专利名称：研磨方法
研磨方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种研磨中监测研磨终点的方法。背景技术：
化学机械研磨(CMP)工艺中经常会遇到研磨某一目标层至该层与其下面的支撑 层的界面处停止的情况。由于化学机械研磨工艺是同时利用机械研磨和化学反应来处理界 面，因此所采用的研磨液通常容易与被研磨的目标层的物质发生反应，而不容易同其下面 的支撑层的物质发生反应，因此在研磨目标层的过程中，表面的反射率一直在上升，而一旦 露出下面的另一层，则表面反射率出现下降。常用的研磨工艺中就是利用这一原理，采用监 测界面反光率的方法来探测是否到达了两层的界面处。例如采用化学机械研磨工艺研磨浅沟槽隔离结构的表面就是采用上述工艺监测 是否到达氧化硅的界面。附图1所示是采用CMP工艺研磨浅沟槽隔离结构表面的工艺中， 表面反射率与研磨时间之间的关系。现有技术中所采用的监测方法是在监测曲线中取一矩 形区域，当发现该矩形区域中的曲线两端点分别位于矩形相邻的两个边(如附图1中的虚 线矩形所示)，则认为反射率变化并不明显，仍然继续进行研磨；而当矩形区域中的曲线两 端点分别位于矩形相对的两个边(如附图1中的实线矩形所示)，则认为反射率发生明显变 化，随即停止研磨。以上工艺对于界面处反射率曲线的变化平缓的情况(类似于附图1所示的情况) 是可以胜任的，但是对于界面处反射率曲线变化剧烈的情况则会发生程序失效。附图2所 示是一种界面处反射率曲线变化剧烈的情况，当矩形区域恰好处于反射率变化的区域时， 由于反射率有剧烈的向下趋势，因此曲线的两个终点分别位于矩形的左侧底边和下层底 边，仍然是位于矩形的两个相邻边上。在这种情况下，监测程序会错误的认为研磨工艺仍然 没有达到界面而继续实施研磨工艺，最终导致研磨无休止的进行下去，带来严重的后果。因此，现有技术的缺点在于只能够适用于界面处反射率曲线的变化平缓的情况， 而对于界面处反射率曲线变化剧烈的情况则可能会出现监控程序失效，导致研磨程序无休 止的进行下去，带来严重的后果。
发明内容本发明所要解决的技术问题是，提供一种在化学机械研磨中监测界面的方法，既 能够适用于界面处反射率曲线的变化平缓的情况，也能够适用于界面处反射率曲线变化剧 烈的情况，适时停止研磨程序，避免出现监控失效。为了解决上述问题，本发明提供了一种在化学机械研磨中监测界面的方法，包括 如下步骤提供一晶圆，所示晶圆表面具有衬垫层以及设置于衬垫层表面的待研磨层；对 待研磨层实施化学机械研磨，并在实施化学机械研磨的工艺过程中监测研磨面的反射率信 息，绘制反射率与研磨时间的曲线；每隔固定的时间计算并记录该曲线终点处的斜率；根 据记录的斜率值确定是否停止实施化学机械研磨。
作为可选的技术方案，所述根据记录的斜率值确定是否停止实施化学机械研磨具 体包括当所记录的最新的斜率数值为零，或者所记录的最新的斜率数值与前一斜率数值 的符号相反，则停止实施化学机械研磨。作为可选的技术方案，所述待研磨层的材料为氧化硅，所述衬垫层的材料为氮化娃。作为可选的技术方案，所述固定时间的取值范围是0.5秒至10秒。本发明的优点在于，采用检测斜率值的变化的手段代替现有技术中采用反射率曲 线作为判断标准的方法来判断研磨的实施情况，并适时停止于界面或者其他指定的位置， 避免出现监控失效。
附图1与附图2是采用现有技术获得的反射率与研磨时间的监控曲线，其中附图 1对应于反射率变化不明显的情况，附图2对应于反射率变化明显的情况；附图3是本发明所述在研磨过程中监测界面的方法的具体实施方式
的实施步骤 示意图；附图4至附图8所示是本发明所述在研磨过程中监测界面的方法的具体实施方式
的工艺示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的一种在研磨过程中监测界面的方法的具体实施方 式做详细说明。附图3所示是本具体实施方式
的实施步骤示意图，包括步骤S10，提供一晶圆，所 示晶圆表面具有衬垫层以及设置于衬垫层表面的待研磨层；步骤S11，对待研磨层实施化 学机械研磨，并在实施化学机械研磨的工艺过程中监测研磨面的反射率信息，绘制反射率 与研磨时间的曲线；步骤S12，每隔固定的时间计算并记录该曲线终点处的斜率；步骤S13， 根据记录的斜率值确定是否停止实施化学机械研磨。附图4所示，参考步骤S10，提供一晶圆10，所示晶圆10表面具有衬垫层110以及 设置于衬垫层110表面的待研磨层120。上述衬垫层110设置于支撑层190表面。本具体实施方式
