CN101459044A - 化学机械抛光中凹陷现象检测单元、制作方法及检测方法 - Google Patents

Abstract

化学机械抛光中凹陷现象检测单元、制作方法及检测方法，所述制作方法包括如下步骤：在经化学机械抛光后的图形衬底表面生长检测层；在检测层表面生长覆盖层；对覆盖层表面进行化学机械抛光处理，至除去图形衬底表面的图形边缘处对应的覆盖层；采用选择性刻蚀的方法，在图形衬底表面形成检测单元。本发明还提供了一种化学机械抛光中凹陷现象的检测方法。本发明提供的制作方法和检测方法，既适用于检测导电材料构成的图形衬底，又适用于检测绝缘材料构成的图形衬底，具有普适性。

Description

化学机械抛光中凹陷现象检测单元、制作方法及检测方法

技术领域

本发明涉及半导体器件工艺，特别涉及化学机械抛光中凹陷现象检测单元、制作方法及检测方法。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polish：CMP)工艺是目前半导体集成电路工艺中最为常见的工艺之一，是一种在先进半导体工艺里不可或缺的薄膜平坦化技术。CMP被广泛的应用于集成电路工艺的各个阶段，比如晶圆抛光、浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation：STI)、金属互联等。包括单晶硅、多晶硅、二氧化硅、氮化硅、氧化铪、金属、金属硅化物等各种材料都可以采用CMP做表面的抛光处理。

现阶段，CMP工艺中产生的凹陷问题，是困扰工艺工程师的难题之一。所谓凹陷，是指对晶圆表面的图形做CMP工艺处理时，抛光后的图形中心部位略低于四周，晶圆表面的图形形成了类似于碟子形状的中间低、四周高的凹陷结构，尤其是对于晶圆表面图形较大的时候，非常容易产生凹陷现象。如图1所示为CMP工艺产生凹陷现象的示意图，半导体衬底1中存在被抛光的图形2、3、4和5。其中图形2、3和4的横向尺寸较小，在CMP时不会产生凹陷现象，而图形5由于横向尺寸较大，因此在CMP时可能会产生凹陷的现象。在后续的工艺步骤中若再次对凹陷的图形结构做CMP处理，则在碟形凹陷的中心部位很容易引起多余物质的残留，破坏了器件结构，导致器件失效，严重影响生产线的成品率。由于CMP工艺对图形的尺寸很敏感，因此在实际的生产中，必须经常检测是否有图形凹陷现象产生。

当被抛光的大块图形为金属材料时，可以采用测量图形电导率的方法检测图形凹陷现象。如图2所示，当图形5是导电材料时，可以采用该方法检测图形凹陷现象。在抛光后的图形衬底表面分别施加电压，测量抛光后图形的电阻。如果电阻大于正常值，则说明薄膜的厚度变薄，发生了凹陷现象。

美国专利US5723874详细披露了该技术方案。在衬底表面设计了一个检测单元。该检测单元由各种不同横向尺寸的图形结构组成。对该衬底表面进行CMP抛光处理。通过比较每个检测单元的电导率变化与横向尺寸之间的关系，在抛光图形的横向尺寸与凹陷程度之间建立定量关系。在采用CMP抛光金属图形时，采用该方案可以根据图形尺寸确定CMP工艺参数的大致范围。但是检测电阻的方法决定了该检测单元必须由导电材料制作，因此该方案只能用于检测金属或者其他导电材料形成的图形的凹陷，并不适用于二氧化硅、氮化硅等绝缘材料的凹陷检测，因此并不具有普适性。

现有技术中，针对CMP工艺凹陷现象的检测单元以及检测方法，无法做到既适用于导电图形又适用于绝缘图形，不具有普适性。CMP作为集成电路工艺中不可或缺的工艺手段，其应用范围不断扩大，图形凹陷作为CMP工艺中的重要问题之一，亟需一种制作具有普适的检测单元的方法，用以检测CMP工艺中的凹陷现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种即适用于导电图形、又适用于绝缘图形的，具有普适性的化学机械抛光中凹陷现象检测单元、制作方法及检测方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，包括如下步骤：在经化学机械抛光后的图形衬底表面生长检测层；在检测层表面生长覆盖层；对覆盖层表面进行化学机械抛光处理，至除去图形衬底表面的图形边缘处对应的覆盖层；采用选择性刻蚀的方法，在图形衬底表面形成检测单元。

可选的，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料为单晶硅、多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铪、砷化镓、金属或者金属硅化物。

可选的，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料包括掺杂浓度大于1×10¹⁵cm^-2的硅、掺杂浓度大于1×10¹⁵cm^-2多晶硅、金属或者金属硅化物时，检测层包括介质层与导电层。

可选的，所述介质层的构成材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪。

可选的，所述导电层的构成材料为多晶硅、金属或者金属硅化物。

可选的，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料包括掺杂浓度小于1×10¹⁵cm^-2的硅、掺杂浓度小于1×10¹⁵cm^-2多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪时，检测层包括导电层。

可选的，所述导电层的构成材料包括多晶硅、金属或者金属硅化物。

可选的，所述覆盖层的构成材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪。

可选的，所述检测单元包括条状结构或者彼此交错的梳状结构。

可选的，所述用于形成测试结构的选择性刻蚀所具有的特点包括，刻蚀导电层的速率大于刻蚀覆盖层的速率。

可选的，所述检测单元包括的条状结构，其横向宽度为0.05微米～1微米。

可选的，所述检测单元包括的彼此交错的梳状结构，梳齿的横向间隔距离为0.05微米～5微米。

可选的，所述检测单元包括的彼此交错的梳状结构，每根梳齿的横向宽度为0.05微米～1微米。

本发明还提供了一种化学机械抛光中凹陷现象的检测方法，采用上述的方法制作的化学机械抛光中凹陷现象的检测单元，检测经化学机械抛光后的图形衬底表面是否产生凹陷，检测的方法包括通过测量检测单元的电阻值判断经化学机械抛光后的衬底表面是否产生凹陷。

可选的，当检测单元为条状结构时，所述测量检测单元的电阻值的方法具体为测量条状结构两端的电阻值。

可选的，当检测单元彼此交错的梳齿结构的梳齿结构时，所述测量检测单元的电阻值的方法具体为测量彼此交错的梳齿结构的梳齿之间的电阻值。

可选的，若测量得到的电阻值小于理论计算值，可以判定产生了凹陷现象。

本发明还提供了一种化学机械抛光中凹陷现象的检测单元，包括图形衬底和检测层，其特征在于，检测层中包括导电层，所述导电层构成条状结构或彼此交错的梳状结构。

可选的，当图形衬底表面由导电材料构成时，检测层还包括位于导电层下方的介质层。

本发明还提供了一种化学机械抛光中凹陷现象的检测单元，包括图形衬底和检测层，其特征在于，检测层中包括导电层和位于导电层上的覆盖层，导电层表面具有条状凸出结构或者彼此交错的梳状凸出结构，所述凸出结构由覆盖层或者覆盖层与导电层共同构成。

可选的，当图形衬底表面由导电材料构成时，检测层还包括位于导电层下方的介质层。

与现有技术相比，以上技术方案叙述的化学机械抛光中凹陷现象检测单元、制作方法及检测方法，通过生长包括检测层和覆盖层的多层结构，将图形衬底的凹陷现象反映为覆盖层的残留，再采用选择性刻蚀的方法，通过考察检测层是否得到充分刻蚀而考察覆盖层是否有残留，从而检测图形衬底的凹陷现象。本发明所述技术方案的优点在于测试结构由生长在图形衬底表面的检测层中的导电层构成，测试结构的组成并不包括图形衬底部分，因此既适用于检测导电材料构成的图形衬底，又适用于检测绝缘材料构成的图形衬底，具有普适性。

附图说明

图1为化学机械抛光工艺中产生凹陷现象的示意图；

图2为现有技术检测化学机械抛光工艺中凹陷现象的示意图；

图3为本发明所述化学机械抛光中凹陷现象检测单元的制作方法具体实施方式的工艺流程图；

图4至图23为本发明所述化学机械抛光中凹陷现象检测单元的制作方法具体实施方式的工艺示意图；

图24为本发明所述化学机械抛光中凹陷现象检测方法的具体实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供的化学机械抛光中凹陷现象检测单元的制作方法与检测方法，既适用于检测导电材料构成的图形衬底，又适用于检测绝缘材料构成的图形衬底，具有普适性。

