專利名稱：研磨方法
研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種研磨中監(jiān)測研磨終點的方法。背景技術(shù)：
化學(xué)機械研磨(CMP)工藝中經(jīng)常會遇到研磨某一目標層至該層與其下面的支撐 層的界面處停止的情況。由于化學(xué)機械研磨工藝是同時利用機械研磨和化學(xué)反應(yīng)來處理界 面，因此所采用的研磨液通常容易與被研磨的目標層的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，而不容易同其下面 的支撐層的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因此在研磨目標層的過程中，表面的反射率一直在上升，而一旦 露出下面的另一層，則表面反射率出現(xiàn)下降。常用的研磨工藝中就是利用這一原理，采用監(jiān) 測界面反光率的方法來探測是否到達了兩層的界面處。例如采用化學(xué)機械研磨工藝研磨淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的表面就是采用上述工藝監(jiān)測 是否到達氧化硅的界面。附圖1所示是采用CMP工藝研磨淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的工藝中， 表面反射率與研磨時間之間的關(guān)系?，F(xiàn)有技術(shù)中所采用的監(jiān)測方法是在監(jiān)測曲線中取一矩 形區(qū)域，當發(fā)現(xiàn)該矩形區(qū)域中的曲線兩端點分別位于矩形相鄰的兩個邊(如附圖1中的虛 線矩形所示)，則認為反射率變化并不明顯，仍然繼續(xù)進行研磨；而當矩形區(qū)域中的曲線兩 端點分別位于矩形相對的兩個邊(如附圖1中的實線矩形所示)，則認為反射率發(fā)生明顯變 化，隨即停止研磨。以上工藝對于界面處反射率曲線的變化平緩的情況(類似于附圖1所示的情況) 是可以勝任的，但是對于界面處反射率曲線變化劇烈的情況則會發(fā)生程序失效。附圖2所 示是一種界面處反射率曲線變化劇烈的情況，當矩形區(qū)域恰好處于反射率變化的區(qū)域時， 由于反射率有劇烈的向下趨勢，因此曲線的兩個終點分別位于矩形的左側(cè)底邊和下層底 邊，仍然是位于矩形的兩個相鄰邊上。在這種情況下，監(jiān)測程序會錯誤的認為研磨工藝仍然 沒有達到界面而繼續(xù)實施研磨工藝，最終導(dǎo)致研磨無休止的進行下去，帶來嚴重的后果。因此，現(xiàn)有技術(shù)的缺點在于只能夠適用于界面處反射率曲線的變化平緩的情況， 而對于界面處反射率曲線變化劇烈的情況則可能會出現(xiàn)監(jiān)控程序失效，導(dǎo)致研磨程序無休 止的進行下去，帶來嚴重的后果。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種在化學(xué)機械研磨中監(jiān)測界面的方法，既 能夠適用于界面處反射率曲線的變化平緩的情況，也能夠適用于界面處反射率曲線變化劇 烈的情況，適時停止研磨程序，避免出現(xiàn)監(jiān)控失效。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種在化學(xué)機械研磨中監(jiān)測界面的方法，包括 如下步驟提供一晶圓，所示晶圓表面具有襯墊層以及設(shè)置于襯墊層表面的待研磨層；對 待研磨層實施化學(xué)機械研磨，并在實施化學(xué)機械研磨的工藝過程中監(jiān)測研磨面的反射率信 息，繪制反射率與研磨時間的曲線；每隔固定的時間計算并記錄該曲線終點處的斜率；根 據(jù)記錄的斜率值確定是否停止實施化學(xué)機械研磨。
作為可選的技術(shù)方案，所述根據(jù)記錄的斜率值確定是否停止實施化學(xué)機械研磨具 體包括當所記錄的最新的斜率數(shù)值為零，或者所記錄的最新的斜率數(shù)值與前一斜率數(shù)值 的符號相反，則停止實施化學(xué)機械研磨。作為可選的技術(shù)方案，所述待研磨層的材料為氧化硅，所述襯墊層的材料為氮化娃。作為可選的技術(shù)方案，所述固定時間的取值范圍是0.5秒至10秒。本發(fā)明的優(yōu)點在于，采用檢測斜率值的變化的手段代替現(xiàn)有技術(shù)中采用反射率曲 線作為判斷標準的方法來判斷研磨的實施情況，并適時停止于界面或者其他指定的位置， 避免出現(xiàn)監(jiān)控失效。

附圖1與附圖2是采用現(xiàn)有技術(shù)獲得的反射率與研磨時間的監(jiān)控曲線，其中附圖 1對應(yīng)于反射率變化不明顯的情況，附圖2對應(yīng)于反射率變化明顯的情況；附圖3是本發(fā)明所述在研磨過程中監(jiān)測界面的方法的具體實施方式
的實施步驟 示意圖；附圖4至附圖8所示是本發(fā)明所述在研磨過程中監(jiān)測界面的方法的具體實施方式
的工藝示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的一種在研磨過程中監(jiān)測界面的方法的具體實施方 式做詳細說明。附圖3所示是本具體實施方式
的實施步驟示意圖，包括步驟S10，提供一晶圓，所 示晶圓表面具有襯墊層以及設(shè)置于襯墊層表面的待研磨層；步驟S11，對待研磨層實施化 學(xué)機械研磨，并在實施化學(xué)機械研磨的工藝過程中監(jiān)測研磨面的反射率信息，繪制反射率 與研磨時間的曲線；步驟S12，每隔固定的時間計算并記錄該曲線終點處的斜率；步驟S13， 根據(jù)記錄的斜率值確定是否停止實施化學(xué)機械研磨。附圖4所示，參考步驟S10，提供一晶圓10，所示晶圓10表面具有襯墊層110以及 設(shè)置于襯墊層110表面的待研磨層120。上述襯墊層110設(shè)置于支撐層190表面。本具體實施方式
中，所述襯墊層110表面具有多個凹陷，待研磨層120設(shè)置在襯墊 層110的表面，并部分嵌入襯墊層110的凹陷中，形成目前半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)較為常見的淺溝槽 隔離的鑲嵌結(jié)構(gòu)。所述待研磨層120的材料為氧化硅，所述襯墊層110的材料為氮化硅，上 述兩種材料是較為常見的用于形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的材料。并且在研磨氧化硅至露出襯墊 層110的氮化硅表面的情況下，反射率變化非常劇烈，因此尤其適用于采用本具體實施方 式所屬之方法。附圖5所示，參考步驟Sl 1，對待研磨層120實施化學(xué)機械研磨，并在實施化學(xué)機械 研磨的工藝過程中監(jiān)測研磨面的反射率信息，繪制反射率與研磨時間的曲線。上述步驟具體可以采用一激光發(fā)射器190，將光束入射到待研磨層120的表面，并 采用一探測器180探測反射光的強度，從而計算待研磨層120表面對光的反射率。附圖6所示為根據(jù)步驟Sll所述方法，一直研磨至襯墊層110而獲得的反射率與研磨時間的監(jiān)測曲線。顯然，附圖6所示的曲線具有一峰值，如前所述，此處即對應(yīng)于襯墊 層110和待研磨層120之間的界面。參考步驟S12，每隔固定的時間計算并記錄該曲線終點處的斜率，附圖7所示為根 據(jù)附圖6所示曲線每隔固定的時間計算出的斜率值與研磨時間的關(guān)系，圖中的各點為實際 計算得到的斜率值。該固定的時間可以根據(jù)研磨的實際速度來選擇，可以是0. 5秒至10秒 之間的任意值。確定該時間的原則是該時間段內(nèi)的研磨厚度不會對結(jié)構(gòu)造成實質(zhì)性的破 壞，以免在該段時間的前一時間節(jié)點還未滿足停止研磨的條件，而在后一時間節(jié)點時被研 磨的結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞了。實踐證明，該固定時間優(yōu)選為1秒，即每隔1秒種探測表面反射光 的強度以更新反射率曲線，并同時計算該曲線在終點處的斜率值。參考步驟S13，根據(jù)記錄的斜率值確定是否停止實施化學(xué)機械研磨。該步驟中應(yīng)當根據(jù)不同實施方式對于研磨表面的要求，通過斜率值決定停止研磨 的時間節(jié)點。對于本具體實施方式
中所述的由襯墊層110和待研磨層120所構(gòu)成的雙層結(jié) 構(gòu)，如果需要控制研磨工藝停止在兩者的界面處，則應(yīng)當選擇在所記錄的最新的斜率數(shù)值 為零，或者所記錄的最新的斜率數(shù)值與前一斜率數(shù)值的符號相反的情況下，停止實施化學(xué) 機械研磨。附圖7與附圖8所示為上述兩種斜率變化情況的圖示。所記錄的最后一個斜率值為零，則意味著在該時刻曲線處于峰值位置(如附圖7 所示的A點)，即該時間節(jié)點、恰好處于襯墊層110與待研磨層120的界面處，應(yīng)當在此時間 節(jié)點處停止研磨。如果界面處恰好處在兩次記錄斜率值時間節(jié)點之間，則可能出現(xiàn)前一時刻曲線斜 率值仍為正，而后一時刻的曲線斜率值卻轉(zhuǎn)為負(如附圖8所示的A'點與B ‘點所示)， 曲線斜率為零的時刻并未被捕捉到。因此，如果發(fā)現(xiàn)所記錄的最新的斜率數(shù)值與前一斜率 數(shù)值的符號相反，則也應(yīng)當在此時刻(即B'點所對應(yīng)的時刻)及時停止實施化學(xué)機械研磨。以上方法通過檢測斜率值的變化來判斷研磨的實施情況，并適時停止于界面或者 其他指定的位置，克服了現(xiàn)有技術(shù)中采用反射率曲線作為判斷標準的不足之處，避免出現(xiàn) 監(jiān)控失效。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為 本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種在化學(xué)機械研磨中監(jiān)測界面的方法，其特征在于，包括如下步驟 提供一晶圓，所示晶圓表面具有襯墊層以及設(shè)置于襯墊層表面的待研磨層；對待研磨層實施化學(xué)機械研磨，并在實施化學(xué)機械研磨的工藝過程中監(jiān)測研磨面的反 射率信息，繪制反射率與研磨時間的曲線；每隔固定的時間計算并記錄該曲線終點處的斜率； 根據(jù)記錄的斜率值確定是否停止實施化學(xué)機械研磨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在化學(xué)機械研磨中監(jiān)測界面的方法，其特征在于，所述根據(jù) 記錄的斜率值確定是否停止實施化學(xué)機械研磨具體包括當所記錄的最新的斜率數(shù)值為零，或者所記錄的最新的斜率數(shù)值與前一斜率數(shù)值的符 號相反，則停止實施化學(xué)機械研磨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在化學(xué)機械研磨中監(jiān)測界面的方法，其特征在于，所述待 研磨層的材料為氧化硅，所述襯墊層的材料為氮化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在化學(xué)機械研磨中監(jiān)測界面的方法，其特征在于，所述固 定時間的取值范圍是0. 5秒至10秒。
全文摘要
一種在化學(xué)機械研磨中監(jiān)測界面的方法，包括如下步驟提供一晶圓，所示晶圓表面具有襯墊層以及設(shè)置于襯墊層表面的待研磨層；對待研磨層實施化學(xué)機械研磨，并在實施化學(xué)機械研磨的工藝過程中監(jiān)測研磨面的反射率信息，繪制反射率與研磨時間的曲線；每隔固定的時間計算并記錄該曲線終點處的斜率；根據(jù)記錄的斜率值確定是否停止實施化學(xué)機械研磨。本發(fā)明的優(yōu)點在于，采用檢測斜率值的變化的手段代替現(xiàn)有技術(shù)中采用反射率曲線作為判斷標準的方法來判斷研磨的實施情況，并適時停止于界面或者其他指定的位置，避免出現(xiàn)監(jiān)控失效。
文檔編號B24B49/00GK102059648SQ20091019889
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者孟昭生, 平延磊, 李健, 湯舍予 申請人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司