CN102380815A - 化学机械研磨方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本实施例公开了一种化学机械研磨方法和系统，应用于钨化学机械研磨过程中的氧化硅绝缘层的化学机械研磨过程，该方法包括：提供第一批次晶片，所述晶片包括绝缘层和镶嵌于所述绝缘层中的钨金属层；对所述第一批次晶片中的第一晶片的绝缘层进行研磨，并得到该第一晶片绝缘层的研磨厚度；将所述研磨厚度与预设的目标厚度值进行比较，得出研磨时间的修正值；采用所述研磨时间的修正值对第一批次晶片中剩余的晶片进行研磨。本发明实施例引入了时间反馈机制，对每一批产品的研磨时间都会进行修正，以使每一批产品的研磨厚度达到目标厚度值，进而避免了因研磨厚度与目标厚度值的差值过大而引起的芯片的电性和良率的降低，降低了出现废品的几率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地说，涉及一种化学机械研磨方法和系统。
背景技术
随着超大规模集成电路(ULSI，Ultra Large Scale Integration)的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细，对晶片表面的平整度要求也越来越严格。而现在广泛应用的多层布线技术会造成晶片表面起伏不平，对图形制作极其不利，为此，需要对晶片进行平坦化(Planarization)处理，使每一层布线都具有较高的全局平整度。目前，化学机械研磨法(CMP，ChemicalMechanical Polishing)是获得较高全局平整度的最佳方法，尤其在半导体制造工艺进入亚微米(sub-micron)领域后，化学机械研磨法已成为一项不可或缺的制造工艺技术。
化学机械研磨法是通过晶片和研磨垫之间的相对运动来平坦化晶片表面的。在半导体制造流程中，钨的化学机械研磨(即W-CMP，也称钨的化学机械抛光)是其中的一道重要工序，这一工序又分为两个步骤：第一步是钨的化学机械研磨，在这一步中钨被磨平；第二步是氧化硅绝缘层(如磷硅玻璃PSG)的化学机械研磨。在半导体制造流程中，钨是作为导线要和上层的器件或导线相连接的，为了便于钨与上层器件或导线的连接，因此就希望钨的高度略高于周围的氧化硅绝缘层的高度，氧化硅绝缘层的化学机械研磨就能够实现这种目的，通过将钨周边的氧化硅磨掉一定的厚度，使钨稍微突起。
随着半导体电路线宽的逐渐减小，对经化学机械研磨后的氧化硅绝缘层的厚度的要求也越来越高。目前的氧化硅绝缘层的化学机械研磨过程中，通常采用固定时间研磨的方法来控制氧化硅绝缘层的厚度，即生产过程中每批产品的研磨时间固定，如固定20s研磨等，由于不同产品对氧化硅绝缘层研磨掉的厚度的要求不同，因此不同产品的氧化硅绝缘层的研磨时间也不同。
但是，在实际生产中发现，采用固定时间研磨氧化硅绝缘层的方法制造出的半导体芯片，往往出现电性和良率降低的情况，不能达到设计要求。
发明内容
本发明实施例提供一种化学机械研磨方法和系统，使生产出的半导体芯片的电性和良率有所提高，降低了出现废品的几率。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种化学机械研磨方法，应用于钨化学机械研磨过程中的氧化硅绝缘层的化学机械研磨过程，包括：
提供第一批次晶片，所述晶片包括绝缘层和镶嵌于所述绝缘层中的钨金属层；
对所述第一批次晶片中的第一晶片的绝缘层进行研磨，并得到该第一晶片绝缘层的研磨厚度；
将所述研磨厚度与预设的目标厚度值进行比较，得出研磨时间的修正值；
采用所述研磨时间的修正值对第一批次晶片中剩余的晶片进行研磨。
优选的，所述得出研磨时间的修正值的过程包括：
将所述研磨厚度与预设的目标厚度值进行比较，得出所述研磨厚度与预设目标厚度值的差值；
根据所述研磨厚度和研磨时间，得出此时化学研磨机台的研磨速率；
根据所述研磨速率和所述差值，计算得出研磨时间差，所述研磨时间差为达到所述预设目标厚度值所需增加或减少的研磨时间；
根据所述研磨时间差，对所述研磨时间进行修正，得出研磨时间的修正值。
优选的，所述研磨厚度为研磨后的绝缘层厚度与研磨前的绝缘层厚度的差值。
优选的，所述研磨时间的修正值为按照此时化学研磨机台的研磨速率，达到所述预设目标厚度值所需的研磨时间。