下面结合附图对本发明提供的化学机械抛光中凹陷现象检测单元制作方法的具体实施方式做详细的说明。

该方法所要检测的图形衬底，其构成材料包括单晶硅、锗硅(SiGe)、应变硅(Strained-Si)、绝缘体上的硅(SOI)等半导体工业中常见的或者具有重大发展前景的衬底材料，也可以是碳化硅、锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓、锑化镓、氮化镓、氮化铝，氮化铟等化合物半导体，或其组合。所述半导体衬底可以是已经形成各种半导体结构、器件以及线路的半导体衬底。

其图形衬底表面的图形是在半导体工艺中某一步CMP工艺后，在表面形成的图形。所述图形可以是采用浅沟槽隔离，经CMP平坦化之后形成的；可以是金属布线工艺中，经CMP平坦化之后形成的；也可以是其他结构经CMP形成的。生产实践表明，图形的横向尺寸越大，越容易在中心产生凹陷现象。对于90纳米工艺，当图形的横向尺寸大于20微米的图形，CMP之后经常会发生凹陷现象。

本实施方式所述一种化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，广泛适用于导电衬底图形和绝缘衬底图形。针对衬底图形的导电性质不同，可以选择生长不同结构的检测层。由检测层形成的检测单元即可以制作成条状结构，也可以制作成彼此交错的梳状结构。采用该方法时，衬底图形经CMP之后产生凹陷或者未产生凹陷的情况下，由检测层形成的检测单元是不同的。

参考附图3所示为本发明所述化学机械抛光中凹陷现象检测单元的制作方法具体实施方式的工艺流程图。步骤S101，在经化学机械抛光后的图形衬底表面生长检测层；步骤S102，在检测层表面生长覆盖层；步骤S103，对覆盖层表面进行化学机械抛光处理，至除去图形衬底表面的图形边缘处对应的覆盖层；步骤S104，采用选择性刻蚀的方法，在图形衬底表面形成检测单元。

本实施方式的第一种情况，是导电图形衬底未产生凹陷的情况下，制作条状检测单元。

图4至图9为第一种情况下制作方法的工艺示意图。

如图4所示，为经化学机械抛光后的图形衬底101。

所述经化学机械抛光后的图形衬底101表面的构成材料包括掺杂浓度大于1×10¹⁵cm^-2的硅、掺杂浓度大于1×10¹⁵cm^-2多晶硅、多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪等绝缘材料。对于金属布线工艺中，经CMP平坦化之后形成的图形，其表面的部分图形通常是硼磷玻璃(BPSG)等用于金属引线间的绝缘介质材料；对于其它结构经CMP后形成的图形，其表面可以是氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅等介质材料，亦可以是氧化铪等高介电常数材料，或者其它在特殊场合应用的特殊材料。

参考步骤S101，如图5所示，在经化学机械抛光后的图形衬底101表面生长检测层102。

所述之检测层102包括介质层102a与导电层102b。

所述介质层102a的构成材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铪等绝缘材料。

所述导电层102b的构成材料为多晶硅、金属、金属硅化物等导电材料。

如图6所示，参考步骤S102，在检测层102表面生长覆盖层103。

所述覆盖层103的构成材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪。

所述介质层102a的位置位于导电层102b与经化学机械抛光后的图形衬底101表面之间。

所述导电层102b的位置位于介质层102a与覆盖层103之间，且与覆盖层103相连。

如图7所示，参考步骤S103，对覆盖层103表面进行化学机械抛光处理，至除去图形衬底表面的图形边缘处对应的覆盖层103。

参考步骤S103，除去图形衬底101表面的图形边缘处对应的覆盖层时，由于图形衬底101表面未产生凹陷现象，图形的中心部分的高度与边缘部分相同，抛光至边缘的覆盖层103被除去时，中心部分的覆盖层103也一同被除去。

