專利名稱：決定化學(xué)機械研磨的過度研磨時間的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于化學(xué)機械研磨半導(dǎo)體晶圓的終點檢測，更明確地說，發(fā)明是關(guān)于化學(xué)機械研磨制程的過度研磨(over-polish)的時間控制。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工業(yè)中，化學(xué)機械研磨(CMP)是用以藉由對著一研磨墊旋轉(zhuǎn)一半導(dǎo)體晶圓，而選擇地自該晶圓去除部分的薄膜。薄膜的過度研磨(去除太多)或不夠研磨(去除太少)將導(dǎo)致晶圓的刮傷或重作，這將造成很昂貴的成本。
因此，在本技術(shù)中，有必要在線上直接監(jiān)視CMP制程并精確地決定總研磨時間。其中一種方法為采用了一終點檢測(EPD)系統(tǒng)。同時，為了針對膜及CMP制程中的不均勻事件，有人采用了過度研磨的步驟。因此，發(fā)展出兩種決定過度研磨時間的方法。第一種為固定時間法，當(dāng)進行該研磨方法時，將該過度研磨時間設(shè)定為固定時間，而不管該終點檢測時間為多長。因為在CMP的過度研磨后的剩余膜均勻度是關(guān)系于EPD時間，所以此并不是設(shè)定過度研磨時間的一正確方法。另一種則為所謂EPD百分比法，該方法將過度研磨時間直接成比例于EPD時間。然而，此方法仍為過度簡化。同時，在例如淺溝渠絕緣(STI)的化學(xué)機械研磨的應(yīng)用中，這種過度研磨時間的決定方法會造成錯誤。同時，由研磨機廠商所提供的過度研磨時間設(shè)定，并沒有其他可選用的決定方法。因此，有必要發(fā)展出一種更精確的方法，來檢測并決定化學(xué)機械研磨的終點。此方法能藉由將實驗中所取得的過度研磨時間與EPD時間的關(guān)系，透過一較精確的關(guān)系模式表達，而計算出所需的過度研磨時間。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種終點檢測控制方法，其能決定過度研磨時間，以克服先前技術(shù)的時間控制不精確，甚至控制錯誤的情形。
本發(fā)明的另一目的為提供一種終點檢測控制方法，其能在不變更原來硬件下，來完成更精確的過度研磨時間的決定。
本發(fā)明的再一目的為提供一種終點檢測控制方法，其能依據(jù)晶圓產(chǎn)品類型與厚度，而決定出其相關(guān)的過度研磨時間。
本發(fā)明的另一目的為提供一種終點檢測控制方法，其不但能適用于決定化學(xué)機械研磨制程中的過度研磨時間，同時，也可以適用于其他采用終點檢測系統(tǒng)的制程中。
本發(fā)明的決定過度研磨時間的方法，包含步驟有將予以研磨的多個特性送入化學(xué)機械研磨系統(tǒng)中，進行研磨以取得各別的過度研磨時間與終點檢測時間；相關(guān)所得過度研磨時間與終點檢測時間，推導(dǎo)出一最佳化公式，并且，將該最佳化公式存入該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)中；及將所予進行研磨的特性的厚度輸入，即可取得精確的過度研磨時間。


圖1為剖面圖，顯示傳統(tǒng)在一半導(dǎo)體基板形成淺溝渠隔離(STI)結(jié)構(gòu)的一步驟；圖2A及2B為圖1的具較薄氧化物層的STI結(jié)構(gòu)在進行化學(xué)機械研磨前后的剖面圖；圖3A及3B為圖1的具較厚氧化物層的STI結(jié)構(gòu)在進行化學(xué)機械研磨前后的剖面圖；及圖4為一圖表，顯示予以研磨的氧化物層膜厚與EPD時間的關(guān)系。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種使用模式預(yù)測控制的半導(dǎo)體晶圓制程的控制方法。本發(fā)明更適用以于化學(xué)機械研磨(CMP)工具中，控制被研磨的氧化物膜的研磨厚度。但是本發(fā)明并不作如此限定，本發(fā)明的更詳細了解可以藉由讀取以下的詳細說明加以完成。
本發(fā)明現(xiàn)以化學(xué)機械研磨一淺溝渠絕緣(STI)結(jié)構(gòu)的氧化物層為例加以說明，然可以了解的是，本案也可以適用于以監(jiān)視其他去除膜的方法，例如濕式蝕刻、電漿蝕刻、電化學(xué)蝕刻等。
傳統(tǒng)淺溝渠絕緣制程包含步驟有將一硅基材蝕刻至一相當(dāng)淺的深度，例如于0.2至0.5微米之間，然后，將這些淺溝渠填充以一介電質(zhì)。部分的STI制程中，包含在以介電質(zhì)填充淺溝渠前，進行一在溝渠壁上成長氧化物的中間步驟。以下簡述一傳統(tǒng)形成淺溝渠絕緣結(jié)構(gòu)的方法。首先，在一基板10上，依序形成一墊氧化物12與一氮化硅層14。然后，使用微影與蝕刻法，以選擇地去除墊氧化物12與氮化硅層14與部分的基板10，以在構(gòu)成作用區(qū)16的墊氧化物12與氮化硅14間形成淺溝渠20，如圖1所示。
