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一種控制層間介電層膜厚的方法

文檔序號:3426439閱讀:146來源:國知局
專利名稱:一種控制層間介電層膜厚的方法
一種控制層間介電層膜厚的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體制造方法,特別是關(guān)于一種能準(zhǔn)確控制層間介電層膜厚 的方法。
背景技術(shù)
在半導(dǎo)體制造過程中,通常要經(jīng)過很多次的沉積工藝以形成不同的膜層。由于每 次沉積不同圖層時,受各種因素的影響,比如硅片在反應(yīng)室內(nèi)不同位置的溫度、設(shè)備在硅片 不同位置的精度的差異或者要形成的膜層的材料的特性的影響,在硅片表面形成的圖層的 膜厚可能是凹凸不平的,而凹凸不平的表面可能導(dǎo)致沉積下一層圖層時達不到預(yù)期的效 果,因此在形成有些圖層之后要對該圖層進行研磨,使其平坦化?,F(xiàn)有的對硅片的層間介電質(zhì)進行研磨的方法通常是采用化學(xué)機械研磨(Chemical Mechanical Polishing, CMP)技術(shù),通過加入CMP料漿,拋光機械的研磨頭驅(qū)動拋光墊對硅 片表面進行拋光研磨,使其平坦化。現(xiàn)有技術(shù)通過CMP技術(shù)對硅片進行研磨時,通常是采用固定時間研磨的方式,即 根據(jù)需要研磨的厚度,預(yù)先對拋光機械設(shè)定研磨的時間,當(dāng)研磨到預(yù)設(shè)的時間時即停止研 磨。然而由于化學(xué)機械研磨技術(shù)研磨的速率是不穩(wěn)定的,會受到機臺狀態(tài)、耗材使用壽命等 因素的影響,即使同一機臺,每天的研磨速率都會有一定的差異。因此使用固定的研磨時間 拋光膜層,可能會造成拋光后的膜層厚度不一致。為準(zhǔn)確控制CMP研磨的停止位置,隨著技術(shù)的發(fā)展,有的技術(shù)會在研磨層下面形 成一層氮化硅或者氮氧化硅作為拋光停止層,然而以氮化硅或者氮氧化硅作為拋光停止層 的技術(shù),在拋光至停止層后還必須將該停止層徹底移除,否則容易造成氮化硅的殘留,而造 成晶圓的報廢。另外中國專利申請第200710080281號,雖然揭示了一種在研磨層下面設(shè)置停止 點的方法,但其停止點使用的材料為鉆石薄膜或者類鉆石薄膜等材料,成本較高。而且其形 成停止點的方法為嫌在第二層上蝕刻形成溝槽,然后以第三物質(zhì)填充溝槽,再移除溝槽外 的其他第三物質(zhì),形成停止點。其過程較復(fù)雜。而且形成的是單個的停止點,對于研磨停止 的精度控制不夠。因此,確有必要提出一種新的解決方案,以克服現(xiàn)有技術(shù)的前述缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種在半導(dǎo)體制程中對硅片研磨時控制層間介電層膜厚 的方法。為達成前述目的,本發(fā)明一種控制層間介電層膜厚的方法,其包括如下步驟在 半導(dǎo)體硅片上形成一層第一介電層,然后在第一介電層上形成一層拋光停止層,再在拋光 停止層上形成一層第二介電層,其中拋光停止層的材料的硬度不同于第二介電層材料的硬 度,然后通過化學(xué)機械拋光制程對第二介電層進行拋光研磨,當(dāng)拋光至停止層時,根據(jù)停止層與第二介電層硬度不同,產(chǎn)生的摩擦力不同,采用終點電流信號偵測的方式控制研磨頭 自動停止在拋光停止層。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的控制層間介電層膜厚的方法,在介電層內(nèi)形成一層磷 硅玻璃或者硼磷硅玻璃的拋光停止層,由于磷硅玻璃或者硼磷硅玻璃的硬度大于二氧化硅 介電層的硬度,拋光機臺的研磨頭拋光至停止層時摩擦力產(chǎn)生變化,通過終點電流信號偵 測的方式控制研磨頭自動停止在拋光停止層,可以準(zhǔn)確控制研磨的厚度,從而保證拋光后 的介電層的膜厚。由于磷硅玻璃或者硼磷硅玻璃與純二氧化硅的性質(zhì)接近,因此,拋光結(jié)束 可以不清除該停止層,影響較小。而且本發(fā)明的方法工藝簡單、成本較低、控制精確度較高。

