专利名称：浅沟槽隔离结构的研磨装置及方法
浅沟槽隔离结构的研磨装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体工艺，特别涉及一种半导体制造工艺中的浅沟槽隔离结构 的研磨装置及方法。
背景技术：
在半导体工艺中，MOS器件有源区之间的隔离多采用浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation)的方式。一种浅沟槽隔离结构的形成过程包括在衬底表面分别形成第一氧化层和氮化 层；刻蚀以形成沟槽；在沟槽以及氮化层表面沉积形成第二氧化层；研磨第二氧化层至与 氮化层分界面。在确定所述分界面时，通常有测量电阻值、测量研磨厚度、测量剩余厚度及马达转 速以计算剩余时间、测量研磨摩擦力、测量驱动电机内电流变化等方法。从实际研磨来看， 均不能在分界面处准确地停止研磨。
发明内容有鉴于此，有必要提供一种可以准确判断分界点、从而准确地停止研磨的浅沟槽 隔离结构的研磨装置。此还，还有必要提供一种可以准确判断上述分界点方法的浅沟槽隔离结构的研磨 方法。—种浅沟槽隔离结构的研磨装置，包括研磨部分、监测部分及控制部分；所述研磨 部分用于研磨形成于氮化硅层上的二氧化硅层；所述监测部分用于投射下行的监测光到研 磨面上，并接收经研磨面反射的上行光，以生成相应于所述上行光的感应信号；所述控制部 分用于根据所述感应信号进行预定的比较后确定所述研磨面是否位于所述氮化硅层与所 述二氧化硅层的分界处，并生成相应的控制信号，以控制所述研磨部分的研磨。一种浅沟槽隔离结构的研磨方法，包括研磨沉积于氮化硅层上的二氧化硅层；投射下行的检测光在研磨面上；接收经反射的上行光；生成与所述上行光相应的感应值；根据所述感应值进行预定的比较，以确定当前研磨面是否到达所述氮化硅层与所 述二氧化硅层的分界处；根据比较结果确定是否继续研磨。根据该浅沟槽隔离结构的研磨装置和方法，由于SiN层与SiO2层对光的反射率和 反射强度不同，在感应到反射光相应参数变化时即可以判断已研磨到SiN层与SiO2层的分 界处，从而确定出研磨位置，准确停止研磨。
图1为一种浅沟槽隔离结构的剖面示意图。图2为本发明浅沟槽隔离结构的研磨装置一种实施方式的结构示意图。图3为图2所示的控制部分30的结构示意图。图4为本发明浅沟槽隔离结构的研磨方法的一种实施方式的流程图。图5为本发明浅沟槽隔离结构的研磨装置的另一实施方式中控制部分的结构示 意图。图6为本发明浅沟槽隔离结构的研磨方法的另一种实施方式的流程图。图7为本发明浅沟槽隔离结构的研磨装置的第三实施方式中控制部分的结构示 意图。图8为本发明浅沟槽隔离结构的研磨方法的第三实施方式的流程图。图9为本发明浅沟槽隔离结构的研磨装置的第四实施方式中控制部分的结构示 意图。图10为本发明浅沟槽隔离结构的研磨方法的第四实施方式的流程图。
具体实施方式如图1所示，一种形成在晶圆40上的浅沟槽隔离结构包括衬底802、形成于衬底 802上的第一 SiO2层804、SiN层806、沟槽808以及形成在SiN层806上和沟槽808内的 第二 SiO2层810。为后续工艺的要求，在第二 SiO2层810形成之后，需要对其进宪研磨，研 磨的终点在SiN层806与第二 SiO2层810的分界面上。如图2所示，本发明浅沟槽隔离结构的研磨装置的一种实施方式包括研磨部分 10、监测部分20和控制部分30。研磨部分10用于对晶圆40上的浅沟槽隔离结构进行研 磨，即研磨形成在SiN层806表面的第二 SiO2层810。监测部分20用于对晶圆40的研磨 面进行监测，并将监测结果反馈到控制部分30。控制部分30从而根据监测部分20的监测 结果实时控制研磨部分10，包括控制其开始/停止研磨、研磨速率等。