隨后，使用一高密度電漿化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)制程，以將一氧化物形成于該基板上。由于這些淺溝渠，使得藉由該HDPCVD制程所形成的氧化物具有一剖面(profile)，其中錐狀體氧化物角是形成在這些作用區(qū)上。然而，分別為圖2A及3A所示，所形成的氧化物角具有一種現(xiàn)象，即當(dāng)氧化物層22的厚度較小時，其上的高低起伏較劇烈。相反地，當(dāng)氧化物層22的厚度較大時，其上的高低起伏較平坦。
接著，使用化學(xué)機械研磨(CMP)制程，來將該氧化物層22平坦化。該平坦化分為兩時間段，一時間段為將上下起伏去除達成平坦的EPD時間，如圖第2B與3B所示，分別表示該基板10經(jīng)過化學(xué)機械研磨EPD時間后的情形；另一時間段則為已平坦化后，將氮化硅14上的氧化物去除的過度研磨(OP)時間，經(jīng)過過度研磨后的淺溝渠內(nèi)的氧化物區(qū)將與氮化硅具有同一位準(zhǔn)。明顯地，形成較薄氧化物層的圖2A及2B，會有一較長的EPD時間，但其OP時間較短；反之，形成較厚氧化物層的圖3A及3B，則會有一較短的EPD時間，但是其使用的OP時間會較長。因此，可以得到OP時間與EPD時間呈一反比關(guān)系。經(jīng)發(fā)明人實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所予研磨的氧化物厚度由6100埃增加至6800埃時，其EPD時間會由320秒降低至280秒。同時，經(jīng)過研磨更多的晶圓后，可以根據(jù)氧化物膜厚度與EPD時間得到如圖4所示的一軌跡。這些膜厚度與EPD時間的資料點可以被儲存于資料檔案中。其中，可以依據(jù)該軌跡推導(dǎo)出以下的等式y(tǒng)＝-0.0515x+630其中y為EPD時間及x代表予以研磨的晶圓的氧化物膜厚度。
上述等式可以被儲存于一程式(recipe)中，并且，各種的程式可以被儲存并基于所予以被研磨的晶圓/薄膜類型而加以套用。
注意的是，本發(fā)明的此類型的制程控制系統(tǒng)并不限定于此較佳實施例，也可以在少數(shù)調(diào)整后，用于使用EPD以監(jiān)視去除膜的例如電漿蝕刻或濕式蝕刻等的制程中。
雖然本發(fā)明已經(jīng)以特定實施例的方式加以說明，但可以由前述說明了解，各種替代、修改及變化在熟習(xí)于本技術(shù)領(lǐng)域者下完成，此等替代、修改及變化是在隨附的權(quán)利要求范圍及本發(fā)明的精神與范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種決定過度研磨時間的方法，包含步驟有將予以研磨的多個特性送入化學(xué)機械研磨系統(tǒng)中，進行研磨以取得各別的過度研磨時間與終點檢測時間；相關(guān)所得過度研磨時間與終點檢測時間，推導(dǎo)出一最佳化公式，并且，將該最佳化公式存入該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)中；及將所予進行研磨之特性的厚度輸入，即可取得精確的過度研磨時間。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，上述的多個特性為淺溝渠絕緣結(jié)構(gòu)，用以研磨溝渠間的氧化物。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，上述終點檢測時間與過度研磨時間呈一反比關(guān)系。
4.如權(quán)利要要求1所述的方法，其特征在于，上述最佳化公式為y＝-0.0515x+630其中y為EPD時間及x代表予以研磨的晶圓的氧化物膜厚度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種決定過度研磨時間的方法，包含步驟有將予以研磨的多個特性送入化學(xué)機械研磨系統(tǒng)中，進行研磨以取得各別的過度研磨時間與終點檢測時間；相關(guān)所得過度研磨時間與終點檢測時間，推導(dǎo)出一最佳化公式，并且，將該最佳化公式存入該化學(xué)機械研磨系統(tǒng)中；及將所予進行研磨之特性的厚度輸入，即可取得精確的過度研磨時間。
文檔編號B24B49/00GK1583363SQ0315042
公開日2005年2月23日 申請日期2003年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月20日
發(fā)明者陳國慶 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司