[發明專利]一種監控鎢CMP工藝出現的晶邊鎢殘留的方法

在審

• 申請號: 202110877913.1
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113611625A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 陶仁峰;李協吉;李儒興
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;H01L21/306;H01L21/67
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 周耀君

本發明提供一種監控鎢CMP工藝出現的晶圓邊緣鎢殘留的方法，包括以下步驟：提供檢測晶圓，在檢測晶圓的表面形成氧化物膜層，氧化物膜層覆蓋中心區域和邊緣區域的表面；對氧化物膜層執行鎢CMP工藝，并測試晶圓邊緣區域處對氧化物膜層的研磨速率；以及根據檢測晶圓邊緣氧化層研磨速率來監控鎢CMP機臺的狀態，據此判斷產品晶圓是否會在邊緣區域存在大量的鎢殘留。本發明通過上述步驟可以通過在線監控氧化物膜層的研磨速率來替代在線監控鎢膜層的研磨速率來監控鎢CMP工藝出現的晶邊鎢殘留狀況，實現提前預防由于鎢殘留導致鈍化層蝕刻制程出現金屬線容易被電流擊穿并焦化的問題以及電性測試時出現的“燒針”現象造成的晶圓報廢和測試設備的損傷。

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種監控鎢CMP工藝出現的晶邊鎢殘留的方法。

背景技術

化學機械拋光(CMP)的研磨過程是化學作用與機械作用的共同結果，其中，化學作用主要由研磨漿(Slurry)提供；而機械作用則與機臺施加于研磨頭上的壓力、Wafer與研磨平臺的相對運動、Slurry中的研磨顆粒有關。晶圓在其邊緣區域具有晶圓邊界曝光(WEE，Wafer Edge Exposure)區域和清邊(EBR)區域。所述WEE區域及EBR區域相對于晶圓的中心區域呈類似于凹陷狀的圖形，使得WEE區域及EBR區域在CMP工藝過程中受到的機械力度相對較弱，實際研磨速率相對較低，鎢CMP工藝完成后容易在晶邊出現鎢殘留(如圖1a所示)。

以AMAT的Mirra_Ontrak(或Mirra_Mesa)機臺以及EBARA的F*REX200機臺分別進行鎢CMP工藝。傳統的鎢CMP一般采用沉積有鎢薄膜的空白片來測試研磨機臺的研磨速率和研磨均勻性，對于200mm鎢CMP工藝，研磨速率測試的坐標為沿直徑方向-95mm至95mm區間(21pts linescan)。在本專利的測試對象中，Mirra_Ontrak與F*REX200機臺的平均研磨速率相當，Mirra_Ontrak機臺的95mm位置處的鎢研磨速率為3100埃/分鐘，而F*REX200機臺95mm位置處的研磨速率為2900埃/分鐘，比前者略低。但事實上，產品晶圓在使用F*REX200機臺進行鎢CMP之后邊緣沒有鎢殘留，反而Mirra_Ontrak機臺在鎢CMP工藝之后邊緣處存在嚴重的鎢殘留。這表明傳統的研磨速率測試方法無法表征產品晶圓在邊緣處的鎢殘留情況。這是因為產品的WEE和EBR一般在97mm以外，傳統的用于鎢CMP研磨速率測試的空白晶圓在沉積金屬(例如鎢)薄膜時，在晶圓97mm以外(即距離晶圓中心點的距離97mm外)的金屬薄膜的厚度非常薄，并且晶圓的邊緣處的研磨速率受研磨漿的化學作用更強，使得該處的金屬薄膜在測試研磨速率時會被完全去除。因此直接測試晶圓的邊緣97mm以外的鎢研磨速率不可行且效用有限，傳統的95mm研磨速率監控對于晶圓的邊緣97mm外的研磨速率幾乎沒有參考意義。

而該鎢殘留使得后續的鈍化層的蝕刻工藝會出現金屬線容易被電流擊穿并焦化的問題(如圖1b所示)以及電性測試(例如Cp test)時出現的“燒針”現象。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種監控鎢CMP工藝出現的晶邊鎢殘留的方法，可以在日常測機時有效監控鎢CMP機臺的狀況，避免在機臺狀態惡化或不合格時繼續作業從而導致產品晶圓在邊緣處出現大量的鎢殘留，以避免在鈍化層的蝕刻工藝出現金屬線容易被電流擊穿并焦化以及電性測試時出現的“燒針”現象。

為了解決上述問題，本發明提供一種監控鎢CMP工藝出現的晶邊鎢殘留的方法，包括以下步驟：

提供檢測晶圓，在所述檢測晶圓的表面形成氧化物膜層，所述氧化物膜層覆蓋所述檢測晶圓的中心區域的表面以及所述邊緣區域的表面；

對所述檢測晶圓的氧化物膜層執行化學機械拋光工藝，并監控所述檢測晶圓的邊緣區域處對所述氧化物膜層的研磨速率；以及

根據檢測晶圓邊緣氧化層研磨速率來監控鎢CMP機臺的狀態，據此判斷產品晶圓是否會在邊緣區域存在大量的鎢殘留。