优选的，所述方法还包括：
采用所述研磨时间的修正值对其它批次晶片进行研磨。
优选的，所述绝缘层包括磷硅玻璃PSG、硼磷硅玻璃BPSG、正硅酸乙脂TEOS、硅玻璃USG以及氟硅玻璃FSG中的至少一项。
优选的，所述绝缘层为PSG时，所述研磨厚度为
本发明实施例还公开了一种化学机械研磨系统，应用于钨化学机械研磨过程中的氧化硅绝缘层的化学机械研磨过程，包括：
测量单元，用于完成第一批次晶片中的第一晶片的绝缘层的研磨后，测量得到该第一晶片绝缘层的研磨厚度，所述晶片包括绝缘层和镶嵌于所述绝缘层中的钨金属层；
修正单元，用于将所述研磨厚度与预设的目标厚度值进行比较，得出研磨时间的修正值；
第一反馈单元，用于采用所述研磨时间的修正值对第一批次晶片中剩余的晶片进行研磨。
优选的，所述修正单元包括：
差值计算单元，用于将所述研磨厚度与预设的目标厚度值进行比较，得出所述研磨厚度与预设目标厚度值的差值；
速率计算单元，用于根据所述研磨厚度和研磨时间，得出此时化学研磨机台的研磨速率；
修正值计算单元，用于根据所述研磨速率和所述差值，计算得出研磨时间差，并根据所述研磨时间差，对所述研磨时间进行修正，得出研磨时间的修正值，所述研磨时间差为达到所述预设目标厚度值所需增加或减少的研磨时间。
优选的，该系统还包括：存储单元，用于存储所述预设的目标厚度值、研磨时间和研磨时间的修正值中的至少一项。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明实施例提供的化学机械研磨方法和系统，应用于钨化学机械研磨(即W-CMP)过程中的氧化硅绝缘层的化学机械研磨过程，该方法通过按照当前的化学研磨机台的研磨速率以及固定的研磨时间，完成第一批次晶片中的第一个晶片的研磨后，将得到的该第一晶片的研磨厚度与预设的目标厚度值进行比较，根据比较结果对研磨时间进行修正，并利用研磨时间的修正值对第一批次晶片中的剩余晶片进行研磨，如此循环进行，即引入了时间反馈机制，对每一批产品的研磨时间都会进行修正，以使每一批产品的研磨厚度达到目标厚度值，进而避免了因研磨厚度与目标厚度值的差值过大而引起的芯片的电性和良率的降低，降低了出现废品的几率。
附图说明
通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明实施例一公开的化学机械研磨方法的流程图；
图2为本发明实施例一公开的化学机械研磨方法中确定研磨时间的修正值的流程图；
图3为本发明实施例二公开的化学机械研磨方法的流程图；
图4为本发明实施例三公开的化学机械研磨系统的结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
正如背景技术部分所述，采用固定时间研磨氧化硅绝缘层的方法生产出的半导体器件经常出现电性和良率降低的情况，发明人研究发现，本质原因在于，化学机械研磨机台(CMP机台)每天的研磨速率略有不同，在实际生产过程中，半导体芯片的电性和良率对化学机械研磨中所磨掉的氧化硅绝缘层的厚度有着严格的要求，而固定时间研磨的方法很难保证每个批次的产品都能磨到相同的氧化硅绝缘层的厚度，因此必然会导致该方法生产出的半导体器件电性和良率的降低。
基于此，本发明实施例一提供了一种化学机械研磨方法，应用于钨化学机械研磨过程中的氧化硅绝缘层的化学机械研磨过程，该方法的流程图如图1所示，包括以下步骤：
步骤S101：提供第一批次晶片，所述晶片包括绝缘层和镶嵌于所述绝缘层中的钨金属层；
所述绝缘层可以包括磷硅玻璃PSG、硼磷硅玻璃BPSG、等离子体增强的正硅酸乙脂淀积PE-TEOS、硅玻璃USG以及氟硅玻璃FSG，也可以包括与上述氧化硅绝缘层的材料性质相近、可相互替代的其他材料。虽然在此描述了可以形成氧化硅绝缘层的材料的几个示例，但是可以作为氧化硅绝缘层的任何材料均落入本发明的精神和范围。
步骤S102：对所述第一批次晶片中的第一晶片的绝缘层进行研磨，并得到该第一晶片绝缘层的研磨厚度，所述研磨厚度为研磨后的绝缘层厚度与研磨前的绝缘层厚度的差值；
在半导体制造流程中的工艺顺序为，需要先生长氧化硅膜，旋涂光刻胶，之后进行通孔刻蚀，刻蚀出通孔后淀积金属钨，然后才进行钨的化学机械研磨和绝缘层的化学机械研磨，本实施例中所述研磨前的绝缘层厚度为进行通孔刻蚀之后，淀积金属钨之前测量出的氧化硅绝缘层的厚度。
