CN109166812B - 控片及其制造方法和化学机械研磨缺陷的监测方法 - Google Patents

控片及其制造方法和化学机械研磨缺陷的监测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109166812B
CN109166812B CN201811011719.XA CN201811011719A CN109166812B CN 109166812 B CN109166812 B CN 109166812B CN 201811011719 A CN201811011719 A CN 201811011719A CN 109166812 B CN109166812 B CN 109166812B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dielectric layer
control wafer
chemical mechanical
mechanical polishing
patterned
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811011719.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109166812A (zh
Inventor
袁增艺
龙吟
倪棋梁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Huali Microelectronics Corp
Original Assignee
Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Huali Microelectronics Corp filed Critical Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority to CN201811011719.XA priority Critical patent/CN109166812B/zh
Publication of CN109166812A publication Critical patent/CN109166812A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109166812B publication Critical patent/CN109166812B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604—Chemical etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/31051—Planarisation of the insulating layers
    • H01L21/31053—Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step
    • H01L21/31055—Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step the removal being a chemical etching step, e.g. dry etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

本发明提供了一种控片及其制造方法和化学机械研磨缺陷的监测方法，通过在基底的上表面上形成图形化的第一介质层，以及至少填满所述图形化的第一介质层的沟槽的第二介质层，以制造出所述控片。将所述控片放置在化学机械研磨机上研磨后进行处理，以去除所述第一介质层；然后，扫描经过所述处理后的所述控片的表面，以获得所述控片的上表面的缺陷，以实现对所述化学机械研磨缺陷的监测。本发明提供的控片提高了控片表面上的缺陷与背景的比对度，进而提高光学扫描机台对化学机械研磨造成的缺陷的抓取率，实现对所述化学机械研磨缺陷的有效监控。

Description

控片及其制造方法和化学机械研磨缺陷的监测方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种控片及其制造方法和化学机械研磨缺陷的监测方法。
背景技术
在半导体晶圆的制造工艺中，化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工艺承担着将晶圆表面平坦化的重要用途。然而，在化学机械研磨过程中，研磨液中的颗粒和受损的研磨垫都会对产品表面产生划伤、凹坑等缺陷，且当研磨液中的颗粒因结晶而尺寸增大或者研磨垫因使用时间过长等原因而受损严重时，缺陷的数量会随之增多，尺寸也随之变大，进而导致晶圆的良率降低。因此，倘若在缺陷的数量增多以及尺寸变大的初期就能够及时检测出缺陷，就可以识别出有问题的研磨液以及研磨垫，继而就能减少对后续加工的晶圆的不良影响。
