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JPH1070097A - Method of planarization of semiconductor substrate - Google Patents

Method of planarization of semiconductor substrate

Info

Publication number
JPH1070097A
JPH1070097A JP9953497A JP9953497A JPH1070097A JP H1070097 A JPH1070097 A JP H1070097A JP 9953497 A JP9953497 A JP 9953497A JP 9953497 A JP9953497 A JP 9953497A JP H1070097 A JPH1070097 A JP H1070097A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
polishing
semiconductor substrate
polishing pad
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9953497A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Raijyo Chin
來助 陳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Industrial Technology Research Institute ITRI
Original Assignee
Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Industrial Technology Research Institute ITRI filed Critical Industrial Technology Research Institute ITRI
Publication of JPH1070097A publication Critical patent/JPH1070097A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable monitoring the removed layer thickness without removing particles from a polishing equipment, at the time of chemical/mechanical polishing(CMP) of a semiconductor substrate. SOLUTION: A polishing pad 19 is rotated while polishing slurry at about 10-30 deg.C is supplied on the pad from a resolver 21. A semiconductor substrate 12 held by a carrier 11 is pressed against the polishing pad and rotated, thereby flattening the semiconductor substrate. The temperature at a specific position of the polishing pad or the semiconductor substrate is measured by using an infrared sensor 22, and is stored in a computer memory 25, in accordance with the passage of polish time. The temperature versus the polish time is integrated with time. The thickness of a removed layer is obtained as a function of polishing time, by the calculation using the integrated value and integration coefficients relating to the CMP removed chemical substances and the pattern density on the under side.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、化学的/機械的研
磨(CMP)において、層から除去された厚さをモニタ
する装置及び方法に関する。更に詳しくは、本発明は、
研磨装置からの粒子を除去することを必要とせずに、C
MPの期間中に層から除去された厚さを、その場所でモ
ニタする方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for monitoring the thickness removed from a layer in chemical / mechanical polishing (CMP). More specifically, the present invention provides:
Without the need to remove particles from the polisher,
In-situ monitoring of thickness removed from a layer during an MP.

【0002】[0002]

【従来の技術】化学的/機械的研磨(CMP)は、半導
体基板上に被着される面の上に滑らかなトポグラフィを
与えるために開発されてきた。デバイスの回路を含む基
板上に金属の導線が形成されることにより、粗いトポグ
ラフィが生じる。金属の導線は、離散的なデバイスを相
互接続し集積回路を形成する機能を有する。金属の導線
は更に、絶縁材料から成る薄膜によって、次の相互接続
レベルから絶縁され、絶縁層を通過するよう形成された
ホール(孔)を介して、連続的な導電性の相互接続層の
間の電気的接続が提供されている。このような配線プロ
セスにおいては、絶縁層は滑らかな表面トポグラフィを
有することが望ましいが、その理由は、粗い表面に対し
ては、層をリソグラフィ技術を用いて画像化しパターニ
ングすることが困難であるからである。CMPは、ま
た、半導体基板の表面から、異なる材料層を除去するの
にも用いることができる。例えば、誘電性材料の層にバ
イア・ホールを形成し、メタライゼーション(金属)層
がブランケット被着された後で、CMPを用いて平坦
(プレーナ)な金属スタッドが作られる。
2. Description of the Related Art Chemical / mechanical polishing (CMP) has been developed to provide a smooth topography on a surface deposited on a semiconductor substrate. The formation of metal conductors on the substrate containing the circuitry of the device results in a coarse topography. Metal conductors have the function of interconnecting discrete devices to form integrated circuits. The metal wires are further insulated from the next interconnect level by a thin film of insulating material, and between the continuous conductive interconnect layers through holes formed through the insulating layer. Electrical connections are provided. In such a wiring process, it is desirable for the insulating layer to have a smooth surface topography because, for rough surfaces, it is difficult to image and pattern the layer using lithographic techniques. It is. CMP can also be used to remove different layers of material from the surface of a semiconductor substrate. For example, after forming via holes in a layer of dielectric material and blanket depositing a metallization (metal) layer, CMP is used to create flat (planar) metal studs.

【0003】簡単にいえば、CMPプロセスは、半導体
材料から成る薄い平らなウエハを、化学的条件、圧力条
件、温度条件を制御した上で、湿った研磨表面に接する
ように保持して回転させることを含んでいる。アルミナ
又はシリカなどの研磨剤を含む化学的スラリが、研磨用
の材料として用いられる。更に、この化学的スラリは、
処理の間にウエハの様々な表面をエッチングするために
選択された化学物質を含んでいる。研磨の間に、材料の
機械的及び化学的除去を組み合わせることによって、研
磨表面を極めて高度に平坦化することができる。このプ
ロセスにおいては、基礎にある材料を過剰に除去するこ
となく、滑らかな表面を与えるのに十分な程度の量の材
料を除去することが、重要である。従って、研磨プロセ
スの間に除去される材料の厚さをモニタする、すなわ
ち、研磨プロセスの間に基板上に残存する材料の厚さを
モニタすることが、重要である。
[0003] Briefly, the CMP process spins a thin, flat wafer of semiconductor material under controlled chemical, pressure, and temperature conditions and against a wet polished surface. Including that. A chemical slurry containing an abrasive such as alumina or silica is used as a polishing material. In addition, this chemical slurry
Contains chemicals selected to etch various surfaces of the wafer during processing. By combining mechanical and chemical removal of material during polishing, the polished surface can be very flattened. In this process, it is important to remove a sufficient amount of material to provide a smooth surface without excessive removal of the underlying material. Therefore, it is important to monitor the thickness of material removed during the polishing process, ie, monitor the thickness of material remaining on the substrate during the polishing process.

【0004】従来は、材料の除去は、CMPプロセスを
中断し、ウエハを研磨装置から取り外して、膜の厚さ及
び表面のトポグラフィの一方または両方を確認する技術
を用いてウエハ表面を物理的に検査することによって、
モニタされてきた。この作業を行うと、追加的なウエハ
洗浄ステップや、労働集約的な検査及び測定が必要にな
り、研磨装置におけるスループットが低下する。ウエハ
は、仕様に合致しない場合には、更に研磨を行うため
に、再度、研磨装置に戻さなければならない。材料の除
去が過剰であると、ウエハは仕様には合致せず、標準に
達しないことになる。この終了点(エンドポイント)及
び厚さのモニタ方法は、時間を要し、信頼性がなく、費
用が掛かる。従って、CMPの期間中の終了点の検出及
び厚さのモニタリングの改良が、以下に挙げる特許に示
されるように、これまで種々なされてきている。
Conventionally, material removal involves physically interrupting the CMP process, removing the wafer from the polishing apparatus, and physically refining the wafer surface using techniques to verify film thickness and / or surface topography. By inspecting
Has been monitored. Performing this operation requires additional wafer cleaning steps and labor intensive inspection and measurement, which reduces throughput in the polishing apparatus. If the wafer does not meet the specifications, it must be returned to the polishing apparatus again for further polishing. Excessive material removal will result in the wafer not meeting specifications and substandard. This end point and thickness monitoring method is time consuming, unreliable and costly. Accordingly, improvements in endpoint detection and thickness monitoring during CMP have been made, as shown in the following patents.

