化学机械抛光中凹陷现象检测单元、制作方法及检测方法技术

化学机械抛光中凹陷现象检测单元、制作方法及检测方法，所述制作方法包括如下步骤：在经化学机械抛光后的图形衬底表面生长检测层；在检测层表面生长覆盖层；对覆盖层表面进行化学机械抛光处理，至除去图形衬底表面的图形边缘处对应的覆盖层；采用选择性刻蚀的方法，在图形衬底表面形成检测单元。本发明专利技术还提供了一种化学机械抛光中凹陷现象的检测方法。本发明专利技术提供的制作方法和检测方法，既适用于检测导电材料构成的图形衬底，又适用于检测绝缘材料构成的图形衬底，具有普适性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件工艺，特别涉及化学机械抛光中凹陷现象检测单 元、制作方法及4全测方法。
技术介绍
化学机械抛光(Chemical Mechanical Polish: CMP)工艺是目前半导体集成 电路工艺中最为常见的工艺之一，是一种在先进半导体工艺里不可或缺的薄 膜平坦化技术。CMP被广泛的应用于集成电路工艺的各个阶段，比如晶圆抛 光、浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation: STI)、金属互联等。包括单晶硅、多 晶硅、二氧化硅、氮化硅、氧化铪、金属、金属硅化物等各种材料都可以采 用CMIM故表面的抛光处理。现阶段，CMP工艺中产生的凹陷问题，是困扰工艺工程师的难题之一。 所谓凹陷，是指对晶圆表面的图形做CMP工艺处理时，抛光后的图形中心部 位略低于四周，晶圆表面的图形形成了类似于碟子形状的中间低、四周高的 凹陷结构，尤其是对于晶圓表面图形较大的时候，非常容易产生凹陷现象。 如图1所示为CMP工艺产生凹陷现象的示意图，半导体衬底1中存在净皮抛光 的图形2、 3、 4和5。其中图形2、 3和4的横向尺寸较小，在CMP时不会产 生凹陷现象，而图形5由于横向尺寸较大，因此在CMP时可能会产生凹陷的 现象。在后续的工艺步骤中若再次对凹陷的图形结构做CMP处理，则在碟形 凹陷的中心部位很容易引起多余物质的残留，破坏了器件结构，导致器件失 效，严重影响生产线的成品率。由于CMP工艺对图形的尺寸4艮敏感，因此在 实际的生产中，必须经常检测是否有图形凹陷现象产生。当被抛光的大块图形为金属材料时，可以采用测量图形电导率的方法检 测图形凹陷现象。如图2所示，当图形5是导电材料时，可以采用该方法检测图形凹陷现象。在抛光后的图形衬底表面分别施加电压，测量抛光后图形 的电阻。如果电阻大于正常值，则说明薄膜的厚度变薄，发生了凹陷现象。美国专利US5723874详细披露了该技术方案。在衬底表面设计了一个检 测单元。该检测单元由各种不同横向尺寸的图形结构组成。对该衬底表面进系，在抛光图形的横向尺寸与凹陷程度之间建立定量关系。在釆用CMP抛光 金属图形时，釆用该方案可以根据图形尺寸确定CMP工艺参数的大致范围。 但是才企测电阻的方法决定了该4企测单元必须由导电材料制作，因此该方案只 能用于检测金属或者其他导电材料形成的图形的凹陷，并不适用于二氧化硅、 氮化硅等绝缘材料的凹陷检测，因此并不具有普适性。现有技术中，针对CMP工艺凹陷现象的检测单元以及检测方法，无法做 到既适用于导电图形又适用于绝缘图形，不具有普适性。CMP作为集成电路 工艺中不可或缺的工艺手l炎，其应用范围不断扩大，图形凹陷作为CMP工艺 中的重要问题之一，亟需一种制作具有普适的检测单元的方法，用以检测CMP 工艺中的凹陷现象。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种即适用于导电图形、又适用于绝 缘图形的，具有普适性的化学机械抛光中凹陷现象检测单元、制作方法及检 测方法。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种化学机械抛光中凹陷现象的检测 单元制作方法，其特征在于，包括如下步骤在经化学机械抛光后的图形衬 底表面生长检测层；在检测层表面生长覆盖层；对覆盖层表面进行化学机械 抛光处理，至除去图形衬底表面的图形边缘处对应的覆盖层；采用选择性刻 蚀的方法，在图形衬底表面形成4企测单元。可选的，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料为单晶硅、多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铪、砷化镓、金属或者金属硅化 物。可选的，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料包括掺杂浓度大于lxlOcmJ的硅、掺杂浓度大于lxlOcmJ多晶硅、金属或者金属硅化 物时，检测层包括介质层与导电层。可选的，所述介质层的构成材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪。可选的，所述导电层的构成材料为多晶硅、金属或者金属硅化物。 可选的，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料包括掺杂浓度小于lxl0cm-2的硅、掺杂浓度小于lxlOcmJ多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪时，检测层包括导电层。可选的，所述导电层的构成材料包括多晶硅、金属或者金属硅化物。 可选的，所述覆盖层的构成材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪。可选的，所述4全测单元包括条状结构或者彼此交错的梳状结构。 可选的，所述用于形成测试结构的选择性刻蚀所具有的特点包括，刻蚀导电层的速率大于刻蚀覆盖层的速率。可选的，所述检测单元包括的条状结构，其横向宽度为0.05微米~1微米。 可选的，所述检测单元包括的彼此交错的梳状结构，梳齿的横向间隔距离为0.05《敖米~5孩i米。可选的，所述检测单元包括的彼此交错的梳状结构，每根梳齿的横向宽度为0.05孩i:米 1孩￡米。本专利技术还提供了一种化学机械抛光中凹陷现象的检测方法，采用上述的方法制作的化学机械抛光中凹陷现象的检测单元，检测经化学机械抛光后的图形衬底表面是否产生凹陷，检测的方法包括通过测量检测单元的电阻值判断经化学机械抛光后的衬底表面是否产生凹陷。