化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法
【专利摘要】一种化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法包括：沟槽刻蚀；测量晶片表面相距与晶片表面齐平的物理或化学可辨薄膜表面之间的距离，作为参考沟槽深度；将所测得的参考沟槽深度减去沟槽深度目标值，由此得到参考沟槽底部与可辨薄膜表面的间距；沉积薄膜；测量沉积的薄膜的上表面相距与可辨薄膜表面之间的距离；将所测得的距离减去参考沟槽底部与可辨薄膜表面的间距，由此得到参考沟槽底部与沉积的薄膜的上表面的间距；对沉积的薄膜进行化学机械研磨，以得到减薄薄膜；而且，测量减薄薄膜的上表面相距与可辨薄膜表面之间的距离；将所测得的距离减去参考沟槽底部与可辨薄膜表面的间距，由此得到参考沟槽底部与减薄薄膜的上表面的间距。
【专利说明】
化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法。
【背景技术】
[0002]现以铜研磨工艺模型建立为例，通常依据模型要求需提供刻蚀后的沟槽深度，如图1中刻蚀步骤中所示沟槽深度TDl以及沟槽深度TD2，理想状态下二者应相等，二者底部距离刻蚀停止层(Stop Layer)的距离即图示中介电层THK_1与介电层THK_3需相同。
[0003]但是，在实际刻蚀过程中，刻蚀等离子体在刻蚀腔内均匀分布，而与之接触的晶片表面因裸露图形宽窄疏密不一，故各处对刻蚀因子(etchant)的消耗以及刻蚀因子与刻蚀副产物的转移速度也不相同，即各处刻蚀速率产生差异，这种差异随着沟槽深度的加深愈加明显，最终导致沟槽深度随图形宽窄疏密而深浅不一，即导致图1至图5各步骤中介电层THK_1与介电层THK_3产生差异。
[0004]现有模型校准流程中虽考虑到此种沟槽深度变化，但仅仅从数学角度以线宽变化进行简单线性处理，而并未考虑因图形疏密(Density)所产生的变化接触面积以及刻蚀因子及副产物转移率的影响，所以不能完全反映实际的沟槽变化，与实际产生差异。当将后续各步骤中铜厚度CTHK_1和CTHK_3按测取值直接弓I入到模型校准或验证中时，将引起铜模拟厚度与实际量测值的差异，进而引起表面差异，即凹陷(Dishing)和侵蚀(Eros1n)的模拟值与实际量测值产生差异。当模型校准过程中直接引入上述铜厚度测取值时，将引起模型校准偏差，从而影响模型的准确性。图1至图5中所示各步骤中Dishing_l、Dishing_2与ElO为实际测量示意。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够避免因刻蚀过程中图形宽窄疏密不同所产生的沟槽深浅不一引起的薄膜厚度预测与实际之间的差异的化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法。
[0006]为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法，其特征在于包括:沟槽刻蚀；而且，测量晶片表面相距与晶片表面齐平的物理或化学可辨薄膜表面之间的距离，作为参考沟槽深度;将所测得的参考沟槽深度减去沟槽深度目标值，由此得到参考沟槽底部与刻蚀停止层上表面的间距。
[0007]优选地，所述与晶片表面齐平的物理或化学可辨薄膜表面是刻蚀阻挡层上表面。
[0008]优选地，所述化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法还包括:沉积薄膜;而且，测量沉积的薄膜的上表面相距与所述可辨薄膜表面之间的距离;将所测得的距离减去参考沟槽底部与所述可辨薄膜表面的间距，由此得到参考沟槽底部与沉积的薄膜的上表面的间距。
[0009]优选地，沉积的薄膜是铜薄膜。
[0010]优选地，所述化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法还包括:对沉积的薄膜进行化学机械研磨，以得到减薄薄膜;而且，测量减薄薄膜的上表面相距与所述可辨薄膜表面之间的距离;将所测得的距离减去参考沟槽底部与刻蚀停止层上表面的间距，由此得到参考沟槽底部与减薄薄膜的上表面的间距。
[0011]优选地，所述化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法还包括:进一步对沉积的薄膜进行化学机械研磨，以完全去除硅片表面的沉积的薄膜;而且，测量沟槽内的沉积的薄膜的上表面相距与所述可辨薄膜表面之间的距离;将所测得的距离减去参考沟槽底部与刻蚀停止层上表面的间距，由此得到参考沟槽底部与沟槽内的沉积的薄膜的上表面的间距。