中，所述衬垫层110表面具有多个凹陷，待研磨层120设置在衬垫 层110的表面，并部分嵌入衬垫层110的凹陷中，形成目前半导体领域内较为常见的浅沟槽 隔离的镶嵌结构。所述待研磨层120的材料为氧化硅，所述衬垫层110的材料为氮化硅，上 述两种材料是较为常见的用于形成浅沟槽隔离结构的材料。并且在研磨氧化硅至露出衬垫 层110的氮化硅表面的情况下，反射率变化非常剧烈，因此尤其适用于采用本具体实施方 式所属之方法。附图5所示，参考步骤Sl 1，对待研磨层120实施化学机械研磨，并在实施化学机械 研磨的工艺过程中监测研磨面的反射率信息，绘制反射率与研磨时间的曲线。上述步骤具体可以采用一激光发射器190，将光束入射到待研磨层120的表面，并 采用一探测器180探测反射光的强度，从而计算待研磨层120表面对光的反射率。附图6所示为根据步骤Sll所述方法，一直研磨至衬垫层110而获得的反射率与研磨时间的监测曲线。显然，附图6所示的曲线具有一峰值，如前所述，此处即对应于衬垫 层110和待研磨层120之间的界面。参考步骤S12，每隔固定的时间计算并记录该曲线终点处的斜率，附图7所示为根 据附图6所示曲线每隔固定的时间计算出的斜率值与研磨时间的关系，图中的各点为实际 计算得到的斜率值。该固定的时间可以根据研磨的实际速度来选择，可以是0. 5秒至10秒 之间的任意值。确定该时间的原则是该时间段内的研磨厚度不会对结构造成实质性的破 坏，以免在该段时间的前一时间节点还未满足停止研磨的条件，而在后一时间节点时被研 磨的结构已经被破坏了。实践证明，该固定时间优选为1秒，即每隔1秒种探测表面反射光 的强度以更新反射率曲线，并同时计算该曲线在终点处的斜率值。参考步骤S13，根据记录的斜率值确定是否停止实施化学机械研磨。该步骤中应当根据不同实施方式对于研磨表面的要求，通过斜率值决定停止研磨 的时间节点。对于本具体实施方式
中所述的由衬垫层110和待研磨层120所构成的双层结 构，如果需要控制研磨工艺停止在两者的界面处，则应当选择在所记录的最新的斜率数值 为零，或者所记录的最新的斜率数值与前一斜率数值的符号相反的情况下，停止实施化学 机械研磨。附图7与附图8所示为上述两种斜率变化情况的图示。所记录的最后一个斜率值为零，则意味着在该时刻曲线处于峰值位置(如附图7 所示的A点)，即该时间节点、恰好处于衬垫层110与待研磨层120的界面处，应当在此时间 节点处停止研磨。如果界面处恰好处在两次记录斜率值时间节点之间，则可能出现前一时刻曲线斜 率值仍为正，而后一时刻的曲线斜率值却转为负(如附图8所示的A'点与B ‘点所示)， 曲线斜率为零的时刻并未被捕捉到。因此，如果发现所记录的最新的斜率数值与前一斜率 数值的符号相反，则也应当在此时刻(即B'点所对应的时刻)及时停止实施化学机械研磨。以上方法通过检测斜率值的变化来判断研磨的实施情况，并适时停止于界面或者 其他指定的位置，克服了现有技术中采用反射率曲线作为判断标准的不足之处，避免出现 监控失效。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围。
权利要求
1.一种在化学机械研磨中监测界面的方法，其特征在于，包括如下步骤 提供一晶圆，所示晶圆表面具有衬垫层以及设置于衬垫层表面的待研磨层；对待研磨层实施化学机械研磨，并在实施化学机械研磨的工艺过程中监测研磨面的反 射率信息，绘制反射率与研磨时间的曲线；每隔固定的时间计算并记录该曲线终点处的斜率； 根据记录的斜率值确定是否停止实施化学机械研磨。
2.根据权利要求1所述的在化学机械研磨中监测界面的方法，其特征在于，所述根据 记录的斜率值确定是否停止实施化学机械研磨具体包括当所记录的最新的斜率数值为零，或者所记录的最新的斜率数值与前一斜率数值的符 号相反，则停止实施化学机械研磨。
3.根据权利要求1或2所述的在化学机械研磨中监测界面的方法，其特征在于，所述待 研磨层的材料为氧化硅，所述衬垫层的材料为氮化硅。
4.根据权利要求1或2所述的在化学机械研磨中监测界面的方法，其特征在于，所述固 定时间的取值范围是0. 5秒至10秒。
全文摘要
一种在化学机械研磨中监测界面的方法，包括如下步骤提供一晶圆，所示晶圆表面具有衬垫层以及设置于衬垫层表面的待研磨层；对待研磨层实施化学机械研磨，并在实施化学机械研磨的工艺过程中监测研磨面的反射率信息，绘制反射率与研磨时间的曲线；每隔固定的时间计算并记录该曲线终点处的斜率；根据记录的斜率值确定是否停止实施化学机械研磨。本发明的优点在于，采用检测斜率值的变化的手段代替现有技术中采用反射率曲线作为判断标准的方法来判断研磨的实施情况，并适时停止于界面或者其他指定的位置，避免出现监控失效。
文档编号B24B49/00GK102059648SQ20091019889
公开日2011年5月18日 申请日期2009年11月17日 优先权日2009年11月17日
发明者孟昭生, 平延磊, 李健, 汤舍予 申请人:无锡华润上华半导体有限公司, 无锡华润上华科技有限公司