专利名称：确定化学机械研磨工艺研磨时间的方法
技术领域：
本发明涉及一种确定化学机械研磨工艺研磨时间的方法。
背景技术：
在半导体制造中，随着多层布线的出现，导致了硅片表面出现了 较大的段差，凹凸不平，造成了金属配线不良及之后光刻对焦的困难。
为了解决这一问题，引入了CMP (化学机械研磨)工艺。它通过化学 反应和机械研磨抛光的作用，使硅片表面图形趋于平坦化。
在半导体制造的化学机械研磨工艺中，主要是通过化学机械研磨 条件键(Key)、先导光片研磨速率、前膜值来计算产品化学机械研磨 的研磨时间，从而达到对残膜膜厚的监控。其中，化学机械研磨条件 键多数是在新产品投入时，通过拷贝同类产品的流程得到的；若没有 同类产品，就由工程师根据经验预先给一个。这种做法因为没有考虑 到不同产品st印height (台阶高度)及pattern density (图形密度) 对产品研磨速率的影响，经常会引起残膜偏离中心值及超规格的现 象，严重时会影响到产品的良率甚至废片。
在CMP工艺中，条件键由众和key组成，其中众表示与膜质或产 品等相关的菜单的代码，key为条件键的数值。条件键是CMP工艺控 制中一个非常重要的参数，蕴含了CMP工艺菜单的重要信息。实际工
艺控制过程中，系统一方面可以根据条件键的代码选择CMP的工艺菜 单，工艺菜单里包括各种压力、转速等；另一方面可以根据条件键的 数值计算CMP的研磨时间，从而达到对残膜膜厚的监控。对于同一产 品同一步CMP而言，key是一个常量。对于不同产品或同一产品不同 的CMP步骤，条件键的数值key是一个变量，与前膜、残膜、台阶高
度以及图形密度等产品的设计及制造过程中的信息相关。
以往为了避免拷贝条件键对产品膜厚的影响，在新产品第一次运 行时先根据事先给定的条件试做一枚，根据结果来修正条件键的数值 key。这样在一定程度上减少了对产品yield (良率)的损失，但同
时也增加了人力负担及设备和材料的成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种确定化学机械研磨工艺 研磨时间的方法，它可以根据模拟公式计算出当前新产品的条件键的 值，进而可以计算出研磨时间，这样不但可以提高条件键值的准确性， 提高良品率，而且可以节省成本。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种确定化学机械研磨工 艺研磨时间的方法，第一步，根据现有产品的信息建立化学机械研磨 的条件键(key)的模拟公式key=(pre*(l-kl)+target*kl +(kl-l/M(p))*H)/100，其中pre是产品的前膜厚度、target是残膜的规 格、kl是接近或达到平坦化时产品的研磨速率与先导光片研磨速率 之间的相关系数、M(p)是未接近或达到平坦化前产品的研磨速率与先 导光片研磨速率的比值、H指的是产品的台阶高度；第二步，根据新产品流程，确定M(p) 、 H和target的数值，并根据所述模拟公式 计算出key的值；第三步，利用key的值、产品的前膜厚度和先导光 片的研磨速率计算得出研磨时间。
因为本发明利用模拟公式计算得出条件键的值，这样就不需要拷 贝现有产品的条件键的值了，从而可以避免产生较大误差，提高了条 件键值的准确性，进而提高了良品率，同时也不需要为了得到修正的 条件键的值进行试做，这样就可以节省成本。
具体实施例方式
在半导体器件中，同类产品是相对于器件大的工艺尺寸、性能来 定义的。从化学机械研磨工艺的角度来讲，即使是同样的前膜和残膜 规格，由于台阶高度及图形密度的不同，产品的研磨速率也是有差别 的。因此，仅靠拷贝得到的或由工程师预先给定的条件键在实际的运 行过程中经常会引起残膜偏离中心值及超规格的现象，严重时会影响 到产品的良率甚至废片。
实际产品的化学机械研磨过程，可以简单的分两步进行
第一步为局部平坦化过程，局部平坦化过程，研磨速率与产品的 图形密度有关，研磨时间为Tl=H/RR(p)，其中，H是st印height 的简称，是指产品的台阶高度；p是pattern density的简称，是指 产品的图形密度；RR(P)是在平坦化前产品的研磨速率，是与图形密 度(P)有关的函数。
第二步为接近及达到全面平坦化的过程，研磨速率接近于光片的 研磨速率，局部平坦化过程，研磨速率与产品的图形密度有关，研磨
时间为T2=(pre-H-target)/PR*kl，其中，H指的是产品的台阶高 度；P指的是产品的图形密度；pre是产品的前膜厚度；target是残 膜的规格；PR是先导光片的研磨速率；kl是接近或达到平坦化时产 品的研磨速率与光片研磨速率之间的相关系数。