[0012]优选地，所述薄膜厚度引入方法用于具有厚度校准的化学机械研磨工艺模型校准验证流程。
[0013]优选地，所述化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法用于制造集成电路。
[0014]本发明提出的厚度引入方式避免了沟槽刻蚀过程中因沟槽底部变化而导致的后续铜及绝缘氧化层厚度模拟结果与实际量测的差异，增强了模型的准确性及验证有效性。
【附图说明】
[0015]结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中:
[0016]图1至图5示意性地示出了根据现有技术的模型建立各步骤及校准所引用Cu厚度获取示意图。
[0017]图6至图10示意性地示出了根据本发明优选实施例的化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法的各个步骤。
[0018]需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
[0020]在化学机械研磨工艺模型建立过程中，通常使用直接量测所得的薄膜厚度进行校准或验证，例如浅沟槽隔离研磨后的沟槽内二氧化硅厚度以及铜研磨后沟槽内的铜厚度等，并默认各厚度底部基准相同。但在实际刻蚀沟槽过程中，沟槽深度也会因图形密度以及图形宽度等因素影响而深浅不一。现有模型校准过程中虽也将此种影响考虑在内，但因模型仅以简单的数学线性关系考虑线宽变化而并未考虑图形疏密的影响，从而导致模型模拟所得沟槽深度与实际存在差异，进而导致预测薄膜厚度与实际量测的差异，在校准或验证过程中如果直接引入实际薄膜厚度进行校准与验证将导致模型校准出现偏差以以及模型验证出现误差。
[0021]本发明提出一种全新的厚度引入方式，从而在模型校准及验证过程中避免了因模拟沟槽深度与实际不符所导致的厚度差异，进而提高了模型校的准确性及验证的有效性。
[0022]参考图6至图10，化学机械研磨工艺模型建模工艺及校准流程包括的步骤如下:
[0023]I)沟槽刻蚀，此时获取沟槽深度；
[0024]2)薄膜的沉积，此时进行薄膜沉积模型校准；
[0025]3)执行第一次化学机械研磨研磨，以去除薄膜表面形貌差异并研磨至一定厚度；此时进行第一次化学机械研磨研磨校准；
[0026]4)执行第二次化学机械研磨研磨，以进一步研磨至阻挡层表面;此时进行第二次化学机械研磨研磨校准；
[0027]5)执行第三次化学机械研磨研磨，以去除阻挡测光研磨至绝缘层;此时进行第三次化学机械研磨研磨校准。
[0028]将刻蚀模型校准步骤移除，以特定沟槽深度取代并计算获取参考沟槽底部。然后依据统一量测基准获取模型校准及验证步骤中薄膜的参考厚度，并据此参考厚度计算得出准薄膜厚度，引用此计算所得准薄膜厚度进行模型各步骤校准及验证。
[0029]上述校准步骤中的统一量测基准为与晶片表面齐平的物理或化学可辨薄膜表面，例如刻蚀阻挡层上表面;下文将以刻蚀阻挡层上表面为例进行描述。所述特定沟槽深度通常介于统一量测基准与刻蚀表面之间，例如沟槽目标深度。
[0030]所述参考沟槽底部计算方式为:参考沟槽底部=参考沟槽深度-沟槽深度目标值。
[0031]所述准薄膜厚度计算方式为:准厚度值=参考薄膜厚度-参考沟槽底部。
[0032]更具体地，现以铜工艺模型建立为例，如图6至图10所示，首先各沟槽深度的测量基准不再是各自沟槽底部，而将各自的基准统一设为沟槽底部再下一层的刻蚀停止层(Stop Layer)的上表面，然后将所测得的参考沟槽深度(即图6至图10*R_Trench Depth_l
Depth_2)减去沟槽深度目标值，由此得到参考沟槽底部与刻蚀停止层上表面的间距。
[0033]在此，由于R_Trench 06口1:11_1与1?_1'代11(311 Depth_2选取相同基准，故二者相同，因此无论图形宽窄疏密，其参考沟槽底部均相同。以同样基准量测获取绝缘氧化物厚度D_THK_2o
[0034]其次仍使用获取参考沟槽深度相同的方法依次量测获取各步骤中参考铜厚度，SP图6至图10中所示各步骤中的R_Cu 1'冊_1与1?_(:11 THK_3，将各步骤中的参考Cu厚度R_Cu
THK_3减去上述所获得的参考沟槽底部得到各自准铜厚度。同上述一样，以刻蚀停止层上表面为基准测得各步骤中准绝缘氧化物厚度D_THK_2。
[0035]在模型校准过程中，刻蚀步骤仅使用沟槽深度目标值作为统一沟槽深度，后续各步骤所需铜及绝缘氧化层厚度均不引用直接测量值，而是引用如上经过处理过的准铜及准绝缘氧化层厚度，这样模型校准过程中所引用的沟槽深度及各薄膜厚度均以同样的参考沟槽底部，从而避免了在校准过程中因沟槽底部变化而导致的后续铜厚度差异，增强了模型的拟合准确性。
