[发明专利]化学机械抛光中凹陷现象检测单元、制作方法及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件工艺，特别涉及化学机械抛光中凹陷现象检测单元、制作方法及检测方法。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polish：CMP)工艺是目前半导体集成电路工艺中最为常见的工艺之一，是一种在先进半导体工艺里不可或缺的薄膜平坦化技术。CMP被广泛的应用于集成电路工艺的各个阶段，比如晶圆抛光、浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation：STI)、金属互联等。包括单晶硅、多晶硅、二氧化硅、氮化硅、氧化铪、金属、金属硅化物等各种材料都可以采用CMP做表面的抛光处理。

现阶段，CMP工艺中产生的凹陷问题，是困扰工艺工程师的难题之一。所谓凹陷，是指对晶圆表面的图形做CMP工艺处理时，抛光后的图形中心部位略低于四周，晶圆表面的图形形成了类似于碟子形状的中间低、四周高的凹陷结构，尤其是对于晶圆表面图形较大的时候，非常容易产生凹陷现象。如图1所示为CMP工艺产生凹陷现象的示意图，半导体衬底1中存在被抛光的图形2、3、4和5。其中图形2、3和4的横向尺寸较小，在CMP时不会产生凹陷现象，而图形5由于横向尺寸较大，因此在CMP时可能会产生凹陷的现象。在后续的工艺步骤中若再次对凹陷的图形结构做CMP处理，则在碟形凹陷的中心部位很容易引起多余物质的残留，破坏了器件结构，导致器件失效，严重影响生产线的成品率。由于CMP工艺对图形的尺寸很敏感，因此在实际的生产中，必须经常检测是否有图形凹陷现象产生。

当被抛光的大块图形为金属材料时，可以采用测量图形电导率的方法检测图形凹陷现象。如图2所示，当图形5是导电材料时，可以采用该方法检测图形凹陷现象。在抛光后的图形衬底表面分别施加电压，测量抛光后图形的电阻。如果电阻大于正常值，则说明薄膜的厚度变薄，发生了凹陷现象。

美国专利US5723874详细披露了该技术方案。在衬底表面设计了一个检测单元。该检测单元由各种不同横向尺寸的图形结构组成。对该衬底表面进行CMP抛光处理。通过比较每个检测单元的电导率变化与横向尺寸之间的关系，在抛光图形的横向尺寸与凹陷程度之间建立定量关系。在采用CMP抛光金属图形时，采用该方案可以根据图形尺寸确定CMP工艺参数的大致范围。但是检测电阻的方法决定了该检测单元必须由导电材料制作，因此该方案只能用于检测金属或者其他导电材料形成的图形的凹陷，并不适用于二氧化硅、氮化硅等绝缘材料的凹陷检测，因此并不具有普适性。

现有技术中，针对CMP工艺凹陷现象的检测单元以及检测方法，无法做到既适用于导电图形又适用于绝缘图形，不具有普适性。CMP作为集成电路工艺中不可或缺的工艺手段，其应用范围不断扩大，图形凹陷作为CMP工艺中的重要问题之一，亟需一种制作具有普适的检测单元的方法，用以检测CMP工艺中的凹陷现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种即适用于导电图形、又适用于绝缘图形的，具有普适性的化学机械抛光中凹陷现象检测单元、制作方法及检测方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，包括如下步骤：在经化学机械抛光后的图形衬底表面生长检测层；在检测层表面生长覆盖层；对覆盖层表面进行化学机械抛光处理，至除去图形衬底表面的图形边缘处对应的覆盖层；采用选择性刻蚀的方法，在图形衬底表面形成检测单元。

可选的，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料为单晶硅、多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铪、砷化镓、金属或者金属硅化物。

可选的，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料包括掺杂浓度大于1×10¹⁵cm^-2的硅、掺杂浓度大于1×10¹⁵cm^-2多晶硅、金属或者金属硅化物时，检测层包括介质层与导电层。

可选的，所述介质层的构成材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪。

可选的，所述导电层的构成材料为多晶硅、金属或者金属硅化物。

可选的，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料包括掺杂浓度小于1×10¹⁵cm^-2的硅、掺杂浓度小于1×10¹⁵cm^-2多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪时，检测层包括导电层。

可选的，所述导电层的构成材料包括多晶硅、金属或者金属硅化物。

可选的，所述覆盖层的构成材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪。