[发明专利]计算晶圆表面研磨去除率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及CMP制造工艺和CMP建模技术领域，具体涉及一种新的计算晶圆表面研磨去除率的方法。

背景技术

当前，集成电路晶圆尺寸不断扩大，芯片特征尺寸不断减小，45nm工艺节点以下超大规模集成电路可制造性设计（DFM）技术具有了新的特征，化学机械研磨（CMP）作为业界瞩目的全局平坦化技术也展现了新的特点。尽管目前CMP的工艺研究和应用具有了较大发展，但其过程控制仍停留在经验实证阶段，欠缺完整严密的理论基础，人们对诸如研磨参数对平面度的影响、研磨垫-研磨液-晶圆之间的相互作用、研磨液的化学属性对各种参数的影响等机理了解还不够充分。因此，32nm节点以下的CMP研究将针对各种过程参数、研磨界面间的接触形态（减小外部压力、改进研磨成分、去除研磨粒子、降低刮擦划痕等）及研磨液的流体状况进行深入分析，以便充分了解CMP的研磨机制，不断指导和满足工艺需求。

研磨去除率（MRR）作为描述化学机械研磨变化快慢的输出指标在CMP的模型机理分析中具有重要作用，一旦获取MRR，可以进一步将其用于计算研磨晶圆表面的瞬时高度变化，给出晶圆表面的实时轮廓和特征，并可将计算结果用于版图RC-提取等设计流程，因此，关于研磨去除率的研究受到了广泛关注。

目前，针对研磨垫-晶圆粗糙接触问题，国内外工程应用领域求解研磨去除率比较常见的方法是采用经验型的Preston方程，即研磨去除率MRR=kPV，其中，V是晶圆和研磨垫之间的相对滑动速率，P是二者之间的接触压力，k是Preston系数，一般CMP中的化学作用主要通过系数k来体现。一旦获得研磨去除率，即可实现晶圆表面的高度控制，因此，Preston方程具有重要的应用价值。

在晶圆和研磨垫之间的粗糙接触过程中，一般假定二者为点接触，研磨垫线性弹性，而晶圆呈刚性，同时忽略研磨液对研磨垫形变的影响。这样，研磨垫和晶圆之间的压力分布P_b(x,y)和研磨垫形变W_b(x,y)之间的相互关系即可通过接触力学理论获得：

Wb(x,y)=kc∫∫APb(x,y)(x-ξ)2+(y-η)2dξdη---(1)]]>

其中，A为整个晶圆面积，接触因子k_c为与研磨垫的弹性模量和泊松比相关的模型参数。晶圆-研磨垫间距H(x,y)满足以下条件：

H(x,y)=H_initial(x,y)+W_b(x,y)-H    (2)

其中，H_initial(x,y)是初始晶圆-研磨垫间距，H为研磨垫的刚性体变形。此外，研磨垫和晶圆间还应满足以下关系：