需要说明的是，本实施例中之所以选择进行通孔刻蚀后，淀积金属钨之前测量氧化硅绝缘层的厚度，是因为进行通孔刻蚀过程中会有一定的氧化层厚度的损失，因此不能将通孔刻蚀前的氧化层厚度作为研磨前的绝缘层厚度，否则导致研磨厚度计算不准确，通孔刻蚀后进行孔粘结层和钨的淀积，淀积钨后再测量氧化硅绝缘层的厚度，也存在测量不准确的问题，因此本实施例中选择将通孔刻蚀后，孔粘结层和钨的淀积之前测得的氧化硅绝缘层的厚度作为所述研磨前的绝缘层厚度。
步骤S103：将所述研磨厚度与预设的目标厚度值进行比较，得出研磨时间的修正值，所述研磨时间的修正值为按照此时化学研磨机台的研磨速率，达到所述预设目标厚度值所需的研磨时间；
所述目标厚度值可以为一个确定的厚度值，也可以为一个厚度范围，不同的产品对所述研磨厚度的要求不同，因此针对不同的产品，所述目标厚度值或厚度范围也不同。当目标厚度值为一个厚度范围时，本实施例中确定研磨时间的修正值时，可取该厚度范围的中间值进行计算，也可根据产品的特点，或化学研磨机台速率变化的特点，选取适当的目标厚度值进行计算，具体计算方式和计算结果，需根据具体问题具体分析。
步骤S104：采用所述研磨时间的修正值对第一批次晶片中剩余的晶片进行研磨，进而使该批次中剩余的晶片的研磨厚度满足目标厚度值的要求，减少出现废品的几率。
其中，步骤S103中得出研磨时间的修正值的过程如图2所示，具体包括以下步骤：
步骤S201：将所述研磨厚度与预设的目标厚度值进行比较，得出所述研磨厚度与预设目标厚度值的差值；
步骤S202：根据所述研磨厚度和研磨时间，得出此时化学研磨机台的研磨速率；
步骤S203：根据所述研磨速率和所述差值，计算得出研磨时间差，所述研磨时间差为达到所述预设目标厚度值所需增加或减少的研磨时间；
步骤S204：根据所述研磨时间差，对所述研磨时间进行修正，得出研磨时间的修正值。
下面以绝缘层为PSG为例对本实施例的研磨方法进行说明。
当绝缘层为PSG时，生产出的某种产品对PSG的研磨厚度的要求，即PSG的目标厚度值为
在实际生产过程中，对第一批次晶片中的第一晶片按照固定的研磨时间t(如20s)进行研磨后，若测量得到的该第一晶片的研磨厚度可以以
或其他合适值为目标厚度值，计算得出h与
之间的差值Δh，之后根据此时第一晶片实际的PSG研磨厚度h与所述固定的研磨时间t，计算出此时化学研磨机台的研磨速率v，由Δh/v，得出需增加的研磨时间Δt，t1＝t+Δt即为此次研磨时间的修正值；反之，若测量得到的该第一晶片的研磨厚度
就需要适当的缩短研磨时间，即t2＝t-Δt即为此次研磨时间的修正值；如果则表明第一晶片当前的研磨时间符合要求，按照该研磨时间对剩余的晶片进行研磨。
得出研磨时间的修正值t1或t2后，采用t1或t2对第一批次晶片中剩余的晶片进行研磨，下一批次晶片中的第一晶片采用t1或t2进行研磨后，测量该晶片的研磨厚度，若此次研磨厚度值在目标厚度范围内，则直接采用t1或t2为修正研磨时间，对下一批次晶片中的其他晶片进行研磨，若此次研磨厚度值不在目标厚度范围内，则重复进行上述对研磨时间的修正过程，如此循环进行，保证了各批次的产品符合PSG厚度的要求，即各批次晶片的研磨厚度在
范围内。
本发明实施例通过引入时间反馈机制，对每批产品的研磨时间都会进行修正，而不是每批产品都采用固定的研磨时间，以使每一批产品的研磨厚度达到目标厚度值，进而避免了因研磨厚度与目标厚度值的差值过大而引起的芯片的电性和良率的降低，降低了出现废品的几率。
本发明实施例二公开了的化学机械研磨方法，其流程图如图3所示，与实施例一不同的是，增加了步骤S305：采用所述研磨时间的修正值对其它批次晶片进行研磨，在一段时间内的生产过程中，只进行一次研磨时间的修正即可，简化了操作。
本领域技术人员可以理解，上述时间反馈机制可以如实施例一所述，每一批产品都对下一批产品的研磨时间进行反馈和修正，即对每批产品的研磨时间都进行修正，也可以如实施例二所述，一段时间内只进行一次修正即可，还可以隔几批产品就进行一次修正，或者根据化学研磨机台速率随时间的变化，设计合理的时间间隔或批次间隔进行研磨时间的修正，但具体采用哪种方式，由实际生产情况而定。
本发明实施例三公开了一种化学机械研磨系统，应用于钨化学机械研磨过程中的氧化硅绝缘层的化学机械研磨过程，该系统包括以下功能单元：
