[发明专利]化学机械研磨工艺的优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种化学机械研磨工艺的优化方法。

背景技术

随着电子设备的广泛应用，半导体的制造工艺得到了飞速的发展，在半导体的制造流程中，涉及化学机械研磨(CMP)工艺。自20世纪90年代中期以来，CMP工艺已经成为一种主要的表面全局化平坦技术，它通过晶圆和一个抛光头之间的相对运动来平坦化晶圆表面。

在实际应用中，为了对CMP工艺进行优化，通常需要在不同的CMP工艺参数下，例如采用不同的研磨速率或采用不同的研磨液，对实验样品进行研磨，当研磨完毕后，测量实验样品的参数，如果实验样品的参数达不到工艺标准，则调整CMP工艺参数以达到优化CMP工艺的目的。需要说明的是，CMP工艺可应用于若干制程，针对不同制程中的CMP工艺的优化，实验样品不相同，需测量的实验样品的参数也不相同，例如，若对钨塞制程中的CMP工艺进行优化，则需测量的实验样品的其中一个关键参数为钨塞的高度，所述高度为钨塞的相对高度，即钨塞的上表面相对于氧化层上表面的高度，若对浅沟槽隔离区(STI)制程中的CMP工艺进行优化，则需测量的实验样品的其中一个关键参数为浅沟槽中氧化物凹陷的深度，所述凹陷的深度是相对于氮化硅(SiN)层而言的。

下面分别以现有技术的钨塞制程和STI制程中CMP工艺优化方法为例对CMP工艺的优化方法进行说明。

现有技术的钨塞制程中CMP工艺优化方法包括以下步骤：

步骤一，图1为现有技术的钨塞制程中CMP工艺优化方法的步骤一的剖面示意图，参见图1，提供一实验样品，该实验样品为在氧化层的通孔中填充有金属钨的晶圆，采用CMP工艺将金属钨研磨至氧化层表面而形成钨塞后，采用电子束沉积工艺在氧化层表面形成金属钨，经电子束沉积工艺形成的金属钨的厚度约为300埃左右。

电子束沉积工艺属于化学气相沉积(CVD)工艺中的一种，经电子束沉积工艺形成的金属钨和钨塞中的金属钨具有完全不同的结构和特性，电子束沉积工艺的原理是将金属钨以钨电子束的形式沉积于另一薄膜的表面，在本步骤中，另一薄膜为氧化层。

需要说明的是，为了对钨塞制程中的CMP工艺进行优化，需测量的参数为钨塞的高度，由于钨塞位于氧化层的通孔中，为了对钨塞的高度进行测量，需要对钨塞按照冠状方向进行切割，以获取钨塞的纵截面，从而可根据钨塞的纵截面而测量钨塞的高度，但是如果直接对钨塞进行切割，容易损害钨塞，这样所测量的钨塞的高度是不准确的，因此，在现有技术中，通常采用的方法是在氧化层之上再覆盖两层不同的材料，以形成蛋糕状的层叠结构，从而可对蛋糕状的层叠结构进行切割，根据所获取的纵截面而测量钨塞的高度。按照冠状方向切割获取的是冠状面，冠状面是沿左右方向将对象分为前、后两部分的纵切面，冠状面与水平面和矢状面互相垂直，若按照矢状方向切割获取的是矢状面，矢状面是沿前后方向将对象分为左、右两部分的纵切面，矢状面与水平面和冠状面互相垂直。

另外，本发明所述的方法是针对实验样品而言的，在当前的CMP工艺参数下对实验样品进行研磨，并测量实验样品的参数，以对CMP工艺参数进行优化。

步骤二，图2为现有技术的钨塞制程中CMP工艺优化方法的步骤二的剖面示意图，参见图2，采用离子束沉积工艺形成金属钨，经离子束沉积工艺形成的金属钨位于经电子束沉积工艺形成的金属钨的表面，经离子束沉积工艺形成的金属钨的厚度约为3000埃左右，然后按照冠状方向对实验样品进行切割，从而获取实验样品的纵截面。

离子束沉积工艺的原理是将金属钨以钨离子束的形式沉积于另一薄膜的表面，在本步骤中，另一薄膜为经电子束沉积工艺形成的金属钨。

钨塞、经电子束沉积工艺形成的金属钨和经离子束沉积工艺形成的金属钨在外观上均不同，便于在后续的步骤中从实验样品的纵截面中测量出钨塞的高度，而且经电子束沉积工艺形成的金属钨和经离子束沉积工艺形成的金属钨均具有一定的硬度，便于切割。

步骤三，采用透射电子显微镜(TEM)测量实验样品的纵截面中钨塞的高度，如果钨塞的高度不满足工艺标准，则调整当前的CMP工艺参数，并重复执行步骤一和步骤二；如果钨塞的高度满足工艺标准，则结束流程。

操作人员可采用TEM对实验样品的纵截面进行观测，并从TEM的视野中估计钨塞的高度，或者，为了更准确一些，也可采用TEM将实验样品的纵截面的图像拍摄下来，然后采用图像处理的方法来测量钨塞的高度。