目前，对于化学机械研磨工艺的缺陷监测方法，主要包括以下过程：首先提供一表面生长有一层平坦的氧化硅薄膜的控片，并利用光学扫描机台扫描得到所述控片的初始表面状况(即氧化硅薄膜的初始表面状况)；然后，将所述控片放置到化学机械研磨机台上，进行化学机械研磨，以模拟正常晶圆的化学机械研磨工艺，例如采用正常晶圆的化学机械研磨工艺条件对控片研磨1分钟；接着，再次通过所述光学扫描机台扫描得到所述控片经化学机械研磨后的表面状况(即氧化硅薄膜经化学机械研磨后的表面状况)，所述控片经化学机械研磨后的表面状况如图1所示，图1是现有的控片经化学机械研磨后的表面状况扫描示意图，从图1可看出，将控片进行化学机械研磨后，出现一些划伤缺陷。但是，因为所述控片的初始表面为一平坦的平面，当形成的缺陷较浅时，经化学机械研磨后的控片表面上的这些缺陷与背景的比对度会不高，这会导致光学扫描机台对这些缺陷的抓取率低(即出现漏检的情况)，由此影响化学机械研磨工艺的缺陷监测精确性，进而导致后续加工的晶圆的不良率增加。因此，需要一种新型的控片及其制造方法以及基于该新型的控片的化学机械研磨缺陷的监测方法，以提高光学扫描机台对化学机械研磨造成的缺陷的抓取率，进而实现对缺陷的有效监控。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控片及其制造方法和化学机械研磨缺陷的监测方法，能够提高控片表面上的缺陷与背景的比对度，进而提高光学扫描机台对化学机械研磨造成的缺陷的抓取率，实现对所述化学机械研磨缺陷的有效监控。
为实现上述目的，本发明提供了一种控片，用于化学机械研磨工艺缺陷的监测，包括：
基底；
图形化的第一介质层，形成在所述基底的上表面上，所述图形化的第一介质层具有暴露出所述基底的上表面的沟槽；以及，
第二介质层，至少填满所述图形化的第一介质层的沟槽。
可选的，所述图形化的第一介质层中相邻沟槽之间限定的图案包括线条、圆形岛、多边形岛中的至少一种。
可选的，当所述图形化的第一介质层中相邻沟槽之间限定的图案为线条时，所述图形化的第一介质层具有多条沿第一方向延伸的第一线条，相邻两条第一线条之间设置有多条沿第一方向延伸且沿第一方向排列的第二线条，每条所述第一线条沿所述第一方向延伸的长度大于每条所述第二线条沿所述第一方向延伸的长度；沿第二方向相邻排列的所述第一线条和所述第二线条之间具有沿第一方向延伸的第一沟槽，沿所述第一方向相邻排列的所述第二线条之间具有沿第二方向延伸的第二沟槽，所述第一沟槽暴露出相应的所述第一线条和所述第二线条沿所述第一方向延伸的侧壁且底部暴露出所述基底的上表面，所述第二沟槽暴露出相邻的所述第二线条沿所述第二方向延伸的侧壁。
可选的，将所述第一方向定义为行方向，相邻两行所述第二线条错位排布。
可选的，所述第二介质层将所述图形化的第一介质层完全掩埋在内且具有平坦的上表面。
可选的，所述基底包括硅片、氧化铝陶瓷片和碳化硅陶瓷片中的任一种；所述第一介质层的材质包括氮化硅；所述第二介质层的材质包括氧化硅或多晶硅。
可选的，所述第一介质层的厚度为200nm～300nm，所述第二介质层高出所述第一介质层的上表面的厚度为100nm～200nm。
本发明还提供了一种所述的控片的制造方法，包括：
S3-A，提供基底，在所述基底上覆盖第一介质层；
S3-B，图形化所述第一介质层，以形成图形化的第一介质层，所述图形化的第一介质层具有暴露出所述基底的上表面的沟槽；以及，
S3-C，形成第二介质层，所述第二介质层至少将所述图形化的第一介质层中的沟槽填满，以获得用于监测化学机械研磨工艺缺陷的控片。
可选的，图形化所述第一介质层的步骤包括：
在所述第一介质层上形成图形化的光刻胶层；
以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第一介质层，刻蚀停止在所述基底的表面上，以形成具有沟槽的图形化的第一介质层，所述沟槽暴露出所述基底的上表面；以及，
去除所述图形化的光刻胶层。
可选的，对经过化学机械研磨缺陷的监测后的所述控片进行处理，去除所述基底上的所有层，以重新暴露出所述基底的上表面，并重复步骤S3-A至步骤S3-C，以基于所述基底制造新的控片。
可选的，通过湿法腐蚀工艺去除所述基底上的第一介质层或所述第二介质层。
可选的，当去除所述第一介质层时，所述湿法腐蚀工艺的刻蚀剂包括磷酸溶液、磷酸与硫酸的混合物、磷酸与含硅材料的混合物中的任一种；当去除所述第二介质层时，所述湿法腐蚀工艺的刻蚀剂包括氢氟酸溶液。
本发明还提供了一种化学机械研磨缺陷的监测方法，包括：
提供所述的控片，将所述控片放置在化学机械研磨机上研磨；
将研磨后的所述控片进行处理，以去除所述控片的第一介质层或第二介质层；以及，
扫描经过所述处理后的所述控片的表面，以获得所述控片的上表面的化学机械研磨缺陷。
可选的，当提供的所述控片中，所述控片的第二介质层将所述控片的图形化的第一介质层完全掩埋在内且具有平坦的上表面时，将所述控片的上表面研磨至暴露出所述图形化的第一介质层的表面，此时所述第二介质层仅填充在所述图形化的第一介质层中的沟槽中。
可选的，采用光学扫描机台扫描所述处理后的所述控片的表面，以获得所述控片的上表面的化学机械研磨缺陷。
可选的，采用湿法腐蚀工艺去除所述第一介质层或所述第二介质层。
可选的，当去除所述第一介质层时，所述湿法腐蚀工艺的刻蚀剂包括磷酸溶液、磷酸与硫酸的混合物、磷酸与含硅材料的混合物中的任一种；当去除所述第二介质层时，所述湿法腐蚀工艺的刻蚀剂包括氢氟酸溶液。
