[发明专利]化学机械研磨及其终点检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种化学机械研磨及其 终点检测方法。

背景技术

化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，CMP)是 一种全局表面平坦化技术，在半导体制造过程中用以减小晶片厚度的变 化和表面形貌的影响。由于CMP可精确并均匀地把晶片平坦化为需要的厚 度和平坦度，已经成为半导体制造过程中应用最广泛的一种表面平坦化 技术。

实际生产过程中，通常采用终点检测来衡量CMP是否已将材料研磨至 所需厚度。有些CMP应用对终点检测来说是简单的，如平坦化钨覆盖层时， 由于金属钨和下面介质层材料间具有不同的平坦化速率，平坦化过程会 在介质层材料处停下来，此时，介质层作为金属钨层平坦化的研磨终止 层存在。但对于无研磨终止层的平坦化过程而言，通常利用原位终点检 测弥补平坦化速率的变化并提供平坦化均匀性的检测。现行的两种最常 用的原位终点检测方法为电机电流终点检测法和光学终点检测法。

电机电流终点检测法通过检测磨头或转盘电机中的电流量监控平坦 化速率。平坦化量的变化(即电机负载)会导致电机电流量的变化，由 于磨头是匀速旋转的，为补偿电机负载的变化，电机电流量会有相应变 化，即电机电流对晶片表面粗糙程度的变化是敏感的。由此，通过检测 电机电流量的变化可实现平坦化程度的检测。光学终点检测法是一种基 于光反射原理的终点检测方法，光从膜层上反射的不同角度与膜层材料 和膜层厚度相关，若膜层材料厚度变化，光学终点检测可测量到从平坦 化膜层反射的紫外光或可见光之间的干涉。利用干涉信号处理算法连续 地测量平坦化中膜层厚度的变化，可测定平坦化速率。相应的化学机械 研磨及其终点检测方法在2005年9月21日公开的公告号为“CN1670923A” 的中国专利申请中以及在2006年1月4日公开的公告号为“CN1717785A” 的中国专利申请中有所披露。

实际生产中，执行化学机械研磨操作的步骤包括：确定检测参数； 获得所述检测参数与时间的函数关系；执行主研磨操作，直至所述检测 参数取设定值；以所述设定值对应的时间为基点，执行过研磨操作。

以利用光学方法进行研磨终点检测为例，获得的终点检测检测图像如 图1所示，所述终点检测检测图像为选定的检测参数与时间的函数曲线。

如图1所示，所述函数是单调递减函数，在对应时间为75～125秒 之间所述函数递减程度较为剧烈，说明经历此段过程后，研磨表面趋于 平坦；通常，选定上述时间区间内的任一值对应的检测参数值为设定值， 使得当所述检测参数达到所述设定值时，停止所述主研磨操作；继而， 以所述设定值对应的时间为基点，执行过研磨操作。

然而，即使在上述时间区间内所述函数递减程度较为剧烈，但由于 所述函数是逐渐递减的，实践中，难以确定所述检测参数达到设定值； 即，利用现有技术难以准确地确定所述过研磨操作的基点，而所述过研 磨操作又是利用其确定的持续时间检测终点，致使所述基点选取的不准 确将导致确定的研磨终点不准确，使得经历所述研磨操作后膜层的平坦 度难以满足要求。

发明内容

本发明提供了一种化学机械研磨方法，可准确地确定过研磨操作的 基点，提高晶片之间研磨的均匀性；本发明提供了一种化学机械研磨终 点检测方法，可准确地确定主研磨操作的终点，继而准确地确定过研磨 操作的基点，以提高晶片之间研磨的均匀性。

本发明提供的一种化学机械研磨方法，包括：

确定检测参数；

执行主研磨操作，获得所述检测参数的变化率与时间的函数关系；

在所述检测参数的变化率取极值之时或之后，执行过研磨操作。

可选地，所述检测参数为反射率或电流值；可选地，所述极值为极 小值。

本发明提供的一种化学机械研磨方法，包括：

确定检测参数；

执行主研磨操作，获得所述检测参数与时间的函数关系；

获得所述函数的N次导数函数，N大于1；

在所述N次导数函数取极值之时或之后，执行过研磨操作。

可选地，所述检测参数为反射率或电流值；可选地，所述极值为至 少一个极小值及/或至少一个极大值中的一个；可选地，所述极值为获 得的第一个极小值或第一个极大值。