专利名称：一种化学机械研磨工艺建模的实验方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造工艺和版图设计技术领域，具体涉及一种化学机械研磨 工艺建模的实验方法。
背景技术：
化学机械研磨(ChemicalMechanical Polishing, CMP)是集成电路制造中所应用 的表面平坦化工艺，是化学腐蚀和机械研磨的组合技术，它借助抛光液的化学腐蚀作用以 及超微粒子的研磨作用在被研磨的介质表面上形成光洁平坦表面，该方法既可以获得较完 美的表面，又可以得到较高的抛光速率，被公认为是超大规模集成电路阶段最好的晶圆全 局平坦化方法。集成电路antegrated Circuit, IC)制造技术按照摩尔定律以每18个月集成度 提高一倍的速度发展，当集成电路的特征尺寸降到65纳米及以下的时候，IC制造技术遇到 了空前的挑战。由于图形密度的不均勻性和不同材质在CMP工序中的不同去除率，导致晶 圆表面金属厚度的不均勻性，最终互连线的电气特性与最初设计极为不同，更为严重的是 造成短路或断路。CMP过程并不复杂，但是影响工艺的因素很多，在模拟仿真的基础上，开展 可制造性设计(DFM，designfor manufacturability)的研究，设计人员利用研磨工艺模型 预测铜互连线的平整性，在晶圆制造之前验证其可制造性，反复迭代得到最优化设计，提高 了良率，加快产品研发的进程，赢得市场。工艺建模是通过研究CMP工艺的物理化学机制，得到一套数学表达式，模拟仿真 CMP工艺过程，得到研磨后晶圆的表面形貌表征参量，工艺建模过程包括物理模型建立、版 图设计、实施实验方法和获得测试数据校正模型。由于工艺建模比较复杂，目前工业界主流的方法需要大量的测试芯片和多批次的 实验获得测量数据，每次往往是获得单点的工艺测量数据，如一定的金属生长厚度和一定 的CMP研磨时间等特定工艺条件，这样得到的工艺模型就像一部傻瓜相机，无法准确表征 工艺如生长厚度和研磨时间的变化而导致的晶圆表面平坦性的变化，工艺工程师无法用这 样的模型去调整和优化实际工艺得到最优化配方；而多批次多芯片的测试实验往往也不是 同一时间进行，不同时间节点由于CMP研磨设备的易耗品使用寿命不同导致反应工艺特 征的研磨率特征曲线的巨大差异性，所以不同时间不同工艺条件下的测量数据往往不具有 可比性，由此得到的工艺模型的准确性受到严峻挑战。所以现阶段CMP工艺建模成本非常高，被认可的商用CMP工艺模型很少，因此如何 设计测试版图、工艺实施和测试方案，减少流片和测试的次数，从而降低成本至关重要。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种化学机械研磨 工艺建模的实验方法，它能够节省建模成本和时间。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案
本发明一种化学机械研磨工艺建模的实验方法，所述方法包括下列4个步骤金 属沉积、CMP第1步、CMP第2步和CMP第3步。所述金属沉积步骤中，金属沉积厚度为正常生长厚度S和正常生长厚度s加减，的 厚度为10% -30%正常生长厚度S。所述CMP第1步的研磨时间为正常研磨时间、和正常研磨时间、加减Δ tl，Δ tl 为10% -20% ti ；所述CMP第2步的研磨时间为正常研磨时间t2和正常研磨时间t2加减 At2，At2为20% -30% t2 ；所述CMP第3步的研磨时间为正常研磨时间t3和正常研磨时 间 t3 加减 At3, At3 为 30% -40% t3。在金属沉积步骤后，分别使用原子力显微镜测量表面起伏和用扫描电子显微镜测 量横截面的厚度。在CMP第1步后，分别使用原子力显微镜测量表面起伏和用扫描电子显微镜测量 横截面的厚度。在CMP第2步后，分别使用原子力显微镜测量表面起伏和用扫描电子显微镜测量 模截面的厚度。在CMP第3步工艺后，分别使用原子力显微镜测量表面起伏、用扫描电子显微镜测 量横截面的厚度、用四端法测量金属线电阻和测试电容。由本发明所述建模的实验方法和测试方法建立的模型既可以满足设计师用于最 优化设计，又能满足工艺工程师用于最优化工艺配方，提高可制造性。与现有技术相比，本发明技术方案产生的有益效果为本发明提供了完整的化学机械研磨工艺建模的实验方法，实验方法中包括了完善 的测试方法，一次流片获得的测量数据就可以完成建模提参、验证和真实产品设计测试验 证所需要的数据，在完成本发明的流程后，模型完全可以交付给工厂使用，大大降低了建模 成本，减少了建模时间。