与现有技术相比，本发明提供的控片及其制造方法和化学机械研磨缺陷的监测方法，通过采用新型控片，提高了化学机械研磨对所述控片表面上造成的缺陷与背景之间的比对度，进而提高了光学扫描机台对所述缺陷的抓取率，实现对所述化学机械研磨缺陷的有效监控。
附图说明
图1是现有的控片经化学机械研磨后的表面状况扫描示意图；
图2a是本发明一实施例的控片的纵向剖面示意图；
图2b是图2a所示的控片中的第一介质层的俯视示意图；
图3是本发明一实施例的控片制造方法的流程图；
图4a～图4c是图3所示的控片制造方法中的器件结构示意图；
图5是本发明一实施例的化学机械研磨缺陷的监测方法的流程图；
图6a和图6b是图5所示的化学机械研磨缺陷的监测方法中的器件结构示意图；
图7是本发明一实施例的经化学机械研磨后的控片的上表面缺陷扫描示意图。
其中，附图1～7的附图标记说明如下：
D1-缺陷；201-基底；202-第一介质层；203-第二介质层；x-第一方向；y-第二方向；L1-第一线条；L2-第二线条；G1-第一沟槽；G2-第二沟槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～7对本发明提出的控片及其制造方法和化学机械研磨缺陷的监测方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明一实施例提供一种控片，参阅图2a，图2a是本发明一实施例的控片的纵向剖面示意图，所述控片包括：基底201、图形化的第一介质层202以及第二介质层203。其中，所述图形化的第一介质层202形成在所述基底201的上表面上，所述图形化的第一介质层202具有暴露出所述基底201的上表面的沟槽。所述第二介质层203至少填满所述图形化的第一介质层202的沟槽，当所述第二介质层203恰好填满所述图形化的第一介质层202中的所有沟槽时，所述第二介质层203的上表面和所述图形化的第一介质层202的上表面齐平，如图6a所示；当所述第二介质层203填满所述图形化的第一介质层202中的所有沟槽且超出所述图形化的第一介质层202的上表面一定厚度时，如图2a中所示，所述第二介质层203将所述图形化的第一介质层202完全掩埋在内且具有平坦的上表面。所述图形化的第一介质层202中相邻沟槽之间限定的图案包括线条、圆形岛、多边形岛中的至少一种。
参阅图2b，图2b是图2a所示的控片中的第一介质层的俯视示意图，从图2b中可看出，本实施例的所述图形化的第一介质层202中相邻沟槽之间限定的图案为线条，具体地，所述图形化的第一介质层202具有多条沿第一方向x延伸的第一线条L1，相邻两条第一线条L之间设置有多条沿第一方向x延伸且沿第一方向x排列的第二线条L2，每条所述第一线条L1沿所述第一方向x延伸的长度大于每条所述第二线条L2沿所述第一方向x延伸的长度。沿第二方向y相邻排列的所述第一线条L1和所述第二线条L2之间具有沿第一方向x延伸的第一沟槽G1，沿所述第一方向x相邻排列的所述第二线条L2之间具有沿第二方向y延伸的第二沟槽G2，第一沟槽G1和第二沟槽G2组成了所述图形化的第一介质层202中的沟槽。其中，所述第一沟槽G1沿第一方向延伸的长度等于所述第一线条L1沿第一方向延伸的长度，所述第一沟槽G1的两侧暴露出其两侧的所述第一线条L1和所述第二线条L2沿所述第一方向x延伸的侧壁，所述第一沟槽G1的底部暴露出所述基底201的上表面；所述第二沟槽G2暴露出两侧相邻的所述第二线条L2沿所述第二方向y延伸的侧壁，且所述第二沟槽G2与所述第一沟槽G1连通。将所述第一方向x定义为行方向，相邻两行所述第二线条L2错位排布。
所述基底201包括硅片、氧化铝陶瓷片和碳化硅陶瓷片中的任一种。所述图形化的第一介质层202和所述第二介质层203的材质需要具有相对较大的硬度差，即图形化的第一介质层202和所述第二介质层203中一个较软、另一个较硬，以使得本发明的控片在用于化学机械研磨缺陷监测后(即所述控片经历化学机械研磨后)，化学机械研磨缺陷主要集中于所述图形化的第一介质层202和所述第二介质层203中相对较软的材料表面上，从而在采用光学扫描机台扫描所述控片表面上的化学机械研磨缺陷之前，可以先将所述图形化的第一介质层202和所述第二介质层203中相对较硬的材料去除，这样一来，既可以很好地保留化学机械研磨缺陷，又可以使得在扫描所述控片表面上的化学机械研磨缺陷时，保留下来的所述图形化的第一介质层202和所述第二介质层203中相对较软的材料表面上的化学机械研磨缺陷能够与其暴露出的基底201表面(即背景)之间产生较大的对比度，以提高光学扫描机台对化学机械研磨造成的缺陷的抓取率，实现对所述化学机械研磨缺陷的有效监控。本实施例中，所述图形化的第一介质层202采用硬度相对较大的材质，例如包括氮化硅，同时为了能够保证第二介质层203的填充高度(即保证扫描时控片表面上的缺陷与背景的比对度)，所述图形化的第一介质层202的厚度可以为200nm～300nm(例如为220nm、250nm、280nm等)；所述第二介质层203采用硬度相对较小的材质，例如包括氧化硅或多晶硅，在控片用于化学机械研磨缺陷监测后，化学机械研磨缺陷主要集中在所述第二介质层203的表面上，此外，为了避免在模拟化学机械研磨工艺中第一介质层202的高度的过度降低，保证扫描时控片表面上的缺陷与背景的比对度，提高化学机械研磨缺陷的监测效果，优选地，所述第二介质层203将所述图形化的第一介质层202完全掩埋在内，且所述第二介质层203高出所述图形化的第一介质层202的上表面100nm～200nm(例如为120nm、150nm、180nm等)的厚度。
