TWI227921B - New concept of CMP over-polishing and its implementation - Google Patents

Description

1227921 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明關係於化學機械硏磨半導體晶圓之終點檢測。 更明確地說，本案關係於化學機械硏磨製程的過度硏磨（ 〇 v e r · ρ ο 1 i s h )的時間控制。 【先前技術】 於半導體工業中，化學機械硏磨（C Μ P )係用以藉由 對著一硏磨墊旋轉一半導體晶圓，而選擇地自該晶圓去除 部份之薄膜。薄膜的過度硏磨（去除太多）或不夠硏磨（ 去除太少）將導致晶圓的刮傷或重作，這將造成很昂貴的 成本。、 因·此’於本技藝中，有必要在線上直接監視CMP製 程並精確地決定總硏磨時間。其中一種方法爲採用了一終 點檢測（EPD )系統。同時，爲了針對膜及CMP製程中 之不均勻事件，有人採用了過度硏磨之步驟。因此，發展 出兩種決定過度硏磨時間的方法。第一種爲固定時間法， 當進行該硏磨方法時，將該過度硏磨時間設定爲固定時間 ，而不管該終點檢測時間爲多長。因爲在CMP之過度硏 磨後之剩餘膜均勻度係關係於EPD時間，所以此並不是 設定過度硏磨時間的一正確方法。另一種則爲所謂EP D 百分比法’該方法將過度硏磨時間直接成比例於EPD時 間。然而，此方法仍爲過度簡化。同時，於例如淺溝渠絕 緣（STI )之化學機械硏磨之應用中，此等過度硏磨時間 1227921 (2) 的決定方法會造成錯誤。同時，由硏磨機廠商所提供之過 度硏磨時間設定，並沒有其他可選用之決定方法。因此， 有必要發展出一種更精確的方法，來檢測並決定化學機械 硏磨的終點。此方法能藉由將實驗中所取得之過度硏磨時 間與E P D時間的關係’透過一較精確的關係模式表達， 而計算出所需之過度硏磨時間。 【發明內容】 因此，本發明的目的係提供一種終點檢測控制方法， 其能決定過度硏磨時間，以克服先前技術之時間控制不精 確，甚至控制錯誤的情形。 本發明的另一目的爲提供一種終點檢測控制方法，其 能在不變更原來硬體下，來完成更精確之過度硏磨時間的 決定。 本發明的再一目的爲提供一種終點檢測控制方法，其 能依據晶圓產品類型與厚度，而決定出其相關之過度硏磨 時間。 本發明的另一目的爲提供一種終點檢測控制方法，其 不但能適用於決定化學機械硏磨製程中之過度硏磨時間， 同時，也可以適用於其他採用終點檢測系統之製程中。 本發明之決定過度硏磨時間之方法，包含步驟有··將 予以硏磨之多數特性送入化學機械硏磨系統中’進行硏磨 以取得各別之過度硏磨時間與終點檢測時間；相關所得過 度硏磨時間與終點檢測時間，推導出一最佳化公式，並且 -5- (3) 1227921 ，將該最佳化公式存入該化學機械硏磨系統中；及將所予 進行硏磨之特性的厚度輸入，即可取得精確之過度硏磨時 間。 【實施方式】 本發明提供一種使用模式預測控制之半導體晶圓製程 的控制方法。本發明更適用以於化學機械硏磨（CMP )工 具中，控制被硏磨之氧化物膜的硏磨厚度。但是本發明並 不作如此限定，本發明之更詳細了解可以藉由讀取以下之 詳細說明加以完成。 本發明現以化學機械硏磨一淺溝渠絕緣（S TI )結構 之氧化物層爲例加以說明，然可以了解的是，本案也可以 適用於以監視其他去除膜之方法，例如濕式蝕刻、電漿蝕 刻、電化學鈾刻等。 傳統淺溝渠絕緣製程包含步驟有將一矽基材蝕刻至一 相當淺之深度，例如於0.2至0.5微米之間，然後，將這 些淺溝渠塡充以一介電質。部份之STI製程中，包含在以 介電質塡充淺溝渠前，進行一在溝渠壁上成長氧化物的中 間步驟。以下簡述一傳統形成淺溝渠絕緣結構的方法。首 先，在一基板1 〇上，依序形成一墊氧化物1 2與一氮化矽 層1 4。然後，使用微影與蝕刻法，以選擇地去除墊氧化 物1 2與氮化矽層1 4與部份之基板1 〇，以在構成作用區 1 6之墊氧化物1 2與氮化矽14間形成淺溝渠2 〇，如第1 圖所示。 -6- (4) 1227921 隨後，使用一高密度電漿化學氣相沉積（H D P C V D ) 製程，以將一氧化物形成於該基板上。由於該等淺溝渠， 使得藉由該HDPCVD製程所形成之氧化物具有一剖面（ profile )，其中錐狀體氧化物角係形成在該等作用區上。 然而，分別爲第2 A及3 A圖所示，所形成之氧化物角具 有一種現象，即當氧化物層2 2的厚度較小時，其上之高 低起伏較劇烈。相反地，當氧化物層2 2的厚度較大時， 其上之高低起伏較平坦。 接著，使用化學機械硏磨（C Μ P )製程，來將該氧化 物層2 2平坦化。該平坦化分爲兩時間段，一時間段爲將 上下起伏去除達成平坦的EPD時間，如第2Β與3Β圖所 示，分別表示該基板1 〇經過化學機械硏磨EPD時間後之 情形；另一時間段則爲已平坦化後，將氮化矽1 4上之氧化 物去除之過度硏磨（0Ρ )時間，經過過度硏磨後之淺溝 渠內之氧化物區將與氮化矽具有同一位準。明顯地，形成 較薄氧化物層之第2Α及2Β圖，會有一較長之EPD時間 ，但其〇 Ρ時間較短；反之，形成較厚氧化物層之第3 Α及 3B圖，則會有一較短之EPD時間，但是其使用之0P時 間會較長。因此，可以得到0P時間與EPD時間呈一反比 關係。經發明人實驗發現，當所予硏磨之氧化物厚度由 6 100埃增加至6 8 00埃時，其EPD時間會由3 20秒降低至 2 8 0秒。同時，經過硏磨更多之晶圓後，可以根據氧化物 膜厚度與EPD時間得到如第4圖所示之一軌跡。該等膜 厚度與EPD時間之資料點可以被儲存於資料檔案中。其 1227921 (5) 中’可以依據該軌跡推導出以下之等式： y = - 0.0 5 1 5 X + 6 3 0 其中y爲EPD時間及X代表予以硏磨之晶圓的氧化 物膜厚度。 上述等式可以被儲存於一程式（recipe )中，並且， 各種之程式可以被儲存並基於所予以被硏磨之晶圓/薄膜 類型而加以套用。 注意的是，本發明之此類型之製程控制系統並不限定 於此較佳實施例，也可以在少數調整後，用於使用EPD 以監視去除膜的例如電漿蝕刻或濕式蝕刻等之製程中。 雖然本發明已經以特定實施例之方式加以說明，但可 以由前述說明了解，各種替代、修改及變化在熟習於本技 藝者下完成，此等替代、修改及變化係在隨附之申請專利 範圍及本發明的精神與範圍之內。 【圖式簡單說明】 第1圖爲剖面圖，顯示傳統在一半導體基板形成淺溝 渠隔離（S TI )結構之一步驟； 第2A及2B圖爲第1圖之具較薄氧化物層之STI結 構在進行化學機械硏磨前後之剖面圖； 第3A及3B圖爲第1圖之具較厚氧化物層之STI結 構在進行化學機械硏磨前後之剖面圖；及 第4圖爲一圖表，顯示予以硏磨之氧化物層膜厚與 EPD時間之關係。 (6)1227921 [主要元件對照表] 10 基 板 12 墊 氧 化 物 14 氮 化 矽 層 16 作 用 區 20 溝 渠 22 氧 化 物 層

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Claims (1)

1227921 拾、申請專利範圍 附件2 : 第92] 23027號專利申請案 中文申請專利範圍替換本 民國9 3年8月26日修正 1 · 一種決定過度硏磨時間之方法5包含步驟有： 將予以硏磨之多數特性送入化學機械硏磨系統中，進 行硏磨以取得各別之過度硏磨時間與終點檢測時間； 相關所得過度硏磨時間與終點檢測時間，推導出一最 佳化公式，並且，將該最佳化公式存入該化學機械硏磨系 統中；及 將所予進行硏磨之特性的厚度輸入，即可取得精確之 過度硏磨時間’上述之最佳化公式係爲y = -〇.〇5】5x + 630 其中y爲EPD時間及X代表予以硏磨之晶圓的氧化 物膜厚度。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中上述之 多數特性係爲淺溝渠絕緣（S TI )結構，用以硏磨溝渠間 之氧化物。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之方法，其中上述之 終點檢測時間與過度硏磨時間係呈一反比關係。