根据监测部分20的 监测结果，控制部分30可以在研磨部分10研磨至氮化硅与二氧化硅之间的分界面时控制 研磨部分10停止研磨。研磨部分10包括承载台102、研磨体104、驱动部106。承载台102用于承载并固 定晶圆40于确定位置，并在研磨过程中驱动晶圆40绕轴向转动。研磨体104在驱动部106 的驱动下对晶圆40进行研磨。在控制部分30的控制下，驱动部106可进行包括绕轴向的 转动和沿轴向的移动，从而可以控制研磨体104进行研磨的力度和厚度。监测部分20包括光源202、第一透镜组204、分光镜206、第二透镜组208、第三透 镜组210、光接收器212。监测部分20的工作原理为光源202发出监测光束；监测光束 经过第一透镜组204被整形成为下行的平行光；下行光经过分光镜206后经过第二透镜组 208被会聚到晶圆40的研磨面上；经过晶圆40的研磨面反射的上行光再次经过第二透镜 组208整形为上行的平行光；上行光在经过分光镜206时被反射并经第三透镜组210会聚 至光接收器212 ；光接收器212感应所接收的上行光，并生成与上行光强度相应的感应信 号。光接收器212所生成的感应信号被作为监测部分20的监测结果而反馈到控制部分30。 由于第二 SiO2层810与SiN层806对光的反射率不同，因而经其反射后得到的上行光的强度也有差异，可以据此上行光的强度而判断当前研磨面所处的位置是否已到达所述SiN层 806与第二 SiO2层810的分界处。如图3所示，控制部分30包括信号接收模块302、比较模块304以及输出模块306。 信号接收模块302与监测部分20的光接收器212及比较模块304相连。比较模块304同 时连接输出模块306。输出模块306与研磨部分10的承载台102和驱动部106相连。从 而，控制部分30可以通过输出模块306所输出的控制信号来控制研磨部分10对晶圆40的研磨。信号接收模块302用于接收光接收器212所生成的感应信号，并将其转送到比较 模块304。比较模块304用于将信号接收模块302转送的与光强度相应的感应信号与预定的 阈值进行比较。根据SiN层806与第二 SiO2层810对光的反射率不同，上行光在两层的表 面上将产生不同强度的反射上行光。若光强度信号落入阈值附近的波动范围之内，可以认 为当前已研磨至SiN层806的表面，可以停止对晶圆40的研磨；若光强度信号未落入阈值 附近的波动范围之内，则可以认为研磨部分10尚在对第二 SiO2层810进行研磨并应继续 研磨。比较模块304从而根据此比较结果而生成比较结果信号并送至输出模块306。输出模块306用于根据比较模块304所送的比较结果信号而生成相应的控制信 号，并将控制信号送出到对应的控制对象，如研磨部分10的承载台102和驱动部106，从而 可以控制对晶圆40的研磨。根据该浅沟槽隔离结构的研磨装置，由于SiN层与SiO2层对光的反射率不同，在 感应到SiN层的反射上行光强度时，即可以判断已研磨到SiN层与SiO2层的分界处，从而 确定出研磨位置，准确停止研磨。图4所示为本发明浅沟槽隔离结构的研磨方法的一种实施方式的流程图。以下结 合图2、图3所示的浅沟槽隔离结构的研磨装置为例进行说明，该研磨方法包括以下步骤步骤S402，研磨部分10对晶圆40上位于SiN层806表面的第二 SiO2层810进行 研磨。步骤S404，光源202产生监测光，经第一透镜组204、分光镜206及第二透镜组208 后形成下行光投射到晶圆40的研磨面上。步骤S406，经研磨面反射的上行光经第二透镜组208后被分光镜206反射至光接 收器212。步骤S408，光接收器212根据所接收的上行光的强度生成相应的感应信号并将感 应信号送至控制部分30。步骤S410，控制部分30的信号接收模块302将感应信号送至比较模块304，比较 模块304将其与预定的阈值进行比较，并生成相应的比较结果信号传送至输出模块306。