本发明一实施例提供一种控片制造方法，参阅图3，图3是本发明一实施例的控片制造方法的流程图，所述控片制造方法包括：
步骤S3-A、提供基底201，在所述基底201上覆盖第一介质层202；
步骤S3-B、图形化所述第一介质层202，以形成图形化的第一介质层202，所述图形化的第一介质层202具有暴露出所述基底201的上表面的沟槽；
步骤S3-C、形成第二介质层203，所述第二介质层203至少将所述图形化的第一介质层202中的沟槽填满，以获得用于监测化学机械研磨工艺缺陷的控片。
下面参阅图4a～图4c更为详细的介绍本实施例提供的所述控片制造方法，图4a～图4c是图3所示的控片制造方法中的器件结构示意图。
首先，参阅图4a，按照步骤S3-A，提供基底201，在所述基底201上覆盖第一介质层202。所述基底201包括硅片、氧化铝陶瓷片和碳化硅陶瓷片中的任一种。所述第一介质层202和所述第二介质层203的材质需要具有相对较高的硬度差，以使得本发明的控片在用于化学机械研磨缺陷监测后(即所述控片经历化学机械研磨后)，化学机械研磨缺陷主要集中于所述第一介质层202和所述第二介质层203中相对较软的材料表面上，从而在采用光学扫描机台扫描所述控片表面上的化学机械研磨缺陷之前，可以先将所述第一介质层202和所述第二介质层203中相对较硬的材料去除，这样一来，既可以很好地保留化学机械研磨缺陷，又可以使得在扫描所述控片表面上的化学机械研磨缺陷时，保留下来的所述第一介质层202和所述第二介质层203中相对较软的材料表面上的化学机械研磨缺陷能够与其暴露出的基底201表面(即背景)之间产生较大的对比度，以提高光学扫描机台对化学机械研磨造成的缺陷的抓取率，实现对所述化学机械研磨缺陷的有效监控。因此，本实施例中，所述第一介质层202采用硬度相对较大的材质，例如包括氮化硅，同时为了能够保证第二介质层203的填充高度(即保证扫描时控片表面上的缺陷与背景的比对度)，所述第一介质层202的厚度可以为200nm～300nm(例如为220nm、250nm、280nm等)。形成所述第一介质层202的方法可以是化学气相沉积法，所述化学气相沉积法包括金属有机化学气相沉积、常压化学气相沉积、电浆增强化学气相沉积等，将所述基底201暴露于多种反应气体中，所述反应气体通过分解、沉积等方式附着在所述基底201的表面上，以形成所述第一介质层202。
然后，参阅图4b，按照步骤S3-B，图形化所述第一介质层202，以形成图形化的第一介质层202，所述图形化的第一介质层202具有暴露出所述基底201的上表面的沟槽。图形化所述第一介质层202的步骤包括：首先，在所述第一介质层202上形成光刻胶层，形成所述光刻胶层的方法可以为旋涂法；然后，将所述光刻胶层进行曝光、显影等一系列光刻工艺处理，在所述光刻胶层上定义出开口图形，以形成图形化的所述光刻胶层，所述图形化的所述光刻胶层的开口对应所述图形化的第一介质层202中的沟槽；然后，以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述图形化的第一介质层202，刻蚀停止在所述基底201的表面上，以形成具有沟槽的图形化的第一介质层202，所述沟槽暴露出所述基底201的上表面，所述刻蚀方法可以为干法刻蚀或湿法刻蚀；最后，去除所述图形化的光刻胶层，以获得所述图形化的第一介质层202。所述图形化的第一介质层202中相邻沟槽限定的图案可以包括线条、圆形岛、多边形岛中的至少一种。本实施例中，所述图形化的第一介质层202中的具体图形请参考图2a所示，且具体描述请参考上文中的描述，在此不再赘述。
最后，参阅图4c，按照步骤S3-C，形成第二介质层203，所述第二介质层203至少将所述图形化的第一介质层202中的沟槽填满，以获得用于监测化学机械研磨工艺缺陷的控片。所述第二介质层203可以恰好填满所述图形化的第一介质层202中的所有沟槽，此时所述第二介质层203的上表面可以和所述图形化的第一介质层202的上表面齐平；所述第二介质层203也可以在填满所述图形化的第一介质层202中的所有沟槽后超出所述图形化的第一介质层202的上表面一定厚度，此时所述第二介质层203将所述控片的图形化的第一介质层202完全掩埋在内且具有平坦的上表面，如图6a所示。形成所述第二介质层203的方法可以是化学气相沉积法，当所述第二介质层203的上表面和所述图形化的第一介质层202的上表面齐平时，可以采用反作用掩膜的方式将所述图形化的第一介质层202中的沟槽填满；当所述第二介质层203将所述图形化的第一介质层202完全掩埋在内且具有平坦的上表面时，可以通过延长反应气体在所述图形化的第一介质层202中的沟槽上方停留的时间，以使得所述第二介质层203将所述图形化的第一介质层202中的沟槽填满，并高出所述图形化的第一介质层202的上表面一定厚度，且可以进一步采用精密化学机械抛光工艺对所述第二介质层203进行顶部平坦化，使得所述第二介质层203的上表面平坦。所述第二介质层203高出所述图形化的第一介质层202的上表面的厚度可以为100nm～200nm(例如为120nm、150nm、180nm等)。所述第二介质层203采用硬度相对较小的材质，例如包括氧化硅或多晶硅。
