
Also published as: CN100500376C

Abstract

本发明公开了一种控制CMP膜厚面内均一性的方法，在原来仅利用光片研磨速率的大小和均一性进行控制的基础上，增加对产品前膜的range以及光片研磨速率的倾向管理，根据收集的前膜range、研磨速率倾向参数和残膜range的数据分析残膜range与前膜range和研磨速率倾向参数的关系，按此关系，根据前膜range的大小，选择倾向参数CER合适的机台进行CMP作业。本发明可以有效把残膜的range控制在规格以内。

Description

控制CMP膜厚面内均一性的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的加工工艺。

背景技术

目前在半导体晶圆厂(FAB)的化学机械抛光(CMP)工艺中，对产品研磨后薄膜(残膜)膜厚和面内均一性的控制主要是通过监控光片研磨速率的大小和均一性来实现的。光片研磨速率可以在一定程度上反映CMP设备的状态，因此通常利用光片研磨速率的大小来决定产品研磨的时间从而控制残膜膜厚，将光片研磨速率的均一性控制在一定范围内来保证产品厚度的均一性，而膜厚的均一性一般通过面内间差(range)，即，面内多点间最大和最小厚度的差值来反映。一般来说，残膜膜厚range较小，有利于器件具有较好的性能，故通常要求产品膜厚range在一定的范围内。

实际运行中，如果仅对研磨速率的大小和均一性进行监控，经常还会出现残膜range超出规格的情形，严重时不合格率达20％以上。残膜膜厚range过大不仅直接影响后面光刻的对焦，而且偏厚的地方易导致开孔不良(via open)，偏薄的地方会影响通孔(via)的特性从而造成低良品率。为了不影响良品率，经常对range超出规格的晶片再加工进行补救，做法是追长3000-5000A的膜，然后再进行追加研磨；这样不仅大大增加了人力、材料和设备的成本，而且影响了产品的运行周期。缩紧研磨速率的大小和均一性虽然可以在一定程度上减少range超出规格的现象，但同时又限制了耗材的使用期限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种控制CMP膜厚面内均一性的方法，可以有效将残膜的面内多点间最大和最小厚度的差值控制在规格以内。

为解决上述技术问题，本发明控制CMP膜厚面内均一性的方法，包括以下步骤：

步骤一，获取前膜面内间差数据，在第一次产品测试前，首先对前膜进行直径方向扫描的曲线的测量，通过对曲线的分析确定出能反映产品面内间差特征的多个在线测试点位置；然后在在线测试前膜均值的同时，测试多点最大值与最小值的差别，获得前膜的面内间差；

步骤二，获取研磨速率倾向参数(CER)，用光片作研磨速率进行监控，每种膜质的光片第一次进行监控时，先对该膜质的研磨速率进行直径方向扫描的曲线的测量和分析，确定出能反映研磨速率倾向的测试点；然后在在线测试获得速率均值和均一性的同时，通过计算获得此时研磨速率的倾向参数，研磨速率倾向参数定义为硅片在中心区域的研磨速率和边缘某个区域研磨速率的比值；

步骤三，获得残膜厚度的均值和面内间差，新产品第一次残膜测试时，增加对残膜进行直径方向扫描的曲线的测量，分析确定出能反映产品曲线的测试点位置；之后与以往测试一样获得残膜厚度的均值和面内间差；

步骤四，选择倾向参数合适的机台进行CMP作业，根据收集的前膜面内间差、研磨速率倾向参数和残膜面内间差的数据分析残膜面内间差与前膜面内间差和研磨速率倾向参数的关系；从上述关系进一步制定出利用产品前膜的面内间差以及光片研磨速率的倾向参数进行残膜面内间差控制的具体方案，即，根据前膜面内间差的大小，选择具有可以把残膜的面内间差控制在规格以内的倾向参数的机台进行CMP作业。

在所述步骤一中，对前膜进行直径方向扫描的曲线的测量时，测定点数等于20个或大于20个。

在所述步骤一中，对前膜直径方向扫描的曲线的进行分析时，确定出9个能反映产品面内间差特征的在线测试点的位置。

本发明在不增加前膜和研磨速率测试时间及精度的情况下，可以有效将残膜控制在规格以内，延长了CMP耗材的使用时间，减少了生产人员的负担，可有效提高工艺设备的生产利用率。

