專利名稱：一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的研磨方法
一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的研磨方法。背景技術(shù)：
淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)的化學(xué)機械研磨(CMP)工藝在半導(dǎo)體流程中是一道至關(guān)重 要的工序，這一步要將晶圓有源區(qū)氮化硅表面的氧化硅通過化學(xué)機械研磨的方法全部去除 掉，研磨后晶圓表面淺溝槽隔離區(qū)域的表面會低于有源區(qū)的表面。如附圖1為經(jīng)過化學(xué)機械研磨后的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)示意圖，包括襯底100、設(shè)置于 襯底表面的襯墊氧化層110和氮化物覆蓋層120，上述三層結(jié)構(gòu)中具有一溝槽130，凹槽中 的填充材料為氧化硅。凹槽中的填充物表面與氮化物覆蓋層的表面具有一高度差h，這個高 度差h稱之為臺階高度(SH st印-height)。臺階高度對器件的性能有重要的影響，因此希望每片晶圓都具有接近一致的臺階 高度。而目前業(yè)界尚且沒有一種可以控制臺階高度保持一致性的方法，現(xiàn)有的方法只是在 控制晶圓研磨后淺溝槽隔離區(qū)域的氧化硅厚度和有源區(qū)氮化硅的厚度，通過厚度來決定化 學(xué)機械研磨的研磨時間?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點在于，化學(xué)機械研磨只用來控制研磨后晶圓的厚度，使其保持在 一個目標厚度，而不顧化學(xué)機械研磨前氮化硅的實際厚度和溝槽的實際深度。而實際上，在 化學(xué)機械研磨前這兩個參數(shù)是不穩(wěn)定的。這樣不同的前值厚度，研磨到相同的后值厚度，就 導(dǎo)致了化學(xué)機械研磨之后臺階高度的不穩(wěn)定。也就是說這種方法忽略了前值溝槽蝕刻的深 度和氮化硅沉積的厚度在前后產(chǎn)品批次之間的差異。而這種差異會導(dǎo)致化學(xué)機械研磨后臺 階高度的變化。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種研磨方法，能夠保證不同批次的晶圓的 臺階高度都被控制在目標高度，避免不同批次晶圓之間的臺階高度變化，保證后續(xù)工藝的 正常進行。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的研磨方法，包括如 下步驟提供多個相同的晶圓，所述晶圓表面具有溝槽，未形成溝槽的晶圓表面覆蓋有第一 介質(zhì)層，所述溝槽和第一介質(zhì)層的表面進一步覆蓋有第二介質(zhì)層；選取所述多個晶圓中的 一個，研磨除去第二介質(zhì)層至恰好露出第一介質(zhì)層的表面；測算溝槽中的第二介質(zhì)層的表 面與溝槽外第一介質(zhì)層表面之間的高度差；根據(jù)實際的高度差與目標值高度差之間的差 值，修正研磨時間；采用修正后的研磨時間對其余的晶圓實施研磨。作為可選的技術(shù)方案，所述實際的高度差與目標值高度差之間的差值與時間修正 值之間成正比，比值為第二介質(zhì)層研磨速率的(1-1/A)倍，其中A為第二介質(zhì)層研磨速率與 第一介質(zhì)層研磨速率的比值。作為可選的技術(shù)方案，所述第一介質(zhì)層的材料為氮化硅，第二介質(zhì)層的材料為氧化硅，所述A的取值范圍是1. 5至30。作為可選的技術(shù)方案，所述測算高度差進一步包括測量研磨后晶圓表面的溝槽 的深度、第一介質(zhì)層的厚度、溝槽中的第二介質(zhì)層的厚度；所述高度差等于溝槽的深度加上 第一介質(zhì)層的厚度，再減去溝槽中的第二介質(zhì)層的厚度。本發(fā)明的優(yōu)點在于，對于生產(chǎn)線上不同批次的晶圓而言，只需要在每一批晶圓中 選取一個晶圓做測試片來做實驗，既可以獲得準確的研磨時間參數(shù)，保證該批次晶圓的臺 階高度均為目標高度。
附圖1為現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)過化學(xué)機械研磨后的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本發(fā)明所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的研磨方法的具體實施方式
