專利名稱：一種化學機械研磨工藝建模的實驗方法
技術領域：
本發明涉及集成電路制造工藝和版圖設計技術領域，具體涉及一種化學機械研磨 工藝建模的實驗方法。
背景技術：
化學機械研磨(ChemicalMechanical Polishing, CMP)是集成電路制造中所應用 的表面平坦化工藝，是化學腐蝕和機械研磨的組合技術，它借助拋光液的化學腐蝕作用以 及超微粒子的研磨作用在被研磨的介質表面上形成光潔平坦表面，該方法既可以獲得較完 美的表面，又可以得到較高的拋光速率，被公認為是超大規模集成電路階段最好的晶圓全 局平坦化方法。集成電路antegrated Circuit, IC)制造技術按照摩爾定律以每18個月集成度 提高一倍的速度發展，當集成電路的特征尺寸降到65納米及以下的時候，IC制造技術遇到 了空前的挑戰。由于圖形密度的不均勻性和不同材質在CMP工序中的不同去除率，導致晶 圓表面金屬厚度的不均勻性，最終互連線的電氣特性與最初設計極為不同，更為嚴重的是 造成短路或斷路。CMP過程并不復雜，但是影響工藝的因素很多，在模擬仿真的基礎上，開展 可制造性設計(DFM，designfor manufacturability)的研究，設計人員利用研磨工藝模型 預測銅互連線的平整性，在晶圓制造之前驗證其可制造性，反復迭代得到最優化設計，提高 了良率，加快產品研發的進程，贏得市場。工藝建模是通過研究CMP工藝的物理化學機制，得到一套數學表達式，模擬仿真 CMP工藝過程，得到研磨后晶圓的表面形貌表征參量，工藝建模過程包括物理模型建立、版 圖設計、實施實驗方法和獲得測試數據校正模型。由于工藝建模比較復雜，目前工業界主流的方法需要大量的測試芯片和多批次的 實驗獲得測量數據，每次往往是獲得單點的工藝測量數據，如一定的金屬生長厚度和一定 的CMP研磨時間等特定工藝條件，這樣得到的工藝模型就像一部傻瓜相機，無法準確表征 工藝如生長厚度和研磨時間的變化而導致的晶圓表面平坦性的變化，工藝工程師無法用這 樣的模型去調整和優化實際工藝得到最優化配方；而多批次多芯片的測試實驗往往也不是 同一時間進行，不同時間節點由于CMP研磨設備的易耗品使用壽命不同導致反應工藝特 征的研磨率特征曲線的巨大差異性，所以不同時間不同工藝條件下的測量數據往往不具有 可比性，由此得到的工藝模型的準確性受到嚴峻挑戰。所以現階段CMP工藝建模成本非常高，被認可的商用CMP工藝模型很少，因此如何 設計測試版圖、工藝實施和測試方案，減少流片和測試的次數，從而降低成本至關重要。
發明內容
本發明需要解決的技術問題就在于克服現有技術的缺陷，提供一種化學機械研磨 工藝建模的實驗方法，它能夠節省建模成本和時間。為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案
本發明一種化學機械研磨工藝建模的實驗方法，所述方法包括下列4個步驟金 屬沉積、CMP第1步、CMP第2步和CMP第3步。所述金屬沉積步驟中，金屬沉積厚度為正常生長厚度S和正常生長厚度s加減，的 厚度為10% -30%正常生長厚度S。所述CMP第1步的研磨時間為正常研磨時間、和正常研磨時間、加減Δ tl，Δ tl 為10% -20% ti ；所述CMP第2步的研磨時間為正常研磨時間t2和正常研磨時間t2加減 At2，At2為20% -30% t2 ；所述CMP第3步的研磨時間為正常研磨時間t3和正常研磨時 間 t3 加減 At3, At3 為 30% -40% t3。在金屬沉積步驟后，分別使用原子力顯微鏡測量表面起伏和用掃描電子顯微鏡測 量橫截面的厚度。在CMP第1步后，分別使用原子力顯微鏡測量表面起伏和用掃描電子顯微鏡測量 橫截面的厚度。在CMP第2步后，分別使用原子力顯微鏡測量表面起伏和用掃描電子顯微鏡測量 模截面的厚度。在CMP第3步工藝后，分別使用原子力顯微鏡測量表面起伏、用掃描電子顯微鏡測 量橫截面的厚度、用四端法測量金屬線電阻和測試電容。由本發明所述建模的實驗方法和測試方法建立的模型既可以滿足設計師用于最 優化設計，又能滿足工藝工程師用于最優化工藝配方，提高可制造性。與現有技術相比，本發明技術方案產生的有益效果為本發明提供了完整的化學機械研磨工藝建模的實驗方法，實驗方法中包括了完善 的測試方法，一次流片獲得的測量數據就可以完成建模提參、驗證和真實產品設計測試驗 證所需要的數據，在完成本發明的流程后，模型完全可以交付給工廠使用，大大降低了建模 成本，減少了建模時間。
