[發明專利]檢測圖形片硅研磨速率的方法

有效

• 申請號: 201110412661.1
• 申請日: 2011-12-12
• 公開（公告）號: CN103165487A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 程曉華;陳豪
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 孫大為

技術領域

本發明涉及一種半導體研磨速率監控的方法。

背景技術

目前，半導體工藝硅外延片膜厚測試方法主要采用傅立葉紅外(FTIR)測試方法，此方法是根據硅外延層和襯底層的摻雜濃度有明顯的差異來標定外延層的厚度(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)。但外延生長是在高溫條件下進行的(一般高于1000度)，襯底的摻雜物質在外延生長過程中會向外延層中擴散，從而導致襯底和外延層的界面上移且變得模糊，不同的外延生長條件界面上移的程度不同，用此方法測出的結果存在著較大誤差，且不能精確定位圖形硅片表面所需測量圖形，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，傳統的MTE量測也存在一定的誤差失效。圖形片硅研磨速率監控現在主要是依靠FA切片進行X-SEM顯像量測EPI外延CMP后值從而通過膜厚差值和時間的關系算出硅研磨速率，繁復而且對硅片的利用率不高。

傳統圖形片在硅的化學機械研磨工藝(CMP)中，由于深溝槽內填充的單晶和襯底上的外延硅屬于同一種材料，對與硅研磨液沒有選擇比。如果在研磨過程中直接接觸到襯底硅表面，則可能影響器件的某些電學性能。傳統的(MTE)橢偏膜厚量測機臺去測量其厚度從而準確監控研磨過程。一般地非圖形片的單晶厚度用FTIR量測，此方法是根據硅外延層和襯底層的摻雜濃度有明顯的差異來標定外延層的厚度(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)。但外延生長是在高溫條件下進行的(一般高于1000度)，襯底的摻雜物質在外延生長過程中會向外延層中擴散，從而導致襯底和外延層的界面上移且變得模糊，不同的外延生長條件界面上移的程度不同，用此方法測出的結果存在著較大誤差，且不能精確定位圖形硅片表面所需測量圖形，因此在硅圖形片中FTIR不適用。

對于CMP工藝，非圖形和圖形片的研磨速率通常有較大的差異。對于圖形片的速率檢測，無法用FTIR完成，目前常通過是(FA切片)進行X-SEM顯像量測膜厚然后結合研磨時間進行計算圖形片(patternwafer)速率檢測，過程復雜且不具有實用性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種，它可以解決硅外延圖形片研磨速率監控問題，方便有效控制調準CMP工藝。

為了解決以上技術問題，本發明提供了一種檢測圖形片硅研磨速率的方法，包括以下步驟：步驟一、測量并記錄圖形結構片特定量測圖形不同位置的的初始斷差；步驟二、選擇幾枚硅生長厚度相當的圖形片，用化學機械拋光設備對每一枚外延片以不同時間進行研磨；步驟三、對每一枚用不同時間研磨的硅圖形結構片在特定量測圖形位置的斷差后值進行測量并記錄后值；步驟四、對每一枚硅圖形結構片的斷差后值和不同的研磨時間作圖得出直線。此直線的斜率K即為在硅片任意位置處的研磨速率。

本發明的有益效果在于：該方法可以獲得可以準確測定任何不同圖形片的硅研磨速率，快速有效。不同于切片對硅片的破壞性檢測，對硅片的再利用率高。

所述步驟一中量測機臺可以是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的硅圖形片以不同時間進行研磨，時間選取可以是有一定間隔的任何時間。

所述步驟四中用多枚硅圖形結構片分別進行不同時間的研磨，避免了在一枚上單獨研磨時可能會產生的速率突變從而造成測定的誤差，以此作出的速率值具有線性相關。

本發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、硅襯底表面硬質掩膜hardmask沉積，所用的硬質掩膜hardmask可為氧化膜、氮化膜或者氮氧化膜；

步驟二、硬質掩膜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掩膜hardmask表面。

所述步驟二中氮化膜和氧化膜的刻蝕的成長工藝可為等離子體增強化學氣相沉積法PE-CVD，常壓化學氣相淀積法AP-CVD，低壓化學氣相沉法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。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

圖1是圖形片硅外延生長初始斷差H0示意圖；

圖2是圖形片硅研磨t1時間斷差后值H1示意圖；

圖3是圖形片硅研磨t2時間斷差后值H2示意圖；