DE10234956B4

DE10234956B4 - Verfahren zum Steuern des chemisch mechanischen Polierens von gestapelten Schichten mit einer Oberflächentopologie

Info

Publication number: DE10234956B4
Application number: DE10234956A
Authority: DE
Inventors: Dirk Wollstein; Stefan Lingel; Jan Raebiger
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: US20040023490A1; US6936480B2; DE10234956A1

Abstract

Verfahren zum chemisch mechanischen Polieren einer strukturierten Oberfläche eines Substrats, wobei die Oberfläche eine darauf ausgebildete erste Schicht und eine zweite Schicht aufweist, wobei das Verfahren umfasst:
Bestimmen einer Dicke der ersten Schicht an einem vordefinierten Gebiet des Substrats;
Bestimmen einer Dicke der zweiten Schicht an dem vordefinierten Gebiet; Abschätzen einer Polierzeit auf der Grundlage der bestimmten Dicke der ersten und der zweiten Schicht, einer Abtragsrate für Material der ersten oder der zweiten Schicht und eines Selektivitätsfaktors, der eine Abtragsrate für Material der ersten Schicht in Bezug auf eine Abtragsrate für Material der zweiten Schicht spezifiziert;
Polieren des Substrats entsprechend einer Zeitdauer, die im Wesentlichen der abgeschätzten Polierzeit entspricht, um die erste und die zweite Schicht zumindest teilweise zu polieren;
Aktualisieren des Selektivitätsfaktors auf der Grundlage eines Zwischenselektivitätswerts, der auf der Grundlage eines ersten Substrats und eines zweiten Substrats berechnet wird, die in einer im Wesentlichen...