的實施步 驟示意圖；附圖3與附圖4為本發(fā)明所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的研磨方法的具體實施方式
的 工藝示意圖。
具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的研磨方法的具體實施 方式做詳細說明。附圖2所述為本具體實施方式
的實施步驟示意圖，包括步驟S20，提供多個晶圓， 所述晶圓表面具有溝槽，未形成溝槽的晶圓表面覆蓋有第一介質(zhì)層，所述溝槽和第一介質(zhì) 層的表面進一步覆蓋有第二介質(zhì)層；步驟S21，選取所述多個晶圓中的一個，研磨除去第二 介質(zhì)層至恰好露出第一介質(zhì)層的表面；步驟S22，測算溝槽中的第二介質(zhì)層的表面與溝槽 外第一介質(zhì)層表面之間的高度差；步驟S23，根據(jù)實際的高度差與目標值高度差之間的差 值，修正研磨時間；步驟S24，采用修正后的研磨時間對其余的晶圓實施研磨。附圖3所示，參考步驟S20，提供多個相同的晶圓200，所述晶圓200的表面具有溝 槽230，未形成溝槽230的晶圓200表面覆蓋有第一介質(zhì)層210，所述溝槽230和第一介質(zhì) 層210的表面進一步覆蓋有第二介質(zhì)層220。所述晶圓200表面還可以進一步具有襯墊氧化物層等其他可選的介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，此 處從略。本步驟中提供了多個具有附圖3所示結(jié)構(gòu)的晶圓，并且多個晶圓200表面的溝槽 230均采用相同的工藝形成，第一介質(zhì)層210和第二介質(zhì)層220也采用相同的工藝重復(fù)形 成，因此能夠保證不同晶圓之間的溝槽230的深度相同，且第一介質(zhì)層210和第二介質(zhì)層 220的厚度和物理化學(xué)性質(zhì)均相同。由于半導(dǎo)體工藝中的晶圓每盒25片，每一批產(chǎn)品少則上百片，多則數(shù)千片，因此 經(jīng)常遇到需要處理具有相同結(jié)構(gòu)的多個晶圓的情況。本具體實施方式
中，第一介質(zhì)層210的材料為氮化硅，第二介質(zhì)層220的材料為氧 化硅。在其他的實施方式中，第一與第二介質(zhì)層的材料還可以根據(jù)實際情況選擇其他材料。附圖4所示，參考步驟S21，選取所述多個晶圓中的一個，研磨除去第二介質(zhì)層220 至恰好露出第一介質(zhì)層210的表面。
由于第一介質(zhì)層210設(shè)置在晶圓200表面未形成溝槽的部分，因此所述溝槽中的 第二介質(zhì)層220得以保留。由于研磨工藝對第一介質(zhì)層210和第二介質(zhì)層220的研磨速度不同，因此溝槽中 的第二介質(zhì)層220與露出的第一介質(zhì)層210的表面不會處在同一高度上，會存在一高度差 h，如附圖4所示。參考步驟S22，測算溝槽230中的第二介質(zhì)層220的表面與溝槽230外的第一介質(zhì) 層210表面之間的高度差h。此步驟可以通過測量研磨后晶圓200表面的溝槽230的深度、第一介質(zhì)層210的 厚度、溝槽230中的第二介質(zhì)層220的厚度來獲得該高度差h。從附圖中容易看出，該高度 差h應(yīng)當(dāng)?shù)扔跍喜?30的深度加上第一介質(zhì)層210的厚度，再減去溝槽230中的第二介質(zhì) 層220的厚度。如果晶圓200表面還具有其他可選的介質(zhì)層，如襯墊氧化物層等，則應(yīng)根據(jù) 實際的結(jié)構(gòu)測量各層的厚度并折算出高度差h。該高度差h還可以通過表面臺階儀、掃面電子顯微鏡或者其他類似的顯微測量手 段直接測量獲得。參考步驟S23，根據(jù)實際的高度差h與目標值高度差之間的差值，修正研磨時間。從附圖4可以看出，高度差h的產(chǎn)生主要是由于第一介質(zhì)層210與第二介質(zhì)層220 的研磨速度不同導(dǎo)致的，因此高度差h的變化應(yīng)當(dāng)?shù)扔诘诙橘|(zhì)層220的研磨速度減去第 一介質(zhì)層210的研磨速率之差乘以研磨時間。進一步將第二介質(zhì)層220的研磨速率與第一 介質(zhì)層210的研磨速率的比值記為A，則高度差h的變化與研磨時間變化的比例關(guān)系系數(shù)可 以簡化為第二介質(zhì)層研磨速率的(1-1/A)倍。實驗表明，對于一介質(zhì)層210的材料為氮化硅，第二介質(zhì)層220的材料為氧化硅的 情況下，A的取值范圍是1. 5至30，并與研磨液選取等工藝參數(shù)有關(guān)。較為常見的A值為2。采用上述的關(guān)系，只要知道第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的研磨速率，即可以計算出 研磨高度差的變化與研磨時間變化的關(guān)系。也就是說，根據(jù)實際的高度差h與目標值高度 差之間的差值，計算出研磨時間的變化值，進而將研磨該晶圓的研磨時間增加或者減去相 應(yīng)的研磨時間的變化值，獲得修正后的研磨時間。以上的關(guān)系是基于兩層的研磨速率隨時間的變化是線性的前提下獲得的表達式。 如果兩層中至少一層的研磨速率隨時間的變化明顯不是線性的，或者存在其他的影響因 素，比如研磨液濃度在研磨過程中的變化對速率的影響，則計算上述高度差h的變化與研 磨時間的關(guān)系時應(yīng)當(dāng)給予考慮。步驟S24，采用修正后的研磨時間對其余的晶圓實施研磨。由于所述多個晶圓的結(jié)構(gòu)都是相同的，因此只要在其他研磨參數(shù)條件不變的情況 下，采用修正后的研磨時間研磨其余的晶圓，便可以獲得具有目標值高度差的產(chǎn)品。采用上述方法，對于生產(chǎn)線上不同批次的晶圓而言，只需要在每一批晶圓中選取 一個晶圓做測試片來做實驗，既可以獲得準確的研磨時間參數(shù)，保證該批次晶圓的臺階高 度h均為目標高度。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為 本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的研磨方法，其特征在于，包括如下步驟提供多個相同的晶圓，所述晶圓表面具有溝槽，未形成溝槽的晶圓表面覆蓋有第一介 質(zhì)層，所述溝槽和第一介質(zhì)層的表面進一步覆蓋有第二介質(zhì)層；選取所述多個晶圓中的一 個，研磨除去第二介質(zhì)層至恰好露出第一介質(zhì)層的表面；測算溝槽中的第二介質(zhì)層的表面與溝槽外第一介質(zhì)層表面之間的高度差； 根據(jù)實際的高度差與目標值高度差之間的差值，修正研磨時間； 采用修正后的研磨時間對其余的晶圓實施研磨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的研磨方法，其特征在于，所述實際的 高度差與目標值高度差之間的差值與時間修正值之間成正比，比值為第二介質(zhì)層研磨速率 的(1-1/A)倍，其中A為第二介質(zhì)層研磨速率與第一介質(zhì)層研磨速率的比值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的研磨方法，其特征在于，所述第一 介質(zhì)層的材料為氮化硅，第二介質(zhì)層的材料為氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的研磨方法，其特征在于，所述A的取值 范圍是1.5至30。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的研磨方法，其特征在于，所述測算高度差進一步包括測量研磨后晶圓表面的溝槽的深度、第一介質(zhì)層的厚度、溝槽中的第二介質(zhì)層的厚度；所述高度差等于溝槽的深度加上第一介質(zhì)層的厚度，再減去溝槽中的第二介質(zhì)層的厚度。
全文摘要
一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的研磨方法，包括如下步驟提供多個相同的晶圓，所述晶圓表面具有溝槽，未形成溝槽的晶圓表面覆蓋有第一介質(zhì)層，所述溝槽和第一介質(zhì)層的表面進一步覆蓋有第二介質(zhì)層；選取所述多個晶圓中的一個，研磨除去第二介質(zhì)層至恰好露出第一介質(zhì)層的表面；測算溝槽中的第二介質(zhì)層的表面與溝槽外第一介質(zhì)層表面之間的高度差；根據(jù)實際的高度差與目標值高度差之間的差值，修正研磨時間；采用修正后的研磨時間對其余的晶圓實施研磨。本發(fā)明的優(yōu)點在于，對于生產(chǎn)線上不同批次的晶圓而言，只需要在每一批晶圓中選取一個晶圓做測試片來做實驗，既可以獲得準確的研磨時間參數(shù)，保證該批次晶圓的臺階高度均為目標高度。
文檔編號H01L21/762GK102044468SQ200910197628
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者李健, 胡駿 申請人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司