專利名稱：檢測(cè)圖形片硅研磨速率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體研磨速率監(jiān)控的方法。
背景技術(shù)：
目前，半導(dǎo)體工藝硅外延片膜厚測(cè)試方法主要采用傅立葉紅外(FTIR)測(cè)試方法，此方法是根據(jù)硅外延層和襯底層的摻雜濃度有明顯的差異來(lái)標(biāo)定外延層的厚度(襯底一般具有高的摻雜濃度，例如高摻雜的P型或N型襯底)。但外延生長(zhǎng)是在高溫條件下進(jìn)行的(一般高于1000度)，襯底的摻雜物質(zhì)在外延生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)向外延層中擴(kuò)散，從而導(dǎo)致襯底和外延層的界面上移且變得模糊，不同的外延生長(zhǎng)條件界面上移的程度不同，用此方法測(cè)出的結(jié)果存在著較大誤差，且不能精確定位圖形硅片表面所需測(cè)量圖形，因此在硅圖形片中FTIR不適用。由于硅的不透光性和表面粗糙度，傳統(tǒng)的MTE量測(cè)也存在一定的誤差失效。圖形片硅研磨速率監(jiān)控現(xiàn)在主要是依靠FA切片進(jìn)行X-SEM顯像量測(cè)EPI外延CMP后值從而通過(guò)膜厚差值和時(shí)間的關(guān)系算出硅研磨速率，繁復(fù)而且對(duì)硅片的利用率不高。傳統(tǒng)圖形片在硅的化學(xué)機(jī)械研磨工藝(CMP)中，由于深溝槽內(nèi)填充的單晶和襯底上的外延硅屬于同一種材料，對(duì)與硅研磨液沒(méi)有選擇比。如果在研磨過(guò)程中直接接觸到襯底硅表面，則可能影響器件的某些電學(xué)性能。傳統(tǒng)的(MTE)橢偏膜厚量測(cè)機(jī)臺(tái)去測(cè)量其厚度從而準(zhǔn)確監(jiān)控研磨過(guò)程。一般地非圖形片的單晶厚度用FTIR量測(cè)，此方法是根據(jù)硅外延層和襯底層的摻雜濃度有明顯的差異來(lái)標(biāo)定外延層的厚度(襯底一般具有高的摻雜濃度，例如高摻雜的P型或N型襯底)。但外延生長(zhǎng)是在高溫條件下進(jìn)行的(一般高于1000度)，襯底的摻雜物質(zhì)在外延生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)向外延層中擴(kuò)散，從而導(dǎo)致襯底和外延層的界面上移且變得模糊，不同的外延生長(zhǎng)條件界面上移的程度不同，用此方法測(cè)出的結(jié)果存在著較大誤差，且不能精確定位圖形硅片表面所需測(cè)量圖形，因此在硅圖形片中FTIR不適用。對(duì)于CMP工藝，非圖形和圖形片的研磨速率通常有較大的差異。對(duì)于圖形片的速率檢測(cè)，無(wú)法用FTIR完成，目前常通過(guò)是(FA切片)進(jìn)行X-SEM顯像量測(cè)膜厚然后結(jié)合研磨時(shí)間進(jìn)行計(jì)算圖形片(patternwafer)速率檢測(cè),過(guò)程復(fù)雜且不具有實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種，它可以解決硅外延圖形片研磨速率監(jiān)控問(wèn)題，方便有效控制調(diào)準(zhǔn)CMP工藝。為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)圖形片硅研磨速率的方法，包括以下步驟:步驟一、測(cè)量并記錄圖形結(jié)構(gòu)片特定量測(cè)圖形不同位置的的初始斷差；步驟二、選擇幾枚硅生長(zhǎng)厚度相當(dāng)?shù)膱D形片，用化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備對(duì)每一枚外延片以不同時(shí)間進(jìn)行研磨；步驟三、對(duì)每一枚用不同時(shí)間研磨的硅圖形結(jié)構(gòu)片在特定量測(cè)圖形位置的斷差后值進(jìn)行測(cè)量并記錄后值；步驟四、對(duì)每一枚硅圖形結(jié)構(gòu)片的斷差后值和不同的研磨時(shí)間作圖得出直線。此直線的斜率K即為在硅片任意位置處的研磨速率。本發(fā)明的有益效果在于:該方法可以獲得可以準(zhǔn)確測(cè)定任何不同圖形片的硅研磨速率，快速有效。不同于切片對(duì)硅片的破壞性檢測(cè)，對(duì)硅片的再利用率高。所述步驟一中量測(cè)機(jī)臺(tái)可以是MRH掃描探針或AFM原子力顯微鏡。所述步驟二中每一枚厚度相當(dāng)?shù)墓鑸D形片以不同時(shí)間進(jìn)行研磨，時(shí)間選取可以是有一定間隔的任何時(shí)間。所述步驟四中用多枚硅圖形結(jié)構(gòu)片分別進(jìn)行不同時(shí)間的研磨，避免了在一枚上單獨(dú)研磨時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生的速率突變從而造成測(cè)定的誤差，以此作出的速率值具有線性相關(guān)。本發(fā)明還提供了所需要用的硅圖形片的制備方法:包括以下步驟:步驟一、娃襯底表面硬質(zhì)掩膜hardmask沉積,所用的硬質(zhì)掩膜hardmask可為氧化膜、氮化膜或者氮氧化膜；步驟二、硬質(zhì)掩膜hardmask刻蝕,氧化膜干法刻蝕,溝槽底部刻到底；步驟三、選擇性外延單晶沉積,使外延單晶的高度大于硬質(zhì)掩膜hardmask表面。所述步驟二中氮化膜和氧化膜的刻蝕的成長(zhǎng)工藝可為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法PE-CVD，常壓化學(xué)氣相淀積法AP-CVD，低壓化學(xué)氣相沉法LP-CVD。所述步驟二中氮化膜和氧化膜的厚度為10 5000埃。所述步驟三中硬質(zhì)掩膜hardmask刻蝕,氧化膜干法刻蝕,溝槽底部刻到底；特征尺寸大小可以是5 50微米。所述步驟四中外延高度可以為10.0-100.0微米。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1是圖形片硅外延生長(zhǎng)初始斷差HO示意圖；圖2是圖形片娃研磨tl時(shí)間斷差后值Hl不意圖；圖3是圖形片硅研磨t2時(shí)間斷差后值H2示意圖；圖4是圖形片硅研磨t3時(shí)間斷差后值H3示意圖；圖5是圖形片硅研磨速率一次直線示意圖。圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明:1:襯底硅片，2:氧化膜(氮化膜)阻擋層，3:硅外延層。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出一種通過(guò)(MRH)段差儀測(cè)量多枚硅圖形片不同時(shí)間研磨后的某一特定量測(cè)圖形的斷差值從而作圖檢測(cè)圖形片硅研磨速率(適用于檢測(cè)不同硅圖形片在晶圓不同位置，如(中心Center\中部Middle\邊緣Edge)的速率)的方法,其可以快速有效的檢測(cè)任何時(shí)間下的硅圖形片的研磨速率，不用切片檢查，保證了硅片的再利用。本發(fā)明通過(guò)選擇性外延的工藝方法，制備具有一定段差的圖形片，通過(guò)用段差儀檢測(cè)不同研磨時(shí)間晶圓表面剩余的段差值，來(lái)檢測(cè)圖形片的研磨速率。本發(fā)明通過(guò)選擇性外延的工藝方法，制備具有一定段差的圖形片，通過(guò)用段差儀檢測(cè)不同研磨時(shí)間晶圓表面剩余的段差值，來(lái)檢測(cè)圖形片的研磨速率。所需要用的硅圖形片的制備方法:1、娃襯底I表面硬質(zhì)掩膜hardmask沉積,所用的硬質(zhì)掩膜hardmask可為氧化膜、氮化膜或者氮氧化膜2。氮化膜和氧化膜2的刻蝕的成長(zhǎng)工藝可為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法PE-CVD，常壓化學(xué)氣相淀積法AP-CVD，低壓化學(xué)氣相沉法LP-CVD等。厚度為10 5000 埃。2、硬質(zhì)掩膜hardmask刻蝕，氧化膜干法刻蝕，溝槽底部刻到底。特征尺寸大小可以是5 50微米。3、選擇性單晶娃外延3沉積,使娃外延3的高度大于硬質(zhì)掩膜hardmask表面。(這里以超級(jí)結(jié)EPI外延為例，需要做到硬質(zhì)掩膜hardmask open,然后進(jìn)行選擇性外延工藝。)外延高度可以為10.0-100.0微米。本發(fā)明所述一種檢測(cè)圖形片硅研磨速率的方法，其包括:I)如圖1所示，測(cè)量并記錄圖形結(jié)構(gòu)片特定量測(cè)圖形不同位置的的初始斷差；2)如圖2-圖4所示，選擇幾枚硅生長(zhǎng)厚度相當(dāng)?shù)膱D形片，用化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備對(duì)每一枚Epi外延片以不同時(shí)間進(jìn)行研磨；3)對(duì)每一枚用不同時(shí)間研磨的硅圖形結(jié)構(gòu)片在特定量測(cè)圖形位置(可以是硅片的任意位置)的斷差后值進(jìn)行測(cè)量并記錄后值；4)如圖5所示，對(duì)每一枚硅圖形結(jié)構(gòu)片的斷差后值和不同的研磨時(shí)間作圖得出直線。此直線的斜率K即為在硅片任意位置處的研磨速率。所述步驟I)中量測(cè)機(jī)臺(tái)可以是MRH掃描探針或AFM原子力顯微鏡，因?yàn)楣璧牟煌腹庑院捅砻娲植?，無(wú)法用常規(guī)MTE機(jī)臺(tái)(橢偏膜厚量測(cè)機(jī)臺(tái))量測(cè)Epi外延厚度，由于硅有較好的保形性，斷差頂部可以較平坦，適用MRH掃描探針?lè)?。所述步驟2)每一枚厚度相當(dāng)?shù)墓鑸D形片以不同時(shí)間進(jìn)行研磨，時(shí)間選取可以是有一定間隔的任何時(shí)間。所述步驟4)中用多枚硅圖形結(jié)構(gòu)片分別進(jìn)行不同時(shí)間的研磨，避免了在一枚上單獨(dú)研磨時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生的速率突變從而造成測(cè)定的誤差，以此作出的速率值具有線性相關(guān)。在硅圖形片上，用MRH掃描探針機(jī)臺(tái)去測(cè)量它選定量測(cè)圖形的斷差(可以是硅片任何位置的圖形)，記錄初始數(shù)據(jù)，然后選擇幾枚水準(zhǔn)相當(dāng)?shù)墓鑸D形片，用化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備對(duì)每一枚硅圖形片分別以不同時(shí)間進(jìn)行研磨，之后再用MRH去量測(cè)每一枚圖形片的選定圖形的斷差后值，以此作出的斜率直線，斜率K即是硅圖形片在選定圖形位置的研磨速率。例中硅膜可以是LPC生長(zhǎng)也可以是EPI外延生長(zhǎng)，所用的量測(cè)儀器可以是MRH斷差儀和AFM原子力顯微鏡，而且該方法適用于任何硅生長(zhǎng)的圖形片，而且對(duì)硅研磨速率的檢測(cè)不用FA切片，不是破壞性的。本發(fā)明并不限于上文討論的實(shí)施方式。以上對(duì)具體實(shí)施方式
的描述旨在于為了描述和說(shuō)明本發(fā)明涉及的技術(shù)方案。基于本發(fā)明啟示的顯而易見(jiàn)的變換或替代也應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。以上的具體實(shí)施方式
用來(lái)揭示本發(fā)明的最佳實(shí)施方法，以使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠應(yīng)用本發(fā)明的多種實(shí)施方式以及多種替代方式來(lái)達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)圖形片硅研磨速率的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、測(cè)量并記錄圖形結(jié)構(gòu)片特定量測(cè)圖形不同位置的的初始斷差； 步驟二、選擇幾枚硅生長(zhǎng)厚度相當(dāng)?shù)膱D形片，用化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備對(duì)每一枚外延片以不同時(shí)間進(jìn)行研磨； 步驟三、對(duì)每一枚用不同時(shí)間研磨的硅圖形結(jié)構(gòu)片在特定量測(cè)圖形位置的斷差后值進(jìn)行測(cè)量并記錄后值； 步驟四、對(duì)每一枚硅圖形結(jié)構(gòu)片的斷差后值和不同的研磨時(shí)間得出直線，此直線的斜率K即為在硅片任意位置處的研磨速率。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)圖形片硅研磨速率的方法，其特征在于，所述步驟一中量測(cè)機(jī)臺(tái)可以是MRH掃描探針或AFM原子力顯微鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)圖形片硅研磨速率的方法，其特征在于，所述步驟二中每一枚厚度相當(dāng)?shù)墓鑸D形片以不同時(shí)間進(jìn)行研磨，時(shí)間選取可以是有一定間隔的任何時(shí)間。
4.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)圖形片硅研磨速率的方法，其特征在于，所述步驟四中用多枚硅圖形結(jié)構(gòu)片分別進(jìn)行不同時(shí)間的研磨。
5.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)圖形片硅研磨速率的方法，其特征在于，所需要用的硅圖形片的制備方法:包括以下步驟: 步驟一、硅襯底表面硬質(zhì)掩膜沉積，所用的硬質(zhì)掩膜可為氧化膜、氮化膜或者氮氧化膜； 步驟二、硬質(zhì)掩膜刻蝕，氧化膜干法刻蝕，溝槽底部刻到底； 步驟三、選擇性外延單晶沉積，使外延單晶的高度大于硬質(zhì)掩膜表面。
6.如權(quán)利要求5所述的檢測(cè)圖形片硅研磨速率的方法，其特征在于，所述步驟二中氮化膜和氧化膜的刻蝕的成長(zhǎng)工藝可為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法PE-CVD，常壓化學(xué)氣相淀積法AP-CVD，低壓化學(xué)氣相沉法LP-CVD。
7.如權(quán)利要求6所述的檢測(cè)圖形片硅研磨速率的方法，其特征在于，所述步驟二中氮化膜和氧化膜的厚度為10 5000埃。
8.如權(quán)利要求5所述的檢測(cè)圖形片硅研磨速率的方法，其特征在于，所述步驟三中硬質(zhì)掩膜刻蝕，氧化膜干法刻蝕，溝槽底部刻到底；特征尺寸大小可以是5 50微米。
9.如權(quán)利要求5所述的檢測(cè)圖形片硅研磨速率的方法，其特征在于，所述步驟四中外延沉積工藝可為常壓或減壓外延生長(zhǎng)，高度可以為10.0-100.0微米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種檢測(cè)圖形片硅研磨速率的方法，包括以下步驟步驟一、測(cè)量并記錄圖形結(jié)構(gòu)片特定量測(cè)圖形不同位置的初始斷差；步驟二、選擇幾枚硅生長(zhǎng)厚度相當(dāng)?shù)膱D形片，用化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備對(duì)每一枚外延片以不同時(shí)間進(jìn)行研磨；步驟三、對(duì)每一枚用不同時(shí)間研磨的硅圖形結(jié)構(gòu)片在特定量測(cè)圖形位置的斷差后值進(jìn)行測(cè)量并記錄后值；步驟四、對(duì)每一枚硅圖形結(jié)構(gòu)片的斷差后值和不同的研磨時(shí)間作圖得出直線。此直線的斜率K即為在硅片任意位置處的研磨速率。本發(fā)明可以獲得可以準(zhǔn)確測(cè)定任何不同圖形片的硅研磨速率，快速有效。不同于切片對(duì)硅片的破壞性檢測(cè)，對(duì)硅片的再利用率高。
文檔編號(hào)H01L21/66GK103165487SQ20111041266
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者程曉華, 陳豪 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司