专利名称：决定化学机械研磨的过度研磨时间的方法
技术领域：
本发明是关于化学机械研磨半导体晶圆的终点检测，更明确地说，发明是关于化学机械研磨制程的过度研磨(over-polish)的时间控制。
背景技术：
在半导体工业中，化学机械研磨(CMP)是用以藉由对着一研磨垫旋转一半导体晶圆，而选择地自该晶圆去除部分的薄膜。薄膜的过度研磨(去除太多)或不够研磨(去除太少)将导致晶圆的刮伤或重作，这将造成很昂贵的成本。
因此，在本技术中，有必要在线上直接监视CMP制程并精确地决定总研磨时间。其中一种方法为采用了一终点检测(EPD)系统。同时，为了针对膜及CMP制程中的不均匀事件，有人采用了过度研磨的步骤。因此，发展出两种决定过度研磨时间的方法。第一种为固定时间法，当进行该研磨方法时，将该过度研磨时间设定为固定时间，而不管该终点检测时间为多长。因为在CMP的过度研磨后的剩余膜均匀度是关系于EPD时间，所以此并不是设定过度研磨时间的一正确方法。另一种则为所谓EPD百分比法，该方法将过度研磨时间直接成比例于EPD时间。然而，此方法仍为过度简化。同时，在例如浅沟渠绝缘(STI)的化学机械研磨的应用中，这种过度研磨时间的决定方法会造成错误。同时，由研磨机厂商所提供的过度研磨时间设定，并没有其他可选用的决定方法。因此，有必要发展出一种更精确的方法，来检测并决定化学机械研磨的终点。此方法能藉由将实验中所取得的过度研磨时间与EPD时间的关系，透过一较精确的关系模式表达，而计算出所需的过度研磨时间。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种终点检测控制方法，其能决定过度研磨时间，以克服先前技术的时间控制不精确，甚至控制错误的情形。
本发明的另一目的为提供一种终点检测控制方法，其能在不变更原来硬件下，来完成更精确的过度研磨时间的决定。
本发明的再一目的为提供一种终点检测控制方法，其能依据晶圆产品类型与厚度，而决定出其相关的过度研磨时间。
本发明的另一目的为提供一种终点检测控制方法，其不但能适用于决定化学机械研磨制程中的过度研磨时间，同时，也可以适用于其他采用终点检测系统的制程中。
本发明的决定过度研磨时间的方法，包含步骤有将予以研磨的多个特性送入化学机械研磨系统中，进行研磨以取得各别的过度研磨时间与终点检测时间；相关所得过度研磨时间与终点检测时间，推导出一最佳化公式，并且，将该最佳化公式存入该化学机械研磨系统中；及将所予进行研磨的特性的厚度输入，即可取得精确的过度研磨时间。
图1为剖面图，显示传统在一半导体基板形成浅沟渠隔离(STI)结构的一步骤；图2A及2B为图1的具较薄氧化物层的STI结构在进行化学机械研磨前后的剖面图；图3A及3B为图1的具较厚氧化物层的STI结构在进行化学机械研磨前后的剖面图；及图4为一图表，显示予以研磨的氧化物层膜厚与EPD时间的关系。
具体实施例方式
本发明提供一种使用模式预测控制的半导体晶圆制程的控制方法。本发明更适用以于化学机械研磨(CMP)工具中，控制被研磨的氧化物膜的研磨厚度。但是本发明并不作如此限定，本发明的更详细了解可以藉由读取以下的详细说明加以完成。
本发明现以化学机械研磨一浅沟渠绝缘(STI)结构的氧化物层为例加以说明，然可以了解的是，本案也可以适用于以监视其他去除膜的方法，例如湿式蚀刻、电浆蚀刻、电化学蚀刻等。
传统浅沟渠绝缘制程包含步骤有将一硅基材蚀刻至一相当浅的深度，例如于0.2至0.5微米之间，然后，将这些浅沟渠填充以一介电质。部分的STI制程中，包含在以介电质填充浅沟渠前，进行一在沟渠壁上成长氧化物的中间步骤。以下简述一传统形成浅沟渠绝缘结构的方法。首先，在一基板10上，依序形成一垫氧化物12与一氮化硅层14。然后，使用微影与蚀刻法，以选择地去除垫氧化物12与氮化硅层14与部分的基板10，以在构成作用区16的垫氧化物12与氮化硅14间形成浅沟渠20，如图1所示。
随后，使用一高密度电浆化学气相沉积(HDPCVD)制程，以将一氧化物形成于该基板上。由于这些浅沟渠，使得藉由该HDPCVD制程所形成的氧化物具有一剖面(profile)，其中锥状体氧化物角是形成在这些作用区上。然而，分别为图2A及3A所示，所形成的氧化物角具有一种现象，即当氧化物层22的厚度较小时，其上的高低起伏较剧烈。相反地，当氧化物层22的厚度较大时，其上的高低起伏较平坦。
接着，使用化学机械研磨(CMP)制程，来将该氧化物层22平坦化。该平坦化分为两时间段，一时间段为将上下起伏去除达成平坦的EPD时间，如图第2B与3B所示，分别表示该基板10经过化学机械研磨EPD时间后的情形；另一时间段则为已平坦化后，将氮化硅14上的氧化物去除的过度研磨(OP)时间，经过过度研磨后的浅沟渠内的氧化物区将与氮化硅具有同一位准。明显地，形成较薄氧化物层的图2A及2B，会有一较长的EPD时间，但其OP时间较短；反之，形成较厚氧化物层的图3A及3B，则会有一较短的EPD时间，但是其使用的OP时间会较长。因此，可以得到OP时间与EPD时间呈一反比关系。经发明人实验发现，当所予研磨的氧化物厚度由6100埃增加至6800埃时，其EPD时间会由320秒降低至280秒。同时，经过研磨更多的晶圆后，可以根据氧化物膜厚度与EPD时间得到如图4所示的一轨迹。这些膜厚度与EPD时间的资料点可以被储存于资料档案中。其中，可以依据该轨迹推导出以下的等式y＝-0.0515x+630其中y为EPD时间及x代表予以研磨的晶圆的氧化物膜厚度。
上述等式可以被储存于一程式(recipe)中，并且，各种的程式可以被储存并基于所予以被研磨的晶圆/薄膜类型而加以套用。
注意的是，本发明的此类型的制程控制系统并不限定于此较佳实施例，也可以在少数调整后，用于使用EPD以监视去除膜的例如电浆蚀刻或湿式蚀刻等的制程中。
虽然本发明已经以特定实施例的方式加以说明，但可以由前述说明了解，各种替代、修改及变化在熟习于本技术领域者下完成，此等替代、修改及变化是在随附的权利要求范围及本发明的精神与范围之内。
权利要求
1.一种决定过度研磨时间的方法，包含步骤有将予以研磨的多个特性送入化学机械研磨系统中，进行研磨以取得各别的过度研磨时间与终点检测时间；相关所得过度研磨时间与终点检测时间，推导出一最佳化公式，并且，将该最佳化公式存入该化学机械研磨系统中；及将所予进行研磨之特性的厚度输入，即可取得精确的过度研磨时间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述的多个特性为浅沟渠绝缘结构，用以研磨沟渠间的氧化物。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，上述终点检测时间与过度研磨时间呈一反比关系。
4.如权利要要求1所述的方法，其特征在于，上述最佳化公式为y＝-0.0515x+630其中y为EPD时间及x代表予以研磨的晶圆的氧化物膜厚度。
全文摘要
本发明提供一种决定过度研磨时间的方法，包含步骤有将予以研磨的多个特性送入化学机械研磨系统中，进行研磨以取得各别的过度研磨时间与终点检测时间；相关所得过度研磨时间与终点检测时间，推导出一最佳化公式，并且，将该最佳化公式存入该化学机械研磨系统中；及将所予进行研磨之特性的厚度输入，即可取得精确的过度研磨时间。
文档编号B24B49/00GK1583363SQ0315042
公开日2005年2月23日 申请日期2003年8月20日 优先权日2003年8月20日
发明者陈国庆 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司