测量单元41，用于完成第一批次晶片中的第一晶片的绝缘层的研磨后，测量得到该第一晶片绝缘层的研磨厚度，所述晶片包括绝缘层和镶嵌于所述绝缘层中的钨金属层；
修正单元，用于将所述研磨厚度与预设的目标厚度值进行比较，得出研磨时间的修正值；
第一反馈单元46，用于采用所述研磨时间的修正值对第一批次晶片中剩余的晶片进行研磨。
另外，还包括存储单元43，用于存储所述预设的目标厚度值、研磨时间和研磨时间的修正值中的至少一项。
其中，修正单元包括：
差值计算单元42，用于将所述研磨厚度与预设的目标厚度值进行比较，得出所述研磨厚度与预设目标厚度值的差值；
速率计算单元44，用于根据所述研磨厚度和研磨时间，得出此时化学研磨机台的研磨速率；
修正值计算单元45，用于根据所述研磨速率和所述差值，计算得出研磨时间差，并根据所述研磨时间差，对所述研磨时间进行修正，得出研磨时间的修正值，所述研磨时间差为达到所述预设目标厚度值所需增加或减少的研磨时间。
与实施例二相对应，该系统还包括第二反馈单元，用于采用所述研磨时间的修正值对其它批次晶片进行研磨。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种化学机械研磨方法，应用于钨化学机械研磨过程中的氧化硅绝缘层的化学机械研磨过程，其特征在于，包括：
提供第一批次晶片，所述晶片包括绝缘层和镶嵌于所述绝缘层中的钨金属层；
对所述第一批次晶片中的第一晶片的绝缘层进行研磨，并得到该第一晶片绝缘层的研磨厚度；
将所述研磨厚度与预设的目标厚度值进行比较，得出研磨时间的修正值；
采用所述研磨时间的修正值对第一批次晶片中剩余的晶片进行研磨。
2.根据权利要求1所述的研磨方法，其特征在于，所述得出研磨时间的修正值的过程包括：
将所述研磨厚度与预设的目标厚度值进行比较，得出所述研磨厚度与预设目标厚度值的差值；
根据所述研磨厚度和研磨时间，得出此时化学研磨机台的研磨速率；
根据所述研磨速率和所述差值，计算得出研磨时间差，所述研磨时间差为达到所述预设目标厚度值所需增加或减少的研磨时间；
根据所述研磨时间差，对所述研磨时间进行修正，得出研磨时间的修正值。
3.根据权利要求2所述的研磨方法，其特征在于，所述研磨厚度为研磨后的绝缘层厚度与研磨前的绝缘层厚度的差值。
4.根据权利要求3所述的研磨方法，其特征在于，所述研磨时间的修正值为按照此时化学研磨机台的研磨速率，达到所述预设目标厚度值所需的研磨时间。
5.根据权利要求4所述的研磨方法，其特征在于，所述方法还包括：
采用所述研磨时间的修正值对其它批次晶片进行研磨。
6.根据权利要求1-5任一项所述的研磨方法，其特征在于，所述绝缘层包括磷硅玻璃PSG、硼磷硅玻璃BPSG、正硅酸乙脂TEOS、硅玻璃USG以及氟硅玻璃FSG中的至少一项。
7.根据权利要求6所述的研磨方法，其特征在于，所述绝缘层为PSG时，所述研磨厚度为
8.一种化学机械研磨系统，应用于钨化学机械研磨过程中的氧化硅绝缘层的化学机械研磨过程，其特征在于，包括：
测量单元，用于完成第一批次晶片中的第一晶片的绝缘层的研磨后，测量得到该第一晶片绝缘层的研磨厚度，所述晶片包括绝缘层和镶嵌于所述绝缘层中的钨金属层；
修正单元，用于将所述研磨厚度与预设的目标厚度值进行比较，得出研磨时间的修正值；
第一反馈单元，用于采用所述研磨时间的修正值对第一批次晶片中剩余的晶片进行研磨。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述修正单元包括：
差值计算单元，用于将所述研磨厚度与预设的目标厚度值进行比较，得出所述研磨厚度与预设目标厚度值的差值；
速率计算单元，用于根据所述研磨厚度和研磨时间，得出此时化学研磨机台的研磨速率；
修正值计算单元，用于根据所述研磨速率和所述差值，计算得出研磨时间差，并根据所述研磨时间差，对所述研磨时间进行修正，得出研磨时间的修正值，所述研磨时间差为达到所述预设目标厚度值所需增加或减少的研磨时间。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，还包括：存储单元，用于存储所述预设的目标厚度值、研磨时间和研磨时间的修正值中的至少一项。
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