專利名稱：淺溝槽隔離工藝中化學(xué)機(jī)械研磨工藝窗口確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路中的STI(淺溝槽隔離)工藝方法，特別是涉及一種STI工藝中CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)工藝的時(shí)間控制和工藝窗口確定方法。
背景技術(shù)：
STI作為器件隔離技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用在先進(jìn)半導(dǎo)體工藝技術(shù)中。其工序主要為PAD OXIDE(墊氧化膜)生長(zhǎng)、氮化膜生長(zhǎng)、淺槽刻蝕、HDP(高密度等離子)氧化膜淀積、反轉(zhuǎn)刻蝕、CMP、氫氟酸刻蝕以及磷酸刻蝕部分組成。其中，CMP工藝是STI模塊的關(guān)鍵工藝。它利用化學(xué)和機(jī)械的方法對(duì)HDP進(jìn)行研磨最終實(shí)現(xiàn)平坦化。然而CMP研磨對(duì)于硅片表面不同圖形有很大的依賴性，圖形的圖案、密度以及大小都會(huì)影響到工藝的穩(wěn)定性、可控性和重復(fù)性。如何有效而準(zhǔn)確的確定CMP的工藝窗口，提高其在硅片內(nèi)芯片間的均勻性以及芯片內(nèi)的均勻性，是該工藝在生產(chǎn)應(yīng)用中得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，也是該工藝目前面臨的主要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種STI CMP工藝窗口確定方法，可以有效而快速地建立起STI CMP研磨時(shí)間的工藝窗口，為后續(xù)優(yōu)化工藝，縮短開發(fā)時(shí)間，提高產(chǎn)品良品率奠定基礎(chǔ)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的STI CMP工藝窗口確定方法，包括如下步驟
第一步、在最佳估計(jì)的研磨時(shí)間上下遞增和遞減時(shí)間，記錄下氮化硅殘留的膜厚以及相對(duì)應(yīng)的時(shí)間；第二步、對(duì)所有的硅片進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察，觀察標(biāo)準(zhǔn)主要以色差為依據(jù)，記錄下所有觀測(cè)點(diǎn)都無(wú)色差的最長(zhǎng)研磨時(shí)間和所有觀測(cè)點(diǎn)都有色差的最短研磨時(shí)間，將該時(shí)間段確定為CMP研磨時(shí)間工藝窗口的高段；第三步、接著，對(duì)所有無(wú)色差的硅片跳過氫氟酸腐蝕，直接用磷酸腐蝕，然后，對(duì)所有硅片進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察，觀察標(biāo)準(zhǔn)主要以殘留物為依據(jù)，記錄下所有觀測(cè)點(diǎn)都有殘留的最長(zhǎng)研磨時(shí)間和所有觀測(cè)點(diǎn)都無(wú)殘留的最短研磨時(shí)間，將該時(shí)間段確定為CMP研磨時(shí)間工藝窗口的低段；第四步、將所述高段和低段之間的氮化膜的差以及所對(duì)應(yīng)的研磨時(shí)間段確定為STI CMP工藝窗口。
在CMOS工藝SOC(片上系統(tǒng))的產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，STI反版更新改版后使用本發(fā)明的方法，并同原有的舊版進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，新版狀況下的STI CMP工藝窗口是原來(lái)舊版的4倍，對(duì)于更改新版所帶來(lái)的效果有了最直接和最快速的驗(yàn)證。在最后的產(chǎn)品測(cè)試后，新版的產(chǎn)品良品率也有所提高，這也證明了本發(fā)明的有效性。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖1是應(yīng)用本發(fā)明的方法對(duì)硅片進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察的結(jié)果示意圖，其中，(a)是在有源區(qū)稀疏區(qū)域的色差示意圖，(b)是在有源區(qū)密集區(qū)域的殘留示意圖；圖2是應(yīng)用本發(fā)明的方法確定的STI CMP工藝窗口示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的STI CMP工藝窗口確定方法，包括如下步驟1、在最佳估計(jì)的研磨時(shí)間上下遞增和遞減時(shí)間，記錄下氮化硅殘留的膜厚以及相對(duì)應(yīng)的時(shí)間。
2、對(duì)所有的硅片進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察。觀察位置為有源區(qū)面積較小且間隔較大的區(qū)域，一般為存儲(chǔ)器周邊電路，邏輯電路或者TEG(測(cè)試單元群)區(qū)域。在硅片面內(nèi)觀察中心和周邊的五點(diǎn)或九點(diǎn)。觀察標(biāo)準(zhǔn)主要是以色差為依據(jù)，這是因?yàn)椴煌穸鹊谋∧せ虿煌べ|(zhì)對(duì)光的反射有所不同。由于過度的研磨會(huì)導(dǎo)致稀疏區(qū)域的膜厚的不均勻，這種不均勻表現(xiàn)為顏色的不同。因此，顏色的差異可以判斷過度研磨后殘膜厚度不均勻的程度，如圖1(a)所示。記錄下所有觀測(cè)點(diǎn)都無(wú)色差的最長(zhǎng)研磨時(shí)間和所有觀測(cè)點(diǎn)都有色差的最短研磨時(shí)間，這一段就是CMP研磨時(shí)間工藝窗口的高段。
3、接著，對(duì)所有無(wú)色差的硅片跳過氫氟酸腐蝕，直接用磷酸腐蝕。然后，對(duì)所有硅片進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察，觀察位置為有源區(qū)面積較小間隔也較小的區(qū)域，一般為存儲(chǔ)器矩陣電路，如ROM，RAM區(qū)域。在硅片面內(nèi)觀察中心和周邊的五點(diǎn)或九點(diǎn)。
觀察標(biāo)準(zhǔn)主要是以殘留物為依據(jù)。由于在有源區(qū)密集的區(qū)域研磨速率較慢，如果研磨不足會(huì)導(dǎo)致在氮化硅表面有HDP氧化膜的殘留。由于未經(jīng)過氫氟酸處理，而直接用磷酸腐蝕，這樣，有HDP氧化殘留的區(qū)域的氮化膜就不會(huì)受到腐蝕，從而在硅片表面產(chǎn)生斑狀的殘留。在光學(xué)顯微鏡下可以很清楚的觀察到這種殘留，如圖1(b)所示。
記錄下所有觀測(cè)點(diǎn)都有殘留的最長(zhǎng)研磨時(shí)間和所有觀測(cè)點(diǎn)都無(wú)殘留的最短研磨時(shí)間，這一段就是CMP研磨時(shí)間工藝窗口的低段。
4、高段和低段之間的氮化膜的差以及所對(duì)應(yīng)的研磨時(shí)間段即是本發(fā)明所述的工藝窗口。如圖2所示。
下面結(jié)合在一產(chǎn)品工藝開發(fā)中，采用本發(fā)明的方法確定CMP的工藝窗口的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
1、最佳研磨時(shí)間參考上一系列產(chǎn)品的時(shí)間，氮化膜的目標(biāo)值為1050A，以該厚度為中心，以50為一個(gè)間隔分別研磨到1150、1100、1000、950。
2、CMP結(jié)束后，用光學(xué)顯微鏡對(duì)這五片硅片進(jìn)行觀察。在邏輯電路中選擇有源區(qū)小于0.8×0.8平方微米，間隔大于10微米的區(qū)域。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，氮化膜為1050到950的硅片均有色差，殘膜越薄色差越明顯。這說(shuō)明工藝窗口的過度研磨的低端為1050到1100。
3、將1100和1150的兩片硅片進(jìn)行磷酸腐蝕，然后再用光學(xué)顯微鏡對(duì)硅片觀察。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，兩片均有氮化膜殘留現(xiàn)象。這樣，工藝窗口的不足研磨的低段為0。
4、因此，該CMP的工藝窗口在1100和1150之間，小于50。
在該產(chǎn)品STI反轉(zhuǎn)更新后，再次對(duì)五片硅片進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)色差和殘留的現(xiàn)象，因此STI CMP的工藝窗口是原來(lái)4倍以上。在最后的產(chǎn)品測(cè)試后，新版的產(chǎn)品良品率也有所提高，這證明了本發(fā)明的方法的有效性，也說(shuō)明了該方法是更改新版效果最直接和最快速的驗(yàn)證。
權(quán)利要求
1.一種STI CMP工藝窗口確定方法，其特征在于包括如下步驟第一步、在最佳估計(jì)的研磨時(shí)間上下遞增和遞減時(shí)間，記錄下氮化硅殘留的膜厚以及相對(duì)應(yīng)的時(shí)間；第二步、對(duì)所有的硅片進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察，觀察標(biāo)準(zhǔn)主要以色差為依據(jù)，記錄下所有觀測(cè)點(diǎn)都無(wú)色差的最長(zhǎng)研磨時(shí)間和所有觀測(cè)點(diǎn)都有色差的最短研磨時(shí)間，將該段確定為CMP研磨時(shí)間工藝窗口的高段；第三步、接著，對(duì)所有無(wú)色差的硅片跳過氫氟酸腐蝕，直接用磷酸腐蝕，然后，對(duì)所有硅片進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察，觀察標(biāo)準(zhǔn)主要以殘留物為依據(jù)，記錄下所有觀測(cè)點(diǎn)都有殘留的最長(zhǎng)研磨時(shí)間和所有觀測(cè)點(diǎn)都無(wú)殘留的最短研磨時(shí)間，將該段確定為CMP研磨時(shí)間工藝窗口的低段；第四步、將所述高段和低段之間的氮化膜的差以及所對(duì)應(yīng)的研磨時(shí)間段確定為STI CMP工藝窗口。
2.如權(quán)利要求1所述的STI CMP工藝窗口確定方法，其特征在于第二步中所述的觀察，其觀察位置為有源區(qū)面積較小且間隔較大的區(qū)域，一般為存儲(chǔ)器周邊電路、邏輯電路或者TEG區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的STI CMP工藝窗口確定方法，其特征在于在硅片面內(nèi)觀察中心和周邊的五點(diǎn)或九點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的STI CMP工藝窗口確定方法，其特征在于第三步中所述的觀察，其觀察位置為有源區(qū)面積較小間隔也較小的區(qū)域，一般為存儲(chǔ)器矩陣電路。
5.如權(quán)利要求4所述的STI CMP工藝窗口確定方法，其特征在于在硅片面內(nèi)觀察中心和周邊的五點(diǎn)或九點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種STI CMP工藝窗口確定方法，首先，在最佳估計(jì)的研磨時(shí)間上下遞增和遞減時(shí)間，記錄下氮化硅殘留的膜厚以及相對(duì)應(yīng)的時(shí)間；然后對(duì)所有的硅片進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察；接著，對(duì)所有無(wú)色差的硅片跳過氫氟酸腐蝕，直接用磷酸腐蝕，然后，對(duì)所有硅片進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察；最后將CMP研磨時(shí)間工藝窗口的低段和高段之間的氮化膜的差以及所對(duì)應(yīng)的研磨時(shí)間段確定為STI CMP工藝窗口。本發(fā)明可以有效而快速地建立起STI CMP研磨時(shí)間的工藝窗口，為后續(xù)優(yōu)化工藝，縮短開發(fā)時(shí)間，提高產(chǎn)品良品率奠定基礎(chǔ)。適用于半導(dǎo)體集成電路制造中的STI工藝。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1787202SQ20041008922
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2004年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月8日
發(fā)明者馬巍, 陳華倫, 周貫宇, 虞軍毅 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司