CN101894739A - 一种控制层间介电层膜厚的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种控制层间介电层膜厚的方法，其包括如下步骤：在半导体硅片上形成一层二氧化硅介电层，然后在二氧化硅介电层上形成一层抛光停止层，其中抛光停止层的材料为磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)，再在抛光停止层上形成一层二氧化硅介电层，然后通过化学机械抛光制程对介电层进行研磨，本发明通过在介电层中间形成一层磷硅玻璃或硼磷硅玻璃的抛光停止层，由于该抛光停止层的硬度与介电层不同，采用终点电流信号侦测的方式抛光至该停止层时能自动停止，抛光后的介电层的膜厚能够得到准确的控制。

Description

一种控制层间介电层膜厚的方法

【技术领域】

本发明是关于一种半导体制造方法，特别是关于一种能准确控制层间介电层膜厚的方法。

【背景技术】

在半导体制造过程中，通常要经过很多次的沉积工艺以形成不同的膜层。由于每次沉积不同图层时，受各种因素的影响，比如硅片在反应室内不同位置的温度、设备在硅片不同位置的精度的差异或者要形成的膜层的材料的特性的影响，在硅片表面形成的图层的膜厚可能是凹凸不平的，而凹凸不平的表面可能导致沉积下一层图层时达不到预期的效果，因此在形成有些图层之后要对该图层进行研磨，使其平坦化。

现有的对硅片的层间介电质进行研磨的方法通常是采用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技术，通过加入CMP料浆，抛光机械的研磨头驱动抛光垫对硅片表面进行抛光研磨，使其平坦化。

现有技术通过CMP技术对硅片进行研磨时，通常是采用固定时间研磨的方式，即根据需要研磨的厚度，预先对抛光机械设定研磨的时间，当研磨到预设的时间时即停止研磨。然而由于化学机械研磨技术研磨的速率是不稳定的，会受到机台状态、耗材使用寿命等因素的影响，即使同一机台，每天的研磨速率都会有一定的差异。因此使用固定的研磨时间抛光膜层，可能会造成抛光后的膜层厚度不一致。

为准确控制CMP研磨的停止位置，随着技术的发展，有的技术会在研磨层下面形成一层氮化硅或者氮氧化硅作为抛光停止层，然而以氮化硅或者氮氧化硅作为抛光停止层的技术，在抛光至停止层后还必须将该停止层彻底移除，否则容易造成氮化硅的残留，而造成晶圆的报废。

另外中国专利申请第200710080281号，虽然揭示了一种在研磨层下面设置停止点的方法，但其停止点使用的材料为钻石薄膜或者类钻石薄膜等材料，成本较高。而且其形成停止点的方法为嫌在第二层上蚀刻形成沟槽，然后以第三物质填充沟槽，再移除沟槽外的其他第三物质，形成停止点。其过程较复杂。而且形成的是单个的停止点，对于研磨停止的精度控制不够。

因此，确有必要提出一种新的解决方案，以克服现有技术的前述缺陷。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种在半导体制程中对硅片研磨时控制层间介电层膜厚的方法。

为达成前述目的，本发明一种控制层间介电层膜厚的方法，其包括如下步骤：在半导体硅片上形成一层第一介电层，然后在第一介电层上形成一层抛光停止层，再在抛光停止层上形成一层第二介电层，其中抛光停止层的材料的硬度不同于第二介电层材料的硬度，然后通过化学机械抛光制程对第二介电层进行抛光研磨，当抛光至停止层时，根据停止层与第二介电层硬度不同，产生的摩擦力不同，采用终点电流信号侦测的方式控制研磨头自动停止在抛光停止层。

与现有技术相比，本发明的控制层间介电层膜厚的方法，在介电层内形成一层磷硅玻璃或者硼磷硅玻璃的抛光停止层，由于磷硅玻璃或者硼磷硅玻璃的硬度大于二氧化硅介电层的硬度，抛光机台的研磨头抛光至停止层时摩擦力产生变化，通过终点电流信号侦测的方式控制研磨头自动停止在抛光停止层，可以准确控制研磨的厚度，从而保证抛光后的介电层的膜厚。由于磷硅玻璃或者硼磷硅玻璃与纯二氧化硅的性质接近，因此，抛光结束可以不清除该停止层，影响较小。而且本发明的方法工艺简单、成本较低、控制精确度较高。

【附图说明】

图1为本发明的控制层间介电层膜厚的方法流程图。

图2为本发明的控制层间介电层膜厚方法的硅片结构剖面示意图。

【具体实施方式】

熟悉半导体制程领域的技术人员都应当知道，制造一片半导体晶圆通常包括首先在半导体硅片上形成二氧化硅氧化膜，然后在形成有二氧化硅氧化膜的硅片上涂布光刻胶，然后通过掩膜版对硅片进行蚀刻以形成第一层布图图形，然后去除光刻胶及不需要的氧化膜，

接下来会重复前述步骤，再在硅片上形成一层金属层或者形成一层介电层或其他材料层，然后再经过涂布光刻胶、通过掩膜版进行第二层布图图形，再蚀刻去除多余的金属层或者介电层。如此反复多次，最终形成一层一层叠加的半导体晶圆。

在形成不同的金属层或其他材料层时，通常在两个金属层或者材料层之间形成一层二氧化硅层作为间隔，所以也称作层间或者金属层间介电层。因为在介电层之上再形成金属层时，必须保证介电层的平坦度，否则形成的金属层可能达不到预期的效果，而影响晶圆的良率。

本发明所涉及工艺的是在半导体制程中对硅片层间或者金属层间的介电层进行研磨以使其表面平坦化的制程工艺。对于半导体制程中的其他步骤，此处不再详细说明，因为本发明是涉及层间介电层的平坦化，因此下文所述的硅片可以是已经经过几次工艺形成有一定电路图层的硅片，而并非一定是未形成任何膜层的原始硅片。

如图所示，本发明的控制控制介电层膜厚的方法包括如下步骤：

步骤1：在已经形成有若干电路图层的半导体硅片上形成一层第一二氧化硅介电层11。

步骤2：然后在第一二氧化硅介电层11上形成一层抛光停止层20，其中抛光停止层20的材料为硬度大于二氧化硅介电层11的磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)。

步骤3：再在抛光停止层20上形成一层第二二氧化硅介电层12。

步骤4：然后通过化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)制程对第二二氧化硅介电层12进行抛光研磨，当抛光至停止层20时，由于停止层20采用的是硬度比二氧化硅大的磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)，此时抛光机台的研磨头受到的摩擦力会比在抛光第二二氧化硅介电层12时受到的摩擦力大。

步骤5：采用终点电流信号侦测的方式控制研磨头自动停止在抛光停止层20。由于抛光机台的研磨头受到的摩擦力发生变化，驱动研磨头的马达的输出的力矩会发生变化，则驱动研磨头的马达的电流会变化，设置传感器采集抛光机台驱动马达的电流信号的变化，根据该电流的变化产生控制信号，输出给抛光机台的控制系统，则控制系统自动控制研磨头停止在抛光停止层20。

在前述方法中，其中第一二氧化硅介电层11与第二二氧化硅介电层12是同样的材料层。在第一介电层11和第二介电层12之间形成抛光停止层20的具体位置，可以根据第一介电层11和第二介电层12整体的厚度，即介电层10的厚度，形成于介电层10偏下方的位置，如果抛光至停止层20时，介电层10的膜后过薄，可以通过步骤6在停止层20上方继续沉积一层二氧化硅介电层，由于抛光至停止层20时，硅片表面已经平坦化，因此再沉积二氧化硅介电层时硅片表面仍然是平整的表面。

由于本发明的控制研磨头停止的方法是根据抛光停止层20与被抛光层(即介电层)硬度的不同，通过传感器感测抛光机马达电流的变化，当研磨头遇到抛光停止层时，自动停止，相对于传统的根据预设时间停止研磨头的方法，控制精度更高，可以准确控制研磨的停止位置，从而保证抛光后的介电层的膜厚。

另外，由于磷硅玻璃或者硼磷硅玻璃与纯二氧化硅的性质接近，因此，抛光结束时可以不清除该停止层，影响较小。而且本发明的方法工艺简单、成本较低、控制精确度较高。

Claims (7)

1.一种控制层间介电层膜厚的方法，其包括如下步骤：在半导体硅片上形成一层第一介电层，然后在第一介电层上形成一层抛光停止层，再在抛光停止层上继续形成一层第二介电层，其中抛光停止层的材料的硬度不同于第二介电层材料的硬度，然后通过化学机械抛光制程对第二介电层进行抛光研磨，当抛光至停止层时，采用终点电流信号侦测的方式控制研磨头自动停止在抛光停止层。

2.如权利要求1所述的控制层间介电层膜厚的方法，其特征在于：前述抛光停止层材料的硬度大于第二介电层材料的硬度。

3.如权利要求2所述的控制层间介电层膜厚的方法，其特征在于：前述第二介电层材料为二氧化硅。

4.如权利要求3所述的控制层间介电层膜厚的方法，其特征在于：前述抛光停止层的材料为磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)。

5.如权利要求1所述的控制层间介电层膜厚的方法，其特征在于：采用终点电流信号侦测的方式具体为，抛光机台抛光至停止层时，研磨头受到的摩擦力产生变化，驱动研磨头的马达的电流产生变化，设置传感器根据驱动研磨头的马达电流信号的变化产生控制信号，输出给抛光机台的控制系统，由控制系统控制研磨头停止研磨。

6.如权利要求1所述的控制层间介电层膜厚的方法，其特征在于：其进一步包括，若抛光至停止层时，膜后过薄，则在抛光至停止层之后，再在抛光停止层表面形成一层介电层的步骤。

7.如权利要求1所述的控制层间介电层膜厚的方法，其特征在于：其中前述第一介电层与第二介电层为同一材料层。

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