如图8所示，参考步骤S104，采用选择性刻蚀的方法，在图形衬底101表面形成检测单元104。

所述用于形成测试结构的选择性刻蚀所具有的特点包括，刻蚀导电层的速率大于刻蚀覆盖层的速率。在进行刻蚀工艺时，根据刻蚀导电层102b的速率，计算导电层102b被全部刻蚀所需的时间，以此时间作为制作检测单元104，实施刻蚀工艺所用的时间。由于覆盖层103已经完全去除，因此导电层102b暴露在刻蚀工艺环境中，可以保证导电层102b被刻穿。

如图9所示为图8所示检测单元104、介质层102a以及图形衬底101的立体图。

所述检测单元104包括条状结构。所述条状结构，其横向宽度为0.05微米～1微米。

检测单元104是在图形衬底101未发生凹陷现象情况下形成的，形状是条状结构。由于图形衬底101未发生了凹陷，因此对条状的检测单元104的刻蚀是充分的。

本实施方式的第二种情况，是在导电图形衬底产生凹陷的情况下，制作条状检测单元。

制作工艺的实施流程如图3所示。

如图10所示，在经化学机械抛光后的图形衬底201表面生长检测层202。

所述之检测层202包括介质层202a与导电层202b。

如图11所示，在检测层202表面生长覆盖层203。

所述介质层202a与导电层202b的位置参考本实施方式的第一种情况。

如图12所示，除去图形衬底201表面的图形边缘处对应的覆盖层。由于图形衬底201表面产生凹陷现象，图形的中心部分的高度低于边缘部分，抛光至边缘的覆盖层203被除去时，中心部分仍然会保留有残余覆盖层203’。

如图13所示，采用选择性刻蚀的方法，在图形衬底201表面形成检测单元204。

所述用于形成测试结构204的选择性刻蚀所具有的特点包括，刻蚀导电层的速率大于刻蚀覆盖层的速率。所述的刻蚀工艺既包括干法刻蚀，也包括湿法刻蚀。对于干法刻蚀，应根据所采用的覆盖层与测试层材料化学性质的不同，选用不同的刻蚀气体，所选刻蚀工艺应满足刻蚀导电层202b与刻蚀覆盖层203的速率比值大于10，达到选择性刻蚀的目的。例如当硅基材料作为导电层202b，二氧化硅等介质材料作为覆盖层203时，可以采用HBr+Cl₂气体，或者其它刻蚀硅速度快而刻蚀二氧化硅等介质材料速度缓慢的气体。对于湿法刻蚀，所选刻蚀溶液也应满足刻蚀导电层202b与刻蚀覆盖层203的速率比值大于10，达到选择性刻蚀的目的。例如当采用Al等金属材料或者合金作为导电层202b时，也可以根据覆盖层203的化学性质，采用磷酸或者其它酸溶液等作为湿法刻蚀液，其刻蚀导电层202b的速度远远大于刻蚀覆盖层203的速度；当采用硅材料作为导电层202b，二氧化硅等介质材料作为覆盖层203时，可以采用KOH溶液或者TMAOH溶液作为刻蚀溶液，上述溶液刻蚀硅的速度是刻蚀二氧化硅或者氮化硅速度的100倍以上。

由于采用的是选择性刻蚀工艺，刻蚀覆盖层203’的速率慢。在有凹陷发生的情况下，由于凹陷引起的残余覆盖层203’的存在，对刻蚀工艺起到了阻挡的作用。因此导电层202b在限定的时间内不会被完全刻蚀，其靠近衬底的部分保持部分完好。在刻蚀工艺对导电层202b与残余覆盖层203’之间腐蚀速率差异很大的情况下，甚至可以保证导电层202b完全不被刻蚀。例如采用HBr+Cl₂作为干法刻蚀气体，导电层202b为多晶硅，覆盖层203为二氧化硅的情况下，干法刻蚀对二氧化硅的刻蚀速率小于刻蚀多晶硅速率的十分之一。因此对于速率相差较大的情况下，可能出现只刻蚀残余覆盖层203’，而残余覆盖层203’下的导电层202b保持完好的情况。并且在实际应用的情况下，通过技术人员合理选择覆盖层203和导电层202b材料，更多出现的是残余覆盖层203’下的导电层202b保持完好的情况。

如图14所示为检测单元204、介质层202a以及图形衬底201的立体图。图14所示为残余覆盖层203’下的导电层202b保持完好的情况，此种情况在实际应用中最为常见。为了更清楚地表示检测单元204的立体形貌，覆盖于其上的残余覆盖层203’并未画出。

检测单元204是在图形衬底201发生凹陷现象情况下形成的。由于图形衬底201发生了凹陷，因此对检测单元204的刻蚀是不充分的。

本实施方式的第三种情况，是导电图形衬底未产生凹陷的情况下，制作彼此交错的梳状检测单元。

制作工艺的实施流程如图3所示。

对实施方式的详细描述，可以参考前述第一种与第二种情况下对实施方式的描述。由于衬底未产生凹陷，因此覆盖层在化学机械抛光工艺中可以完全除去，不会产生残余覆盖层。在后续的选择性刻蚀工艺中，导电层可以得到充分的刻蚀。

如图15所示为检测单元304、介质层302a以及图形衬底301的立体图。

本实例中，所述检测单元304包括彼此交错的梳状结构。所述梳齿的横向间隔距离为0.05微米～5微米。所述彼此交错的梳状结构，每根梳齿的横向宽度为0.05微米～1微米。

检测单元304是在图形衬底301未发生凹陷现象情况下形成的，形状是彼此交错的梳状结构。由于图形衬底304未发生了凹陷，因此彼此交错的梳状的检测单元304得到了充分的刻蚀，彼此交错的梳齿之间是不连通的。

本实施方式的第四种情况，是导电图形衬底产生凹陷的情况下，制作彼此交错的梳状检测单元。

制作工艺的实施流程如图3所示。

对实施方式的详细描述，可以参考前述三种情况下对实施方式的描述。由于衬底产生了凹陷，因此覆盖层在化学机械抛光工艺中不能完全除去，产生了残余覆盖层。在后续的选择性刻蚀工艺中，导电层不能够得到充分的刻蚀。

如图16所示为检测单元404、介质层402a以及图形衬底401的立体图。图16所示为残余覆盖层下的导电层保持完好的情况，此种情况在实际应用中最为常见。为了更清楚地表示检测单元404的立体形貌，覆盖于其上的残余覆盖层并未画出。

检测单元404是在图形衬底401发生凹陷现象情况下形成的。由于图形衬底401发生了凹陷，因此检测单元404未得到了充分的刻蚀。

本实施方式的第五种情况，是绝缘图形衬底未产生凹陷的情况下，制作条状检测单元。

制作工艺的实施流程如图3所示。

如图17所示，经化学机械抛光后的图形衬底501。

所述经化学机械抛光后的图形衬底501表面的构成材料包括掺杂浓度大于1×10¹⁵cm^-2的硅、掺杂浓度大于1×10¹⁵cm^-2多晶硅、砷化镓、金属或者金属硅化物等导电材料。对于采用浅沟槽隔离工艺，CMP平坦化之后形成图形时，其表面材料通常是单晶硅；对于金属布线工艺中，经CMP平坦化之后形成的图形，其表面的部分图形通常是金属或者金属硅化物；对于其它结构经CMP后形成的图形，其表面可以是多晶硅，也可以是其它在特殊场合应用的特殊材料。

如图18所示，在经化学机械抛光后的图形衬底501表面生长检测层502。

所述之检测层502包括导电层502b。

所述导电层502b的构成材料为多晶硅、金属、金属硅化物等导电材料。

如图19所示，在检测层502表面生长覆盖层503。

所述覆盖层503的构成材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪。

所述导电层502b的位置位于在经化学机械抛光后的图形衬底501表面与覆盖层503之间，且与覆盖层503相连。

后续实施方式的详细描述可参考前述四种情况所述之内容。由于图形衬底501未产生凹陷，因此覆盖层503在化学机械抛光工艺中可以完全除去，不会产生残余覆盖层。在后续的选择性刻蚀工艺中，导电层502b可以得到充分的刻蚀。

如图20所示为检测单元504以及图形衬底501的立体图。

检测单元504是在图形衬底501未发生凹陷现象情况下形成的，形状是条状结构。由于图形衬底501未发生凹陷，因此对条状的检测单元504的刻蚀是充分的。

本实施方式的第六种情况，是绝缘图形衬底未产生凹陷的情况下，制作彼此交错的梳状检测单元。

制作工艺的实施流程如图3所示。

对实施方式的详细描述，可以参考前述五种情况下对实施方式的描述。

如图21所示为检测单元604以及图形衬底601的立体图。

检测单元604是在图形衬底601未发生凹陷现象情况下形成的，形状是彼此交错的梳状结构。由于图形衬底604未发生了陷，因此对彼此交错的梳状检测单元601的刻蚀是充分的。

本实施方式的第七种情况，是绝缘图形衬底产生凹陷的情况下，制作条状检测单元。

制作工艺的实施流程如图3所示。

对实施方式的详细描述，可以参考前述六种情况下对实施方式的描述。

如图22所示为检测单元704以及图形衬底701的立体图。

检测单元704是在图形衬底701发生凹陷现象情况下形成的，形状是条状结构。由于图形衬底701发生了凹陷，因此检测单元704未得到了充分的刻蚀。

本实施方式的第八种情况，是绝缘图形衬底未产生凹陷的情况下，制作彼此交错的梳状检测单元。

制作工艺的实施流程如图3所示。

对实施方式的详细描述，可以参考前述七种情况下对实施方式的描述。

如图23所示为检测单元804以及图形衬底801的立体图。

检测单元804是在图形衬底801发生凹陷现象情况下形成的。由于图形衬底801发生了凹陷，因此检测单元804未得到了充分的刻蚀。

以上所述的八种情况，分别为导电或者绝缘的图形衬底，在发生或者未发生凹陷的情况下制作条状或者彼此交错的梳状结构。对于导电图形衬底，检测层至少应包括介质层和导电层。介质层可以在导电衬底与导电层之间起到电学隔离的作用。对于绝缘图形衬底，介质层是非必需的。发生凹陷的情况下，由于覆盖层抛光不充分，影响到了选择性刻蚀工艺对导电层的刻蚀，导致检测单元刻蚀的不充分。而不发生凹陷的情况下，检测单元的刻蚀是充分的。条状结构在刻蚀不充分的情况下，条的横向宽度会变宽，梳状结构在刻蚀不充分的情况下，彼此交错的梳状结构无法分离开。

受到凹陷现象的影响而产生的不同类型的结构，可以反之用于凹陷现象的判断，包括采用电学测试手段对测试结构进行电学测量。

下面介绍本发明提供的化学机械抛光中凹陷现象的检测方法的具体实施方式，采用化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法所制作的检测单元，检测经化学机械抛光后的图形衬底表面是否产生凹陷，检测的方法包括测量检测单元的电阻值。所采用的检测单元可以为条状结构或者彼此交错的梳状结构。如图24所示，包括如下步骤：步骤S201，在检测单元上施加电压信号；步骤S202，测量流过检测单元的电流值；步骤S203，根据电压与电流值，计算检测单元的电阻值；步骤S204，计算检测单元的理论电阻值；步骤S205，将理论电阻值同步骤S203得到的检测单元电阻值相比较，判断图形衬底是否产生凹陷。

步骤S201，在检测单元上施加电压信号。

所述电压信号包括直流的电压信号，电压值的范围为1V～50V。对于条状结构，电压可以施加于条状结构的两个端点；对于彼此交错的梳状结构，电压可以施加于两个彼此交错的梳齿上。可以采用普通的直流电源作为信号源，为了保证信号的稳定以及同现行的集成电路工艺兼容，也可以采用带有源监控单元的专用的半导体参数测试仪。

步骤S202，测量流过检测单元的电流值。

所述电流值是指由于施加电压信号，流过检测单元的电流值。测量工具包括普通的电流表，也可以采用专用的半导体参数测试仪。

步骤S203，根据电压与电流值，计算检测单元的电阻值。

根据欧姆定律，电阻值＝电压值/电流值。此为本领域内技术人员所公知的技术，此处不加以详细叙述。

步骤S204，计算检测单元的理论电阻值。

所述检测单元的理论电阻值，是指导电层被完全暴露在刻蚀环境中，得到充分刻蚀的情况下，由计算得到的检测单元所应具有的电阻值。

对于条状结构，计算公式为：

$R=\frac{\mathrm{\ρ}\·L}{t\·W}$

其中R为电阻值，ρ为导电层的电阻率，L为条状结构的长度，W为条状结构的宽度，t为导电层的厚度。导电层的电阻率可以在生长导电层的时候加以控制，也可以在生长完毕之后，通过测量控片电阻率等其他方法进行测量。

