專利名稱：一種控制層間介電層膜厚的方法
一種控制層間介電層膜厚的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體制造方法，特別是關(guān)于一種能準(zhǔn)確控制層間介電層膜厚 的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造過程中，通常要經(jīng)過很多次的沉積工藝以形成不同的膜層。由于每 次沉積不同圖層時(shí)，受各種因素的影響，比如硅片在反應(yīng)室內(nèi)不同位置的溫度、設(shè)備在硅片 不同位置的精度的差異或者要形成的膜層的材料的特性的影響，在硅片表面形成的圖層的 膜厚可能是凹凸不平的，而凹凸不平的表面可能導(dǎo)致沉積下一層圖層時(shí)達(dá)不到預(yù)期的效 果，因此在形成有些圖層之后要對(duì)該圖層進(jìn)行研磨，使其平坦化。現(xiàn)有的對(duì)硅片的層間介電質(zhì)進(jìn)行研磨的方法通常是采用化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Polishing, CMP)技術(shù)，通過加入CMP料漿，拋光機(jī)械的研磨頭驅(qū)動(dòng)拋光墊對(duì)硅 片表面進(jìn)行拋光研磨，使其平坦化?，F(xiàn)有技術(shù)通過CMP技術(shù)對(duì)硅片進(jìn)行研磨時(shí)，通常是采用固定時(shí)間研磨的方式，即 根據(jù)需要研磨的厚度，預(yù)先對(duì)拋光機(jī)械設(shè)定研磨的時(shí)間，當(dāng)研磨到預(yù)設(shè)的時(shí)間時(shí)即停止研 磨。然而由于化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)研磨的速率是不穩(wěn)定的，會(huì)受到機(jī)臺(tái)狀態(tài)、耗材使用壽命等 因素的影響，即使同一機(jī)臺(tái)，每天的研磨速率都會(huì)有一定的差異。因此使用固定的研磨時(shí)間 拋光膜層，可能會(huì)造成拋光后的膜層厚度不一致。為準(zhǔn)確控制CMP研磨的停止位置，隨著技術(shù)的發(fā)展，有的技術(shù)會(huì)在研磨層下面形 成一層氮化硅或者氮氧化硅作為拋光停止層，然而以氮化硅或者氮氧化硅作為拋光停止層 的技術(shù)，在拋光至停止層后還必須將該停止層徹底移除，否則容易造成氮化硅的殘留，而造 成晶圓的報(bào)廢。另外中國(guó)專利申請(qǐng)第200710080281號(hào)，雖然揭示了一種在研磨層下面設(shè)置停止 點(diǎn)的方法，但其停止點(diǎn)使用的材料為鉆石薄膜或者類鉆石薄膜等材料，成本較高。而且其形 成停止點(diǎn)的方法為嫌在第二層上蝕刻形成溝槽，然后以第三物質(zhì)填充溝槽，再移除溝槽外 的其他第三物質(zhì)，形成停止點(diǎn)。其過程較復(fù)雜。而且形成的是單個(gè)的停止點(diǎn)，對(duì)于研磨停止 的精度控制不夠。因此，確有必要提出一種新的解決方案，以克服現(xiàn)有技術(shù)的前述缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種在半導(dǎo)體制程中對(duì)硅片研磨時(shí)控制層間介電層膜厚 的方法。為達(dá)成前述目的，本發(fā)明一種控制層間介電層膜厚的方法，其包括如下步驟在 半導(dǎo)體硅片上形成一層第一介電層，然后在第一介電層上形成一層拋光停止層，再在拋光 停止層上形成一層第二介電層，其中拋光停止層的材料的硬度不同于第二介電層材料的硬 度，然后通過化學(xué)機(jī)械拋光制程對(duì)第二介電層進(jìn)行拋光研磨，當(dāng)拋光至停止層時(shí)，根據(jù)停止層與第二介電層硬度不同，產(chǎn)生的摩擦力不同，采用終點(diǎn)電流信號(hào)偵測(cè)的方式控制研磨頭 自動(dòng)停止在拋光停止層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的控制層間介電層膜厚的方法，在介電層內(nèi)形成一層磷 硅玻璃或者硼磷硅玻璃的拋光停止層，由于磷硅玻璃或者硼磷硅玻璃的硬度大于二氧化硅 介電層的硬度，拋光機(jī)臺(tái)的研磨頭拋光至停止層時(shí)摩擦力產(chǎn)生變化，通過終點(diǎn)電流信號(hào)偵 測(cè)的方式控制研磨頭自動(dòng)停止在拋光停止層，可以準(zhǔn)確控制研磨的厚度，從而保證拋光后 的介電層的膜厚。由于磷硅玻璃或者硼磷硅玻璃與純二氧化硅的性質(zhì)接近，因此，拋光結(jié)束 可以不清除該停止層，影響較小。而且本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單、成本較低、控制精確度較高。

圖1為本發(fā)明的控制層間介電層膜厚的方法流程圖。圖2為本發(fā)明的控制層間介電層膜厚方法的硅片結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
熟悉半導(dǎo)體制程領(lǐng)域的技術(shù)人員都應(yīng)當(dāng)知道，制造一片半導(dǎo)體晶圓通常包括首先 在半導(dǎo)體硅片上形成二氧化硅氧化膜，然后在形成有二氧化硅氧化膜的硅片上涂布光刻 膠，然后通過掩膜版對(duì)硅片進(jìn)行蝕刻以形成第一層布形，然后去除光刻膠及不需要的 氧化膜，接下來會(huì)重復(fù)前述步驟，再在硅片上形成一層金屬層或者形成一層介電層或其他 材料層，然后再經(jīng)過涂布光刻膠、通過掩膜版進(jìn)行第二層布形，再蝕刻去除多余的金屬 層或者介電層。如此反復(fù)多次，最終形成一層一層疊加的半導(dǎo)體晶圓。在形成不同的金屬層或其他材料層時(shí)，通常在兩個(gè)金屬層或者材料層之間形成一 層二氧化硅層作為間隔，所以也稱作層間或者金屬層間介電層。因?yàn)樵诮殡妼又显傩纬?金屬層時(shí)，必須保證介電層的平坦度，否則形成的金屬層可能達(dá)不到預(yù)期的效果，而影響晶 圓的良率。本發(fā)明所涉及工藝的是在半導(dǎo)體制程中對(duì)硅片層間或者金屬層間的介電層進(jìn)行 研磨以使其表面平坦化的制程工藝。對(duì)于半導(dǎo)體制程中的其他步驟，此處不再詳細(xì)說明，因 為本發(fā)明是涉及層間介電層的平坦化，因此下文所述的硅片可以是已經(jīng)經(jīng)過幾次工藝形成 有一定電路圖層的硅片，而并非一定是未形成任何膜層的原始硅片。如圖所示，本發(fā)明的控制控制介電層膜厚的方法包括如下步驟步驟1 在已經(jīng)形成有若干電路圖層的半導(dǎo)體硅片上形成一層第一二氧化硅介電 層11。步驟2 然后在第一二氧化硅介電層11上形成一層拋光停止層20，其中拋光停止 層20的材料為硬度大于二氧化硅介電層11的磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)。步驟3 再在拋光停止層20上形成一層第二二氧化硅介電層12。步驟4 然后通過化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)制程對(duì) 第二二氧化硅介電層12進(jìn)行拋光研磨，當(dāng)拋光至停止層20時(shí)，由于停止層20采用的是硬 度比二氧化硅大的磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)，此時(shí)拋光機(jī)臺(tái)的研磨頭受到的摩 擦力會(huì)比在拋光第二二氧化硅介電層12時(shí)受到的摩擦力大。
步驟5 采用終點(diǎn)電流信號(hào)偵測(cè)的方式控制研磨頭自動(dòng)停止在拋光停止層20。由 于拋光機(jī)臺(tái)的研磨頭受到的摩擦力發(fā)生變化，驅(qū)動(dòng)研磨頭的馬達(dá)的輸出的力矩會(huì)發(fā)生變 化，則驅(qū)動(dòng)研磨頭的馬達(dá)的電流會(huì)變化，設(shè)置傳感器采集拋光機(jī)臺(tái)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的電流信號(hào)的 變化，根據(jù)該電流的變化產(chǎn)生控制信號(hào)，輸出給拋光機(jī)臺(tái)的控制系統(tǒng)，則控制系統(tǒng)自動(dòng)控制 研磨頭停止在拋光停止層20。在前述方法中，其中第一二氧化硅介電層11與第二二氧化硅介電層12是同樣的 材料層。