Description

GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere das chemisch mechanische Polieren von Substraten mit einer unebenen Oberflächentopologie, um überschüssiges Material zu entfernen und die Substratoberfläche einzuebnen, wobei zwei oder mehr unterschiedliche Materialschichten, die als Stapel vorgesehen sind, poliert werden müssen.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Die Herstellung integrierter Schaltungen erfordert das Abscheiden und das anschließende Strukturieren von Materialschichten oder Stapeln aus Materialschichten, um Schaltungselemente, etwa Widerstände, Kondensatoren, Transistoren und dergleichen zu bilden. Da Strukturgrößen der Schaltungselemente ständig kleiner werden, wohingegen der Durchmesser der Substrate, auf denen die integrierten Schaltungen hergestellt werden, gegenwärtig 300 mm erreicht hat, ist es von äußerster Wichtigkeit, die einzelnen Prozessschritte gemäß streng festgelegter Prozesstoleranzen zu steuern, die zum Erreichen einer hohen Produktionsausbeute notwendig sind. Beispielsweise hängt die fotolithografische Strukturierung von Schaltungselementen stark von der Lithographieanlage und den optischen Eigenschaften der zu strukturierenden Materialschicht einschließlich darüber und darunter liegender Materialschichten ab. Daher kann die Oberflächentopographie des Substrats vor der Abscheidung eines Fotolacks einen wesentlichen Einfluss auf den Strukturierungsvorgang ausüben. Aus diesem Grunde ist es allgemeine Praxis bei der Herstellung technisch weit entwickelter integrierter Schaltungen geworden, die Substratoberfläche vor kritischen Prozessschritten einzuebnen. Ein Beispiel in dieser Hinsicht ist die Herstellung flacher Grabenisolations- (STI) Strukturen, die im Prinzip Gräben sind, die in einem Substrat gebildet und mit einem dielektrischen Material gefüllt sind, um benachbarte Substratbereich elektrisch voneinander zu isolieren. Da für gewöhnlich ein äußerst kritischer Fotolithografieprozess zur Strukturierung von Gateelektroden von Feldeffekttransistoren nach der Herstellung der STI-Strukturen ausgeführt wird, ist eine sorgfältige Einebnung der Substratoberfläche erforderlich.
Seit der erstmaligen Einführung des chemisch mechanischen Polierens (CMP) von Substraten bei de Herstellung integrierter Schaltungen hat sich diese Prozesstechnik als ein wichtiges und zuverlässiges Mittel zum Bereitstellen einer im Wesentlichen ebenen Substratoberfläche erwiesen, selbst bei Substraten mit großem Durchmesser. Beim chemisch mechanischen Polieren eines Substrats wird typischerweise ein chemisches Mittel auf die Substratoberfläche des Substrats aufgetragen – gewöhnlich in Form einer sogenannten Schleifmittellösung – die mit dem oder den zu entfernenden Material bzw. Materialien reagiert. Gleichzeitig wird das Material und/oder dessen Reaktionsprodukt mechanisch durch Schleifpartikel entfernt, die in einem sogenannten Polierkissen vorhanden sind oder die ebenso von der Schleifmittelösung bereitgestellt werden. Durch Erzeugen einer Relativbewegung zwischen der Substratoberfläche und dem Polierkissen werden das Material und/oder dessen Reaktionsprodukt kontinuierlich entfernt, wobei die Abtragsrate von der Art des Materials, der Art der Schleifmittelösung, d.h. der Art des chemischen Mittels und der Art der darin enthaltenen Schleifpartikel, der Größe der Relativbewegung, dem Druck, mit dem das Substrat auf das Polierkissen gepresst wird, der Topographie der zu polierenden Oberfläche, und dergleichen abhängt.
Mit Bezug zu den 1 und 2 wird nun eine typische Prozesssequenz zum Einebnen einer Substratoberfläche mit einem CMP-Prozess detaillierter erläutert, wobei auf einen typischen STI-Herstellungsprozessablauf Bezug genommen wird.
In 1a umfasst eine Halbleiterstruktur 100 ein Substrat 101, beispielsweise ein Siliziumsubstrat, mit mehreren darin ausgebildeten Gräben 102 und ist mit einer Schicht 103 aus dielektrischem Material, etwa Siliziumdioxid, bedeckt. Ferner ist eine Siliziumnitridschicht 104 außerhalb der Gräben 102 unter der Siliziumdioxidschicht 103 vorgesehen. Der Einfachheit halber sind zusätzliche Schichten, etwa eine Zwischenoxidschicht, die unter der Siliziumnitridschicht 104 liegt, und eine Oxidschicht in den Gräben 102, die thermisch gewachsen sein können, in 1a nicht gezeigt.
Üblicherweise wird die Siliziumnitridschicht 104 mittels eines fotolithografischen Prozesses strukturiert und wird zuerst geätzt; anschließend werden die Gräben 102 in dem Substrat 101 durch Ausführen eines anisotropen Ätzprozesses gebildet. Danach wird die Siliziumdioxidschicht 103 nach dem Bilden eines dünnen thermisch gewachsenen Oxids in den Gräben 102 durch geeignete Abscheideverfahren, etwa die chemische Dampfabscheidung, abgeschieden, um zuverlässig die Gräben 102 zu füllen. Es ist daher notwendig, Oxid im Übermaß auf dem Substrat 101 abzuscheiden, wodurch eine Oberflächentopografie in Abhängigkeit von der darunter liegenden Struktur, die durch die Gräben 102 definiert ist, geschaffen wird. Wie zuvor erläutert ist, wird überschüssiges Material der Schicht 103 durch CMP entfernt, wobei die Siliziumnitridschicht 104 als eine sogenannte Stoppschicht dient, um den CMP-Vorgang durch Verringern der Gesamtabtragsrate deutlich "zu verlangsamen", sobald das darüber liegende Siliziumdioxid entfernt ist. Die Oxidschicht 103 ist mit einer Dicke D_ox versehen, die so ausgelegt ist, um zuverlässig die Gräben zu füllen, wie dies in den 1a angedeutet ist, wobei die Siliziumnitridschicht 104 eine anfängliche Schichtdicke besitzt, die durch Dⁱ _Nit bezeichnet ist, die ausreichend groß ist, um den CMP-Vorgang nach zuverlässigem Entfernen des überschüssigen Oxids zu stoppen, ohne das darunter liegende Substrat 101 zu schädigen.
