[发明专利]化学机械平坦化终点检测方法

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平坦化终点检测方法。

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，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终止层存在。但对于无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，通过电机电流量的变化可提供平坦化均匀性的检测；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。

图1为为应用现有方法获得的终点检测图像示意图，如图1所示，所述终点检测参数包括电机电流量及光学信号处理参数。将终点检测曲线60划分为a、b及c段。相应地，将平坦化材料层10表面分为微起伏层30、起伏增长层40及均匀层50。图2平坦化材料结构剖视图，如图1和图2所示，终点检测曲线中a段为多峰曲线，分别对应微起伏层表面各微小起伏的平坦化过程；终点检测曲线中b段为单峰曲线，对应起伏增长层平坦化的全过程，曲线峰值处对应平坦化材料表面达到平坦化初期对应的终点检测参数值；终点检测曲线中c段描述已平坦化的平坦化材料被处理至所需厚度的过程。显然，平坦化材料CMP终点检测的主体为终点检测曲线中的b段，只有检测出终点检测曲线中的b段内单峰，才能说明CMP终点检测已基本完成。但是，利用现有方法进行终点检测，实际获得的终点检测曲线至少包含a及b段，由于对应微起伏层平坦化检测曲线的a段中存在多处峰值，而在终点检测过程中，检测到的终点检测曲线显示为适时曲线，无法确认获得的检测峰值究竟为a段曲线内的多峰值之一还是b段内单峰值，易造成终点峰值判断不准确，即在未达到检测终点时已结束终点检测。

申请号为“200310108838.4”的中国专利申请中提供了一种应用双终点检测的浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation，STI)工艺CMP终点检测方法。该方法为避免误检的发生，采用两次终点检测过程进行终点检测。具体为：利用第一终点检测结果确定第一检测时间，即平坦化材料微起伏层终点检测所需时间；进而进行第二终点检测，第二检测时间长于第一检测时间时，测得的检测图像即可准确体现终点检测结果。但是，应用该方法进行终点检测时，不构成终点检测主体的材料微起伏层的平坦化耗用的时间在整体平坦化时间中占有较大比例，使得CMP过程耗时较长，不利于生产效率的提高。由此，提供一种既可保证终点检测可靠性，又能缩短终点检测耗用时间的终点检测方法称为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种CMP终点检测方法，可在进行终点检测时，既能保证终点检测可靠性，又能缩短终点检测耗用时间。

本发明提供的一种化学机械平坦化终点检测方法，包括：

利用样片，以单一平坦化速率进行基础终点检测；

根据基础终点检测结果将实际终点检测过程分为第一步骤及第二步骤；

在实际终点检测过程中设定第一平坦化速率及第二平坦化速率；

以所述第一平坦化速率进行第一步骤；以所述第二平坦化速率进行第二步骤；

顺序进行第一步骤及第二步骤，，完成实际终点检测。

所述平坦化材料包括微起伏层、起伏增长层及均匀层；所述第一步骤包括对微起伏层进行终点检测；所述第二步骤包括第一步骤后的终点检测。

所述将终点检测过程分为第一步骤及第二步骤的方法包括：

确定平坦化材料表面起伏高度和单一平坦化速率，并计算基础终点检测总时间；