【0005】William J. Cote への"Method for Determ
ining Planarization Endpoint during Chemical-Mecha
nical Polishing"と題する米国特許第5234869号
(1993年8月10日特許登録)には、モート(moa
t)によって包囲されたモニタ構造が記載されている。
このモートのために、研磨による除去は、モートが包囲
していない領域においてよりも、モニタ構造において、
より高速に進行する。モニタ構造の頂部が露出し、その
結果として、モートが包囲していない金属パターンの上
に平坦化された絶縁層が生じる。視覚的に検査を行い、
モニタ構造の頂部の露出を判断する。また、金属のモニ
タ構造の頂部と研磨パッドとの間の電気的接続を検出す
ることによって、モニタリングが電気的に行われる。Ch
ris C. Yu他 への"Chemical-Mechanical Planarization
(CMP) of a Semiconductor Wafer Using Acoustical W
aves for In-situ End Point Detection"と題する米国
特許第5240552号(1993年8月31日特許登
録)に記載の発明では、CMPの期間中にウエハに音波
を放射し、反射された波形を解析することにより、平坦
化プロセスを制御している。
"Method for Determ" to William J. Cote
ining Planarization Endpoint during Chemical-Mecha
US Patent No. 5,234,869 entitled "Nical Polishing" (patent registered August 10, 1993)
The monitor structure enclosed by t) is described.
Because of this moat, removal by abrasion is more significant in the monitor structure than in areas where the moat is not surrounding.
Go faster. The top of the monitor structure is exposed, resulting in a planarized insulating layer over the metal pattern that is not surrounded by the moat. Visually inspect,
Determine the exposure of the top of the monitor structure. Monitoring is also performed electrically by detecting the electrical connection between the top of the metal monitor structure and the polishing pad. Ch
"Chemical-Mechanical Planarization to ris C. Yu et al.
(CMP) of a Semiconductor Wafer Using Acoustical W
In the invention described in US Pat. No. 5,240,552 entitled “Aves for In-situ End Point Detection” (patent registered on Aug. 31, 1993), a sound wave is emitted to the wafer during CMP and the reflected waveform is analyzed. By doing so, the planarization process is controlled.

【0006】William J. Cote他 への"Endpoint Detect
ion Apparatus and Method for Chemical-Mechanical P
olishing"と題する米国特許第5309438号(19
94年3月3日特許登録)には、基板を回転させるモー
タに設定された回転速度を維持するのに必要な電力をモ
ニタすることによる、エンドポイント検出方法が記載さ
れている。エンドポイントが検出可能であるのは、基板
を回転させるモータにおいて予め設定された回転速度を
維持するのに必要な電力は、研磨困難な層が一旦除去さ
れると、著しく低下するからである。Naftali E. Lusti
g他 による"In-situ Endpoint Detection Method and A
pparatus for Chemical-Mechanical Polishing Using L
ow Amplitude Input Voltage"と題する米国特許第53
37015号(1994年8月9日特許登録)では、研
磨パッドの中に組み入れられた電極と、高周波の低電圧
信号と、検出手段とが、研磨されている誘電層の厚さを
測定する方法において、用いられている。
[0006] "Endpoint Detect" to William J. Cote et al.
ion Apparatus and Method for Chemical-Mechanical P
olishing ", U.S. Pat. No. 5,309,438 (19)
(Patent registered on March 3, 1994) describes an endpoint detection method by monitoring electric power required to maintain a rotation speed set in a motor that rotates a substrate. The endpoint is detectable because the power required to maintain a preset rotational speed in the motor that rotates the substrate is significantly reduced once the hard-to-polish layer is removed. Naftali E. Lusti
g "In-situ Endpoint Detection Method and A"
pparatus for Chemical-Mechanical Polishing Using L
US Patent No. 53 entitled "ow Amplitude Input Voltage"
No. 37015 (registered August 9, 1994) discloses a method in which an electrode incorporated in a polishing pad, a high-frequency low-voltage signal, and a detecting means measure the thickness of a dielectric layer being polished. In, is used.

【0007】Daniel A. Koos 他による"Optical End Po
int Detection Methods in Semiconductor Planarizing
Polishing Process"と題する米国特許第541394
1号(1995年5月9日)には、レーザ光を研磨され
ている基板に照射し、反射した光を測定することによ
る、研磨のエンドポイント(終了点)検出方法が記載さ
れている。反射した光の強度が、研磨された表面の平坦
性の尺度となる。Gurtej S. Sandhu他 による"Method f
or Controlling a Semiconductor (CMP)Process by Mea
suring a Surface Temperature and Developing a Ther
mal Image of the Wafer"と題する米国特許第5196
353号には、研磨プロセスの間の半導体ウエハの表面
温度を測定するために、赤外線放射検出を用いることが
記載されている。研磨プロセスの期間中のウエハ表面に
おける温度の突然の変化を、エンドポイントを検出する
のに用いている。本発明は、CMPの期間中に、研磨装
置からの粒子を除去することなく、層の除去された厚さ
を、その場でモニタする新規な方法及び装置に関するも
のである。
"Optical End Po" by Daniel A. Koos et al.
int Detection Methods in Semiconductor Planarizing
US Patent No. 541394 entitled "Polishing Process"
No. 1 (May 9, 1995) describes a method for detecting an end point of polishing by irradiating a substrate to be polished with laser light and measuring reflected light. The intensity of the reflected light is a measure of the flatness of the polished surface. "Method f" by Gurtej S. Sandhu et al.
or Controlling a Semiconductor (CMP) Process by Mea
suring a Surface Temperature and Developing a Ther
US Patent No. 5196 entitled "mal Image of the Wafer"
No. 353 describes the use of infrared radiation detection to measure the surface temperature of a semiconductor wafer during a polishing process. A sudden change in temperature at the wafer surface during the polishing process is used to detect the endpoint. The present invention relates to a novel method and apparatus for in-situ monitoring of the removed thickness of a layer during CMP without removing particles from the polishing apparatus.

【0008】[0008]

【発明の概要】本発明の目的は、基板の表面の化学的及
び機械的平坦化(CMP)のための改善された新たな装
置及び方法を提供することであり、該装置及び方法にお
いては、除去された層の厚さは、時間の経過に伴う研磨
プロセスの温度をモニタし、かつ研磨時間を横軸にとっ
た研磨温度の変化を表す曲線を積分することから、除去
された層の厚さを計算することによって、導出される。
本発明の別の目的は、化学的及び機械的平坦化(CM
P)のための新たな改善された方法を提供することであ
り、この方法では、除去された層の厚さは、その場で、
研磨パッドの温度を測定し、研磨時間の経過に伴う研磨
パッドの温度をモニタし、研磨時間を横軸にとった研磨
パッドの温度変化を表す曲線を積分することによって、
除去された層の厚さを計算することから、導出される。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an improved new apparatus and method for chemical and mechanical planarization (CMP) of the surface of a substrate, wherein the apparatus and method include: The thickness of the removed layer is determined by monitoring the temperature of the polishing process over time and integrating a curve representing the change in polishing temperature with the polishing time on the horizontal axis. It is derived by calculating
Another object of the present invention is to provide chemical and mechanical planarization (CM
P) to provide a new and improved method, wherein the thickness of the removed layer is in situ,
By measuring the temperature of the polishing pad, monitoring the temperature of the polishing pad as the polishing time elapses, and integrating a curve representing the temperature change of the polishing pad with the polishing time taken on the horizontal axis,
Derived from calculating the thickness of the removed layer.

【0009】本発明の更に別の目的は、化学的及び機械
的平坦化(CMP)のための新たな改善された方法を提
供することであり、この方法では、除去プロセスの均一
性が、複数の場所で基板の温度を検出し、研磨時間を横
軸にとったそれぞれの場所での温度変化を表す曲線を個
別に積分し、それぞれの場所において除去された層の厚
さを導出することによって、その場でモニタされる。例
示的な実施例では、本発明の方法を実行する装置は、半
導体ウエハを化学的及び機械的に平坦化(CMP)する
ためのウエハ・キャリア及び回転研磨プラテンと、回転
研磨パッドと、化学的及び機械的研磨スラリの温度を制
御する手段と、化学的及び機械的研磨スラリを研磨パッ
ドの上に与える手段と、回転研磨パッドの温度をモニタ
する赤外線検出デバイスと、研磨時間の経過に伴う研磨
パッドの温度をコンピュータ・メモリに記憶する手段
と、CMP除去化学物質と下側のパターン密度とに対す
る積分係数をコンピュータ・メモリに記憶する手段と、
記憶された研磨時間の経過に伴う温度変化データを積分
し、記憶された積分係数を適用することによって、研磨
時間の経過に伴って除去された層の厚さを計算する手段
と、を含んでいる。
It is yet another object of the present invention to provide a new and improved method for chemical and mechanical planarization (CMP), in which the uniformity of the removal process is increased. By detecting the temperature of the substrate at each location, individually integrating the curves representing the temperature changes at each location with the abscissa representing the polishing time, and deriving the thickness of the layer removed at each location. , Monitored on the fly. In an exemplary embodiment, an apparatus for performing the method of the present invention comprises a wafer carrier and a rotating polishing platen for chemically and mechanically planarizing (CMP) a semiconductor wafer, a rotating polishing pad, Means for controlling the temperature of a polishing slurry and mechanically; means for applying a chemical and mechanical polishing slurry on a polishing pad; an infrared detection device for monitoring the temperature of a rotating polishing pad; and polishing with the passage of polishing time. Means for storing the temperature of the pad in computer memory; means for storing the integral coefficients for the CMP removal chemistry and the underlying pattern density in computer memory;
Means for calculating the thickness of the layer removed over the polishing time by integrating the temperature change data over the stored polishing time and applying the stored integration factor. I have.

【0010】第2の実施例では、本発明の方法を実行す
る装置は、半導体ウエハを化学的及び機械的に平坦化
(CMP)するためのウエハ・キャリア及び回転研磨プ
ラテンと、回転研磨パッドと、化学的及び機械的研磨ス
ラリの温度を制御する手段と、化学的及び機械的研磨ス
ラリを研磨パッドの上に提供する手段と、半導体基板上
の複数の場所における半導体基板の温度を測定する手段
と、半導体基板上の複数の位置それぞれにおける研磨時
間の経過に伴う温度をコンピュータ・メモリに記憶する
手段と、CMP除去化学物質と下側のパターン密度とに
対する積分係数をコンピュータ・メモリに記憶する手段
と、それぞれの場所における記憶された研磨時間の経過
に伴う温度変化データを研磨時間で積分し、かつ記憶さ
れた積分係数を適用することによって、半導体基板上の
複数の場所それぞれに関して、研磨時間の経過に伴って
除去された層の厚さを計算する手段と、を含んでいる。
In a second embodiment, an apparatus for performing the method of the present invention comprises a wafer carrier and a rotary polishing platen for chemically and mechanically planarizing (CMP) a semiconductor wafer; a rotary polishing pad; Means for controlling the temperature of the chemical and mechanical polishing slurry; means for providing the chemical and mechanical polishing slurry on the polishing pad; and means for measuring the temperature of the semiconductor substrate at a plurality of locations on the semiconductor substrate. Means for storing, in a computer memory, a temperature with the passage of polishing time at each of a plurality of positions on a semiconductor substrate; means for storing, in a computer memory, integral coefficients for a CMP removal chemical and a lower pattern density And integrates the temperature change data with the stored polishing time over time at each location with the polishing time, and applies the stored integration coefficient By Rukoto includes for each plurality of locations on the semiconductor substrate, means for calculating the thickness of the layer removed with the lapse of polishing time, the.

【0011】[0011]

【発明の実施の態様】半導体基板の表面を平坦化(プレ
ーナに)する新たな改善されたCMP装置及び方法を、
以下で詳細に説明する。この装置及び方法では、化学的
及び機械的研磨(CMP)を用いるが、研磨装置から生
じる粒子の除去を必要とせずに、CMPの間に層から除
去された厚さを、その場でモニタできることになる。こ
の方法は、半導体デバイス及び導体相互接続配線(ワイ
ヤリング)パターン上に、CVD(化学的蒸着法)、L
PCVD(低圧化学的蒸着法)、又はPE−CVD(プ
ラズマ強化化学的蒸着法)によって被着された酸化シリ
コンや窒化シリコンなどの絶縁体の表面や、スピン・オ
ン及びリフロー被着手段によって被着されたガラスなど
の絶縁層を、平坦化するのに用いることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A new and improved CMP apparatus and method for planarizing (to planar) the surface of a semiconductor substrate is disclosed.
This will be described in detail below. The apparatus and method uses chemical and mechanical polishing (CMP), but the in-situ monitoring of the thickness removed from the layer during the CMP without the need for removal of particles from the polishing apparatus. become. This method uses CVD (Chemical Vapor Deposition), L on a semiconductor device and conductor interconnect wiring (wiring) pattern.
Surfaces of insulators such as silicon oxide and silicon nitride deposited by PCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) or PE-CVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) or by spin-on and reflow deposition means An insulating layer made of glass or the like can be used for planarization.

【0012】図1A及びBは、本発明の方法に従って用
いられる化学的及び機械的平坦化(CMP)装置の概略
図である。図1Aには、CMP装置10の概略が断面図
で示されている。CMP装置10は、半導体ウエハ12
を保持するウエハ・キャリア11を含んでいる。ウエハ
・キャリア11は、駆動モータ14によって軸A1の回
りを矢印13が示す方向に連続的に回転するよう、設置
されている。ウエハ・キャリア11は、矢印15で力が
半導体ウエハ12に作用するように、取り付けられてい
る。CMP装置10はまた、研磨プラテン16を含み、
これは、駆動モータ18によって軸A2の回りを矢印1
7が示す方向に連続的に回転するように、設置されてい
る。研磨パッド19は、吹き付け(blown)ポリウレタ
ンなどの材料から形成されており、研磨プラテンに設置
される。研磨スラリ(slurry)は、塩基性又は酸性のど
ちらかの溶液内にシリカやアルミナなどの研磨粒子が浮
遊している研磨流体を含み、温度制御された貯蔵装置
(reservoir)21から、管(コンジット:conduit)2
0を通って、研磨パッド19上に供給される。赤外線放
射検出デバイス22が、×で指定された領域23から放
射される赤外線放射を検出するように、設置される。領
域23は、図1Bに示すように、研磨パッド19の連続
的回転によって、研磨パッド19の上に環状のリング2
4をトレースする。領域23の位置は、研磨パッド19
の回転の間は、研磨パッド19の半導体ウエハ12を研
磨する部分の内部にある。コンピュータ・メモリ25
が、CMPプロセスの間の、研磨時間に関連して変化す
る研磨パッドの温度に関するデータを記憶する。また、
コンピュータ・メモリ25には、個々のCMPの化学的
性質と下にあるパターン密度とに特有の積分係数26が
記憶されている。
FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams of a chemical and mechanical planarization (CMP) apparatus used in accordance with the method of the present invention. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of the CMP apparatus 10. The CMP apparatus 10 includes a semiconductor wafer 12
Is included. The wafer carrier 11 is installed so as to be continuously rotated around an axis A1 in a direction indicated by an arrow 13 by a drive motor 14. Wafer carrier 11 is mounted such that a force acts on semiconductor wafer 12 at arrow 15. The CMP apparatus 10 also includes a polishing platen 16,
This is because the drive motor 18 moves the arrow 1 around the axis A2.
It is installed so as to rotate continuously in the direction indicated by 7. The polishing pad 19 is formed from a material such as blown polyurethane and is mounted on a polishing platen. A polishing slurry contains a polishing fluid in which polishing particles, such as silica or alumina, are suspended in either a basic or acidic solution, from a temperature controlled reservoir 21 through a conduit. : Conduit) 2
0 and is supplied onto the polishing pad 19. An infrared radiation detection device 22 is installed to detect infrared radiation emitted from the region 23 designated by x. The region 23 is formed by the continuous rotation of the polishing pad 19 as shown in FIG.
Trace 4 The position of the region 23 corresponds to the position of the polishing pad 19.
During the rotation of the polishing pad 19, the polishing pad 19 is located inside the portion for polishing the semiconductor wafer 12. Computer memory 25
Stores data regarding the temperature of the polishing pad that varies in relation to the polishing time during the CMP process. Also,
Computer memory 25 stores integral coefficients 26 specific to each CMP chemistry and underlying pattern density.