圖1為本發明實施例化學機械研磨工藝建模的實驗方法和測試方法流程框圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方 式作進一步地詳細描述。如圖1所示，本發明實施例提供了一種化學機械研磨工藝建模的實驗方法，所述 方法包括下列4個步驟金屬沉積、CMP第1步、CMP第2步和CMP第3步。所述金屬沉積步驟中，金屬沉積厚度為正常生長厚度s和正常生長厚度s加減 AS, AS的厚度為10%-30%正常生長厚度s。在金屬沉積步驟后，分別使用原子力顯微 鏡測量表面起伏和用掃描電子顯微鏡測量橫截面的厚度。所述CMP第1步的研磨時間為正常研磨時間、和正常研磨時間、加減Δ tl，Δ tl 為10% -20%、。在CMP第1步后，分別使用原子力顯微鏡測量表面起伏和用掃描電子顯 微鏡測量橫截面的厚度。所述CMP第2步的研磨時間為正常研磨時間t2和正常研磨時間t2加減Δ t2，Δ t2為20% -30% t2。在CMP第2步后，分別使用原子力顯微鏡測量表面起伏和用掃描電子顯 微鏡測量橫截面的厚度。所述CMP第3步的研磨時間為正常研磨時間t3和正常研磨時間t3加減Δ t3，Δ t3 為30%-40% t3。在CMP第3步后，分別使用原子力顯微鏡測量表面起伏、用掃描電子顯微 鏡測量橫截面的厚度、用四端法測量金屬線電阻和測試電容。由本發明實施例所述建模的實驗方法和測試方法建立的模型既可以滿足設計師 用于最優化設計又能滿足工藝工程師用于最優化工藝配方，提高可制造性。本發明實施例提供了完整的化學機械研磨工藝建模的實驗方法和測試方法，配套 一定的版圖設計，一次流片獲得的測量數據就可以完成建模提參、驗證和真實產品設計測 試驗證所需要的數據，在完成本發明實施例的流程后，模型完全可以交付給工廠使用，大大 降低了建模成本，減少了建模時間。以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種化學機械研磨工藝建模的實驗方法，其特征在于所述方法包括下列步驟金屬 沉積步驟、化學機械研磨第1步、化學機械研磨第2步和化學機械研磨第3步。
2.如權利要求1所述的化學機械研磨工藝建模的實驗方法，其特征在于所述金屬沉積 步驟中，金屬沉積厚度為正常生長厚度s和正常生長厚度s加減Δ s,所述Δ s的厚度為 10% -30%正常生長厚度。
3.如權利要求1所述的化學機械研磨工藝建模的實驗方法，其特征在于所述化學機械 研磨第1步的研磨時間為正常研磨時間tl和正常研磨時間tl加減Atl，所述Atl為 10%-20%tl ；所述化學機械研磨第2步的研磨時間為正常研磨時間t2和正常研磨時間t2 加減At2，所述Δ t2為20%-30% t2;所述化學機械研磨第3步的研磨時間為正常研磨時 間t3和正常研磨時間t3加減At3，所述At3為30% -40% t3。
4.如權利要求1-3之任一所述的化學機械研磨工藝建模的實驗方法，其特征在于在金 屬沉積步驟后，分別使用原子力顯微鏡測量表面起伏和用掃描電子顯微鏡測量橫截面的厚 度。間距為0-300微米。
5.如權利要求4所述的化學機械研磨工藝建模的實驗方法，其特征在于在化學機械研 磨第1步后，分別使用原子力顯微鏡測量表面起伏和用掃描電子顯微鏡測量橫截面的厚 度。
6.如權利要求5所述的化學機械研磨工藝建模的實驗方法，其特征在于在化學機械研 磨第2步后，分別使用原子力顯微鏡測量表面起伏和用掃描電子顯微鏡測量橫截面的厚 度。
7.如權利要求6所述的化學機械研磨工藝建模的實驗方法，其特征在于在化學機械研 磨第3步后，分別使用原子力顯微鏡測量表面起伏、用掃描電子顯微鏡測量橫截面的厚度、 用四端法測量金屬線電阻和測試電容。
全文摘要
本發明公開了一種化學機械研磨工藝建模的實驗方法和測試方法，屬于集成電路制造工藝和版圖設計技術領域。所述方法包括金屬沉積、CMP第1步、CMP第2步和CMP第3步。測試方法分為2大類，在金屬沉積、CMP第1步和CMP第2步工藝后分別使用原子力顯微鏡測量表面起伏和用掃描電子顯微鏡測量橫截面的厚度，在CMP第3步工藝后，除了使用以上的兩種測試方法，還增加電阻和電容測量。本發明提供了完整的化學機械研磨工藝建模的實驗方法和測試方法，一次流片獲得的測量數據就可以完成建模提參、驗證和真實產品設計測試驗證所需要的數據，在完成本發明的流程后，模型完全可以交付給工廠使用，大大降低了建模成本，減少了建模時間。
文檔編號B24B37/00GK102114609SQ20091031289
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者葉甜春, 周雋雄, 李志剛, 楊飛, 王強, 阮文彪, 陳嵐 申請人:中國科學院微電子研究所