[发明专利]化学机械抛光研磨液动压分布和研磨去除率的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及化学机械抛光研磨液动压分布和研磨去除率的确定方法。

背景技术

近年来，随着IC(Integrated Circuit，集成电路)制造工艺特征尺寸的不断下降，IC制造技术对器件的制程工艺提出了越来越严格的要求，尤其在65nm以下的半导体器件制造过程中，电路表面的平整度是影响光刻聚焦深度水平及良品率的重要因素。晶圆表面的平坦化技术作为半导体制造工艺中的一个重要环节，是晶圆生产过程中移除晶圆表面介电层与金属层，使晶圆表面足够平坦达到立体或多层布线，提升配线密度，降低缺陷密度的一项关键性IC制程技术。

目前，CMP(Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光)技术已成为大规模集成电路时代使用最广泛的平坦化技术，完整的CMP工艺过程包括晶圆研磨和研磨后清洗两个主要过程。在晶圆研磨过程中，待研磨的晶圆与研磨垫、研磨液及研磨粒子间存在复杂的化学、物理作用，多体间的相互作用力对晶圆表面研磨去除效率、表面平整度、介电常数的降低以及蚀刻刮擦等构成重要影响。近年来，对CMP过程和抛光结果的预测已成为国内外研究的热点。归纳起来，CMP过程主要包含晶圆-粒子-研磨垫之间接触作用和金属、电介质和研磨液间的物理化学反应作用两大方向，接触作用可分为直接接触、流体接触、粒子接触及混合润滑四类，主要涉及到的学科门类包括接触力学、摩擦学、流体力学、弹性力学、偏微分方程、分子(动)力学及浆液化学等。

尽管CMP的预测方法取得了一定进展，但对于CMP过程中研磨液对晶圆的研磨去除率(Material Removal Rate，MRR)的获得仍停留在经验实证阶段，一般通过实验结果来预测相同研磨条件下晶圆的研磨结果，这种预测方法忽略了研磨液、研磨参数等对研磨后晶圆的平整度和晶圆去除率的影响，其预测结果不能准确体现CMP的研磨结果。尤其在纳米尺度IC器件制造过程中，晶圆表面的平整度要求极高，而研磨垫、研磨液和研磨粒子和晶圆表面的相互作用是个极其复杂的过程，不能简单地采用经验实证的方法来描述。此外，CMP研磨过程中研磨液的空间压力分布对晶圆表面的材料去除有着重要影响，研磨液动压分布对晶圆去除的作用不容忽视。

发明内容

本发明提供一种化学机械抛光研磨液动压分布和研磨去除率的确定方法，该方法能够准确模拟晶圆表面CMP研磨的表面形貌。

为达到上述目的，本发明提供一种化学机械抛光研磨液动压分布和研磨去除率的确定方法，包括步骤：

给定待研磨晶圆与研磨垫之间研磨液的初始厚度；

根据研磨液的性质、研磨垫的角速度和所述液膜厚度确定研磨液的动压分布；根据研磨液和研磨垫的性质确定研磨时晶圆受到研磨垫和研磨粒子的作用力；

根据所述研磨液的动压分布确定化学机械抛光时晶圆受到研磨液的作用力；

结合晶圆受到的外力，判断晶圆所受作用力和力矩是否平衡，如果否，修正液膜厚度，重新确定晶圆受到的作用力和研磨液的动压分布；如果是，确定晶圆的研磨去除率。

优选地，所述假定待研磨晶圆与研磨垫之间的液膜厚度在三维笛卡尔坐标系中可以表示为：

h(x,y)=h0+RPcos2πxλxcos2πyλy]]>

其中，h₀为研磨垫平均高度，R_P为沟槽峰值高度，λ_x和λ_y为沿水平方向沟槽波动波长。

优选地，根据研磨液和研磨垫的性质确定研磨时晶圆受到研磨垫和研磨粒子的作用力包括：