【0013】本発明の第2の実施例では、半導体基板上
の複数の場所(位置)で半導体基板の温度を測定する手
段が、図2のA及びBにその概略が図解されているよう
に、提供される。図2Aでは、ウエハ・キャリア30
は、それ自身の内部に、複数の温度センサ31A、31
B、31C、31D、31Eが埋め込まれている。この
例では5つのセンサが示されているが、センサの数と位
置とは、プロセスの必要性に応じて調整できる。温度セ
ンサは、熱電対デバイス、又は、温度を測定するその他
のデバイスであり、例えば、フルロ・オプティック(fl
uro-optic)温度モニタや赤外線温度測定デバイスなど
である。温度センサ31A〜31Eは、複数の場所で半
導体基板32の背面側の温度をモニタするように、配置
されている。図2Aの断面図と図2Bの上方図とに、5
つの温度センサの例示的なアレーの概略が示されてい
る。コンピュータ・メモリ33は、CMPプロセスの間
の、研磨時間の経過に伴う半導体基板上のそれぞれの場
所の温度に関するデータを記憶する。また、コンピュー
タ・メモリ33には、半導体基板32上の個別のCMP
の化学的性質と下にあるパターン密度とに特有の積分係
数34が記憶される。次に、研磨インターフェース(界
面)における温度変化の測定から、除去された層の厚さ
を導出する方法を、詳細に説明する。1次近似において
は、研磨インターフェースにおいて結果的に生じる温度
変化は、以下で示すように、インターフェースにおける
熱伝導に起因する。
In a second embodiment of the present invention, the means for measuring the temperature of the semiconductor substrate at a plurality of locations (positions) on the semiconductor substrate is provided as shown schematically in FIGS. 2A and 2B. , Provided. In FIG. 2A, the wafer carrier 30
Has a plurality of temperature sensors 31A, 31A inside itself.
B, 31C, 31D, and 31E are embedded. Although five sensors are shown in this example, the number and location of the sensors can be adjusted according to the needs of the process. A temperature sensor is a thermocouple device or other device that measures temperature, for example, a fulluro optic (fl
(uro-optic) temperature monitor and infrared temperature measurement device. The temperature sensors 31A to 31E are arranged so as to monitor the temperature on the back side of the semiconductor substrate 32 at a plurality of locations. The sectional view of FIG. 2A and the upper view of FIG.
An exemplary array of three temperature sensors is shown schematically. The computer memory 33 stores data relating to the temperature of each location on the semiconductor substrate as the polishing time elapses during the CMP process. The computer memory 33 has an individual CMP on the semiconductor substrate 32.
And an integral factor 34 specific to the underlying chemistry and underlying pattern density. Next, a method for deriving the thickness of the removed layer from the measurement of the temperature change at the polishing interface (interface) will be described in detail. To a first order approximation, the resulting temperature change at the polishing interface is due to heat transfer at the interface, as shown below.

【0014】すなわち、熱伝導が温度変化よりもはるか
に大きい場合には、[入ってくる熱エネルギの変化率]
−[出ていく熱エネルギの変化率]+[熱エネルギ発生
の変化率]=0である。また、ΔTを温度変化、hを熱
容量、Qを[機械的な熱流率(flux)]+[化学的な熱
流率]とすると、Q=hΔTであるから、 Q=QM+QC である。QM=δQCとすると、 Q=QM+QC=(1+δ)QC である。ここで、Rをスラリと層との反応率、HCを化
学反応の潜熱とすると、 QC=RxHC である。次に、kを反応速度定数とし、dLを時間dt
の間に反応した厚さであるとすると、 R=化学反応速度=k・dL/dt である。よって、 Q=(1+δ)QC=(1+δ)k・dL/dt≡hΔ
T となる。したがって、比例定数をAと書くと、A・dL
/dt≡hΔTだから、 dL/dt≡hΔT/A となる。この式の両辺を、0からtまで積分すると、次
の式が得られる。
That is, if the heat conduction is much greater than the temperature change, then [the rate of change of the incoming thermal energy]
-[Change rate of outgoing heat energy] + [change rate of heat energy generation] = 0. The temperature change [Delta] T, the heat capacity of h, when the Q and [mechanical heat flow rate (flux)] + [chemical heat flow rate, because it is Q = EtchiderutaT, a Q = Q M + Q C. When Q M = δQ C, is Q = Q M + Q C = (1 + δ) Q C. Here, if R is the reaction rate between the slurry and the layer and H C is the latent heat of the chemical reaction, then Q C = RxH C. Next, k is a reaction rate constant, and dL is a time dt.
R = chemical reaction rate = k · dL / dt. Therefore, Q = (1 + δ) Q C = (1 + δ) kdL / dt≡hΔ
T. Therefore, if the proportional constant is written as A, then A · dL
Since / dt≡hΔT, dL / dt≡hΔT / A. By integrating both sides of this equation from 0 to t, the following equation is obtained.

【数1】 従って、除去された厚さは、温度変化の時間に関する積
分に比例する。
(Equation 1) Thus, the thickness removed is proportional to the integral over time of the temperature change.

【0015】次に、除去された材料の厚さをその場でモ
ニタする本発明による方法を、半導体基板上に被着され
た複合的な誘電層を、CMPを用いて平坦化する例を用
いて、説明することにする。図3及び図4には、PE-
TEOS/SOG/PE-TEOSから成る複合的な誘
電性の被覆層がその上に被着されメタライゼーションが
なされたMOSFETデバイスを含む、半導体ウエハの
化学的及び機械的平坦化(CMP)が示されている。P
E-TEOSは、半導体産業においては一般的な絶縁体
であり、テトラエチルオルソシリケートからの酸化シリ
コンのプラズマ強化成長を表す。SOGは、スピン・オ
ン・グラスを表すが、これもまた、半導体産業において
は一般的なものである。典型的なNFET(N形の電界
効果トランジスタ)デバイスは、図3に示されるよう
に、P形で<100>の配向を有する単結晶シリコンか
ら成る半導体ウエハ12、厚いフィールド酸化物領域4
0(FOX)、ポリシリコン・ゲート41、ゲート酸化
物42、ソース及びドレイン領域43、側壁スペーサ4
4、酸化シリコン45及び窒化シリコン46から成るL
PCVD(低圧化学的蒸着)、インターレベル接続プラ
グ47、導電性相互接続パターン48、第1のPE-T
EOS層49、SOG層50、そして、第2のPE-T
EOS層51を含んでいる。第1のPE-TEOS層4
9は、約200〜400℃の間の温度で、テトラエチル
オルソシリケートからのプラズマ強化蒸着法を用いて、
約2000〜5000オングストローム(Å)の間の厚
さで被着される。SOG層50は、スピン・オン・グラ
スの2〜4層を与え、次に、約250〜450℃の間の
温度でリフローを行うことから構成され、その結果とし
て、約2000〜10000オングストロームの厚さが
生じる。第2のPE-TEOS層51は、約200〜4
00℃の間の温度で、テトラエチルオルソシリケートか
らのプラズマ強化蒸着法を用いて、約2000〜500
0オングストローム(Å)の間の厚さで被着される。表
面トポグラフィ52の平坦化が、図3に示されている
が、図1A及び図1Bに概略が示されている装置におい
て、化学的及び機械的研磨(CMP)を用いて行われ、
その結果、図4に示されるように、ほぼ平坦な誘電層表
面53が得られる。
The method according to the invention for monitoring the thickness of the material removed in situ will now be described by way of an example in which a complex dielectric layer deposited on a semiconductor substrate is planarized using CMP. Let me explain. 3 and 4 show PE-
FIG. 3 illustrates chemical and mechanical planarization (CMP) of semiconductor wafers, including metallized MOSFET devices having a composite dielectric overlayer of TEOS / SOG / PE-TEOS deposited thereon. ing. P
E-TEOS is a common insulator in the semiconductor industry and represents the plasma enhanced growth of silicon oxide from tetraethylorthosilicate. SOG stands for spin-on-glass, which is also common in the semiconductor industry. A typical NFET (N-type field effect transistor) device comprises, as shown in FIG. 3, a semiconductor wafer 12 of P-type single crystal silicon having a <100> orientation, a thick field oxide region 4.
0 (FOX), polysilicon gate 41, gate oxide 42, source and drain regions 43, sidewall spacers 4
4. L composed of silicon oxide 45 and silicon nitride 46
PCVD (low pressure chemical vapor deposition), interlevel connection plug 47, conductive interconnect pattern 48, first PE-T
EOS layer 49, SOG layer 50, and second PE-T
An EOS layer 51 is included. First PE-TEOS layer 4
9 using a plasma-enhanced vapor deposition method from tetraethylorthosilicate at a temperature between about 200-400 ° C.
Deposited at a thickness between about 2000-5000 Angstroms (Å). The SOG layer 50 consists of providing two to four layers of spin-on-glass, followed by reflow at a temperature between about 250-450 ° C., resulting in a thickness of about 2000-10000 Å. Occurs. The second PE-TEOS layer 51 has a thickness of about 200 to 4
At a temperature between 00 ° C., using plasma enhanced vapor deposition from tetraethyl orthosilicate, about 2000 to 500
Deposited at a thickness between 0 Angstroms (Å). Planarization of the surface topography 52 is performed using chemical and mechanical polishing (CMP) in the apparatus shown in FIG. 3 but schematically shown in FIGS. 1A and 1B,
As a result, a substantially flat dielectric layer surface 53 is obtained as shown in FIG.