对于梳状结构，导电层充分刻蚀的情况下，在介质层或者绝缘衬底表面的梳状结构的两组彼此交错的梳齿处于电学隔离状态，彼此之间的理论电阻值是无穷大的。在实际应用的过程中，一般认为该理论电阻值受到介质层或者绝缘衬底的影响，其经验之一般为10⁹Ω。

步骤S205，将理论电阻值同步骤S203得到的检测单元电阻值相比较，判断图形衬底是否产生凹陷。

当所采用的检测单元为条状结构时，步骤S203得到的检测单元电阻值小于理论电阻值，可以判定产生了凹陷现象。例如，测量得到的电阻值为10⁴Ω，理论计算值10⁷Ω，此时即可以判定产生了凹陷现象。步骤S203得到的检测单元电阻值小于理论电阻值，说明导电结构的刻蚀并不充分，导电层的宽度变大，导致电阻值变小。因此，可以判断化学机械抛光后的图形衬底产生了凹陷。

当所采用的检测单元为彼此交错的梳状结构时，测量得到的电阻值小于理论计算值，可以判定产生了凹陷现象。例如，测量得到的电阻值为10⁴Ω，理论计算值10⁹Ω，此时即可以判定产生了凹陷现象。本实施方式测得的电阻值小于理论计算值，说明检测单元的刻蚀并不充分，两组彼此交错的梳状结构，通过交错的梳齿相互连接。因此，可以判断化学机械抛光后的图形衬底产生了凹陷。

由前述的具体实施方式，可以看到，测量检测单元电阻的目的，就是通过电学信号，反映出是否有覆盖层残留，以及由此影响到的对导电层的刻蚀是否充分，作为判断衬底是否产生凹陷的依据。

采用上述化学机械抛光中凹陷现象检测单元的制作方法制作的化学机械抛光中凹陷现象的检测单元，在图形衬底未产生凹陷的情况下，该检测单元包括图形衬底和检测层，制作的检测单元检测层中包括导电层，检测单元为由导电层构成条状结构或彼此交错的梳状结构。

由于图形衬底未产生凹陷，因此并不会产生残留的覆盖层，导电层得到了充分的刻蚀，因此导电层被刻蚀成条状结构或者彼此交错的梳状结构。在实际的应用中，根据需要，也可能刻蚀成其他的特定结构，用于检测凹陷现象。

当图形衬底表面由导电材料构成时，检测层还包括位于导电层下方的介质层，介质层位于导电层和图形衬底之间，起到电学隔离的作用。

采用上述化学机械抛光中凹陷现象检测单元的制作方法制作的化学机械抛光中凹陷现象的检测单元，在图形衬底产生凹陷的情况下，该检测单元包括图形衬底和检测层，检测层中包括导电层和位于导电层上的覆盖层，检测单元由导电层和覆盖层共同构成，检测单元包括位于导电层表面的条状凸出结构或者彼此交错的梳状凸出结构，所述凸出结构由覆盖层或者覆盖层与导电层共同构成。

由于图形衬底产生凹陷，残留的覆盖层使导电层不能够得到充分的刻蚀，如果刻蚀工艺对覆盖层腐蚀速率明显大于刻蚀导电层的速率，甚至可能出现导电层保持完好，完全未被刻蚀的情况。因此，此种情况下的检测单元是在导电层表面的类似于“浮雕”装的凸起。根据刻蚀工艺对覆盖层刻蚀速率的不同，该突起可能由覆盖层构成，导电层保持完好；也可能由覆盖层和导电层中靠近覆盖层的部分共同构成，导电层靠近衬底的部分保持完好。

