一种化学机械研磨液配置优化的方法技术

本发明专利技术提供了一种化学机械研磨液配置优化的方法，该方法包括：选定化学机械研磨的工艺条件，并获取晶圆特性数据和当前研磨液配置数据；通过高分子参考作用点模型，获取研磨颗粒吸附状态数据；判断所述研磨颗粒吸附状态数据是否满足物理吸附状态标准；如果否，调整所述当前研磨液配置数据，调整后返回获取研磨颗粒吸附状态数据的步骤；如果是，以所述当前研磨液配置数据作为研磨液配置优化数据，并利用研磨液配置优化数据配置得到优化的研磨液。利用本发明专利技术提供的方法进行化学机械研磨液配置优化，使得优化过程简化，在保证研磨后吸附在晶圆表面上的研磨颗粒易于清除的同时，还能使化学机械研磨液的工艺优化成本和周期都得以降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路芯片超精细表面加工
，特别涉及一种用于控制研磨颗粒在晶圆表面上的吸附状态的化学机械研磨液配置优化的方法。
技术介绍
随着集成电路制造工艺特征尺寸的不断减小，集成电路制造技术遇到了空前挑战。尤其，在32/28nm以下的主流半导体器件制造过程中，电路表面的平整度是影响光刻聚焦深度水平及良品率的重要因素。因此，如何实现半导体芯片表面超精细加工成为当前集成电路制造工艺的一个重要技术问题。目前，实现芯片表面超精细加工，使用最广泛的平坦化技术是化学机械研磨(CMP)技术。如图1所示，化学机械研磨的装置是将晶圆吸附在晶圆携载器上，然后将晶圆按压在旋转工作台表面的研磨垫上，同时向研磨垫输入含有研磨颗粒、氧化剂和表面活性剂等成分的研磨液使晶圆浸在研磨液中。研磨过程中，在化学蚀刻与机械磨削两种材料移除机制的交互作用下使晶圆表面达到平坦化。在集成电路制造过程中，由于特征尺寸的减小直接导致各种微观效应出现，化学机械研磨液中的研磨颗粒，容易因分子间相互作用吸附在晶圆表面上。随着时间的增长，这种吸附状态将由易于解吸的物理吸附变成难以分离的化学吸附，进而使得研磨颗粒无法从晶圆表面清除，从而影响晶圆表面的平坦化程度。如此可见，控制研磨颗粒在晶圆表面的吸附状态，使研磨颗粒在晶圆表面上的吸附状态处于易解吸的物理吸附，就成为实现研磨颗粒从晶圆表面清除重要技术 问题。为避免研磨颗粒在晶圆表面吸附，通常的手段是在研磨液中加入高分子表面活性齐U。当研磨颗粒物理吸附于晶圆表面时，表面活性剂分子能够降低晶圆与研磨颗粒间的作用力，使研磨颗粒在晶圆表面的吸附作用减小而不会转变为化学吸附，并且，表面活性剂分子能够在研磨颗粒和晶圆表面形成致密的质点保护层，防止研磨颗粒与晶圆表面形成进一步的吸附，最终将研磨颗粒在晶圆表面上的吸附状态控制在物理吸附阶段。尽管在研磨液中加入高分子表面活性剂可以控制研磨颗粒在晶圆表面的吸附状态，但在实际利用研磨液来研磨晶圆的过程中，研磨液中表面活性剂的种类、大小、浓度、电荷分布等配置因素都会对吸附状态的控制效果产生很大的影响；并且，不同的加工工艺条件下，由于晶圆和研磨液中研磨颗粒的不同，所需的表面活性剂的配置也不同，因此，如何优化研磨液中表面活性剂的配置，就成为化学机械研磨液生产中控制研磨颗粒在晶圆表面吸附状态的重要环节。目前的现有技术中，实验还是优化研磨液配置的主要手段，一种具体的优化表面活性剂成分的研磨液配制过程是:根据表面活性剂种类、大小、浓度等物理化学因素的经验值配置研磨液，然后将配置好的研磨液用于化学机械研磨加工的具体测试实验，以实验测量的方法确定研磨颗粒在晶圆表面上的吸附状态，再综合考虑实验得到的研磨颗粒吸附状态、研磨颗粒清洗难度及研磨表面平坦化效果等因素调整研磨液中表面活性剂的配置参数；如此循环，最终得到一种配置优化了的研磨液，将此研磨液用于化学机械研磨工艺时在保证表面平坦性及研磨率等条件下使得研磨颗粒容易从晶圆表面清除。然而，由于集成电路制造工艺对实验环境及测量设备要求极高，实验本身的随机波动性及工艺涨落等对实验测量结果的精确程度有较大影响，并且需要不断重复实验过程来调整研磨液的配置，因此，为控制研磨颗粒在晶圆表面的吸附状态、使研磨后吸附在晶圆表面上的研磨颗粒容易被清除，完全通过实验手段来优化研磨液配置，成本较高，周期也较长。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供，以控制研磨颗粒在晶圆表面的吸附状态使之处于易解吸的物理吸附状态，且能克服现有的通过实验来优化研磨液配置的方法所带来的成本较高、周期较长等问题。