【0016】次に、図3に示されている表面トポグラフ
ィ52の除去された誘電層の厚さをCMPの期間中にそ
の場で測定する方法を、詳細に説明する。図1A及び図
1Bを参照すると、貯蔵装置21に含まれH2Oの中の
シリカとNH4OHから構成される研磨スラリが、約1
0〜30℃の温度範囲に制御され、管20を通って与え
られて、研磨パッド19に供給される。赤外線放射検出
デバイス22が、研磨パッド19上の領域23の温度を
測定する。半導体ウエハ12は、研磨装置10の中に、
第2のPE-TEOS層51が表面を研磨パッド19に
接するように下向きに置かれる。研磨プラテン・モータ
18は、その速度を、約10〜70rpmに設定し、ウ
エハ・キャリア駆動モータ14は、約10〜70rpm
の間の速度で回転するように設定される。ウエハ・キャ
リア11は、力15を加えることによって、約1〜10
psiの圧力をウエハと研磨パッドとの間に加えるよう
に設定されている。CMPプロセスの間には、コンピュ
ータ・メモリ25が、研磨時間の経過に伴う研磨パッド
の温度に関するデータを記憶する。例えば、温度測定デ
バイスから出力される電圧は、標準的なIEEE-48
8インターフェースとA/D(アナログ・デジタル)コ
ンバータを介して、コンピュータ・メモリに結合され
る。デジタル・データは、市販されている温度と電圧と
の相関関係に関するデータベースを用いて、温度に変換
される。また、コンピュータ・メモリ25には、半導体
基板12上でのCMPの化学的性質と下側のパターン密
度とに特有の積分係数26が記憶されている。
Next, a method for measuring the thickness of the removed dielectric layer of the surface topography 52 shown in FIG. 3 in-situ during CMP will be described in detail. Referring to FIGS. 1A and 1B, a polishing slurry comprised of silica and NH 4 OH in H 2 O contained in the storage device 21 is about 1 μm.
The temperature is controlled in a range of 0 to 30 ° C., and is supplied through a tube 20 and supplied to the polishing pad 19. Infrared radiation detection device 22 measures the temperature of region 23 on polishing pad 19. The semiconductor wafer 12 is placed in the polishing apparatus 10.
The second PE-TEOS layer 51 is placed face down with the surface in contact with the polishing pad 19. The speed of the polishing platen motor 18 is set to about 10 to 70 rpm, and the speed of the wafer carrier driving motor 14 is set to about 10 to 70 rpm.
It is set to rotate at a speed between. The wafer carrier 11 is applied by applying a force 15 to about 1 to 10
It is set to apply psi pressure between the wafer and the polishing pad. During the CMP process, computer memory 25 stores data relating to the temperature of the polishing pad over time. For example, the voltage output from the temperature measurement device is a standard IEEE-48
8 interface and an A / D (analog-to-digital) converter coupled to computer memory. The digital data is converted to temperature using a commercially available database of temperature and voltage correlations. Further, the computer memory 25 stores an integral coefficient 26 specific to the chemical property of the CMP on the semiconductor substrate 12 and the lower pattern density.

【0017】図5には、図3に示した半導体基板の表面
52を化学的及び機械的研磨を用いて平坦化する際の、
時間の経過に伴う、赤外線検出された研磨パッド温度の
振る舞いが示されている。図3及び図5に示されている
ように、第2のPE-TEOS層51がまず研磨され始
めると、研磨パッドの温度は60で示されるように増加
する。これは、パッドのファイバと研磨スラリの中の研
磨粒子とPE-TEOS層との間の摩擦によるものであ
る。PE-TEOS層の研磨の間は、研磨パッドの温度
は、61で示されるように、ほぼ一定のレベルに留ま
る。研磨がより困難な材料であるSOG層に研磨パッド
が接触すると、パッドのファイバと研磨スラリの中の研
磨粒子と研磨される表面との間の摩擦は増加し、63で
示すように、研磨パッドの温度は上昇する。最後に、研
磨パッドの温度は、64で示されるように、より高いレ
ベルで一定になる。これは、パッドのファイバと研磨ス
ラリの中の研磨粒子とSOG層50との間の摩擦がより
大きくなることによるものである。
FIG. 5 shows a state in which the surface 52 of the semiconductor substrate shown in FIG. 3 is flattened by chemical and mechanical polishing.
The behavior of the infrared detected polishing pad temperature over time is shown. As shown in FIGS. 3 and 5, when the second PE-TEOS layer 51 begins to be polished first, the temperature of the polishing pad increases as shown at 60. This is due to the friction between the pad fibers and the abrasive particles in the polishing slurry and the PE-TEOS layer. During polishing of the PE-TEOS layer, the temperature of the polishing pad remains at a substantially constant level, as indicated at 61. When the polishing pad contacts the SOG layer, which is a more difficult material to polish, the friction between the fibers of the pad and the abrasive particles in the polishing slurry and the surface to be polished increases, as shown at 63. Temperature rises. Finally, the temperature of the polishing pad becomes constant at a higher level, as shown at 64. This is due to the higher friction between the pad fibers and the abrasive particles in the polishing slurry and the SOG layer 50.

【0018】第1ステップの近似では、時間の経過に伴
って除去された層の厚さは、図6に示されるように、研
磨パッド温度の変化を、研磨時間に関してコンピュータ
積分することによって得られる。斜線の面積70は、研
磨パッドの温度変化の、研磨時間に関する積分を表す。
この第1ステップの近似では、この面積70、すなわ
ち、研磨時間を横軸にとって研磨パッドの温度変化を表
した曲線の下側の積分された面積は、71で示される研
磨時刻Prにおける除去された厚さの測定値となる。
In a first step approximation, the thickness of the layer removed over time is obtained by computer integration of the change in polishing pad temperature with respect to polishing time, as shown in FIG. . The shaded area 70 represents the integration of the temperature change of the polishing pad with respect to the polishing time.
In the approximation of the first step, the area 70, that is, the integrated area below the curve representing the temperature change of the polishing pad with the polishing time as the horizontal axis was removed at the polishing time Pr indicated by 71. It is a measured value of the thickness.