当图形衬底表面由导电材料构成时，检测层还包括位于导电层下方的介质层，介质层位于导电层和图形衬底之间，起到电学隔离的作用。

上述化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法与检测方法的具体实施方式，由于衬底电学特性的不同，而决定了检测层具有不同的特征。采用条状结构或者梳状结构，都可以用于衬底是否凹陷的判定，虽然判定依据都是通过电学信号的测量，但条状结构是通过电阻几何尺寸的变化影响电阻，而梳状结构是通过两个结构的分离与否而影响到电阻。因此一旦产生凹陷现象，后者的电阻的变化幅度较前者高。但前者的优点在于，当残留的覆盖层很薄，或者有针孔产生时，可能导致导电层部分暴露于刻蚀气氛中，在此情况下有可能将梳齿间的导电层刻断，导致后者所述的结构就不能正常工作，但是只要导电层并未全部暴露于刻蚀气氛中，导电层就会有残余，因此就可以引起条状结构横向几何尺寸的增大，因此前者仍然可以正常工作。

虽然本发明已以较佳实施方式披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (21)

1.一种化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

在经化学机械抛光后的图形衬底表面生长检测层；

在检测层表面生长覆盖层；

对覆盖层表面进行化学机械抛光处理，至除去图形衬底表面的图形边缘处对应的覆盖层；

采用选择性刻蚀的方法，在图形衬底表面形成检测单元。

2.根据权利要求1所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料为单晶硅、多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铪、砷化镓、金属或者金属硅化物。

3.根据权利要求1所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料包括掺杂浓度大于1×10¹⁵cm^-2的硅、掺杂浓度大于1×10¹⁵cm^-2多晶硅、金属或者金属硅化物时，检测层包括介质层与导电层。

4.根据权利要求3所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，所述介质层的构成材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪。

5.根据权利要求3所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，所述导电层的构成材料为多晶硅、金属或者金属硅化物。

6.根据权利要求1或2所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料包括掺杂浓度小于1×10¹⁵cm^-2的硅、掺杂浓度小于1×10¹⁵cm^-2多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪时，检测层包括导电层。

7.根据权利要求6所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，所述导电层的构成材料包括多晶硅、金属或者金属硅化物。

8.根据权利要求1所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，所述覆盖层的构成材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪。

9.根据权利要求1所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，所述检测单元包括条状结构或者彼此交错的梳状结构。

10.根据权利要求1所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，所述用于形成测试结构的选择性刻蚀所具有的特点包括，刻蚀导电层的速率大于刻蚀覆盖层的速率。

11.根据权利要求1所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，所述检测单元包括的条状结构，其横向宽度为0.05微米～1微米。

12.根据权利要求1所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，所述检测单元包括的彼此交错的梳状结构，梳齿的横向间隔距离为0.05微米～5微米。

13.根据权利要求1所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，所述检测单元包括的彼此交错的梳状结构，每根梳齿的横向宽度为0.05微米～1微米。

14.一种化学机械抛光中凹陷现象的检测方法，其特征在于，采用权利要求1所述的方法制作的化学机械抛光中凹陷现象的检测单元，检测经化学机械抛光后的图形衬底表面是否产生凹陷，检测的方法包括通过测量检测单元的电阻值判断经化学机械抛光后的衬底表面是否产生凹陷。

15.根据权利要求14所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测方法，其特征在于，当检测单元为条状结构时，所述测量检测单元的电阻值的方法具体为测量条状结构两端的电阻值。

16.根据权利要求14所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测方法，其特征在于，当检测单元彼此交错的梳齿结构的梳齿结构时，所述测量检测单元的电阻值的方法具体为测量彼此交错的梳齿结构的梳齿之间的电阻值。

17.根据权利要求15或16所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测方法，其特征在于，若测量得到的电阻值小于理论计算值，可以判定产生了凹陷现象。

18.一种化学机械抛光中凹陷现象的检测单元，包括图形衬底和检测层，其特征在于，检测层中包括导电层，所述导电层构成条状结构或彼此交错的梳状结构。

19.根据权利要求18所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元，其特征在于，当图形衬底表面由导电材料构成时，检测层还包括位于导电层下方的介质层。

20.一种化学机械抛光中凹陷现象的检测单元，包括图形衬底和检测层，其特征在于，检测层中包括导电层和位于导电层上的覆盖层，导电层表面具有条状凸出结构或者彼此交错的梳状凸出结构，所述凸出结构由覆盖层或者覆盖层与导电层共同构成。

21.根据权利要求20所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元，其特征在于，当图形衬底表面由导电材料构成时，检测层还包括位于导电层下方的介质层。

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