[0036]在模型验证过程中，采用同样的量测手段获取参考铜厚度，然后将参考铜厚度减去模型校准过程中计算所得的参考沟槽底部得到准厚度。然后将其与模拟预测结果进行比对。同样可以避免沟槽底部变化而导致的铜厚度变化，增强了验证的有效性。
[0037]与现有直接获取量测值并直接将量测值引入模型校准及验证不同，本发明通过引入统一量测基准，并根据此基准量测获取参考沟槽深度，将参考沟槽深度减去沟槽深度目标值进而获取参考沟槽底部(Reference-Trench Bottom)。进一步据上述基准量测获取各模型校准步骤及验证中的参考铜厚度以及准绝缘氧化层厚度，然后将参考铜厚度减去参考沟槽底部(Reference-Trench Bottom)计算获取准铜厚度，最后用沟槽深度目标值取代现有模型中通过线宽线性关系模拟所得的沟槽深度，并使用上述计算和量测所获取的准铜厚度和绝缘氧化层厚度替代现有模型中的直接量测铜厚度以及绝缘氧化层厚度，将沟槽刻蚀过程中因图形宽窄疏密所导致的沟槽底部差异予以规避，从而避免了模拟铜厚度与实际量测之间的差异，提高了模型校准的准确性以及模型验证的有效性。
[0038]由此，本发明提供了一种新的厚度引入方式，从而避免因刻蚀过程中图形宽窄疏密不同所产生的沟槽深浅不一引起的薄膜厚度预测与实际之间的差异，即薄膜厚度量测底部基准模拟与实际不同，进而提高化学机械研磨工艺模型的校准准确性以及验证有效性。
[0039]需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
[0040]可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法，其特征在于包括:沟槽刻蚀;而且，测量晶片表面相距与晶片表面齐平的物理或化学可辨薄膜表面之间的距离，作为参考沟槽深度;将所测得的参考沟槽深度减去沟槽深度目标值，由此得到参考沟槽底部与所述可辨薄膜表面的间距。2.根据权利要求1所述的化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法，其特征在于，所述与晶片表面齐平的物理或化学可辨薄膜表面介于测量晶片表面与沟槽底部之间，包括衬底的任意具有清晰界面或通过物理以及化学方法可以得到清晰界面的薄膜上表面。3.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法，其特征在于还包括:沉积薄膜;而且，测量沉积的薄膜的上表面相距与所述可辨薄膜表面之间的距离;将所测得的距离减去参考沟槽底部与所述可辨薄膜表面的间距，由此得到参考沟槽底部与沉积的薄膜的上表面的间距。4.根据权利要求3所述的化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法，其特征在于，沉积的薄膜是二氧化硅、钨、多晶硅、铝或铜薄膜。5.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法，其特征在于还包括:对沉积的薄膜进行化学机械研磨，以得到减薄薄膜;而且，测量减薄薄膜的上表面相距与所述可辨薄膜表面之间的距离;将所测得的距离减去参考沟槽底部与所述可辨薄膜表面的间距，由此得到参考沟槽底部与减薄薄膜的上表面的间距。6.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法，其特征在于进一步对沉积的薄膜进行化学机械研磨，以完全去除硅片表面的沉积的薄膜;而且，测量沟槽内的沉积的薄膜的上表面相距与所述可辨薄膜表面之间的距离;将所测得的距离减去参考沟槽底部与所述可辨薄膜表面的间距，由此得到参考沟槽底部与沟槽内的沉积的薄膜的上表面的间距。7.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法，其特征在于，所述薄膜厚度引入方法用于具有厚度校准的化学机械研磨工艺模型校准验证流程。8.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法，其特征在于，所述化学机械研磨工艺模型校准验证流程中薄膜厚度引入方法用于制造集成电路。
【文档编号】H01L21/306GK105957818SQ201610327878
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】姜立维, 阚欢, 魏芳, 朱骏
【申请人】上海华力微电子有限公司