图1为本发明实施例化学机械研磨工艺建模的实验方法和测试方法流程框图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。如图1所示，本发明实施例提供了一种化学机械研磨工艺建模的实验方法，所述 方法包括下列4个步骤金属沉积、CMP第1步、CMP第2步和CMP第3步。所述金属沉积步骤中，金属沉积厚度为正常生长厚度s和正常生长厚度s加减 AS, AS的厚度为10%-30%正常生长厚度s。在金属沉积步骤后，分别使用原子力显微 镜测量表面起伏和用扫描电子显微镜测量横截面的厚度。所述CMP第1步的研磨时间为正常研磨时间、和正常研磨时间、加减Δ tl，Δ tl 为10% -20%、。在CMP第1步后，分别使用原子力显微镜测量表面起伏和用扫描电子显 微镜测量横截面的厚度。所述CMP第2步的研磨时间为正常研磨时间t2和正常研磨时间t2加减Δ t2，Δ t2为20% -30% t2。在CMP第2步后，分别使用原子力显微镜测量表面起伏和用扫描电子显 微镜测量横截面的厚度。所述CMP第3步的研磨时间为正常研磨时间t3和正常研磨时间t3加减Δ t3，Δ t3 为30%-40% t3。在CMP第3步后，分别使用原子力显微镜测量表面起伏、用扫描电子显微 镜测量横截面的厚度、用四端法测量金属线电阻和测试电容。由本发明实施例所述建模的实验方法和测试方法建立的模型既可以满足设计师 用于最优化设计又能满足工艺工程师用于最优化工艺配方，提高可制造性。本发明实施例提供了完整的化学机械研磨工艺建模的实验方法和测试方法，配套 一定的版图设计，一次流片获得的测量数据就可以完成建模提参、验证和真实产品设计测 试验证所需要的数据，在完成本发明实施例的流程后，模型完全可以交付给工厂使用，大大 降低了建模成本，减少了建模时间。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种化学机械研磨工艺建模的实验方法，其特征在于所述方法包括下列步骤金属 沉积步骤、化学机械研磨第1步、化学机械研磨第2步和化学机械研磨第3步。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨工艺建模的实验方法，其特征在于所述金属沉积 步骤中，金属沉积厚度为正常生长厚度s和正常生长厚度s加减Δ s,所述Δ s的厚度为 10% -30%正常生长厚度。
3.如权利要求1所述的化学机械研磨工艺建模的实验方法，其特征在于所述化学机械 研磨第1步的研磨时间为正常研磨时间tl和正常研磨时间tl加减Atl，所述Atl为 10%-20%tl ；所述化学机械研磨第2步的研磨时间为正常研磨时间t2和正常研磨时间t2 加减At2，所述Δ t2为20%-30% t2;所述化学机械研磨第3步的研磨时间为正常研磨时 间t3和正常研磨时间t3加减At3，所述At3为30% -40% t3。
4.如权利要求1-3之任一所述的化学机械研磨工艺建模的实验方法，其特征在于在金 属沉积步骤后，分别使用原子力显微镜测量表面起伏和用扫描电子显微镜测量横截面的厚 度。间距为0-300微米。
5.如权利要求4所述的化学机械研磨工艺建模的实验方法，其特征在于在化学机械研 磨第1步后，分别使用原子力显微镜测量表面起伏和用扫描电子显微镜测量横截面的厚 度。
6.如权利要求5所述的化学机械研磨工艺建模的实验方法，其特征在于在化学机械研 磨第2步后，分别使用原子力显微镜测量表面起伏和用扫描电子显微镜测量横截面的厚 度。
7.如权利要求6所述的化学机械研磨工艺建模的实验方法，其特征在于在化学机械研 磨第3步后，分别使用原子力显微镜测量表面起伏、用扫描电子显微镜测量横截面的厚度、 用四端法测量金属线电阻和测试电容。
全文摘要
本发明公开了一种化学机械研磨工艺建模的实验方法和测试方法，属于集成电路制造工艺和版图设计技术领域。所述方法包括金属沉积、CMP第1步、CMP第2步和CMP第3步。测试方法分为2大类，在金属沉积、CMP第1步和CMP第2步工艺后分别使用原子力显微镜测量表面起伏和用扫描电子显微镜测量横截面的厚度，在CMP第3步工艺后，除了使用以上的两种测试方法，还增加电阻和电容测量。本发明提供了完整的化学机械研磨工艺建模的实验方法和测试方法，一次流片获得的测量数据就可以完成建模提参、验证和真实产品设计测试验证所需要的数据，在完成本发明的流程后，模型完全可以交付给工厂使用，大大降低了建模成本，减少了建模时间。
文档编号B24B37/00GK102114609SQ20091031289
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者叶甜春, 周隽雄, 李志刚, 杨飞, 王强, 阮文彪, 陈岚 申请人:中国科学院微电子研究所