若 比较结果信号反映感应信号未落入阈值附近的波动范围，则继续S402至步骤S410进行监 测。步骤S412，若比较结果信号反映感应信号已落入阈值附近的波动范围，则输出模 块306生成停车控制信号并送至对应的控制对象。步骤S414，研磨部分10根据停车控制信号停止研磨。根据该浅沟槽隔离结构的研磨方法，由于SiN层与SiO2层对光的反射率不同，在感应到SiN层的反射上行光强度时，即可以判断已研磨到SiN层与SiO2层的分界处，从而 确定出研磨位置，准确停止研磨。如图5所示，在本发明浅沟槽隔离结构的研磨装置的另一实施方式中，控制部分 50包括信号接收模块502、暂存模块504、比较模块506以及输出模块508。信号接收模块 502与监测部分20的光接收器212及暂存模块504、比较模块506相连。比较模块506亦 与暂存模块504及输出模块508相连。信号接收模块502用于接收光接收器212所生成的感应信号，并将其转送到暂存 模块504或比较模块506。暂存模块504用于暂存由信号接收模块502所转送的感应信号，并可应比较模块 506的请求而将所暂存的感应信号读出。比较模块506用于将信号接收模块502当前转送的感应信号与暂存模块504所暂 存的前级感应信号进行比较。根据SiN层806与第二 SiO2层810对光的反射率不同，上行 光在两层的表面上将产生不同强度的反射上行光。若比较模块306通过对两次光强度信号 的比较发现二者之间存在超过预定的阈值的差异，则可以认为当前已研磨至SiN层806的 表面，可以停止对晶圆40的研磨；反之，若两次光强度信号相差不大，比较模块506比较结 果未超过预定的阈值，则可以认为研磨部分10尚在对第二 SiO2层810进行研磨并应继续 研磨。比较模块506从而根据此比较结果而生成比较结果信号并送至输出模块508。输出模块508用于根据比较模块506所送的比较结果信号而生成相应的控制信 号，并将控制信号送出到对应的控制对象，如研磨部分10的承载台102和驱动部106，从而 可以控制对晶圆40的研磨。根据该浅沟槽隔离结构的研磨装置，由于SiN层与SiO2层对光的反射率不同，在 感应到反射上行光强度的变化时，即可以判断已研磨到SiN层与SiO2层的分界处，从而确 定出研磨位置，准确停止研磨。如图6所示，本发明浅沟槽隔离结构的研磨方法的另一种实施方式的流程图。以 下结合图2、图5所示的浅沟槽隔离结构的研磨装置为例进行说明，该研磨方法包括以下步 骤步骤S602，研磨部分10对晶圆40上位于SiN层806表面的第二 SiO2层810进行 研磨。步骤S604，光源202产生监测光，经第一透镜组204、分光镜206及第二透镜组208 后形成下行光投射到晶圆40的研磨面上。步骤S606，经研磨面反射的上行光经第二透镜组208后被分光镜206反射至光接 收器212。步骤S608，光接收器212根据所接收的上行光的强度生成相应的感应信号并将感 应信号送至控制部分50。步骤S610，控制部分50的信号接收模块502将感应信号送至暂存模块504、比较 模块506，暂存模块504将本级感应信号暂存。步骤S612，比较模块506接收到本级感应信号后，由暂存模块504读出由其暂存的 前级感应信号。步骤S614，比较模块506将本级感应信号与前级感应信号进行比较，并生成相应的比较结果信号传送至输出模块508。若比较结果信号反映两级感应信号之间的差值未超 过预定的阈值附近的波动范围，则继续S602至步骤S614进行监测。步骤S616，若比较结果信号反映两级感应信号已超过预定的阈值，则输出模块 508生成停车控制信号并送至对应的控制对象。步骤S618，研磨部分10根据停车控制信号停止研磨。根据该浅沟槽隔离结构的研磨方法，由于SiN层与SiO2层对光的反射率不同，在 感应到反射上行光强度的变化时，即可以判断已研磨到SiN层与SiO2层的分界处，从而确 定出研磨位置，准确停止研磨。