可选的，当4全测单元为条状结构时，所述测量4企测单元的电阻值的方法 具体为测量条状结构两端的电阻值。可选的，当检测单元彼此交错的梳齿结构的梳齿结构时，所述测量4全测 单元的电阻值的方法具体为测量彼此交错的梳齿结构的梳齿之间的电阻值。可选的，若测量得到的电阻值小于理论计算值，可以判定产生了凹陷现象。本专利技术还提供了一种化学机械抛光中凹陷现象的检测单元，包括图形衬底和^r测层，其特征在于，检测层中包括导电层，所述导电层构成条状结构 或彼此交错的梳状结构。可选的，当图形衬底表面由导电材料构成时，检测层还包括位于导电层 下方的介质层。本专利技术还提供了 一种化学机械抛光中凹陷现象的检测单元，包括图形衬 底和检测层，其特征在于，检测层中包括导电层和位于导电层上的覆盖层， 导电层表面具有条状凸出结构或者彼此交错的梳状凸出结构，所述凸出结构 由覆盖层或者覆盖层与导电层共同构成。可选的，当图形衬底表面由导电材料构成时，检测层还包括位于导电层 下方的介质层。与现有技术相比，以上技术方案叙述的化学机械抛光中凹陷现象检测单 元、制作方法及检测方法，通过生长包括检测层和覆盖层的多层结构，将图 形村底的凹陷现象反映为覆盖层的残留，再釆用选择性刻蚀的方法，通过考 察检测层是否得到充分刻蚀而考察覆盖层是否有残留，从而检测图形衬底的 凹陷现象。本专利技术所述技术方案的优点在于测试结构由生长在图形衬底表面 的^r测层中的导电层构成，测试结构的组成并不包括图形衬底部分，因此既 适用于检测导电材料构成的图形衬底，又适用于检测绝缘材料构成的图形衬底，具有普适性。 附图说明图1为化学机械抛光工艺中产生凹陷现象的示意图2为现有技术检测化学机械抛光工艺中凹陷现象的示意图3为本专利技术所述化学机械抛光中凹陷现象^r测单元的制作方法具体实施方式的工艺流程图4至图23为本专利技术所述化学才几械抛光中凹陷现象^r测单元的制作方法具体实施方式的工艺示意图24为本专利技术所述化学^L械抛光中凹陷现象4全测方法的具体实施方式的工艺流程图。具体实施例方式本专利技术提供的化学机械抛光中凹陷现象检测单元的制作方法与才企测方 法，既适用于检测导电材料构成的图形衬底，又适用于检测绝缘材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，包括如下步骤：　在经化学机械抛光后的图形衬底表面生长检测层；　在检测层表面生长覆盖层；　对覆盖层表面进行化学机械抛光处理，至除去图形衬底表面的图形边缘处对应的覆盖层；　采用选择性刻蚀的方法，在图形衬底表面形成检测单元。

【技术特征摘要】
1. 一种化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，包括如下步骤在经化学机械抛光后的图形衬底表面生长检测层；在检测层表面生长覆盖层；对覆盖层表面进行化学机械抛光处理，至除去图形衬底表面的图形边缘处对应的覆盖层；采用选择性刻蚀的方法，在图形衬底表面形成检测单元。2. 根据权利要求1所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其 特征在于，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料为单晶硅、 多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铪、砷化镓、金属或者金属硅 化物。3. 根据权利要求1所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其 特征在于，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料包括掺杂浓 度大于lxl0cn^的硅、掺杂浓度大于lxl0cm-2多晶硅、金属或者金属 硅化物时，检测层包括介质层与导电层。4. 根据权利要求3所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其 特征在于，所述介质层的构成材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化 铪。5. 根据权利要求3所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其 特征在于，所述导电层的构成材料为多晶硅、金属或者金属硅化物。6. 根据权利要求1或2所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方 法，其特征在于，所述经化学机械抛光后的图形衬底表面的构成材料包括 掺杂浓度小于lxl0crrf2的硅、掺杂浓度小于lxl0cm—2多晶硅、氧化硅、 氮化硅、氮氧化硅或者氧化铪时，检测层包括导电层。7. 根据权利要求6所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其 特征在于，所述导电层的构成材料包括多晶硅、金属或者金属硅化物。8. 根据权利要求1所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其特征在于，所述覆盖层的构成材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者氧化 铪。9. 根据权利要求1所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其 特征在于，所述检测单元包括条状结构或者彼此交错的梳状结构。10. 根据权利要求1所述之化学机械抛光中凹陷现象的检测单元制作方法，其 特征在于，所述用于形成测试结构的选择性刻蚀所具有的特点包括，刻蚀 导电层的速率大于刻蚀覆盖层的速率。11. 根据权利要求1所述之化学机械抛...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏凤莲，陈强，章鸣，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]