那么产品实际的研磨过程来计算研磨时间，可以用式1表示 T=Tl+T2=H/RR(p) + (pre-H_target)/PR*kl (式1)
另外，如果从工程条件键的定义来计算研磨时间，可以用式2表
示
T二 (pre-key*100)/PR (式2)
其中，key是条件键的数值。
那么，通过以上的式1和式2，就可以简单将产品化学机械研磨 条件键的公式归纳如下(式3):
key =(pre*(1-kl)+target*kl+(kl-1/M(p))*H)/100(式3 ) 其中M(p)=RR(p)/PR，是未接近或达到平坦化前产品的研磨速 率与先导光片研磨速率的比值，是关于图形密度P的函数，反映了图 形密度对产品研磨效果的影响，不同膜质，M(p)不同；M(p)可以通过
现有的数据分析模拟方法得出。其中，可以采取如下的模拟方法选
取同一膜质不同图形密度的产品，分别收集先导光片研磨速率的值和 未接近或达到平坦化前产品的研磨速率，建立图形密度与产品的研磨
速率/先导光片研磨速率值的数据库，就可以模拟出该膜质的M(p)。
通过公式就可以获得准确的条件键，通过对产品研磨时间的控制 达到对残膜的较好控制。
这样在现有的工艺中，首先，根据现有产品的信息和条件键建立 化学机械研磨条件键的模拟公式(式3);其次，在导入新的产品时,
根据新的流程获得需要确定条件键的膜质、前膜、残膜的target等 信息；接下来，根据产品流程及制品信息获得相关的台阶高度和图形 密度的数值；最后，利用模拟公式计算化学机械研磨条件键。
根据计算获得的key值后，再根据公式2计算得出研磨时间，就 可以实现对化学机械研磨残膜的控制。另外，跟踪该产品的残膜厚度 的波动情况，可以检验化学机械研磨的条件键的合理性和准确性。比 如，多批同一产品同一工程的化学机械研磨的残膜膜厚值都在设置的 规格以内，并且在目标规格附近波动不大，就说明该条件键比较准确 和合理；否则需对条件键公式进行微调，可以调整M(p)或kl或同时 进行调整实现对条件键的微调。
权利要求
1、 一种确定化学机械研磨工艺研磨时间的方法，其特征在于，第一步，根据现有产品的信息建立化学机械研磨的条件键(key)的 模拟公式key =(pre*(l-kl)+target*kl+(kl-l/M(p))*H)/100，其 中pre是产品的前膜厚度、target是残膜的规格、kl是接近或达到 平坦化时产品的研磨速率与先导光片研磨速率之间的相关系数、M(p)是未接近或达到平坦化前产品的研磨速率与先导光片研磨速率的比 值、H指的是产品的台阶高度；第二步，根据新产品流程，确定M(p)、 H和target的数值，并根据所述模拟公式计算出key的值；第三步， 利用key的值、产品的前膜厚度和先导光片的研磨速率计算得出研磨 时间。
2、 如权利要求1所述的确定化学机械研磨工艺研磨时间的方 法，其特征在于，它还包括第四步，检测加工完成的多批同一产品同 一工程的化学机械研磨的残膜膜厚值是否都在设定的范围内，如果有 超过设定数或波动较大，则需对条件键的公式进行微调，即调整 M(p)或kl或同时进行调整。
3、 如权利要求1所述的确定化学机械研磨工艺研磨时间的方 法，其特征在于，所述第三步的研磨时间按照以下公式计算T二(pre-key*100)/PR，其中pre是产品的前膜厚度、PR是先导光片的研磨速率。
4、 如权利要求1或2所述的确定化学机械研磨工艺研磨时间的方法，其特征在于，所述kl的值接近于l，范围在0.7-1.3之间。
5、如权利要求1或2所述的确定化学机械研磨工艺研磨时间的 方法，其特征在于，所述M(p) =RR(p)/PR，它可以通过模拟获得， 其中，PR是先导光片的研磨速率，RR(P)是在平坦化前产品的研磨速 率，其是有关图形密度的函数。
全文摘要
本发明公开了一种确定化学机械研磨工艺研磨时间的方法，它可以根据模拟公式计算出当前新产品的条件键的值，进而可以计算出研磨时间，这样不但可以提高条件键值的准确性，提高良品率，而且可以节省成本。该方法的关键是根据现有产品的信息建立化学机械研磨的条件键(key)的模拟公式key＝(pre*(1-k1)+target*k1+(k1-1/M(p))*H)/100，其中pre是产品的前膜厚度、target是残膜的规格、k1是接近或达到平坦化时产品的研磨速率与先导光片研磨速率之间的相关系数、M(p)是未接近或达到平坦化前产品的研磨速率与先导光片研磨速率的比值、H指的是产品的台阶高度。
文档编号H01L21/304GK101121244SQ20061002999
公开日2008年2月13日 申请日期2006年8月11日 优先权日2006年8月11日
发明者刘艳平, 李晗玲 申请人:上海华虹Nec电子有限公司