本发明的控片在用于化学机械研磨工艺的缺陷监测时，可以将其放置到化学机械研磨机台上，进行化学机械研磨，以模拟正常晶圆的化学机械研磨工艺，在经历正常晶圆的化学机械研磨工艺后，会体现所述化学机械研磨工艺的缺陷，当通过所述光学扫描机台扫描得到所述控片经化学机械研磨后的表面状况后，可以对所述控片进行回收并重复利用，具体地，对经过化学机械研磨缺陷的监测后的所述控片进行处理，去除所述基底上的所有层，以重新暴露出所述基底的上表面，并重复上述步骤S3-A至步骤S3-C，以基于所述基底制造新的控片。
综上所述，本发明提供的控片及其制造方法，通过在基底的上表面上形成图形化的第一介质层，以及至少填满所述图形化的第一介质层的沟槽的第二介质层，以制造出所述控片，以用于化学机械研磨工艺缺陷的监测。
本发明一实施例提供一种化学机械研磨缺陷的监测方法，其中，第一介质层202的硬度相对第二介质层203的硬度大，请参阅图5，图5是本实施例的化学机械研磨缺陷的监测方法的流程图，所述化学机械研磨缺陷的监测方法包括：
步骤S5-A、将按照步骤S3-A至步骤S3-C制作的所述控片放置在化学机械研磨机上研磨；
步骤S5-B、将研磨后的所述控片进行处理，以去除所述控片的第一介质层202；
步骤S5-C、扫描经过所述处理后的所述控片的表面，以获得所述控片的上表面的缺陷。
下面参阅图6a～图7更为详细的介绍本实施例提供的化学机械研磨缺陷的监测方法，图6a和图6b是图5所示的化学机械研磨缺陷的监测方法中的器件结构示意图，图7是本发明一实施例的经化学机械研磨后的控片的上表面缺陷扫描示意图。
首先，参阅图6a，按照步骤S5-A，将按照步骤S3-A至步骤S3-C制作的所述控片放置在化学机械研磨机上研磨。所述控片的第二介质层203的上表面可以和所述控片的第一介质层202的上表面齐平，所述控片的第二介质层203也可以将所述控片的图形化的第一介质层202完全掩埋在内且具有平坦的上表面。当所述控片的第二介质层203将所述控片的图形化的第一介质层202完全掩埋在内且具有平坦的上表面时，将所述控片研磨至暴露出所述图形化的第一介质层202的表面，此时所述第二介质层203仅填充在所述图形化的第一介质层202中的沟槽中。所述化学机械研磨主要是先通过研磨液与所研磨的材料之间产生化学反应，以产生相对较易去除的表面层，然后，研磨液中的研磨颗粒在外力作用下与新产生的表面层之间相互运动摩擦而被研磨去除掉。所述化学机械研磨使用的研磨液可以由磨料和氧化剂组成，所述磨料可以是氧化硅、氧化铝等，研磨速率可以是50～100转/分。当所述第一介质层202和所述第二介质层203的材质分别为氮化硅和氧化硅时，因所述氮化硅的硬度比所述氧化硅的硬度高，因此，经过化学机械研磨之后，所述缺陷基本会形成在所述第二介质层203的上表面，而所述第一介质层202的上表面基本没有形成所述缺陷。
然后，参阅图6b，按照步骤S5-B，将研磨后的所述控片进行处理，以去除所述控片的第一介质层202。将所述控片的第一介质层202刻蚀去除之后，形成图形化的所述第二介质层203，所述图形化的第二介质层203具有暴露出所述基底201的上表面的沟槽，进而使得所述第二介质层203的上表面与所述基底201的上表面之间形成高度差。当所述第一介质层202的材质为氮化硅，且所述第二介质层203的材质为氧化硅时，可以采用湿法腐蚀工艺去除所述第一介质层202，所述湿法腐蚀工艺的刻蚀剂包括磷酸溶液、磷酸与硫酸的混合物、磷酸与含硅材料的混合物中的任一种。当所述湿法腐蚀工艺的刻蚀剂为磷酸溶液时，可以将研磨后的所述控片浸泡在120℃～180℃(例如为140℃、150℃、160℃等)的磷酸的浓缩液中一段时间，磷酸的浓缩液的浓度可以大于或等于85％(质量百分比)，磷酸可以将氮化硅中的氮元素转化为氨气，将氮化硅中的硅元素转化为氧化硅沉淀，以将所述氮化硅蚀刻去除，进而在所述基底201上形成图形化的氧化硅层，原有的所述氮化硅的位置成为沟槽。当所述湿法腐蚀工艺的刻蚀剂为磷酸与硫酸的混合物时，可以将磷酸和硫酸溶液分别加热到140℃～160℃(例如为145℃、150℃等)和150℃～170℃(例如为155℃、160℃等)，并将加热后的磷酸和硫酸与水蒸气混合，以对所述氮化硅进行蚀刻去除。当所述湿法腐蚀工艺的刻蚀剂为磷酸与含硅材料的混合物时，先将磷酸与含硅材料的混合物加热到120℃～170℃(例如为140℃、160℃等)后再对氮化硅进行蚀刻，含硅材料可以是有机硅氧烷、四乙氧基硅烷或有机硅烷，含硅材料的加入可抑制磷酸对氧化硅的腐蚀。