如图7所示，在本发明浅沟槽隔离结构的研磨装置的另一实施方式中，控制部分 70包括信号接收模块702、计算模块704、比较模块706以及输出模块708。信号接收模块 702与监测部分20的光接收器212及计算模块704相连。比较模块706分别连接计算模块 704及输出模块708相连。信号接收模块702用于接收光接收器212所生成的感应信号，并将其转送到计算 模块704。计算模块704用于根据信号接收模块702所转送的感应信号而计算所接收的上行 光的所对应的研磨面的反射率。比较模块706用于将计算模块704所算得的反射率与预定的阈值进行比较。由于 SiN层806与第二 SiO2层810对光的反射率不同，若算得的反射率落入阈值附近的波动范 围之内，可以认为当前已研磨至SiN层806的表面，可以停止对晶圆40的研磨；若算得的反 射率未落入阈值附近的波动范围之内，则可以认为研磨部分10尚在对第二 SiO2层810进 行研磨并应继续研磨。比较模块706从而根据此比较结果而生成比较结果信号并送至输出 模块708。输出模块708用于根据比较模块706所送的比较结果信号而生成相应的控制信 号，并将控制信号送出到对应的控制对象，如研磨部分10的承载台102和驱动部106，从而 可以控制对晶圆40的研磨。根据该浅沟槽隔离结构的研磨装置，由于SiN层与SiO2层对光的反射率不同，在 感应到SiN层的反射率时，即可以判断已研磨到SiN层与SiO2层的分界处，从而确定出研 磨位置，准确停止研磨。图8所示为本发明浅沟槽隔离结构的研磨方法的一种实施方式的流程图。以下结 合图2、图7所示的浅沟槽隔离结构的研磨装置为例进行说明，该研磨方法包括以下步骤步骤S762，研磨部分10对晶圆40上位于SiN层806表面的第二 SiO2层810进行 研磨。步骤S764，光源202产生监测光，经第一透镜组204、分光镜206及第二透镜组208 后形成下行光投射到晶圆40的研磨面上。步骤S766，经研磨面反射的上行光经第二透镜组208后被分光镜206反射至光接 收器212。步骤S768，光接收器212根据所接收的上行光的强度生成相应的感应信号并将感 应信号送至控制部分70。步骤S770，控制部分70的信号接收模块702将感应信号送至计算模块704，计算
8模块704据此计算出当前研磨面的反射率。步骤S772，比较模块706将计算模块704所算得的反射率与预定的阈值进行比较， 并生成相应的比较结果信号传送至输出模块708。若比较结果信号反映反射率未落入阈值 附近的波动范围，则继续S762至步骤S772进行监测。步骤S774，若比较结果信号反映反射率已落入阈值附近的波动范围，则输出模块 708生成停车控制信号并送至对应的控制对象。步骤S776，研磨部分10根据停车控制信号停止研磨。根据该浅沟槽隔离结构的研磨方法，由于SiN层与SiO2层对光的反射率不同，在 感应到SiN层的反射率时，即可以判断已研磨到SiN层与SiO2层的分界处，从而确定出研 磨位置，准确停止研磨。如图9所示，在本发明浅沟槽隔离结构的研磨装置的另一实施方式中，控制部分 90包括信号接收模块902、计算模块904、暂存模块906、比较模块908以及输出模块910。 信号接收模块902与监测部分20的光接收器212及计算模块904相连。暂存模块906与计 算模块904及比较模块908相连。比较模块908亦与计算模块904及输出模块910相连。信号接收模块910用于接收光接收器212所生成的感应信号，并将其转送到计算 模块904。计算模块904用于根据信号接收模块902所转送的感应信号而计算所接收的上行 光的所对应的研磨面的反射率。暂存模块906用于暂存由计算模块904所算得的本级反射率，并可应比较模块908 的请求而将所暂存的反射率读出。