附图说明

图1是本发明的流程示意图；

图2是利用前膜的曲线确定在线测试点位置的示意图，本图中可以将测试点确定9点为，即，硅片中心1个点，距中心50mm处4个点及距中心90mm处4个点；

图3是利用研磨速率的profile确定CER位置点的示意图，本图中可以将测试点确定为9点，即，硅片中心1个点，距中心70mm处4个点及距中心90mm处4个点，根据产品需要也可以再加距中心95mm处4个点；速率的倾向参数(CER)可根据产品要求选择距中心70mm，90mm，95mm或其它点与中心的研磨速率的比值；

图4是利用残膜的profile确定在线测试点位置的示意图，本图中可以将测试点确定为9点，即，硅片中心1个点，距中心50mm处4个点及距中心80mm处4个点；

图5是前膜range、残膜range与研磨速率倾向参数(CER)关系的示意图，图中RG为range的简写；

图6是研磨速率倾向参数(CER)推移曲线的示意图，其中，横坐标为测试时间；纵坐标为CER；

图7是使用当前技术时的range实绩，横坐标为测定的不同批次，纵坐标R为range，用圆圈标注意为超出规格；

图8是使用本发明所提供的方法控制时的range实绩，横坐标为为测定的不同批次，纵坐标R为range。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

产品残膜的面内间差(range)不仅与光片研磨速率的大小和均一性有关，而且与前膜的range以及研磨速率的倾向有关。本发明就是通过增加对前膜的range以及研磨速率的倾向的管理来实现对残膜range的控制的，详述如下：

首先是收集前膜range的数据、研磨速率倾向参数和残膜range的数据，其具体方法如下：

关于前膜range的数据采集。在晶圆到来之前，测量膜厚前值。以往对于前膜测试的管理，只进行前膜均值的管理，没有对前膜range进行管理，对于测试点也没有明确的规定，以至于没有考虑前膜对CMP残膜的影响，经常出现残膜range超规格的现象。本发明在第一次产品测试前，首先对前膜进行直径方向扫描(diameter scan)的曲线(profile)的测量，测定点数为20个或20个以上；通过对profile的分析确定出能反映产品range特征的9个或多个在线测试点位置，如图2所示；然后在测试前膜均值的同时，获得前膜的range：算法是最大值与最小值的差别。同一类产品的同一工程第二次以后的测试，可以直接进行在线测试并得到均值。

关于研磨速率倾向参数的定义和采集。用光片作研磨速率进行监控主要是为了反映CMP设备的状态。以往对于光片研磨速率的管理，只进行速率均值和均一性的管理，没有对速率倾向参数进行定义更没有进行管理，对于测试点也没有明确的规定，以至于没有考虑研磨速率倾向对残膜range的影响，导致部分残膜range超规格的现象。在本发明中，研磨速率倾向参数定义为：硅片在中心区域的研磨速率和边缘某个区域研磨速率的比值，通过该参数反映出硅片在中心区域的研磨速率和边缘其它区域研磨速率的差别。当研磨速率倾向参数大于1时，说明此时的研磨速率有中间偏快的倾向；当研磨速率倾向参数小于1时，说明此时的研磨速率有边缘偏快的倾向。倾向参数接近或等于1，说明此时中间和边缘的研磨速率相近。以往的每个机台，每12或24小时针对等离子体氧化物(Plasma Oxide)或硼磷硅玻璃(BPSG)等不同膜质做光片的速率检测当前机台状况，通过测试面内多点的速率，获取速率的大小(均值)和均一性，面内的测试点是固定的。比如针对STI(浅沟漕隔离)CMP就做HDP(高密度等离子体)的光片速率，针对IMD(层间膜介质)CMP就做Plasma Oxide的光片速率。本发明通过对每种膜质研磨速率研磨曲线(diameter scan)的分析，首先确定出能反映研磨速率倾向的测试点，如图3所示，在测试获得速率均值和均一性的同时，通过计算掌握此时研磨速率的倾向参数(CER)。

关于残膜range的数据采集。新产品第一次残膜测试时，首先对残膜进行直径方向扫描的曲线的测量，通过对曲线的分析确定出能反映产品曲线的测试点位置，图4所示；然后象以往测试一样获得残膜的均值和range。

然后根据采集的数据建立前膜range，残膜range和研磨速率倾向之间的对应关系，如图5所示。由图5，可以根据CER值将残膜range与前膜range的差值控制在一定范围内。如：当CER＞0.98时，我们可以将残膜range与前膜range的差值控制在1200以内；假设产品残膜range的规格设定为2000，只要前膜range小于800，在机台光片研磨速率CER大于0.98的情况下作业产品的残膜就不会超出规格；另一方面，当前膜range大于800时，由于残膜range与前膜range的差值有可能大于1200，作业时残膜range就有可能超规格。很明显，机台CER越高，残膜range与前膜range的差值越小，对前膜的要求越低；对于前膜来讲，要使残膜range在规格内，前膜range越大，对机台CER的要求越高。

下表是根据前膜range选择机台的指导表，按该表可根据残膜range规格建立的不同前膜range对可以作业的机台的研磨速率倾向参数的要求的一个例子。如：当前膜range大于800时，我们只可以选择CER＞0.99的设备进行作业；选择CER小于0.99的机台作业后残膜range就有超出规格的危险。按照表1所示，根据前膜range选择可以作业的机台，就可以将残膜的规格控制在规格以内。

表1根据前膜range选择作业的机台的参考表

前膜Range	CMP机台CER要求
前膜Range	CMP机台CER要求	＜600	＞0.90
600~800	＞0.96	＜600	＞0.90
600~800	＞0.96	800~1000	＞0.99
1000~1200	＞1.02	800~1000	＞0.99
1000~1200	＞1.02	1200~1400	＞1.05
＞1400	＞1.08	1200~1400	＞1.05
＞1400	＞1.08	。。。	。。。

根据本发明控制方案下运行时有没有残膜range超标或接近超标的情况，检验本控制方法的合理性并对控制方案进行微调，从而达到对残膜range的有效控制。

通过CER对产品研磨的效果、机台缺陷(defect)等状态的综合考虑来决定各类耗材的使用期限。如图6中的CER参数推移图，当CER小于0.9时，即使前膜range很小，由于此时中间区域的研磨速率与周边区域比很慢，仍然会出现残膜range出规格的现象；我们以此可以推断研磨垫(pad)已经到了使用期限；根据类似多次的研磨数据的积累和分析以及defect(缺陷)等情况，推断出各类耗材的合理的使用期限，从而达到对各类耗材的充分运用。

本发明在不增加前膜和研磨速率测试时间及精度的情况下，可以有效将残膜控制在规格以内：将残膜range的NG率从20％以上降低到1％以下，如图7所示。这样不仅延长了CMP耗材的使用时间，而且减少了停机时间和制品滞留的时间，从而减少生产人员的负担，有效提高了工艺设备的生产利用率。

Claims

1.一种控制CMP膜厚面内均一性的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤二，获取研磨速率倾向参数，用光片作研磨速率进行监控，每种膜质的光片第一次进行监控时，先对该膜质的研磨速率进行直径方向扫描的曲线的测量和分析，确定出能反映研磨速率倾向的测试点；然后在在线测试获得速率均值和均一性的同时，通过计算获得此时研磨速率的倾向参数，研磨速率倾向参数定义为硅片在中心区域的研磨速率和边缘某个区域研磨速率的比值；

2.根据权利要求1所述的控制CMP膜厚面内均一性的方法，其特征是，在所述步骤一中，对前膜进行直径方向扫描的曲线的测量时，测定点数等于20个或大于20个。

3.根据权利要求1所述的控制CMP膜厚面内均一性的方法，其特征是，在所述步骤一中，对前膜直径方向扫描的曲线的进行分析时，确定出9个能反映产品面内间差特征的在线测试点的位置。