圖1為本發(fā)明的控制層間介電層膜厚的方法流程圖。圖2為本發(fā)明的控制層間介電層膜厚方法的硅片結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
具體實施方式
熟悉半導(dǎo)體制程領(lǐng)域的技術(shù)人員都應(yīng)當(dāng)知道,制造一片半導(dǎo)體晶圓通常包括首先 在半導(dǎo)體硅片上形成二氧化硅氧化膜,然后在形成有二氧化硅氧化膜的硅片上涂布光刻 膠,然后通過掩膜版對硅片進行蝕刻以形成第一層布形,然后去除光刻膠及不需要的 氧化膜,接下來會重復(fù)前述步驟,再在硅片上形成一層金屬層或者形成一層介電層或其他 材料層,然后再經(jīng)過涂布光刻膠、通過掩膜版進行第二層布形,再蝕刻去除多余的金屬 層或者介電層。如此反復(fù)多次,最終形成一層一層疊加的半導(dǎo)體晶圓。在形成不同的金屬層或其他材料層時,通常在兩個金屬層或者材料層之間形成一 層二氧化硅層作為間隔,所以也稱作層間或者金屬層間介電層。因為在介電層之上再形成 金屬層時,必須保證介電層的平坦度,否則形成的金屬層可能達不到預(yù)期的效果,而影響晶 圓的良率。本發(fā)明所涉及工藝的是在半導(dǎo)體制程中對硅片層間或者金屬層間的介電層進行 研磨以使其表面平坦化的制程工藝。對于半導(dǎo)體制程中的其他步驟,此處不再詳細(xì)說明,因 為本發(fā)明是涉及層間介電層的平坦化,因此下文所述的硅片可以是已經(jīng)經(jīng)過幾次工藝形成 有一定電路圖層的硅片,而并非一定是未形成任何膜層的原始硅片。如圖所示,本發(fā)明的控制控制介電層膜厚的方法包括如下步驟步驟1 在已經(jīng)形成有若干電路圖層的半導(dǎo)體硅片上形成一層第一二氧化硅介電 層11。步驟2 然后在第一二氧化硅介電層11上形成一層拋光停止層20,其中拋光停止 層20的材料為硬度大于二氧化硅介電層11的磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)。步驟3 再在拋光停止層20上形成一層第二二氧化硅介電層12。步驟4 然后通過化學(xué)機械拋光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)制程對 第二二氧化硅介電層12進行拋光研磨,當(dāng)拋光至停止層20時,由于停止層20采用的是硬 度比二氧化硅大的磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG),此時拋光機臺的研磨頭受到的摩 擦力會比在拋光第二二氧化硅介電層12時受到的摩擦力大。
步驟5 采用終點電流信號偵測的方式控制研磨頭自動停止在拋光停止層20。由 于拋光機臺的研磨頭受到的摩擦力發(fā)生變化,驅(qū)動研磨頭的馬達的輸出的力矩會發(fā)生變 化,則驅(qū)動研磨頭的馬達的電流會變化,設(shè)置傳感器采集拋光機臺驅(qū)動馬達的電流信號的 變化,根據(jù)該電流的變化產(chǎn)生控制信號,輸出給拋光機臺的控制系統(tǒng),則控制系統(tǒng)自動控制 研磨頭停止在拋光停止層20。在前述方法中,其中第一二氧化硅介電層11與第二二氧化硅介電層12是同樣的 材料層。在第一介電層11和第二介電層12之間形成拋光停止層20的具體位置,可以根據(jù) 第一介電層11和第二介電層12整體的厚度,即介電層10的厚度,形成于介電層10偏下方 的位置,如果拋光至停止層20時,介電層10的膜后過薄,可以通過步驟6在停止層20上方 繼續(xù)沉積一層二氧化硅介電層,由于拋光至停止層20時,硅片表面已經(jīng)平坦化,因此再沉 積二氧化硅介電層時硅片表面仍然是平整的表面。由于本發(fā)明的控制研磨頭停止的方法是根據(jù)拋光停止層20與被拋光層(即介電 層)硬度的不同,通過傳感器感測拋光機馬達電流的變化,當(dāng)研磨頭遇到拋光停止層時,自 動停止,相對于傳統(tǒng)的根據(jù)預(yù)設(shè)時間停止研磨頭的方法,控制精度更高,可以準(zhǔn)確控制研磨 的停止位置,從而保證拋光后的介電層的膜厚。另外,由于磷硅玻璃或者硼磷硅玻璃與純二氧化硅的性質(zhì)接近,因此,拋光結(jié)束時 可以不清除該停止層,影響較小。而且本發(fā)明的方法工藝簡單、成本較低、控制精確度較高。
權(quán)利要求
一種控制層間介電層膜厚的方法,其包括如下步驟在半導(dǎo)體硅片上形成一層第一介電層,然后在第一介電層上形成一層拋光停止層,再在拋光停止層上繼續(xù)形成一層第二介電層,其中拋光停止層的材料的硬度不同于第二介電層材料的硬度,然后通過化學(xué)機械拋光制程對第二介電層進行拋光研磨,當(dāng)拋光至停止層時,采用終點電流信號偵測的方式控制研磨頭自動停止在拋光停止層。
2.如權(quán)利要求1所述的控制層間介電層膜厚的方法,其特征在于前述拋光停止層材 料的硬度大于第二介電層材料的硬度。
3.如權(quán)利要求2所述的控制層間介電層膜厚的方法,其特征在于前述第二介電層材 料為二氧化硅。
4.如權(quán)利要求3所述的控制層間介電層膜厚的方法,其特征在于前述拋光停止層的 材料為磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)。
5.如權(quán)利要求1所述的控制層間介電層膜厚的方法,其特征在于采用終點電流信號 偵測的方式具體為,拋光機臺拋光至停止層時,研磨頭受到的摩擦力產(chǎn)生變化,驅(qū)動研磨頭 的馬達的電流產(chǎn)生變化,設(shè)置傳感器根據(jù)驅(qū)動研磨頭的馬達電流信號的變化產(chǎn)生控制信 號,輸出給拋光機臺的控制系統(tǒng),由控制系統(tǒng)控制研磨頭停止研磨。
6.如權(quán)利要求1所述的控制層間介電層膜厚的方法,其特征在于其進一步包括,若拋 光至停止層時,膜后過薄,則在拋光至停止層之后,再在拋光停止層表面形成一層介電層的 步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的控制層間介電層膜厚的方法,其特征在于其中前述第一介電 層與第二介電層為同一材料層。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種控制層間介電層膜厚的方法,其包括如下步驟在半導(dǎo)體硅片上形成一層二氧化硅介電層,然后在二氧化硅介電層上形成一層拋光停止層,其中拋光停止層的材料為磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG),再在拋光停止層上形成一層二氧化硅介電層,然后通過化學(xué)機械拋光制程對介電層進行研磨,本發(fā)明通過在介電層中間形成一層磷硅玻璃或硼磷硅玻璃的拋光停止層,由于該拋光停止層的硬度與介電層不同,采用終點電流信號偵測的方式拋光至該停止層時能自動停止,拋光后的介電層的膜厚能夠得到準(zhǔn)確的控制。
文檔編號B24B29/02GK101894739SQ200910027668
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者張炳一, 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
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