在第一介電層11和第二介電層12之間形成拋光停止層20的具體位置，可以根據(jù) 第一介電層11和第二介電層12整體的厚度，即介電層10的厚度，形成于介電層10偏下方 的位置，如果拋光至停止層20時(shí)，介電層10的膜后過薄，可以通過步驟6在停止層20上方 繼續(xù)沉積一層二氧化硅介電層，由于拋光至停止層20時(shí)，硅片表面已經(jīng)平坦化，因此再沉 積二氧化硅介電層時(shí)硅片表面仍然是平整的表面。由于本發(fā)明的控制研磨頭停止的方法是根據(jù)拋光停止層20與被拋光層(即介電 層)硬度的不同，通過傳感器感測(cè)拋光機(jī)馬達(dá)電流的變化，當(dāng)研磨頭遇到拋光停止層時(shí)，自 動(dòng)停止，相對(duì)于傳統(tǒng)的根據(jù)預(yù)設(shè)時(shí)間停止研磨頭的方法，控制精度更高，可以準(zhǔn)確控制研磨 的停止位置，從而保證拋光后的介電層的膜厚。另外，由于磷硅玻璃或者硼磷硅玻璃與純二氧化硅的性質(zhì)接近，因此，拋光結(jié)束時(shí) 可以不清除該停止層，影響較小。而且本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單、成本較低、控制精確度較高。
權(quán)利要求
一種控制層間介電層膜厚的方法，其包括如下步驟在半導(dǎo)體硅片上形成一層第一介電層，然后在第一介電層上形成一層拋光停止層，再在拋光停止層上繼續(xù)形成一層第二介電層，其中拋光停止層的材料的硬度不同于第二介電層材料的硬度，然后通過化學(xué)機(jī)械拋光制程對(duì)第二介電層進(jìn)行拋光研磨，當(dāng)拋光至停止層時(shí)，采用終點(diǎn)電流信號(hào)偵測(cè)的方式控制研磨頭自動(dòng)停止在拋光停止層。
2.如權(quán)利要求1所述的控制層間介電層膜厚的方法，其特征在于前述拋光停止層材 料的硬度大于第二介電層材料的硬度。
3.如權(quán)利要求2所述的控制層間介電層膜厚的方法，其特征在于前述第二介電層材 料為二氧化硅。
4.如權(quán)利要求3所述的控制層間介電層膜厚的方法，其特征在于前述拋光停止層的 材料為磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)。
5.如權(quán)利要求1所述的控制層間介電層膜厚的方法，其特征在于采用終點(diǎn)電流信號(hào) 偵測(cè)的方式具體為，拋光機(jī)臺(tái)拋光至停止層時(shí)，研磨頭受到的摩擦力產(chǎn)生變化，驅(qū)動(dòng)研磨頭 的馬達(dá)的電流產(chǎn)生變化，設(shè)置傳感器根據(jù)驅(qū)動(dòng)研磨頭的馬達(dá)電流信號(hào)的變化產(chǎn)生控制信 號(hào)，輸出給拋光機(jī)臺(tái)的控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)控制研磨頭停止研磨。
6.如權(quán)利要求1所述的控制層間介電層膜厚的方法，其特征在于其進(jìn)一步包括，若拋 光至停止層時(shí)，膜后過薄，則在拋光至停止層之后，再在拋光停止層表面形成一層介電層的 步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的控制層間介電層膜厚的方法，其特征在于其中前述第一介電 層與第二介電層為同一材料層。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種控制層間介電層膜厚的方法，其包括如下步驟在半導(dǎo)體硅片上形成一層二氧化硅介電層，然后在二氧化硅介電層上形成一層拋光停止層，其中拋光停止層的材料為磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)，再在拋光停止層上形成一層二氧化硅介電層，然后通過化學(xué)機(jī)械拋光制程對(duì)介電層進(jìn)行研磨，本發(fā)明通過在介電層中間形成一層磷硅玻璃或硼磷硅玻璃的拋光停止層，由于該拋光停止層的硬度與介電層不同，采用終點(diǎn)電流信號(hào)偵測(cè)的方式拋光至該停止層時(shí)能自動(dòng)停止，拋光后的介電層的膜厚能夠得到準(zhǔn)確的控制。
文檔編號(hào)B24B29/02GK101894739SQ200910027668
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者張炳一, 李健, 胡駿 申請(qǐng)人:無錫華潤(rùn)上華半導(dǎo)體有限公司;無錫華潤(rùn)上華科技有限公司