比较模块908用于将计算模块904当前算得的本级反射率与暂存模块906所暂存 的前级反射率进行比较。由于SiN层806与第二 SiO2层810对光的反射率不同，若比较模 块908通过对两次反射率的比较发现二者之间存在超过预定的阈值的差异，则可以认为当 前已研磨至SiN层806的表面，可以停止对晶圆40的研磨；反之，若两次反射率相差不大， 比较模块908比较结果未超过预定的阈值，则可以认为研磨部分10尚在对第二 SiO2层810 进行研磨并应继续研磨。比较模块908从而根据此比较结果而生成比较结果信号并送至输 出模块910。输出模块910用于根据比较模块908所送的比较结果信号而生成相应的控制信 号，并将控制信号送出到对应的控制对象，如研磨部分10的承载台102和驱动部106，从而 可以控制对晶圆40的研磨。根据该浅沟槽隔离结构的研磨装置，由于SiN层与SiO2层对光的反射率不同，在 感应到反射率的变化时，即可以判断已研磨到SiN层与SiO2层的分界处，从而确定出研磨 位置，准确停止研磨。如图10所示，本发明浅沟槽隔离结构的研磨方法的另一种实施方式的流程图。以 下结合图2、图9所示的浅沟槽隔离结构的研磨装置为例进行说明，该研磨方法包括以下步 骤步骤S962，研磨部分10对晶圆40上位于SiN层806表面的第二 SiO2层810进行 研磨。步骤S964，光源202产生监测光，经第一透镜组204、分光镜206及第二透镜组208后形成下行光投射到晶圆40的研磨面上。步骤S966，经研磨面反射的上行光经第二透镜组208后被分光镜206反射至光接 收器212。步骤S968，光接收器212根据所接收的上行光的强度生成相应的感应信号并将感 应信号送至控制部分90。步骤S970，控制部分90的信号接收模块902将感应信号送至计算模块904、计算 模块904据此计算出当前研磨面的反射率。步骤S972，暂存模块906将计算模块904所算得的本级反射率暂存。步骤S974，比较模块908接收到本级反射率后，由暂存模块906读出由其暂存的前 级反射率。步骤S976，比较模块908将本级反射率与前级反射率进行比较，并生成相应的比 较结果信号传送至输出模块910。若比较结果信号反映两级反射率之间的差值未超过预定 的阈值附近的波动范围，则继续S962至步骤S976进行监测。步骤S978，若比较结果信号反映两级反射率已超过预定的阈值，则输出模块910 生成停车控制信号并送至对应的控制对象。步骤S980，研磨部分10根据停车控制信号停止研磨。根据该浅沟槽隔离结构的研磨方法，由于SiN层与SiO2层对光的反射率不同，在 感应到反射率的变化时，即可以判断已研磨到SiN层与SiO2层的分界处，从而确定出研磨 位置，准确停止研磨。
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权利要求
一种浅沟槽隔离结构的研磨装置，包括研磨部分、监测部分及控制部分；所述研磨部分用于研磨形成于氮化硅层上的二氧化硅层；所述监测部分用于投射下行的监测光到研磨面上，并接收经研磨面反射的上行光，以生成相应于所述上行光的感应信号；其特征在于所述控制部分用于根据所述感应信号进行预定的比较后确定所述研磨面是否到达所述氮化硅层与所述二氧化硅层的分界处，并生成相应的控制信号，以控制所述研磨部分的研磨。
2.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的研磨装置，其特征在于所述控制部分包括 信号接收模块、比较模块及输出模块；所述信号接收模块用于接收所述感应信号并将所述 感应信号送至所述比较模块；所述比较模块用于将所述感应信号与预定的反映光强度的阈 值进行比较并生成相应的比较结果信号；所述输出模块用于根据所述比较结果信号生成相 应的所述控制信号。
