化學機械研磨方法和系統的制作方法

專利名稱：化學機械研磨方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造技術領域，更具體地說，涉及一種化學機械研磨方法和系統。
背景技術：
隨著超大規模集成電路(ULSI，Ultra Large Scale htegration)的飛速發展，集成電路制造工藝變得越來越復雜和精細，對晶片表面的平整度要求也越來越嚴格。而現在廣泛應用的多層布線技術會造成晶片表面起伏不平，對圖形制作極其不利，為此，需要對晶片進行平坦化(Planarization)處理，使每一層布線都具有較高的全局平整度。目前，化學機械研磨法(CMP，Chemical Mechanical Polishing)是獲得較高全局平整度的最佳方法， 尤其在半導體制造工藝進入亞微米(sub-micron)領域后，化學機械研磨法已成為一項不可或缺的制造工藝技術。化學機械研磨法是通過晶片和研磨墊之間的相對運動來平坦化晶片表面的。在半導體制造流程中，鎢的化學機械研磨(即W-CMP，也稱鎢的化學機械拋光)是其中的一道重要工序，這一工序又分為兩個步驟第一步是鎢的化學機械研磨，在這一步中鎢被磨平；第二步是氧化硅絕緣層(如磷硅玻璃PSG)的化學機械研磨。在半導體制造流程中，鎢是作為導線要和上層的器件或導線相連接的，為了便于鎢與上層器件或導線的連接，因此就希望鎢的高度略高于周圍的氧化硅絕緣層的高度，氧化硅絕緣層的化學機械研磨就能夠實現這種目的，通過將鎢周邊的氧化硅磨掉一定的厚度，使鎢稍微突起。隨著半導體電路線寬的逐漸減小，對經化學機械研磨后的氧化硅絕緣層的厚度的要求也越來越高。目前的氧化硅絕緣層的化學機械研磨過程中，通常采用固定時間研磨的方法來控制氧化硅絕緣層的厚度，即生產過程中每批產品的研磨時間固定，如固定20s研磨等，由于不同產品對氧化硅絕緣層研磨掉的厚度的要求不同，因此不同產品的氧化硅絕緣層的研磨時間也不同。但是，在實際生產中發現，采用固定時間研磨氧化硅絕緣層的方法制造出的半導體芯片，往往出現電性和良率降低的情況，不能達到設計要求。

發明內容
本發明實施例提供一種化學機械研磨方法和系統，使生產出的半導體芯片的電性和良率有所提高，降低了出現廢品的幾率。為實現上述目的，本發明實施例提供了如下技術方案一種化學機械研磨方法，應用于鎢化學機械研磨過程中的氧化硅絕緣層的化學機械研磨過程，包括提供第一批次晶片，所述晶片包括絕緣層和鑲嵌于所述絕緣層中的鎢金屬層；對所述第一批次晶片中的第一晶片的絕緣層進行研磨，并得到該第一晶片絕緣層的研磨厚度；
將所述研磨厚度與預設的目標厚度值進行比較，得出研磨時間的修正值；采用所述研磨時間的修正值對第一批次晶片中剩余的晶片進行研磨。優選的，所述得出研磨時間的修正值的過程包括將所述研磨厚度與預設的目標厚度值進行比較，得出所述研磨厚度與預設目標厚度值的差值；根據所述研磨厚度和研磨時間，得出此時化學研磨機臺的研磨速率；根據所述研磨速率和所述差值，計算得出研磨時間差，所述研磨時間差為達到所述預設目標厚度值所需增加或減少的研磨時間；根據所述研磨時間差，對所述研磨時間進行修正，得出研磨時間的修正值。優選的，所述研磨厚度為研磨后的絕緣層厚度與研磨前的絕緣層厚度的差值。優選的，所述研磨時間的修正值為按照此時化學研磨機臺的研磨速率，達到所述預設目標厚度值所需的研磨時間。優選的，所述方法還包括采用所述研磨時間的修正值對其它批次晶片進行研磨。優選的，所述絕緣層包括磷硅玻璃PSG、硼磷硅玻璃BPSG、正硅酸乙脂TE0S、硅玻璃USG以及氟硅玻璃FSG中的至少一項。優選的，所述絕緣層為PSG時，所述研磨厚度為400 A-700 A。本發明實施例還公開了一種化學機械研磨系統，應用于鎢化學機械研磨過程中的氧化硅絕緣層的化學機械研磨過程，包括測量單元，用于完成第一批次晶片中的第一晶片的絕緣層的研磨后，測量得到該第一晶片絕緣層的研磨厚度，所述晶片包括絕緣層和鑲嵌于所述絕緣層中的鎢金屬層；修正單元，用于將所述研磨厚度與預設的目標厚度值進行比較，得出研磨時間的修正值；第一反饋單元，用于采用所述研磨時間的修正值對第一批次晶片中剩余的晶片進行研磨。優選的，所述修正單元包括差值計算單元，用于將所述研磨厚度與預設的目標厚度值進行比較，得出所述研磨厚度與預設目標厚度值的差值；速率計算單元，用于根據所述研磨厚度和研磨時間，得出此時化學研磨機臺的研磨速率；修正值計算單元，用于根據所述研磨速率和所述差值，計算得出研磨時間差，并根據所述研磨時間差，對所述研磨時間進行修正，得出研磨時間的修正值，所述研磨時間差為達到所述預設目標厚度值所需增加或減少的研磨時間。優選的，該系統還包括存儲單元，用于存儲所述預設的目標厚度值、研磨時間和研磨時間的修正值中的至少一項。與現有技術相比，上述技術方案具有以下優點本發明實施例提供的化學機械研磨方法和系統，應用于鎢化學機械研磨(即 W-CMP)過程中的氧化硅絕緣層的化學機械研磨過程，該方法通過按照當前的化學研磨機臺的研磨速率以及固定的研磨時間，完成第一批次晶片中的第一個晶片的研磨后，將得到的該第一晶片的研磨厚度與預設的目標厚度值進行比較，根據比較結果對研磨時間進行修正，并利用研磨時間的修正值對第一批次晶片中的剩余晶片進行研磨，如此循環進行，即引入了時間反饋機制，對每一批產品的研磨時間都會進行修正，以使每一批產品的研磨厚度達到目標厚度值，進而避免了因研磨厚度與目標厚度值的差值過大而引起的芯片的電性和良率的降低，降低了出現廢品的幾率。


通過附圖所示，本發明的上述及其它目的、特征和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發明的主旨。圖1為本發明實施例一公開的化學機械研磨方法的流程圖；圖2為本發明實施例一公開的化學機械研磨方法中確定研磨時間的修正值的流程圖；圖3為本發明實施例二公開的化學機械研磨方法的流程圖；圖4為本發明實施例三公開的化學機械研磨系統的結構圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。其次，本發明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便于說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。正如背景技術部分所述，采用固定時間研磨氧化硅絕緣層的方法生產出的半導體器件經常出現電性和良率降低的情況，發明人研究發現，本質原因在于，化學機械研磨機臺 (CMP機臺)每天的研磨速率略有不同，在實際生產過程中，半導體芯片的電性和良率對化學機械研磨中所磨掉的氧化硅絕緣層的厚度有著嚴格的要求，而固定時間研磨的方法很難保證每個批次的產品都能磨到相同的氧化硅絕緣層的厚度，因此必然會導致該方法生產出的半導體器件電性和良率的降低。基于此，本發明實施例一提供了一種化學機械研磨方法，應用于鎢化學機械研磨過程中的氧化硅絕緣層的化學機械研磨過程，該方法的流程圖如圖1所示，包括以下步驟步驟SlOl 提供第一批次晶片，所述晶片包括絕緣層和鑲嵌于所述絕緣層中的鎢
金屬層；所述絕緣層可以包括磷硅玻璃PSG、硼磷硅玻璃BPSG、等離子體增強的正硅酸乙脂淀積PE-TE0S、硅玻璃USG以及氟硅玻璃FSG，也可以包括與上述氧化硅絕緣層的材料性質相近、可相互替代的其他材料。雖然在此描述了可以形成氧化硅絕緣層的材料的幾個示例，但是可以作為氧化硅絕緣層的任何材料均落入本發明的精神和范圍。
步驟S102 對所述第一批次晶片中的第一晶片的絕緣層進行研磨，并得到該第一晶片絕緣層的研磨厚度，所述研磨厚度為研磨后的絕緣層厚度與研磨前的絕緣層厚度的差值；在半導體制造流程中的工藝順序為，需要先生長氧化硅膜，旋涂光刻膠，之后進行通孔刻蝕，刻蝕出通孔后淀積金屬鎢，然后才進行鎢的化學機械研磨和絕緣層的化學機械研磨，本實施例中所述研磨前的絕緣層厚度為進行通孔刻蝕之后，淀積金屬鎢之前測量出的氧化硅絕緣層的厚度。需要說明的是，本實施例中之所以選擇進行通孔刻蝕后，淀積金屬鎢之前測量氧化硅絕緣層的厚度，是因為進行通孔刻蝕過程中會有一定的氧化層厚度的損失，因此不能將通孔刻蝕前的氧化層厚度作為研磨前的絕緣層厚度，否則導致研磨厚度計算不準確，通孔刻蝕后進行孔粘結層和鎢的淀積，淀積鎢后再測量氧化硅絕緣層的厚度，也存在測量不準確的問題，因此本實施例中選擇將通孔刻蝕后，孔粘結層和鎢的淀積之前測得的氧化硅絕緣層的厚度作為所述研磨前的絕緣層厚度。步驟S103 將所述研磨厚度與預設的目標厚度值進行比較，得出研磨時間的修正值，所述研磨時間的修正值為按照此時化學研磨機臺的研磨速率，達到所述預設目標厚度值所需的研磨時間；所述目標厚度值可以為一個確定的厚度值，也可以為一個厚度范圍，不同的產品對所述研磨厚度的要求不同，因此針對不同的產品，所述目標厚度值或厚度范圍也不同。當目標厚度值為一個厚度范圍時，本實施例中確定研磨時間的修正值時，可取該厚度范圍的中間值進行計算，也可根據產品的特點，或化學研磨機臺速率變化的特點，選取適當的目標厚度值進行計算，具體計算方式和計算結果，需根據具體問題具體分析。步驟S104 采用所述研磨時間的修正值對第一批次晶片中剩余的晶片進行研磨， 進而使該批次中剩余的晶片的研磨厚度滿足目標厚度值的要求，減少出現廢品的幾率。其中，步驟S103中得出研磨時間的修正值的過程如圖2所示，具體包括以下步驟步驟S201 將所述研磨厚度與預設的目標厚度值進行比較，得出所述研磨厚度與預設目標厚度值的差值；步驟S202 根據所述研磨厚度和研磨時間，得出此時化學研磨機臺的研磨速率；步驟S203 根據所述研磨速率和所述差值，計算得出研磨時間差，所述研磨時間差為達到所述預設目標厚度值所需增加或減少的研磨時間；步驟S204 根據所述研磨時間差，對所述研磨時間進行修正，得出研磨時間的修正值。下面以絕緣層為PSG為例對本實施例的研磨方法進行說明。當絕緣層為PSG時，生產出的某種產品對PSG的研磨厚度的要求，即PSG的目標厚度值為400 A-700 A。在實際生產過程中，對第一批次晶片中的第一晶片按照固定的研磨時間t (如20s)進行研磨后，若測量得到的該第一晶片的研磨厚度h< 400 Α,可以以 550人或其他合適值為目標厚度值，計算得出h與550 A之間的差值Ah，之后根據此時第一晶片實際的PSG研磨厚度h與所述固定的研磨時間t，計算出此時化學研磨機臺的研磨速率V，由Ah/v，得出需增加的研磨時間At，t1 = t+At即為此次研磨時間的修正值；反之，若測量得到的該第一晶片的研磨厚度.h > 700 A,就需要適當的縮短研磨時間，即t2 = t-At即為此次研磨時間的修正值；如果400 A <h<700 Α,則表明第一晶片當前的研磨時間符合要求，按照該研磨時間對剩余的晶片進行研磨。得出研磨時間的修正值、或t2后，采用、或t2對第一批次晶片中剩余的晶片進行研磨，下一批次晶片中的第一晶片采用、或t2進行研磨后，測量該晶片的研磨厚度，若此次研磨厚度值在目標厚度范圍內，則直接采用、或t2為修正研磨時間，對下一批次晶片中的其他晶片進行研磨，若此次研磨厚度值不在目標厚度范圍內，則重復進行上述對研磨時間的修正過程，如此循環進行，保證了各批次的產品符合PSG厚度的要求，即各批次晶片的研磨厚度在400 A-700 A范圍內。本發明實施例通過引入時間反饋機制，對每批產品的研磨時間都會進行修正，而不是每批產品都采用固定的研磨時間，以使每一批產品的研磨厚度達到目標厚度值，進而避免了因研磨厚度與目標厚度值的差值過大而引起的芯片的電性和良率的降低，降低了出現廢品的幾率。本發明實施例二公開了的化學機械研磨方法，其流程圖如圖3所示，與實施例一不同的是，增加了步驟S305:采用所述研磨時間的修正值對其它批次晶片進行研磨，在一段時間內的生產過程中，只進行一次研磨時間的修正即可，簡化了操作。本領域技術人員可以理解，上述時間反饋機制可以如實施例一所述，每一批產品都對下一批產品的研磨時間進行反饋和修正，即對每批產品的研磨時間都進行修正，也可以如實施例二所述，一段時間內只進行一次修正即可，還可以隔幾批產品就進行一次修正， 或者根據化學研磨機臺速率隨時間的變化，設計合理的時間間隔或批次間隔進行研磨時間的修正，但具體采用哪種方式，由實際生產情況而定。本發明實施例三公開了一種化學機械研磨系統，應用于鎢化學機械研磨過程中的氧化硅絕緣層的化學機械研磨過程，該系統包括以下功能單元測量單元41，用于完成第一批次晶片中的第一晶片的絕緣層的研磨后，測量得到該第一晶片絕緣層的研磨厚度，所述晶片包括絕緣層和鑲嵌于所述絕緣層中的鎢金屬層；修正單元，用于將所述研磨厚度與預設的目標厚度值進行比較，得出研磨時間的修正值；第一反饋單元46，用于采用所述研磨時間的修正值對第一批次晶片中剩余的晶片進行研磨。另外，還包括存儲單元43，用于存儲所述預設的目標厚度值、研磨時間和研磨時間的修正值中的至少一項。其中，修正單元包括差值計算單元42，用于將所述研磨厚度與預設的目標厚度值進行比較，得出所述研磨厚度與預設目標厚度值的差值；速率計算單元44，用于根據所述研磨厚度和研磨時間，得出此時化學研磨機臺的研磨速率；修正值計算單元45，用于根據所述研磨速率和所述差值，計算得出研磨時間差，并根據所述研磨時間差，對所述研磨時間進行修正，得出研磨時間的修正值，所述研磨時間差為達到所述預設目標厚度值所需增加或減少的研磨時間。
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與實施例二相對應，該系統還包括第二反饋單元，用于采用所述研磨時間的修正值對其它批次晶片進行研磨。需要說明的是，本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而并非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1.一種化學機械研磨方法，應用于鎢化學機械研磨過程中的氧化硅絕緣層的化學機械研磨過程，其特征在于，包括提供第一批次晶片，所述晶片包括絕緣層和鑲嵌于所述絕緣層中的鎢金屬層； 對所述第一批次晶片中的第一晶片的絕緣層進行研磨，并得到該第一晶片絕緣層的研磨厚度；將所述研磨厚度與預設的目標厚度值進行比較，得出研磨時間的修正值； 采用所述研磨時間的修正值對第一批次晶片中剩余的晶片進行研磨。
2.根據權利要求1所述的研磨方法，其特征在于，所述得出研磨時間的修正值的過程包括將所述研磨厚度與預設的目標厚度值進行比較，得出所述研磨厚度與預設目標厚度值的差值；根據所述研磨厚度和研磨時間，得出此時化學研磨機臺的研磨速率； 根據所述研磨速率和所述差值，計算得出研磨時間差，所述研磨時間差為達到所述預設目標厚度值所需增加或減少的研磨時間；根據所述研磨時間差，對所述研磨時間進行修正，得出研磨時間的修正值。
3.根據權利要求2所述的研磨方法，其特征在于，所述研磨厚度為研磨后的絕緣層厚度與研磨前的絕緣層厚度的差值。
4.根據權利要求3所述的研磨方法，其特征在于，所述研磨時間的修正值為按照此時化學研磨機臺的研磨速率，達到所述預設目標厚度值所需的研磨時間。
5.根據權利要求4所述的研磨方法，其特征在于，所述方法還包括 采用所述研磨時間的修正值對其它批次晶片進行研磨。
6.根據權利要求1-5任一項所述的研磨方法，其特征在于，所述絕緣層包括磷硅玻璃 PSG、硼磷硅玻璃BPSG、正硅酸乙脂TE0S、硅玻璃USG以及氟硅玻璃FSG中的至少一項。
7.根據權利要求6所述的研磨方法，其特征在于，所述絕緣層為PSG時，所述研磨厚度為400 A-700 A。
8.一種化學機械研磨系統，應用于鎢化學機械研磨過程中的氧化硅絕緣層的化學機械研磨過程，其特征在于，包括測量單元，用于完成第一批次晶片中的第一晶片的絕緣層的研磨后，測量得到該第一晶片絕緣層的研磨厚度，所述晶片包括絕緣層和鑲嵌于所述絕緣層中的鎢金屬層；修正單元，用于將所述研磨厚度與預設的目標厚度值進行比較，得出研磨時間的修正值；第一反饋單元，用于采用所述研磨時間的修正值對第一批次晶片中剩余的晶片進行研磨。
9.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述修正單元包括差值計算單元，用于將所述研磨厚度與預設的目標厚度值進行比較，得出所述研磨厚度與預設目標厚度值的差值；速率計算單元，用于根據所述研磨厚度和研磨時間，得出此時化學研磨機臺的研磨速率；修正值計算單元，用于根據所述研磨速率和所述差值，計算得出研磨時間差，并根據所述研磨時間差，對所述研磨時間進行修正，得出研磨時間的修正值，所述研磨時間差為達到所述預設目標厚度值所需增加或減少的研磨時間。
10.根據權利要求8或9所述的系統，其特征在于，還包括存儲單元，用于存儲所述預設的目標厚度值、研磨時間和研磨時間的修正值中的至少一項。
全文摘要
本實施例公開了一種化學機械研磨方法和系統，應用于鎢化學機械研磨過程中的氧化硅絕緣層的化學機械研磨過程，該方法包括提供第一批次晶片，所述晶片包括絕緣層和鑲嵌于所述絕緣層中的鎢金屬層；對所述第一批次晶片中的第一晶片的絕緣層進行研磨，并得到該第一晶片絕緣層的研磨厚度；將所述研磨厚度與預設的目標厚度值進行比較，得出研磨時間的修正值；采用所述研磨時間的修正值對第一批次晶片中剩余的晶片進行研磨。本發明實施例引入了時間反饋機制，對每一批產品的研磨時間都會進行修正，以使每一批產品的研磨厚度達到目標厚度值，進而避免了因研磨厚度與目標厚度值的差值過大而引起的芯片的電性和良率的降低，降低了出現廢品的幾率。
文檔編號B24B49/05GK102380815SQ20101026864
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月1日 優先權日2010年9月1日
發明者李健 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司