【0018】図7は、特定のCMP除去化学物質と下側
のパターン密度とに対する記憶された積分係数を応用し
て、除去された層の厚さの第2ステップの近似を導く様
子を示している。81によって示されている領域Aで
は、積分された面積Aに、PE-TEOSに対する研磨
除去化学物質に関連する記憶されている係数α1を、乗
算する。82で示されている領域Bでは、積分された面
積Bに、記憶されている係数ε及びα2を、乗算する。
記憶されている係数εは、下側の構造のパターン密度に
関連し、記憶されている係数α2は、SOGに対する研
磨除去化学物質に関連する。83によって示されている
領域Cでは、積分された面積Cに、SOGに対する研磨
除去化学物質に関連する記憶されている係数α2を、乗
算する。除去された層の厚さは、式80によって示され
るように、積分された面積に記憶されている積分係数を
適応したものの和から、得られる。
FIG. 7 illustrates how the stored integration coefficients for a particular CMP removal chemistry and underlying pattern density can be applied to derive a second step approximation of the removed layer thickness. I have. In region A, indicated by 81, the integrated area A is multiplied by a stored coefficient α 1 associated with the polish removal chemistry for PE-TEOS. In a region B indicated by 82, the integrated area B is multiplied by the stored coefficients ε and α 2 .
The stored coefficient ε is related to the pattern density of the underlying structure, and the stored coefficient α 2 is related to the polishing removal chemistry for SOG. In region C, indicated by 83, the integrated area C is multiplied by a stored coefficient α 2 associated with the polishing removal chemistry for SOG. The thickness of the removed layer is obtained from the sum of the adapted integral coefficients stored in the integrated area, as shown by equation 80.

【0019】相互接続パターンの上に被着された複合的
な誘電層を含む4つの半導体基板を研磨する際の実験結
果を論じることによって、本発明の方法を、更に説明す
る。次の表1は、実験のパラメータをリストアップして
いる。
The method of the present invention is further described by discussing experimental results in polishing four semiconductor substrates including a composite dielectric layer deposited over an interconnect pattern. Table 1 below lists the parameters of the experiment.

【表1】 [Table 1]

【0020】記憶されている係数α1は、スラリと底部
の誘電層とに対する研磨の化学的性質と、基板の当初の
トポグラフィ又は滑らかさに関連する。記憶されている
係数εは、基礎にある構造に起因するパターン密度と表
面トポグラフィとに関連する。記憶されている係数α2
は、スラリとSOGの第2の層とに対する研磨の化学的
性質と、SOGの第2の層の当初のトポグラフィ又は滑
らかさに関連する。基板W19は、公称の条件に対応し
ており、すべての係数は1である。基板W23は、他の
基板よりも、当初のトポグラフィが少ないが、これは、
SOGの4つの層が、第2の層として与えられたからで
ある。このために、基板23に対しては、係数εを減少
させることが必要となり、ε=0.5となっている。基
板W21及びW20は、係数ε=1であるが、これは、
基板W19と当初のトポグラフィが同一であることによ
るものである。基板W21は基板W19と同じ研磨スラ
リSC112を用い、基板W21の当初のトポグラフィ
は基板W19と同じであるから、基板W21に対するα
係数は、α1=1、α2=1である。しかし、スラリSS
-12は、酸化シリコンに対しては、スラリSC112
よりもCMP研磨速度が大きい。従って、基板W20及
びW23に対するα係数は、CMP研磨速度への当初の
トポグラフィの影響だけでなく、この事実を反映しなけ
ればならない。基板W20は、基板W19と同じ当初の
トポグラフィを有し、スラリSS-12における酸化シ
リコンに対するより大きなCMP研磨速度に対応しα1
=1.43、α2=1.50であるα係数を有する。基
板W19と比較すると基板W23の方が当初のトポグラ
フィが小さいことに対するα係数の調整の結果、基板W
23に対するα係数は、α1=0.71、α2=0.71
である。
The stored coefficient α 1 is related to the polishing chemistry for the slurry and the bottom dielectric layer and the initial topography or smoothness of the substrate. The stored coefficient ε is related to the pattern density and surface topography due to the underlying structure. Stored coefficient α 2
Is related to the polishing chemistry for the slurry and the second layer of SOG and the initial topography or smoothness of the second layer of SOG. Substrate W19 corresponds to the nominal condition and all coefficients are one. Substrate W23 has less initial topography than the other substrates,
This is because four layers of SOG were provided as second layers. For this reason, it is necessary to reduce the coefficient ε for the substrate 23, and ε = 0.5. The substrates W21 and W20 have a coefficient ε = 1, which is
This is because the substrate W19 and the initial topography are the same. The substrate W21 uses the same polishing slurry SC112 as the substrate W19, and the initial topography of the substrate W21 is the same as that of the substrate W19.
The coefficients are α 1 = 1 and α 2 = 1. But slurry SS
-12 is a slurry SC112 for silicon oxide.
CMP polishing rate is higher than that of CMP. Therefore, the α coefficient for the substrates W20 and W23 must reflect this fact as well as the effect of the initial topography on the CMP polishing rate. Substrate W20 has the same initial topography as substrate W19, corresponding to a higher CMP polishing rate for silicon oxide in slurry SS-12 and α 1
= 1.43 and α coefficient = α 2 = 1.50. As a result of adjusting the α coefficient for the smaller initial topography of the substrate W23 compared to the substrate W19,
The α coefficient for 23 is α 1 = 0.71, α 2 = 0.71
It is.

【0021】図8は、この実験における4つの基板それ
ぞれに関して、除去された誘電層の厚さを示している。
これは、研磨パッドの温度変化を研磨時間に関して積分
し、4つの基板のそれぞれに関して、特定のCMP除去
化学物質と下側のパターン密度とに対する積分係数を適
用して、得られたものである。以上では、本発明を特定
のものとして示し、かつ好適実施例に即して説明した
が、当業者には、本発明の技術思想及び範囲から離れず
に、形態及び細部に関し、種々の変更が可能であること
は、理解されるはずである。
FIG. 8 shows the removed dielectric layer thickness for each of the four substrates in this experiment.
This was obtained by integrating the temperature change of the polishing pad with respect to the polishing time and applying the integration factor for the specific CMP removal chemistry and the underlying pattern density for each of the four substrates. Although the present invention has been shown and described with reference to specific embodiments, various changes may be made in form and detail by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention. It should be understood that it is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】Aは、本発明の方法に従って用いられる研磨装
置の断面の概略図である。Bは、Aに図解された装置を
上方から見た図である。
FIG. 1A is a schematic diagram of a cross section of a polishing apparatus used in accordance with the method of the present invention. B is a view of the device illustrated in A viewed from above.

【図2】Aは、複数の温度測定デバイスがその中に埋め
込まれたウエハ・キャリアの概略図である。Bは、Aに
図解されたウエハ・キャリアを上方から見た図である。
FIG. 2A is a schematic diagram of a wafer carrier having a plurality of temperature measurement devices embedded therein. B is a view from above of the wafer carrier illustrated in A.

【図3】半導体基板上の複合的な誘電層の表面の平坦化
を示すための断面概略図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the planarization of the surface of a composite dielectric layer on a semiconductor substrate.

【図4】図3と同じく、半導体基板上の複合的な誘電層
の表面の平坦化を示すための断面概略図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a planarization of a surface of a composite dielectric layer on a semiconductor substrate, similarly to FIG. 3;

【図5】半導体基板の複合的な誘電層の表面を化学的及
び機械的研磨を用いて平坦化する際の、赤外線検出され
た研磨パッドの温度の振る舞いを、時間の経過に従って
示している図である。
FIG. 5 is a diagram showing the temperature behavior of a polishing pad detected by infrared rays over time when the surface of a composite dielectric layer of a semiconductor substrate is planarized using chemical and mechanical polishing. It is.

【図6】研磨時間を横軸として研磨パッド温度の曲線
と、該曲線の下側の面積を求めるために研磨パッド温度
の変化を研磨時間に関して積分したものとを示している
図である。
FIG. 6 is a diagram showing a polishing pad temperature curve with the polishing time as the horizontal axis, and a change in the polishing pad temperature integrated with respect to the polishing time in order to determine the area under the curve.

【図7】特定のCMP除去化学物質と下側のパターン密
度に関する記憶された積分係数の応用と、除去された厚
さの導出とを示している図である。
FIG. 7 illustrates the application of stored integral coefficients for specific CMP removal chemistries and underlying pattern densities, and derivation of removed thickness.

【図8】研磨パッド温度の変化を研磨時間に関して積分
して導出された、除去された厚さの例と、特定のCMP
除去化学物質と下側のパターン密度とに関する積分係数
の応用とを示している図である。
FIG. 8 shows an example of the thickness removed and the specific CMP derived by integrating the change in polishing pad temperature with respect to polishing time.
FIG. 4 shows the application of integral coefficients for removal chemicals and lower pattern density.

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の化学的/機械的な平坦化
(CMP)方法において、 研磨スラリが存在する回転研磨パッドに対向している回
転プラテン上に半導体基板を保持することによって、該
半導体基板を平坦化するステップと、 研磨スラリの温度を、約10〜30℃の温度範囲に制御
するステップと、 温度制御された研磨スラリを、回転研磨パッド上に配置
するステップと、 半導体基板の表面を研磨している回転研磨パッドの所定
の位置において、該回転研磨パッドの温度を赤外線検出
手段を用いて、測定するステップと、 研磨パッドの温度を、研磨時間の経過に関連させてコン
ピュータ・メモリに記憶するステップと、 CMP除去化学物質と下側のパターン密度との積分係数
を、コンピュータ・メモリに記憶するステップと、 研磨時間の経過に関連させて記憶された温度変化を時間
に関して積分し、かつ記憶された積分係数を適用するこ
とによって、研磨時間に関連する除去された層の厚さを
計算するステップとを含んでいることを特徴とする方
法。
1. A method of chemical / mechanical planarization (CMP) of a semiconductor substrate, comprising: holding a semiconductor substrate on a rotating platen opposite a rotating polishing pad on which a polishing slurry is present, wherein the semiconductor substrate is Flattening; controlling the temperature of the polishing slurry within a temperature range of about 10 to 30 ° C .; placing the temperature-controlled polishing slurry on a rotary polishing pad; Measuring the temperature of the rotary polishing pad at a predetermined position of the rotary polishing pad being polished using infrared detection means; and storing the temperature of the polishing pad in a computer memory in relation to the elapse of the polishing time. Storing the integral coefficient of the CMP removal chemical and the lower pattern density in a computer memory; Calculating the thickness of the removed layer related to the polishing time by integrating the stored temperature change with respect to time over time and applying the stored integration factor. A method comprising:
【請求項2】 請求項1記載の方法において、研磨スラ
リは、H2O中にシリカとNH4OHとを含んでいること
を特徴とする方法。
2. The method according to claim 1, wherein the polishing slurry comprises silica and NH 4 OH in H 2 O.
【請求項3】 請求項1記載の方法において、回転研磨
パッドの温度は、約10〜80℃の範囲の温度において
測定されることを特徴とする方法。
3. The method of claim 1, wherein the temperature of the rotating polishing pad is measured at a temperature in the range of about 10-80 ° C.
【請求項4】 半導体基板の化学的/機械的な平坦化
(CMP)方法において、 研磨スラリが存在する回転研磨パッドに対向している回
転プラテン上に半導体基板を保持することによって、該
半導体基板を平坦化するステップと、 研磨スラリの温度を、約10〜30℃の温度範囲に制御
するステップと、 温度制御された研磨スラリを、回転研磨パッド上に配置
するステップと、 半導体基板の複数の位置において、該半導体基板の温度
を測定するステップと、 半導体基板の複数の位置における温度データをそれぞ
れ、研磨時間に関連させてコンピュータ・メモリに記憶
するステップと、 CMP除去化学物質と下側のパターン密度とに関する積
分係数を、コンピュータ・メモリに記憶するステップ
と、 研磨時間に関連させて記憶された温度変化のデータを時
間に関して積分し、かつ記憶された積分係数を適用する
ことによって、半導体基板の複数の位置それぞれにおけ
る、研磨時間データに関連する除去された層の厚さを計
算するステップとを含んでいることを特徴とする方法。
4. A method for chemical / mechanical planarization (CMP) of a semiconductor substrate, comprising: holding the semiconductor substrate on a rotating platen opposite a rotating polishing pad on which a polishing slurry is present. Flattening; controlling the temperature of the polishing slurry within a temperature range of about 10 to 30 ° C .; placing the temperature-controlled polishing slurry on a rotary polishing pad; Measuring the temperature of the semiconductor substrate at a location; storing temperature data at a plurality of locations on the semiconductor substrate in a computer memory, each associated with a polishing time; and a CMP removal chemical and a lower pattern. Storing the integral coefficient with respect to the density in a computer memory; and storing the temperature change stored in relation to the polishing time. Calculating the thickness of the removed layer associated with the polishing time data at each of the plurality of locations on the semiconductor substrate by integrating the data of FIG. 3 with respect to time and applying the stored integration factor. A method characterized by being.
【請求項5】 請求項4記載の方法において、研磨スラ
リは、H2O中にシリカとNH4OHとを含んでいること
を特徴とする方法。
5. The method according to claim 4, wherein the polishing slurry comprises silica and NH 4 OH in H 2 O.
【請求項6】 請求項4記載の方法において、半導体基
板の温度は、その半導体基板上の少なくとも1つの位置
で測定されることを特徴とする方法。
6. The method of claim 4, wherein the temperature of the semiconductor substrate is measured at at least one location on the semiconductor substrate.
【請求項7】 請求項4記載の方法において、半導体基
板の温度は、約10〜80℃の範囲の温度において測定
されることを特徴とする方法
7. The method according to claim 4, wherein the temperature of the semiconductor substrate is measured at a temperature in a range of about 10-80 ° C.
【請求項8】 構造を含む半導体基板上に、誘電性材料
からなる平坦化された層を製造する方法において、 構造を、半導体基板上に提供するステップと、 構造を含む半導体基板上に、誘電性材料から成る層を被
着させるステップと、 誘電性材料から成る層を平坦化するステップであって、
研磨スラリが存在する回転研磨パッドに対向する回転プ
ラテン上に半導体基板を保持し、かつプラテンと研磨パ
ッドとの間に圧力を加えることによって、平坦化するス
テップと、 研磨スラリの温度を、約10〜30℃の温度範囲に制御
するステップと、 温度制御された研磨スラリを、回転研磨パッド上に配置
するステップと、 誘電性材料からなる層の表面を研磨している回転研磨パ
ッドの温度を、該研磨パッドのある位置で、赤外線検出
手段を用いて測定するステップと、 研磨パッドの温度を、研磨時間の経過に関連させてコン
ピュータ・メモリに記憶するステップと、 CMP除去化学物質と下側のパターン密度とに関する積
分係数を、コンピュータ・メモリに記憶するステップ
と、 研磨時間に関連して記憶された温度変化のデータを時間
に関して積分し、かつ記憶された積分係数を適用するこ
とにより、除去された層の厚さを、研磨時間の経過に関
連して計算するステップとを含んでいることを特徴とす
る方法。
8. A method of manufacturing a planarized layer of a dielectric material on a semiconductor substrate including a structure, the method comprising: providing a structure on a semiconductor substrate; Applying a layer of a dielectric material; and planarizing the layer of a dielectric material,
Flattening the semiconductor substrate by holding the semiconductor substrate on a rotating platen opposite the rotating polishing pad on which the polishing slurry is present and applying pressure between the platen and the polishing pad; Controlling the temperature within a temperature range of -30 ° C .; placing a temperature-controlled polishing slurry on the rotary polishing pad; and controlling the temperature of the rotary polishing pad polishing the surface of the layer made of a dielectric material. Measuring at a location on the polishing pad using infrared detection means; storing the temperature of the polishing pad in a computer memory in relation to the elapse of the polishing time; Storing the integral coefficient in relation to the pattern density in computer memory; and storing the temperature change data stored in relation to the polishing time. How integrated, and by applying the stored integration coefficient, the thickness of the removed layer, characterized by comprising the steps of calculating in relation to the course of polishing time with respect.