3.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的研磨装置，其特征在于所述控制部分包括 信号接收模块、暂存模块、比较模块及输出模块；所述信号接收模块用于接收所述感应信号 并将所述感应信号送至所述暂存模块与所述比较模块；所述暂存模块用于将所述感应信号 暂存；所述比较模块用于将所述感应信号与所述暂存模块所暂存的前级感应信号进行比较 并生成相应的比较结果信号；所述输出模块用于根据所述比较结果信号生成相应的所述控 制信号。
4.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的研磨装置，其特征在于所述控制部分包括 信号接收模块、计算模块、比较模块及输出模块；所述信号接收模块用于接收所述感应信号 并将所述感应信号送至所述计算模块；所述计算模块用于根据所述感应信号计算当前研磨 面的反射率并送至所述比较模块；所述比较模块用于将所述反射率与预定的反映反射率的 阈值进行比较并生成相应的比较结果信号；所述输出模块用于根据所述比较结果信号生成 相应的所述控制信号。
5.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的研磨装置，其特征在于所述控制部分包括 信号接收模块、计算模块、暂存模块、比较模块及输出模块；所述信号接收模块用于接收所 述感应信号并将所述感应信号送至所述计算模块；所述计算模块用于根据所述感应信号计 算当前研磨面的反射率并送至所述暂存模块与所述比较模块；所述暂存模块用于将所述反 射率暂存；所述比较模块用于将所述反射率与所述暂存模块所暂存的前级反射率进行比较 并生成相应的比较结果信号；所述输出模块用于根据所述比较结果信号生成相应的所述控 制信号。
6.一种浅沟槽隔离结构的研磨方法，包括研磨沉积于氮化硅层上的二氧化硅层；投射下行的检测光在研磨面上；接收经反射的上行光；生成与所述上行光相应的感应值；根据所述感应值进行预定的比较，以确定当前研磨面是否到达所述氮化硅层与所述二 氧化硅层的分界处；根据比较结果确定是否继续研磨。
7.如权利要求6所述的浅沟槽隔离结构的研磨方法，其特征在于所述预定的比较为将所述感应值与预定的反映光强度的阈值相比较。
8.如权利要求6所述的浅沟槽隔离结构的研磨方法，其特征在于所述预定的比较包括暂存当前的感应值；将当前感应值与暂存的前级感应值进行比较，以确定所述两级感应值的差值是否超过 预定的阈值。
9.如权利要求6所述的浅沟槽隔离结构的研磨方法，其特征在于所述预定的比较包括根据所述感应值计算当前研磨面的反射率； 将所述反射率与预定的反映反射率的阈值比较。
10.如权利要求6所述的浅沟槽隔离结构的研磨方法，其特征在于所述预定的比较包括根据所述感应值计算当前研磨面的反射率； 暂存当前的反射率；将当前反射率与暂存的前级反射率进行比较，以确定所述两级反射率的差值是否超过 预定的阈值。
全文摘要
一种浅沟槽隔离结构的研磨装置，包括研磨部分、监测部分及控制部分。研磨部分用于研磨形成于氮化硅层上的二氧化硅层。监测部分用于投射下行的监测光到研磨面上，并接收经研磨面反射的上行光，以生成相应于上行光的感应信号。控制部分用于根据感应信号进行预定的比较后确定研磨面是否到达氮化硅层与二氧化硅层的分界处，并生成相应的控制信号，以控制研磨部分的研磨。本发明还提供一种对应的浅沟槽隔离结构的研磨方法。
文档编号H01L21/304GK101927453SQ200910031729
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月20日 优先权日2009年6月20日
发明者曾明, 李健, 李勇 申请人:无锡华润上华半导体有限公司;无锡华润上华科技有限公司