CN104493683B - 一种测定薄膜研磨速率的方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用一种测定薄膜研磨速率的方法，包含以下步骤：提供一表面覆盖有预定厚度值的测试薄膜和底部薄膜的半导体衬底，且所述测试薄膜覆盖所述底部薄膜的上表面；利用扭矩研磨终点检测工艺获取研磨机台将所述测试薄膜研磨至所述底部薄膜的上表面的时间值；根据所述厚度值和所述时间值获取所述研磨机台研磨所述测试薄膜的研磨速率；其中，所述测试薄膜与所述底部薄膜在使用本发明所述的方法，简化了检测流程，避免了复杂流程各环节可能出现的不稳定造成的研磨速率测定偏差，提高了检测速度和检测稳定性。

Description

一种测定薄膜研磨速率的方法
技术领域
本发明涉及一种CMOS半导体器件制造工艺中化学机械研磨工艺，尤其涉及一种氧化硅化学机械研磨工艺。
背景技术
在制造集成电路的工艺中，研磨是一种常用的技术。可以分为化学研磨、机械研磨和化学机械研磨。
其中，化学机械研磨亦称为化学机械抛光(CMP,Chemical MechanicalPolishing)，其原理是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的加工技术，是目前机械加工中唯一可以实现表面全局平坦化的技术。
化学机械研磨综合了化学研磨和机械研磨的优势。单纯的化学研磨，表面精度较高、损伤低、完整性好，不容易出现表面/亚表面损伤，但是研磨速率较慢、材料去除效率较低、不能修正表面型面精度，研磨一致性比较差；单纯的机械研磨，研磨一致性好、表面平整度高、研磨效率高，但是容易出现表面层/亚表面层损伤、表面粗糙度值比较低。化学机械研磨吸收了两者各自的优点，可以在保证材料去除效率的同时，获得较完美的表面，得到的平整度比单纯使用这两种研磨要高出1-2个数量级，并且可以实现纳米级到原子级的表面粗糙度。
在实际生产过程中，通常采用终点检测来衡量CMP是否已将材料研磨至所需厚度。现行的两种最常用的终点检测方法为马达电流终点检测法和光学终点检测法。
马达电流终点检测法通过检测磨头或转盘马达中的电流量监控平坦化速率。平坦化量的变化(即电机负载)会导致电机电流量的变化，由于磨头是匀速旋转的，为补偿电机负载的变化，马达电流量会有相应变化，即马达电流对晶片表面粗糙程度的变化是敏感的。由此，通过检测电机电流量的变化可实现平坦化程度的检测。
光学终点检测法是一种基于光反射原理的终点检测方法，光从膜层上反射的不同角度与膜层材料和膜层厚度相关，若膜层材料厚度变化，光学终点检测可测量到从平坦化膜层反射的紫外光或可见光之间的干涉。利用干涉信号处理算法连续地测量平坦化中膜层厚度的变化，可测定平坦化速率。
上述终点检测方法在中国专利CN102136441A、CN1670923A、CN1717785A有所披露。
目前，在氧化硅研磨速率的测定中，普遍使用的是上述的光学终点检测方法，通过测量氧化硅控片的前值厚度与研磨后的后值厚度，得到两者的差值，并用差值除以研磨时间得到研磨机台的研磨速率。但是使用该测定方法，需要两次使用光学量测机台量测氧化硅薄膜的厚度、一次使用化学机械研磨机台进行研磨。其中，由于要测定氧化硅研磨速率，大量占用光学量测机台使用时间长，进而造成效能较低。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种使用一种测定薄膜研磨速率的方法，避免两次光学量测，从而避免了因测定氧化硅研磨速率而大量占用光学量测机台使用时间。
本发明通过以下技术方案得以实现：
一种使用一种测定薄膜研磨速率的方法，包含以下步骤：
提供一表面覆盖有预定厚度值的测试薄膜和底部薄膜的半导体衬底，且所述测试薄膜覆盖所述底部薄膜的上表面；
利用扭矩研磨终点检测工艺获取研磨机台将所述测试薄膜研磨至所述底部薄膜的上表面的时间值；
根据所述厚度值和所述时间值获取所述研磨机台研磨所述测试薄膜的研磨速率；
其中，所述测试薄膜与所述底部薄膜在同一研磨条件下对所述研磨机台产生的摩擦力不同。
作为本发明的一个优选实施例，所述测试薄膜为氧化硅。
作为本发明的一个优选实施例，所述底部薄膜为氮化硅。
作为本发明的一个优选实施例，所述方法还包括：
提供所述半导体衬底；
于该半导体衬底的上表面制备一所述底部薄膜；
继续在所述底部薄膜的上表面制备所述测试薄膜；
对所述测试薄膜进行研磨工艺。
所述预定厚度可以根据实际情况通过相应机台来制备。
作为本发明的一个优选实施例，所述研磨机台包含研磨盘、研磨衬垫、马达扭矩、研磨盘转动马达、马达电流侦测装置，所述研磨衬垫位于研磨盘上表面，所述马达扭矩位于研磨盘下部，所述马达扭矩下部连接有所述研磨盘转动马达；