最后，参阅图7，按照步骤S5-C，扫描经过所述处理后的所述控片的表面，以获得所述控片的上表面的缺陷，可以采用光学扫描机台扫描所述处理后的所述控片的表面。从图7中可看出，当化学机械研磨在所述第二介质层203的上表面造成的划伤等缺陷D1都较浅或尺寸较小时，光学扫描机台在扫描抓取所述第二介质层203的上表面上的所述缺陷时，所述基底201可作为背景，由于图形化的所述第二介质层203的上表面与所述基底201的上表面之间存在高度差，所述缺陷与背景之间的比对度增大，因此，提高了光学扫描机台对所述缺陷的抓取率，减少了漏抓的情况。当所述光学扫描机台对所述控片的表面进行扫描时，可通过调整所述光学扫描机台的焦距，将所述基底201作为背景，对所述第二介质层203的上表面的缺陷进行检测。所述光学扫描机台可以是二维显微镜或三维显微镜，所述三维显微镜可以是激光共焦扫描显微镜或色散共焦显微镜。当所述光学扫描机台为激光共焦扫描显微镜时，可采用激光做扫描光源，对所述控片进行快速扫描，当扫描到不同平面时，调整焦距，将所述第二介质层203的上表面调整到清晰的界面，所述基底201的上表面即为模糊的界面，以扫描抓取所述第二介质层203的上表面上的缺陷。
另外，当所述控片已经用于化学机械研磨缺陷的监测后，对完成使用后的所述控片进行处理，以去除所述基底201上的所述第二介质层203，并重复步骤S3-A至步骤S3-C，以基于所述基底201制造新的所述控片。当所述第二介质203的材质为氧化硅或多晶硅时，可以通过湿法腐蚀工艺去除所述第二介质层203，所述湿法腐蚀工艺的刻蚀剂包括氢氟酸溶液。所述氢氟酸溶液中HF与水的浓度比可以为1:200～1:100，将扫描后的所述控片浸泡到所述氢氟酸溶液中，HF与氧化硅发生反应，所述氧化硅或多晶硅被去除，以得到所述基底201，所述基底201可被回收，进而重复循环使用重新制作所述控片，以节省成本。当所述基底201为硅片时，采用湿法腐蚀工艺对所述控片进行化学处理时，也会对所述硅片造成轻微腐蚀而使得所述硅片表面受损，进而影响硅片后续的循环使用。因此，在对所述硅片重新使用之前，可以对回收的所述硅片先进行粗磨去掉表面损伤，再用化学机械研磨做平坦化处理，使所述硅片表面恢复到比较理想的平坦状态之后再继续使用。
同时，当所述步骤S5-C中的光学扫描机台扫描到的所述第二介质层203上表面的所述缺陷未超出预警规格时，扫描后的所述控片可不将所述第二介质层203去除，而直接继续用于化学机械研磨缺陷的监测，直至化学机械研磨在所述第二介质层203上表面造成的所述缺陷超出预警规格。
需要说明的是，上述实施例的化学机械研磨缺陷的监测方法中，第一介质层202的硬度相对第二介质层203的硬度大，因此在控片经历过正常晶圆的化学机械研磨工艺后，去除了硬度较大的第一介质层202，而硬度较小的第二介质层203被保留下来用于缺陷扫描，但本发明的技术方案并不仅仅限定于此，当第一介质层202的硬度相对第二介质层203的硬度小时，在控片经历过正常晶圆的化学机械研磨工艺后，可以替换为去除硬度较大的第二介质层203，而硬度较小的第一介质层202被保留下来用于缺陷扫描，由此也能够实现同样的化学机械研磨缺陷的监测效果。
另外，本发明一实施例提供一种半导体器件的制造方法，所述半导体器件能根据所述控片上的缺陷监测结果调整化学机械研磨机台的工艺条件，以采用所述调整后的工艺条件对后续晶圆进行化学机械研磨，进而使得化学机械研磨对晶圆造成的缺陷数量和尺寸控制在规格范围内。当光学扫描机台监测到所述控片上的所述缺陷超出规格范围时，所述光学扫描机台将监测到的信息传递给设备维护人员，所述设备维护人员可排查确认化学机械研磨机台上的研磨垫的受损情况，以及排查研磨液内的研磨颗粒是否结晶，造成研磨颗粒尺寸过大，继而可调整化学机械研磨机台的研磨速率等参数，获得调整后的用于正常晶圆的化学机械研磨工艺条件，进而使化学机械研磨更好的应用在晶圆的平坦化制程中，提高半导体器件的制造良率。
综上所述，本发明提供的化学机械研磨缺陷的监测方法，包括：将所述控片放置在化学机械研磨机上研磨；将研磨后的所述控片进行处理，以去除所述控片的第一介质层；扫描经过所述处理后的所述控片的表面，以获得所述控片的上表面的缺陷。所述化学机械研磨缺陷的监测方法采用本发明提供的控片，提高了化学机械研磨对所述控片造成的缺陷与背景之间的比对度，进而提高了光学扫描机台对所述缺陷的抓取率，实现了对所述化学机械研磨造成的所述缺陷的有效监控。当所述控片已经用于化学机械研磨缺陷的监测后，对所述控片进行处理后，将得到的所述基底回收，以基于所述基底制造新的控片，进而节省了生产成本。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (11)

1.一种化学机械研磨缺陷的监测方法，其特征在于，包括：
提供一控片，将所述控片放置在化学机械研磨机上研磨；所述控片包括基底、图形化的第一介质层和第二介质层，所述图形化的第一介质层形成在所述基底的上表面上，所述图形化的第一介质层具有暴露出所述基底的上表面的沟槽；所述第二介质层至少填满所述图形化的第一介质层的沟槽，所述第一介质层与所述第二介质层之间具有硬度差，以使得形成的控片经过化学机械研磨工艺之后，化学机械研磨工艺缺陷位于所述第一介质层与所述第二介质层中的硬度相对低的表面上；研磨后的所述第一介质层的上表面与所述第二介质层的上表面齐平；
将研磨后的所述控片进行处理，以去除所述控片的第一介质层与第二介质层中的硬度相对高的部分，使得保留的所述第一介质层与第二介质层中的硬度相对低的上表面与所述基底的上表面之间形成高度差；以及，
将所述基底作为背景，扫描经过所述处理后的所述控片的表面，以获得所述控片的所述第一介质层与所述第二介质层中的硬度相对低的上表面的化学机械研磨缺陷。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨缺陷的监测方法，其特征在于，所述图形化的第一介质层中相邻沟槽之间限定的图案包括线条、圆形岛、多边形岛中的至少一种。