为达到上述目的，本专利技术提供了，所述方法包括以下步骤:步骤A:选定化学机械研磨的工艺条件；步骤B:根据选定的工艺条件，获取晶圆表面研磨时的材质作为晶圆特性数据，并获取预设的研磨液中研磨颗粒的种类、大小、浓度及电荷分布和表面活性剂的种类、大小、浓度及电荷分布作为当前研磨液配置数据；步骤C:根据所述晶圆特性数据和所述当前研磨液配置数据，通过高分子参考作用点模型，获取与所述当前研磨液配置数据对应的研磨颗粒吸附状态数据；步骤D:判断所 述研磨颗粒吸附状态数据是否满足物理吸附状态标准，如果否，进入步骤E，如果是，进入步骤F ;步骤E:调整所述当前研磨液配置数据，并将调整后的研磨液配置数据作为所述当前研磨液配置数据；进入步骤C ；步骤F:以所述当前研磨液配置数据作为研磨液配置优化数据，并利用研磨液配置优化数据配置得到优化的研磨液。优选的，所述步骤C包括:步骤Cll:根据所述晶圆特性数据中晶圆表面的材质，以及所述当前研磨液配置数据中研磨颗粒的种类、大小、浓度和电荷分布和表面活性剂分子的种类、大小、浓度和电荷分布，通过分布函数理论，获取表面活性剂、晶圆表面和研磨颗粒的分子内相关函数，以及表面活性剂分子间、研磨颗粒与表面活性剂分子间、晶圆表面与表面活性剂分子间和晶圆表面与研磨颗粒间的分子间势能函数；步骤C12:根据所述表面活性剂、晶圆表面和研磨颗粒的分子内相关函数，以及表面活性剂分子间、研磨颗粒与表面活性剂分子间、晶圆表面与表面活性剂分子间和晶圆表面与研磨颗粒间的分子间势能函数，求解高分子参考作用点模型积分方程，获取晶圆表面与表面活性剂分子间及晶圆表面与研磨颗粒间的径向分布函数；步骤C13:获取 所述晶圆表面与表面活性剂分子间径向分布函数的峰值高度和远度及晶圆表面与研磨颗粒间的径向分布函数的峰值高度和远度作为当前配置下的研磨颗粒吸附状态数据。优选的，所述步骤D为包括:判断所述研磨颗粒吸附状态数据中所述晶圆表面与表面活性剂分子间的径向分布函数的峰值高度是否大于预设的峰值高度阈值，如果否，进入步骤E,如果是,进入步骤F。优选的，所述步骤D为包括:判断所述研磨液颗粒吸附状态数据中所述晶圆表面与研磨颗粒间的径向分布函数的峰值远度是否大于预设的峰值远度阈值，如果否，进入步骤E，如果是，进入步骤F。优选的，所述步骤C包括:步骤C21:根据所述晶圆特性数据中晶圆表面的材质，以及所述当前研磨液配置数据中研磨颗粒的种类、大小、浓度和电荷分布和表面活性剂分子的种类、大小、浓度和电荷分布，通过分布函数理论，获取表面活性剂、晶圆表面和研磨颗粒的分子内相关函数，以及表面活性剂分子间、研磨颗粒与表面活性剂分子间、晶圆表面与表面活性剂分子间和晶圆表面与研磨颗粒间的分子间势能函数；步骤C22:根据所述表面活性剂、晶圆表面和研磨颗粒的分子内相关函数，以及表面活性剂分子间、研磨颗粒与表面活性剂分子间、晶圆表面与表面活性剂分子间和晶圆表面与研磨颗粒间的分子间势能函数，求解高分子参考作用点模型积分方程，获取表面活性剂分子间、研磨颗粒与表面活性剂分子间、晶圆表面与表面活性剂分子间及晶圆表面与研磨颗粒间的径向分布函数；步骤C23:根据所述表面活性剂分子间、研磨颗粒与表面活性剂分子间、晶圆表面与表面活性剂分子间及晶圆表面与研磨颗粒间的径向分布函数，获取当前研磨体系的溶剂化自由能；步骤C24:获取当前研磨体系的溶剂化自由能作为当前配置下的研磨颗粒吸附状态数据。优选的，所述步骤D为包括:判断所述研磨颗粒吸附状态数据中当前研磨体系的溶剂化自由能是否小于预设的自由能阈值，如果否，进入步骤E，如果是，进入步骤F。优选的，所述求解高分子参考作用点模型理论本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械研磨液配置优化的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤A：选定化学机械研磨的工艺条件；步骤B：根据选定的工艺条件，获取晶圆表面研磨时的材质作为晶圆特性数据，并获取预设的研磨液中研磨颗粒的种类、大小、浓度及电荷分布和表面活性剂的种类、大小、浓度及电荷分布作为当前研磨液配置数据；步骤C：根据所述晶圆特性数据和所述当前研磨液配置数据，通过高分子参考作用点模型，获取与所述当前研磨液配置数据对应的研磨颗粒吸附状态数据；步骤D：判断所述研磨颗粒吸附状态数据是否满足物理吸附状态标准，如果否，进入步骤E，如果是，进入步骤F；步骤E：调整所述当前研磨液配置数据，并将调整后的研磨液配置数据作为所述当前研磨液配置数据；进入步骤C；步骤F：以所述当前研磨液配置数据作为研磨液配置优化数据，并利用研磨液配置优化数据配置得到优化的研磨液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐勤志，陈岚，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：