專利名稱：化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別是涉及化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著ICantegrated Circuit，集成電路)制造工藝特征尺寸的不斷下降，IC制造技術(shù)對器件的制程工藝提出了越來越嚴(yán)格的要求，尤其在65nm以下的半導(dǎo)體器件制造過程中，電路表面的平整度是影響光刻聚焦深度水平及良品率的重要因素。晶圓表面的平坦化技術(shù)作為半導(dǎo)體制造工藝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是晶圓生產(chǎn)過程中移除晶圓表面介電層與金屬層，使晶圓表面足夠平坦達(dá)到立體或多層布線，提升配線密度，降低缺陷密度的一項(xiàng)關(guān)鍵性IC制程技術(shù)。
目前，CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學(xué)機(jī)械拋光)技術(shù)已成為大規(guī)模集成電路時(shí)代使用最廣泛的平坦化技術(shù)，完整的CMP工藝過程包括晶圓研磨和研磨后清洗兩個(gè)主要過程。在晶圓研磨過程中，待研磨的晶圓與研磨墊、研磨液及研磨粒子間存在復(fù)雜的化學(xué)、物理作用，多體間的相互作用力對晶圓表面研磨去除效率、表面平整度、介電常數(shù)的降低以及蝕刻刮擦等構(gòu)成重要影響。近年來，對CMP過程和拋光結(jié)果的預(yù)測已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。歸納起來，CMP過程主要包含晶圓-粒子-研磨墊之間接觸作用和金屬、電介質(zhì)和研磨液間的物理化學(xué)反應(yīng)作用兩大方向，接觸作用可分為直接接觸、流體接觸、粒子接觸及混合潤滑四類，主要涉及到的學(xué)科門類包括接觸力學(xué)、摩擦學(xué)、流體力學(xué)、彈性力學(xué)、 偏微分方程、分子(動(dòng))力學(xué)及漿液化學(xué)等。
盡管CMP的預(yù)測方法取得了一定進(jìn)展，但對于CMP過程中研磨液對晶圓的研磨去除率(Material Removal Rate, MRR)的獲得仍停留在經(jīng)驗(yàn)實(shí)證階段，一般通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果來預(yù)測相同研磨條件下晶圓的研磨結(jié)果，這種預(yù)測方法忽略了研磨液、研磨參數(shù)等對研磨后晶圓的平整度和晶圓去除率的影響，其預(yù)測結(jié)果不能準(zhǔn)確體現(xiàn)CMP的研磨結(jié)果。尤其在納米尺度IC器件制造過程中，晶圓表面的平整度要求極高，而研磨墊、研磨液和研磨粒子和晶圓表面的相互作用是個(gè)極其復(fù)雜的過程，不能簡單地采用經(jīng)驗(yàn)實(shí)證的方法來描述。此外， CMP研磨過程中研磨液的空間壓力分布對晶圓表面的材料去除有著重要影響，研磨液動(dòng)壓分布對晶圓去除的作用不容忽視。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法，該方法能夠準(zhǔn)確模擬晶圓表面CMP研磨的表面形貌。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法，包括步驟
給定待研磨晶圓與研磨墊之間研磨液的初始厚度；
根據(jù)研磨液的性質(zhì)、研磨墊的角速度和所述液膜厚度確定研磨液的動(dòng)壓分布；根據(jù)研磨液和研磨墊的性質(zhì)確定研磨時(shí)晶圓受到研磨墊和研磨粒子的作用力；
根據(jù)所述研磨液的動(dòng)壓分布確定化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)晶圓受到研磨液的作用力；
結(jié)合晶圓受到的外力，判斷晶圓所受作用力和力矩是否平衡，如果否，修正液膜厚度，重新確定晶圓受到的作用力和研磨液的動(dòng)壓分布；如果是，確定晶圓的研磨去除率。
優(yōu)選地，所述假定待研磨晶圓與研磨墊之間的液膜厚度在三維笛卡爾坐標(biāo)系中可以表示為“
權(quán)利要求
1.化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法，其特征在于，包括步驟 給定待研磨晶圓與研磨墊之間研磨液的厚度；根據(jù)研磨液的性質(zhì)、研磨墊的角速度和所述液膜厚度確定研磨液的動(dòng)壓分布； 根據(jù)研磨液和研磨墊的性質(zhì)確定研磨時(shí)晶圓受到研磨墊和研磨粒子的作用力； 根據(jù)所述研磨液的動(dòng)壓分布確定化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)晶圓受到研磨液的作用力； 結(jié)合晶圓受到的外力，判斷晶圓所受作用力和力矩是否平衡，如果否，修正液膜厚度， 重新確定晶圓受到的作用力和研磨液的動(dòng)壓分布；如果是，確定晶圓的研磨去除率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法，其特征在于，所述給定待研磨晶圓與研磨墊之間液膜厚度在三維笛卡爾坐標(biāo)系中為“、，π 2πχ ^y n(x,y) = h0+Rp cos-cos-A \其中，h為研磨墊平均高度，仏為溝槽峰值高度，為沿水平方向溝槽波動(dòng)波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法，其特征在于，根據(jù)研磨液和研磨墊的性質(zhì)確定研磨時(shí)晶圓受到研磨墊和研磨粒子的作用力包括確定研磨墊通過粒子傳遞給晶圓的作用力Ft ； 確定研磨墊與晶圓間的直接接觸作用力Fdc。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法，其特征在于，確定研磨墊通過粒子傳遞給晶圓的作用力Ft具體為確定研磨液中的平均粒子接觸壓尸^，所述尸；1由以下公式確定 E N Ca=其中，Ntl為單位研磨液體積的粒子數(shù)，ε s為平均壓縮應(yīng)力，&為彈性模量，vs為泊松比，//為單研磨粒子與晶圓接觸所產(chǎn)生的壓力，Φρ(ι·ρ)為正態(tài)分布概率密度函數(shù)； 確定研磨液中的活動(dòng)粒子接觸面積Ai,所述Ai由以下公式確定 4 = K 廠 2τνπ (~ερ (rp )drp確定研磨墊通過研磨粒子傳遞給晶圓的作用力Ft，通過以下公式確定 Ft = ΑιΡ;
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法，其特征在于，確定研磨墊與晶圓間的直接接觸作用力FD。具體為I-V5 }εΡαε其中，ε為平均壓縮應(yīng)力；ES為彈性模量;vs為泊松比；W為通過有限元方法獲得的研磨墊與晶圓直接接觸所產(chǎn)生的壓力；A為總接觸區(qū)域與活動(dòng)粒子接觸區(qū)域的差值A(chǔ)= I-Ai,活動(dòng)粒子接觸區(qū)域4=^0(7^7"；2(-\)<1)；^)夂)，Φρ(Γρ)為正態(tài)分布概率密度函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法，其特征在于，所述根據(jù)研磨液的性質(zhì)、研磨墊的角速度和液膜厚度確定研磨液的動(dòng)壓分布具體為將所述液膜厚度代入極坐標(biāo)下的二維雷諾方程
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法，其特征在于，所述根據(jù)所述研磨液的動(dòng)壓分布確定化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)晶圓受到研磨液的作用力包括確定晶圓沿水平方向受到研磨液的剪切作用應(yīng)力Ft，具體公式為
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法，其特征在于，所述根據(jù)研磨液和研磨墊的性質(zhì)確定研磨時(shí)晶圓受到研磨粒子的作用力還包括接觸活動(dòng)粒子對晶圓的范德華作用力F胃，F(xiàn)胃確定方法具體包括通過正態(tài)分布概率密度函數(shù)Φρ(ι·ρ)確定與晶圓接觸的活動(dòng)粒子數(shù)，具體為
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法，其特征在于，所述根據(jù)研磨液和研磨墊的性質(zhì)確定研磨時(shí)晶圓受到研磨粒子的作用力還包括接觸活動(dòng)粒子對晶圓的電雙層力Fm，F(xiàn)dl確定方法具體包括通過正態(tài)分布概率密度函數(shù)Φρ(ι·ρ)確定與晶圓接觸的活動(dòng)粒子數(shù)，具體為以下公式
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法， 其特征在于，所述確定晶圓的研磨去除率具體為確定單位時(shí)間的晶圓去除量，包括確定研磨粒子對晶圓的去除量MRR1:，MRR;確定方法具體為
全文摘要
本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械拋光研磨液動(dòng)壓分布和研磨去除率的確定方法，給定待研磨晶圓與研磨墊之間研磨液的厚度，根據(jù)研磨液的性質(zhì)、研磨墊的角速度和液膜厚度確定研磨液的動(dòng)壓分布以及晶圓受到研磨液的作用力；根據(jù)研磨液和研磨墊的性質(zhì)確定研磨時(shí)晶圓受到研磨墊和研磨粒子的作用力；結(jié)合晶圓受到的外力，判斷晶圓所受作用力和力矩是否平衡，如果否，修正液膜厚度，重新確定晶圓受到的作用力和研磨液的動(dòng)壓分布；如果是，確定晶圓的研磨去除率。本發(fā)明能夠預(yù)測晶圓經(jīng)過化學(xué)機(jī)械研磨后的表面形貌，為CMP工藝建模提供指導(dǎo)；同時(shí)，能夠反應(yīng)研磨表面的變化特征，為集成電路版圖的可制造性設(shè)計(jì)提出修改意見，從而提高產(chǎn)品良率。
文檔編號(hào)H01L21/66GK102509712SQ20111038850
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者徐勤志, 陳嵐 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所