3.如权利要求2所述的化学机械研磨缺陷的监测方法，其特征在于，当所述图形化的第一介质层中相邻沟槽之间限定的图案为线条时，所述图形化的第一介质层具有多条沿第一方向延伸的第一线条，相邻两条第一线条之间设置有多条沿第一方向延伸且沿第一方向排列的第二线条，每条所述第一线条沿所述第一方向延伸的长度大于每条所述第二线条沿所述第一方向延伸的长度；沿第二方向相邻排列的所述第一线条和所述第二线条之间具有沿第一方向延伸的第一沟槽，沿所述第一方向相邻排列的所述第二线条之间具有沿第二方向延伸的第二沟槽，所述第一沟槽暴露出相应的所述第一线条和所述第二线条沿所述第一方向延伸的侧壁且底部暴露出所述基底的上表面，所述第二沟槽暴露出相邻的所述第二线条沿所述第二方向延伸的侧壁。
4.如权利要求3所述的化学机械研磨缺陷的监测方法，其特征在于，将所述第一方向定义为行方向，相邻两行所述第二线条错位排布。
5.如权利要求1至4中任一项所述的化学机械研磨缺陷的监测方法，其特征在于，将所述控片放置在化学机械研磨机上研磨之前，所述第二介质层将所述图形化的第一介质层完全掩埋在内且具有平坦的上表面。
6.如权利要求5所述的化学机械研磨缺陷的监测方法，其特征在于，所述基底包括硅片、氧化铝陶瓷片和碳化硅陶瓷片中的任一种；所述第一介质层的材质包括氮化硅；所述第二介质层的材质包括氧化硅或多晶硅。
7.如权利要求6所述的化学机械研磨缺陷的监测方法，其特征在于，将所述控片放置在化学机械研磨机上研磨之前，所述第一介质层的厚度为200nm～300nm，所述第二介质层高出所述第一介质层的上表面的厚度为100nm～200nm。
8.如权利要求1所述的化学机械研磨缺陷的监测方法，其特征在于，当提供的所述控片中，所述控片的第二介质层将所述控片的图形化的第一介质层完全掩埋在内且具有平坦的上表面时，将所述控片的上表面研磨至暴露出所述图形化的第一介质层的表面，此时所述第二介质层仅填充在所述图形化的第一介质层中的沟槽中。
9.如权利要求1所述的化学机械研磨缺陷的监测方法，其特征在于，采用光学扫描机台扫描所述处理后的所述控片的表面，以获得所述控片的上表面的化学机械研磨缺陷。
10.如权利要求1所述的化学机械研磨缺陷的监测方法，其特征在于，采用湿法腐蚀工艺去除所述第一介质层或所述第二介质层。
11.如权利要求10所述的化学机械研磨缺陷的监测方法，其特征在于，当去除所述第一介质层时，所述湿法腐蚀工艺的刻蚀剂包括磷酸溶液、磷酸与硫酸的混合物、磷酸与含硅材料的混合物中的任一种；当去除所述第二介质层时，所述湿法腐蚀工艺的刻蚀剂包括氢氟酸溶液。
CN201811011719.XA 2018-08-31 2018-08-31 控片及其制造方法和化学机械研磨缺陷的监测方法 Active CN109166812B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811011719.XA CN109166812B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 控片及其制造方法和化学机械研磨缺陷的监测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811011719.XA CN109166812B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 控片及其制造方法和化学机械研磨缺陷的监测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109166812A CN109166812A (zh) 2019-01-08
CN109166812B true CN109166812B (zh) 2021-07-02

Family

ID=64893789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811011719.XA Active CN109166812B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 控片及其制造方法和化学机械研磨缺陷的监测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109166812B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110514461B (zh) * 2019-08-29 2021-10-08 上海华力微电子有限公司 一种化学机械研磨机台缺陷检测方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6534327B2 (en) * 2000-04-13 2003-03-18 Texas Instruments Incorporated Method for reworking metal layers on integrated circuit bond pads
CN102437020A (zh) * 2011-11-24 2012-05-02 上海宏力半导体制造有限公司 晶圆控片及其形成方法
CN102543786A (zh) * 2010-12-21 2012-07-04 无锡华润上华半导体有限公司 Cmp工艺缺陷检测方法和浅沟槽隔离的制作方法
CN102789965A (zh) * 2011-05-16 2012-11-21 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 晶圆控片重复利用的方法
CN102814727A (zh) * 2012-08-13 2012-12-12 无锡华润上华科技有限公司 一种用于浅沟槽隔离结构的化学机械研磨方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6534327B2 (en) * 2000-04-13 2003-03-18 Texas Instruments Incorporated Method for reworking metal layers on integrated circuit bond pads
CN102543786A (zh) * 2010-12-21 2012-07-04 无锡华润上华半导体有限公司 Cmp工艺缺陷检测方法和浅沟槽隔离的制作方法
CN102789965A (zh) * 2011-05-16 2012-11-21 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 晶圆控片重复利用的方法
CN102437020A (zh) * 2011-11-24 2012-05-02 上海宏力半导体制造有限公司 晶圆控片及其形成方法
CN102814727A (zh) * 2012-08-13 2012-12-12 无锡华润上华科技有限公司 一种用于浅沟槽隔离结构的化学机械研磨方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109166812A (zh) 2019-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20070111467A1 (en) Method for forming trench using hard mask with high selectivity and isolation method for semiconductor device using the same
US7629223B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
US11222788B2 (en) Methods of enhancing surface topography on a substrate for inspection
CN106558529B (zh) 浅沟槽隔离方法
JP2010109151A (ja) 使用済み半導体ウエハの再生方法
CN101577242B (zh) 浅沟槽隔离结构及其形成方法
KR100518587B1 (ko) 얕은 트렌치 소자 분리 구조의 제조 방법 및 얕은 트렌치소자 분리 구조를 포함하는 미세 전자 소자
CN109166812B (zh) 控片及其制造方法和化学机械研磨缺陷的监测方法
US9773682B1 (en) Method of planarizing substrate surface
US10784117B2 (en) Defect relieving method for floating gate, and semiconductor structure
JP2005203394A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2009147104A (ja) 使用済み半導体ウエハ又は基板の再生方法
CN103928304A (zh) 一种多晶硅上小尺寸图形结构的制备方法
JP2008021704A (ja) 半導体装置の製造方法
CN116313776A (zh) 硬掩膜的去除方法
KR100929731B1 (ko) 반도체 소자의 제조 방법
CN103646867B (zh) 改善晶圆剥落缺陷的方法
US7670902B2 (en) Method and structure for landing polysilicon contact
KR100772678B1 (ko) 반도체 소자의 소자분리막 제조 방법
CN105097491A (zh) 一种基于氮氧化硅抗反射层的化学机械平坦化工艺
CN1540741A (zh) 浅沟渠隔离的平坦化方法
CN101106068B (zh) 使半导体材料形成互相嵌入图案的方法
CN114334822A (zh) 半导体结构的形成方法
KR100745055B1 (ko) 반도체장치의 제조방법
US20220093370A1 (en) Textured silicon semiconductor processing chamber components

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant