专利名称：确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法及检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件制备领域，特别是涉及一种确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法。
背景技术：
随着电子技术和计算机技术的迅速发展，对超大容量的非挥发性存储器的需求越来越紧迫。相变存储器因具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射、且能与现有的标准CMOS工艺兼容等优点，已经被半导体行业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为下一代存储器主流产品。在众多的相变材料体系中，硫系化合物，如:GexSbyTe(1_x_y)，SixSbyTe(1_x_y)，TixSbyTe(1_x_y)，AlxSbyTe (1_x_y)，其中O彡X彡1，0彡y彡1，是人们关注最多的一种材料。传统的蘑菇型相变单元结构由于功耗高，相变单元之间的热串扰严重；而大马士革(Damascene)的限制型结构可以降低功耗，避免相变单元之间的热串扰。在相变单元的集成工艺中，干法刻蚀工艺和化学机械抛光目前已经被采用。与干法刻蚀工艺相比，化学机械抛光可以避免表面的损伤，因此采用化学机械抛光技术可以更好的提升器件性能并保证相变存储器的大规模量产。在相变材料的化学机械抛光(即CMP)工艺中，首先采用化学气相沉积、物理气相沉积将相变材料填充到限定的纳米孔或者纳米沟槽中，然后通过化学机械抛光去除多余纳米孔或者纳米沟槽之外的相变材料，同时尽可能减少底层电介质材料(如二氧化硅、氮化硅)的损失，降低抛光后的各种表面缺陷。为保证CMP工艺的成功实施，除了合理的选择抛光液夕卜，更重要的因素就是控制CMP的停止点，以保证纳米孔或者纳米沟槽的高度，同时又保证纳米孔或者纳米沟槽之外的相变材料被完全去除。传统的抛光工艺通过设置时间限制来确定抛光过程的停止点，但是在实际过程中，由于抛光垫的寿命、抛光液中成分的变化、抛光垫修整等问题，可能会导致抛光速率发生变化从而使得在抛光工艺中按照预先设定的抛光时间进行抛光会导致抛光不足或者过抛光，产生较多的残留或者导致蝶形坑、腐蚀坑等严重表面的缺陷。除此之外，在大规模集成电路生产过程中，抛光的前金属膜或者电介质的厚度可能会发生变化，这样运用时间作为抛光终点是不准确的，也不合理。因此，CMP过程中，在线的监控和自动终点检测非常重要，它可以提供很多优点，如提高器件的良率，减少产品的波动，使产品更接近目标值。因此单纯依靠时间来设定抛光终点是不科学，需要采用一种全新的方法来控制抛光停止点。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法及检测系统，以有效控制抛光的停止点，提高器件的良率。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法，其至少包括步骤:
I)基于来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度来确定化学机械抛光停止点。优选地，所述步骤I)包括:1-1)当来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度低于预定强度阈值时，基于后续来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度的变化幅度来确定化学机械抛光停止点。优选地，所述步骤1-1)还包括:在后续预定时间段内来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度曲线呈平坦状，则基于该预定时间段内的时间来确定化学机械抛光停止点。本发明还提供一种确定相变材料的化学机械抛光停止点的检测系统，其至少包括:确定模块,用于基于来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度来确定化学机械抛光停止点。优选地，所述确定模块包括:第一确定模块，用于当来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度低于预定强度阈值时，基于后续来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度的变化幅度来确定化学机械抛光停止点。优选地，所述第一确定模块包括:第二确定模块，用于在后续预定时间段内来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度曲线呈平坦状，则基于该预定时间段内的时间来确定化学机械抛光停止点。优选地，所述预定时间段的长度基于材料结构所包含的相变单元结构的尺寸来确`定。优选地,所述相变单元结构包括纳米孔或纳米沟槽。优选地，所述相变单元结构的相变材料包括=GexSbyTe (1_x_y)、SixSbyTe (1_x_y)、TixSbyTe (卜x_y)、AlxSbyTe (1_x_y)中的一种，其中，0 彡 X 彡 1，0 彡 y 彡 I。如上所述，本发明的确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法及检测系统，具有以下有益效果:可有效去除纳米孔或纳米沟槽外的相变材料，减少表面缺陷，提升器件良率。
图1显示为光学信号检测示意图。图2显示为无图形的相变材料与电介质材料构成的硅片抛光过程中的光学反射
信号强度示意图。图3显示为有图形的相变材料与电介质材料构成的硅片结构在抛光过程中的光学反射信号强度示意图。图4a显示为有图形的相变材料与电介质材料构成的硅片结构示意图。图4b显示为有图形的相变材料与电介质材料构成的硅片结构的相变结构单元形成后的不意图。图5显示为本发明的确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法的流程图。图6显示为本发明的确定相变材料的化学机械抛光停止点的检测系统示意图。
元件标号说明I检测系统11 确定模块SI 步骤
具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本发明提供一种确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法。其中，根据本发明的方法主要通过计算机设备中的检测系统来完成，该检测系统包括但不限于安装在计算机设备中且能够实现本发明方案的诸如应用模块、操作系统、处理控制器等。其中，该计算机设备包括但不限于:计算机、智能手机、PDA等。在详述本发明之前，先对所述检测系统能基于来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度来确定化学机械抛光停止点的原理进行解释性说明。首先，需要 说明的是，本领域技术人员应该理解，现有抛光机上装配有激光发射源系统，因此，可通过在抛光垫上与该激光发射源系统所发射的激光正对的位置设置一个诸如方形的透明膜窗口，使得激光能穿透抛光垫照射到材料结构表面，随后通过激光采集系统来接收来自材料结构表面反射的激光，并基于接收的激光的强度将其转换为相应的电信号，进而，所述检测系统连接在所述激光采集系统的输出端，即可获得来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度信号。所述检测系统之所以能基于来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度来确定化学机械抛光停止点，原因在于相变材料和电介质材料对激光的反射强度存在差异，根据公式Iref= IincXR其中，Iin。表示入射光强度；IMf表示反射光强度；R表示材料的反射率，与材料本征特性有关。例如，首先在硅片上生长厚度为50 400nm的电介质材料层，然后再在电介质材料层上生长一层厚度为50 400nm的相变材料层，如图1所示。将此硅片结构放置在抛光垫透明膜窗口上，施加一定压力压紧娃片，放在抛光机台上进行抛光，设定较长的抛光时间。随着抛光实验的进行，相变材料厚度逐渐减少，然后过渡到电介质材料，持续记录接收到的反射信号强度。为了更好的确定不同材料的反射强度差别，抵抗来自外界的干扰，可将来自相变材料和电介质材料的反射光强度进行放大。本实施例中相变材料的化学机械抛光所采用的抛光液可以为酸性、碱性，以抛光液总重为计，抛光液中磨料浓度可以为0.1 5.0%，氧化剂浓度可以为0.1 2.0%。优选的，以抛光液总重为计，磨料浓度可以为0.3 1.5%，氧化剂浓度可以为0.2 1.0%。本实施例中化学机械抛光的工艺参数:加载到硅片背面的压力可以为0.3 3.0浦西，抛光盘/抛光头的转速可以为30 90转/分，抛光液流量可以为100 500毫升/分，抛光垫可以米用IC1000系列。优选的，加载到娃片的压力可以为0.5 1.5浦西,盘/抛光头的转速可以为40 70转/分，抛光液流量可以为300 500毫升/分，抛光垫可以采用IC1010。如图2所示，其为上述硅片在抛光过程中反射光信号强度的变化示意图。其中，A区表示此时硅片的·表面层是相变材料，随着抛光时间的进行，到达B区，B区表示从相变材料层到电介质材料层的过渡区，反射光信号强度有一个先上升后下降的突变。这是因为抛光过程中的不均匀性，导致硅片表面层有些区域还是相变材料层、而有些区域已是电介质材料层。随着抛光时间的更进一步增加，抛光进入表面层完全是电介质材料层的C区，反射光信号强度趋于稳定。因此，由图2所示，抛光过程中，从相变材料层到电介质材料层，反射光信号强度有明显的信号突变区域，因此，检测系统基于信号突变区域后进入稳定阶段，就可以确定抛光停止点。又例如，对包含有图形的相变单元的结构进行抛光，获得的反射光强度信号如图3所示，其中，包含有图形的相变单元的结构的截面图如图4a所示。首先将包含有图形的相变结构单元的结构装载到抛光机台上进行抛光，设定较长的抛光时间，由图3可见，A区表示表面层只有相变材料；随着抛光的进行，顶层的相变材料逐渐被去除，厚度逐渐变薄，表面趋于平坦，信号强度稍微增加；随着抛光时间的继续增加，信号强度有一个突然向下的突变，表明此时抛光进行到表面层是部分相变材料和部分是电介质材料的过渡区域B ;随后随着时间的更进一步增加，抛光进入C区。此时相变结构单元已经形成，在纳米孔或者纳米沟槽外相变材料被完全去除，表面没有残留。如图4b所示。根据图3所示的反射光强度曲线，通过手动方式使得抛光进行到图3所示的位置
2、3、4、5，均暂停抛光，然后通过扫描电镜的切片来观察包含有图形的相变单元的结构的截面图来确定抛光程度；基于切片观察结果，确定了 C区为抛光停止点的优选区域，并设定反射信号强度值44为最佳信号强度阈值，当反射信号强度下降到44以下，可以开始启动抛光停止点的抓取，例如，采用方形窗口来进行抓取，该方形窗口的长可以根据实际抛光区域的尺寸来进行设定。当反射信号强度下降到44以下，方形窗口将随着曲线一起移动，当曲线的平坦长度正好等于方形窗口的长度，即可认为是抛光的停止点(即终点)。基于上述所述，如图5所示，在步骤SI中，所述检测系统基于来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度来确定化学机械抛光停止点。其中，所述材料结构为包含相变材料单元的结构，优选地，为包含填充有相变材料的纳米孔或纳米沟槽的结构；所述相变材料优选为=GexSbyTe (1_x_y)、SixSbyTe (1_x_y)、TixSbyTe(1_x_y)、AlxSbyTe a_x_y)中的一种，其中，0≤ X ≤1,0 ≤ y ≤ I。例如，所述检测系统在来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度发生突变之后恢复至稳定时发出停止化学机械抛光的信号。优选地，当来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度低于预定强度阈值时，所述检测系统基于后续来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度的变化幅度来确定化学机械抛光停止点。例如，如图3所示，当来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度低于44时,所述检测系统基于后续来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度的变化幅度连续5次小于0.001，则所述检测系统在抛光再持续2分钟后发出停止化学机械抛光的信号。更为优选地，在后续预定时间段内来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度曲线呈平坦状，则所述检测系统基于该预定时间段内的时间来确定化学机械抛光停止点。具体地，所述检测系统通过将后续预定时间段内来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度两两进行比较，如果强度之差均相同或者差异在预定范围内，则确定曲线呈平坦状，进而所述检测系统在该预定时间过后的某一时间点，例如，预定时间过后的5分钟等，发出停止化学机械抛光的信号。其中，所述预定时间段的长度基于材料结构所抛光的区域的尺寸来确定。如图6所示，本发明的确定相变材料的化学机械抛光停止点的检测系统I至少包括:确定模块11。所述确定模块11基于来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度来确定化学机械抛光停止点。其中，所述材料结构为包含相变材料单元的结构，优选地，为包含填充有相变材料的纳米孔或纳米沟槽的结构；所述相变材料优选为=GexSbyTe (1_x_y)、SixSbyTe (1_x_y)、TixSbyTe(1_x_y)、AlxSbyTe a_x_y)中的一种，其中，0≤ X≤ 1,0≤y ≤I。例如，所述确定模块11在来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度发生突变之后恢复至稳定时发出停止化学机械抛光的信号。优选地，所述确定模块11包括第一确定模块。当来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度低于预定强度阈值时，所述第一确定模块基于后续来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度的变化幅度来确定化学机械抛光停止点。例如，如图3所示，当来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度低于44时,所述第一确定模块基于后续来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度的变化幅度连续5次小于0.001，则所述第一确定模块在抛光再持续2分钟后发出停止化学机械抛光的信号。更为优选地，所述第一确定模块包括第二确定模块。在后续预定时间段内来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度曲线呈平坦状，则所述第二确定模块基于该预定时间段内的时间来确定化学机械抛光停止点。具体地，所述第二确定模块通过将后续预定时间段内来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度两两进行比较，如果强度之差均相同或者差异在预定范围内，则确定曲线呈平坦状，进而所述第二确定模块在该预定时间过后的某一时间点，例如，预定时间过后的5分钟等，发出停止化学机械抛光的信号。其中，所述预定时间段的长度基于材料结构所抛光的区域的尺寸来确定。综上所述，本发明的确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法及监测系统通过实时监测正在抛光的有图形材料表层的反射光强度，来确定抛光停止点，可以确保抛光后纳米孔或者纳米沟槽外的相变材料完全被去除，同时电介质材料的磨损和表面缺陷均较少，有效提升器件良率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法，其特征在于，所述确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法至少包括步骤: I)基于来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度来确定化学机械抛光停止点。
2.根据权利要求1所述的确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法，其特征在于，所述步骤I)包括: 1-1)当来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度低于预定强度阈值时，基于后续来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度的变化幅度来确定化学机械抛光停止点。
3.根据权利要求2所述的确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法，其特征在于，所述步骤1-1)还包括:在后续预定时间段内来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度曲线呈平坦状，则基于该预定时间段内的时间来确定化学机械抛光停止点。
4.根据权利要求3所述的确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法，其特征在于:所述预定时间段的长度基于材料结构的实际抛光区域的尺寸来确定。
5.根据权利要求4所述的确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法，其特征在于:所述相变单元结构包括纳米孔或纳米沟槽。
6.根据权利要求4或5所述的确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法，其特征在于:所述相变单元结构的相变材料包括=GexSbyTe (1_x_y)、SixSbyTe (1_x_y)、TixSbyTe (1_x_y)、AlxSbyTe (1_x_y)中的一种，其中，O ^ 1,0 ^ y ^ 10
7.一种确定相变材料的化学机械抛光停止点的检测系统，其特征在于，所述确定相变材料的化学机械抛光停止点的检测系统至少包括: 确定模块，用于基于来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度来确定化学机械抛光停止点。
8.根据权利要求7所述的确定相变材料的化学机械抛光停止点的检测系统，其特征在于，所述确定模块包括: 第一确定模块，用于当来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度低于预定强度阈值时，基于后续来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度的变化幅度来确定化学机械抛光停止点。
9.根据权利要求8所述的确定相变材料的化学机械抛光停止点的检测系统，其特征在于，所述第一确定模块包括: 第二确定模块，用于在后续预定时间段内来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光强度曲线呈平坦状，则基于该预定时间段内的时间来确定化学机械抛光停止点。
10.根据权利要求9所述的确定相变材料的化学机械抛光停止点的检测系统，其特征在于:所述预定时间段的长度基于材料结构所包含的相变单元结构的尺寸来确定。
11.根据权利要求10所述的确定相变材料的化学机械抛光停止点的检测系统,其特征在于:所述相变单元结构包括纳米孔或纳米沟槽。
12.根据权利要求10或11所述的确定相变材料的化学机械抛光停止点的检测系统，其特征在于:所述相变单元结构的相变材料包括:GexSbyTe(1_x_y)、SixSbyTe(1_x_y)、TixSbyTe(1_x_y)、AlxSbyTe (1_x_y)中的一种，其中，O ^ 1,0 ^ y ^ 10
全文摘要
本发明提供一种确定相变材料的化学机械抛光停止点的方法及检测系统。根据本发明的方法，基于来自正在化学机械抛光的材料结构表面的反射光的强度来确定化学机械抛光停止点，如此可有效去除纳米孔或纳米沟槽外的相变材料，减少表层的损伤，提高器件的良率。
文档编号B24B37/013GK103158057SQ201310072068
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者何敖东, 宋志棠, 刘波, 刘卫丽, 吴关平, 王良咏, 李俊焘, 俞磊, 闫未霞 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所