其中，所述研磨盘转动马达与所述马达电流侦测装置连接，以用于侦测所述研磨机台与所述测试薄膜之间的摩擦力变化。
作为本发明的一个优选实施例，研磨衬垫采用同心凹槽或螺旋凹槽的研磨衬垫。
作为本发明的一个优选实施例，扭矩研磨终点检测工艺为通过马达电流侦测装置检测研磨盘转动马达的电流的变化来确定研磨至所述底部薄膜的上表面的时间值。
本发明的有益效果为：简化了检测流程，避免了复杂流程各环节可能出现的不稳定造成的研磨速率测定偏差，提高了检测速度和检测稳定性。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1所示的是本发明所述方法实施例的流程图；
图2所示的是本发明所述方法实施例的使用装置图。
具体实施方式
本发明提供一种TEM样品再制备的方法，可应用于技术节点为90nm、65/55nm、45/40nm、32/28nm、大于等于130nm以及小于等于22nm的工艺中；可应用于以下技术平台中：离线监控(offline monitor)。
下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，但并不作为对本发明的限制。
其中，如图2所示，在本发明所述方法中使用的研磨装置为研磨机台，包含研磨盘、研磨衬垫、马达扭矩、研磨盘转动马达。所述研磨衬垫位于研磨盘上表面，所述马达扭矩位于研磨盘下部，所述马达扭矩下部连接有研磨盘转动马达，所述研磨盘转动马达还连接所述马达电流侦测装置，其中，研磨衬垫也采用现有技术中的已知的研磨衬垫。
本实施例中所述的方法：首先是生产晶片控片，在半导体衬底上控片上生长一层SIN的底部薄膜，例如SIN膜的厚度为继续在SIN的底部薄膜上生长一层TEOS测试薄膜，优选的该TEOS氧化膜的厚度为所述两层薄膜还可以是其他材料，只要所述两层薄膜在同一研磨条件下与上述的磨机台之间产生的摩擦力不同即可。
然后如图2所示，上述在研磨机台上进行研磨，在研磨压力为25kPa的条件下进行研磨，通过马达电流侦测装置侦测驱动电流的变化来进行研磨终点检测，继而判断TEOS氧化膜的研磨时间。
这是因为由于不同材料在同一研磨条件下的摩擦力不同，即使同一材料由于制备方式也会存在不同的摩擦力，研磨过程中当研磨经过两层膜的界面时，会发上明显的摩擦力变化，从使得研磨盘转速恒定时，当摩擦力大时，需要更大的驱动电流，当摩擦力小时，需要较小的驱动电流，因此摩擦力的变化可以转换成电流的变化。
进一步的，上述方法中通过TEOS氧化膜的厚度与研磨时间即可得到研磨速率。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种测定薄膜研磨速率的方法，其特征在于，包含以下步骤：
提供一表面覆盖有测试薄膜和底部薄膜的半导体衬底，其中所述测试薄膜和所述底部薄膜均有预定厚度值，且所述测试薄膜覆盖所述底部薄膜的上表面；
利用扭矩研磨终点检测工艺获取研磨机台将所述测试薄膜研磨至所述底部薄膜的上表面的时间值；
根据所述厚度值和所述时间值获取所述研磨机台研磨所述测试薄膜的研磨速率；
其中，所述测试薄膜与所述底部薄膜在同一研磨条件下对所述研磨机台产生的摩擦力不同。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
提供所述半导体衬底；
于该半导体衬底的上表面制备一所述底部薄膜；
继续在所述底部薄膜的上表面制备所述测试薄膜；
对所述测试薄膜进行研磨工艺。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述研磨机台包含研磨盘、研磨衬垫、马达扭矩、研磨盘转动马达、马达电流侦测装置，所述研磨衬垫位于研磨盘上表面，所述马达扭矩位于研磨盘下部，所述马达扭矩下部连接有所述研磨盘转动马达；
其中，所述研磨盘转动马达与所述马达电流侦测装置连接，以用于侦测所述研磨机台与所述测试薄膜之间的摩擦力变化。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，扭矩研磨终点检测工艺为通过马达电流侦测装置检测研磨盘转动马达的电流的变化来确定研磨至所述底部薄膜的上表面的时间值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测试薄膜为氧化硅。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底部薄膜为氮化硅。
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