【請求項9】 請求項8記載の方法において、構造は能
動デバイスであることを特徴とする方法。
9. The method according to claim 8, wherein the structure is an active device.
【請求項10】 請求項8記載の方法において、構造
は、導電性材料からなる相互接続パターンであることを
特徴とする方法。
10. The method of claim 8, wherein the structure is an interconnect pattern of a conductive material.
【請求項11】 請求項8記載の方法において、構造
は、能動デバイスと導電性材料から成る相互接続パター
ンとの両方を含むことを特徴とする方法。
11. The method of claim 8, wherein the structure includes both an active device and an interconnect pattern of a conductive material.
【請求項12】 請求項9記載の方法において、能動デ
バイスは、N型又はP型のMOSFETデバイスである
ことを特徴とする方法。
12. The method according to claim 9, wherein the active device is an N-type or P-type MOSFET device.
【請求項13】 請求項10記載の方法において、導電
性材料から成る相互接続パターンは、約4000〜10
000オングストローム(Å)の間の厚さを有するアル
ミニウムであることを特徴とする方法。
13. The method of claim 10, wherein the interconnect pattern of conductive material is between about 4000 and 10.
A method characterized by being aluminum having a thickness between 000 Angstroms (Å).
【請求項14】 請求項8記載の方法において、誘電性
材料からなる層は、PECVDを用い、約200〜40
0℃の温度で、約2000〜5000オングストローム
の厚さで被着された酸化シリコンであることを特徴とす
る方法。
14. The method of claim 8, wherein the layer of dielectric material is about 200 to 40 using PECVD.
A method characterized in that it is silicon oxide deposited at a temperature of 0 ° C. and with a thickness of about 2000-5000 Å.
【請求項15】 請求項8記載の方法において、研磨ス
ラリは、約10〜30℃の温度範囲に制御された、H2
O中のシリカとNH4OHとを含むことを特徴とする方
法。
15. The method of claim 8, the polishing slurry was controlled to a temperature range of about 10 to 30 ° C., H 2
A method comprising silica and NH 4 OH in O.
【請求項16】 請求項8記載の方法において、回転研
磨パッドは、約10〜70rpmの範囲で回転すること
を特徴とする方法。
16. The method of claim 8, wherein the rotating polishing pad rotates in a range from about 10 to 70 rpm.
【請求項17】 請求項8記載の方法において、回転プ
ラテンは、約10〜70rpmの範囲で回転することを
特徴とする方法。
17. The method of claim 8, wherein the rotating platen rotates in a range from about 10 to 70 rpm.
【請求項18】 請求項8記載の方法において、プラテ
ンと研磨パッドとの間に加えられる圧力は、約1〜10
psiの範囲にあることを特徴とする方法。
18. The method of claim 8, wherein the pressure applied between the platen and the polishing pad is between about 1-10.
psi range.
【請求項19】 構造を含む半導体基板上に、誘電性材
料からなる平坦化された層を製造する方法において、 構造を、半導体基板上に提供するステップと、 構造を含む半導体基板上に、誘電性材料からなる層を被
着させるステップと、 誘電性材料からなる層を平坦化するステップであって、
研磨スラリが存在する回転研磨パッドに対向する回転プ
ラテン上に半導体基板を保持し、回転プラテンと回転パ
ッドとの間に圧力を加えることによって、平坦化するス
テップと、 研磨スラリの温度を、約10〜30℃の温度範囲に制御
するステップと、 温度制御された研磨スラリを、回転研磨パッド上に配置
するステップと、 半導体基板の温度を、その半導体基板上の複数の位置で
測定するステップと、 半導体基板上の複数の位置それぞれにおける温度のデー
タを、研磨時間の経過に関連させてコンピュータ・メモ
リに記憶するステップと、 CMP除去化学物質と下側のパターン密度とに関連する
積分係数を、コンピュータ・メモリに記憶するステップ
と、 半導体基板上の複数の位置それぞれにおける除去された
層の厚さを、それぞれの位置ごとに研磨時間の経過に関
連して記憶された温度変化のデータを時間に関して積分
し、かつ記憶された積分係数を適用することによって、
研磨時間に関連して計算するステップとを含んでいるこ
とを特徴とする方法。
19. A method of manufacturing a planarized layer of a dielectric material on a semiconductor substrate including a structure, the method comprising: providing a structure on a semiconductor substrate; Depositing a layer of a dielectric material, and planarizing the layer of a dielectric material,
Holding the semiconductor substrate on a rotating platen opposite the rotating polishing pad on which the polishing slurry resides, and planarizing by applying pressure between the rotating platen and the rotating pad; Controlling the temperature to a temperature range of -30 ° C., placing the temperature-controlled polishing slurry on a rotating polishing pad, measuring the temperature of the semiconductor substrate at a plurality of positions on the semiconductor substrate, Storing temperature data at each of the plurality of locations on the semiconductor substrate in a computer memory in relation to the elapsing of the polishing time; and calculating an integral coefficient relating to the CMP removal chemical and the lower pattern density. Storing in a memory the thickness of the removed layer at each of a plurality of locations on the semiconductor substrate; By data of the temperature change which is stored associated to polish time and integrated over time for each location, and applying the stored integral coefficient,
Calculating in relation to the polishing time.
【請求項20】 請求項19記載の方法において、構造
は能動デバイスであることを特徴とする方法。
20. The method of claim 19, wherein the structure is an active device.
【請求項21】 請求項19記載の方法において、構造
は、導電性材料からなる相互接続パターンであることを
特徴とする方法。
21. The method of claim 19, wherein the structure is an interconnect pattern of a conductive material.
【請求項22】 請求項19記載の方法において、構造
は、能動デバイスと導電性材料から成る相互接続パター
ンとの両方を含んでいることを特徴とする方法。
22. The method of claim 19, wherein the structure includes both an active device and an interconnect pattern of a conductive material.
【請求項23】 請求項20記載の方法において、能動
デバイスは、N型又はP型のMOSFETデバイスであ
ることを特徴とする方法。
23. The method of claim 20, wherein the active device is an N-type or P-type MOSFET device.
【請求項24】 請求項21記載の方法において、導電
性材料からなる相互接続パターンは、約4000〜10
000オングストロームの厚さを有するアルミニウムで
あることを特徴とする方法。
24. The method according to claim 21, wherein the interconnect pattern of conductive material is between about 4000-10.
A method characterized by being aluminum having a thickness of 000 angstroms.
【請求項25】 請求項19記載の方法において、誘電
性材料からなる層は、PECVDを用い、約200〜4
00℃の温度で、約2000〜5000オングストロー
ムの厚さで被着された酸化シリコンであることを特徴と
する方法。
25. The method according to claim 19, wherein the layer of dielectric material is formed using PECVD by about 200-4.
A method characterized in that it is a silicon oxide deposited at a temperature of 00C and a thickness of about 2000-5000 Angstroms.
【請求項26】 請求項19記載の方法において、研磨
スラリは、約10〜30℃の温度範囲に制御されたH2
O中のシリカとNH4OHとを含んでいることを特徴と
する方法。
26. The method according to claim 19, wherein the polishing slurry is H 2 controlled to a temperature in the range of about 10-30 ° C.
A process comprising silica in NH and NH 4 OH.
【請求項27】 請求項19記載の方法において、回転
研磨パッドは、約10〜70rpmの範囲で回転するこ
とを特徴とする方法。
27. The method of claim 19, wherein the rotating polishing pad rotates in a range from about 10 to 70 rpm.
【請求項28】 請求項19記載の方法において、回転
プラテンは、約10〜70rpmの範囲で回転すること
を特徴とする方法。
28. The method of claim 19, wherein the rotating platen rotates in a range from about 10 to 70 rpm.
【請求項29】 請求項19記載の方法において、回転
プラテンと研磨パッドとの間に加えられる圧力は、約1
〜10psiの範囲にあることを特徴とする方法。
29. The method of claim 19, wherein the pressure applied between the rotating platen and the polishing pad is about 1
A method in the range of 10 to 10 psi.
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