1b zeigt schematisch die Halbleiterstruktur 100 nach Beendigung des CMP-Schrittes, wobei das überschüssige Oxid 103 über aktiven Gebieten vollständig entfernt ist und wobei die Siliziumnitridschicht 104 teilweise entfernt worden ist, um eine endgültige Siliziumnitridschicht zu bilden, die durch 104a gekennzeichnet ist, mit einer Dicke am Ende des CMP-Prozesses, die durch D^f _Nit bezeichnet ist. In diesem CMP-Prozess ist es äußerst wichtig, Prozessparameter präzise so zu steuern, dass die endgültige Dicke der Siliziumnitridschicht 104a D^f _Nit mit einem Sollwert innerhalb sehr eng gesetzter Toleranzen übereinstimmt, da ein zu starkes Polieren der Siliziumnitridschicht 104a das darunter liegende Substrat 101 schädigen kann, in dem Schaltungselemente, etwa aktive Gebiete von Transistorelementen, zu bilden sind. Andererseits kann eine Siliziumnitridschicht 104 mit einer D^f _Nit, die größer als der Sollwert ist, einen negativen Einfluss auf den folgenden kritischen fotolithografischen Strukturierungsvorgang ausüben, in dem die Gateelektrodenabmessungen von 0,245 μm und weniger herzustellen sind.
Da es äußerst schwierig oder gar undurchführbar ist, die verbleibende Dicke der Siliziumnitridschicht 104 an einer vordefinierten Stelle auf dem Substrat während dem CMP-Prozesses zu messen, wird versucht, den Zeitpunkt "vorherzusagen", wenn der ange strebte Wert für die Dicke D^f _Nit der endgültigen Siliziumnitridschicht 104a erreicht wird. Da eine Vielzahl unterschiedlicher Parameter einen bedeutenden Einfluss auf den CMP-Prozess ausüben und da es äußerst schwierig ist, die Vielzahl der Prozessparameter einzeln zu steuern, ist es notwendig, die Abtragsrate genaustens zu überwachen, die die Wirkung der Gesamtheit der Prozessparameter darstellt, so dass durch Auswählen einer geeigneten Prozesszeit, die endgültige Dicke der Siliziumnitridschicht 104a gesteuert werden kann. Eine Möglichkeit der Überwachung der Abtragsrate des CMP besteht darin, die Oxiddicke D_ox und die endgültige Dicke D^f _Nit der Siliziumnitridschicht 104a und die Prozesszeit eines zuvor polierten Substrats zu bestimmen, um eine Abschätzung der tatsächlichen Abtragsrate zu ermitteln. Es stellt sich jedoch heraus, dass das Polieren eines Substrats auf der Grundlage der vorhergehenden Abtragsrate zu einer deutlichen Abweichung der endgültigen Dicke D^f _Nit von dem Sollwert führen kann, wodurch nachfolgende Prozessschritte gefährdet werden können, wie dies zuvor beschrieben ist. Diese Diskrepanz zwischen dem Sollwert und der tatsächlichen Dicke D^f _Nit tritt aus den folgenden Gründen auf. Erstens, kann sich die Abtragsrate während des tatsächlichen CMP-Prozesses so ändern, dass zu Beginn des momentanen CMP-Prozesses eine leicht andere Abtragsrate vorliegen kann, insbesondere, wenn Messergebnisse, auf denen die Abtragsratenvorhersage beruht, mit einer prozessinternen Verzögerung bereitgestellt werden. Zweitens, bei einer gewissen Phase des CMP-Prozesses ist die Abtragsrate tatsächlich eine Zusammensetzung zweier Terme, die an sich sehr verschiedene Werte aufweisen können. Nach Entfernen des überschüssigen Oxids der Schicht 103 mit einer Dicke D_ox beinhaltet beispielsweise die Substratoberfläche Bereiche mit Oxid 103 und Bereiche mit Siliziumnitridschicht 104, die gleichzeitig abzutragen sind. Aufgrund der sehr unterschiedlichen Materialeigenschaften sind die Abtragsraten von Oxid und Siliziumnitrid sehr unterschiedlich, wobei eine Schwankung in der Nitridschicht 104, beispielsweise eine Schwankung der anfänglichen Schichtdicke Dⁱ _Nit, einen deutlich größeren Einfluss auf den Poliervorgang ausüben kann, als eine Schwankung der Oxidschicht 103, so dass die endgültige Dicke D^f _Nit möglicherweise nicht den Prozessanforderungen genügt.
2 zeigt in schematischer Weise den typischen Verlauf der Abtragsrate während eines STI-Polierprozesses, wie er in den 1a und 1b gezeigt ist, während einer ersten Polierphase, die als I gezeigt ist, in der lediglich das Oxid 103 abgetragen wird. Nach der Einebnung der Erhebungen und der Täler der Oxidschicht 103 stabilisiert sich die anfänglich hohe Abtragsrate bei einem im Wesentlichen konstanten Wert, der durch R_I bezeichnet ist. Am Ende der Phase I ist die Siliziumnitridschicht 104 freigelegt und danach werden große Bereiche an Siliziumnitrid und das Oxid in den Gräben 102 gleichzeitig poliert, wobei aufgrund der reduzierten Abtragsrate von Siliziumnitrid die Gesamtabtragsrate rasch auf eine zweite im Wesentlichen konstante Abtragsrate abfällt, die mit R_II gekennzeichnet ist.
Um eine gewünschte endgültige Dicke D^f _Nit der Nitridschicht 104a zu erhalten – trotz der oben dargelegten Schwierigkeiten – wird typischerweise die Polierzeit für ein zu bearbeitendes Substrat in einer vorwärts gekoppelten Weise auf der Grundlage der gemessenen Oxiddicke D_ox, dem Sollwert für die endgültige Dicke der Siliziumnitridschicht 104a, die im Folgenden als D target / Nit bezeichnet wird, und einem Modell des CMP-Prozesses berechnet. Da diese vorhersagenden CMP-Modelle typischerweise sich auf den Anfangswert der Oxiddicke D_ox stützen, können jedoch geringe Schwankungen der Anfangsdicke Dⁱ _Nit der Siliziumnitridschicht 104 oder Schwankungen in der Materialzusammensetzung zu einer deutlichen Abweichung von dem Sollwert D target / Nit für die endgültige Siliziumnitridschicht 104a führen. Obwohl daher die konventionelle CMP-Prozesssteuerung auf der Grundlage der Oxidschichtdickenmessung eine deutliche Verbesserung bei der Vorhersage einer geeigneten Polierzeit ermöglicht, gibt es dennoch Platz für Verbesserung der CMP-Steuerung, um insbesondere Schwankungen der anfänglichen Siliziumnitridschicht 104 zu berücksichtigen.

Die Patentanmeldung US 2002/0058460 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern einer Waferpolierzeit, wobei die Polierzeit für den aktuellen Wafer bestimmt wird auf Grundlage einer Sollmenge, die von einer Schicht entfernt werden soll und einer Konstante "A" und einer Abtragsrate einer Schicht auf einem unstrukturierten Wafer, die in einem vorhergehenden Lauf erhalten wurde. Die Schicht auf dem aktuellen Wafer und auf dem vorhergehenden Wafer können unterschiedliche Materialien aufweisen. Die Konstante "A" wird aus einer ersten Dickenveränderung, die eine Schicht auf einem unstrukturierten Wafer während eines CMP-Prozesses erfährt und einer zweiten Dickenänderung, die eine entsprechende Schicht auf einem gemusterten Wafer während des CMP-Prozesses erfährt, bestimmt.

Die Patentschrift US 6 171 174 B1 offenbart ein System und ein Verfahren zum Steuern einer Multiarm-Polieranlage, wobei die individuelle Andruckskraft für jeden Arm auf der Grundlage einer Abtragsrate, die aus vorhergehenden Polierprozessen für jeden Arm ermittelt wurde, gesteuert wird.

Angesichts der obigen Probleme ist es wünschenswert, eine Technik bereitzustellen, die das Einebnen strukturierter Schichtstapel mit zwei oder mehr unterschiedliche Materialien ermöglicht.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an das Steuern des CMP-Prozesses zum Entfernen eines Schichtstapels mit zwei oder mehr unterschiedlichen Materialschichten, wobei ein CMP-Modell auf Messergebnissen der unterschiedlichen Materialschichten gestützt ist, die vor dem CMP-Prozess gewonnen werden, so dass diese als eine Vorwärtskopplungsinformation zum genauen Bestimmen der Polierzeit dienen, die zum Erreichen des Sollwertes für die endgültige Dicke des Schichtstapels erforderlich ist.

Insbesondere wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 21 gelöst.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird; es zeigen:
1a und 1b schematisch Querschnittsansichten einer Halbleiterstruktur vor und nach einem CMP-Prozess zur Entfernung von überschüssigem Material in einem STI-Herstellungsprozess;
2 einen Graphen, der qualitativ den Verlauf der Abtragsrate gegenüber der Polierzeit zeigt;
3 schematisch eine Prozessanlage für einen typischen CMP-Prozess, in der die vorliegende Erfindung implementierbar ist;
4 ein Flussdiagramm, das ein Modell des CMP-Prozesses gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern des CMP-Prozesses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
6 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum automatischen Ermitteln eines Selektivitätsfaktors darstellt, der beim Steuern eines CMP-Prozesses gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen offenbarten anschaulichen Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
In der folgenden detaillierten Beschreibung anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird häufig auf den STI-Poliervorgang verwiesen, wie er zuvor im Paragraphen "Beschreibung des Stands der Technik" erläutert ist. Obwohl die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft für diesen Prozessablauf ist, in dem zwei unterschiedliche Materialschichten mit sehr unterschiedlichen Abtragsraten zu entfernen oder teilweise zu entfernen sind, ist die vorliegende Erfindung auf eine beliebige CMP-Sequenz anwendbar, in der das Polieren eines Schichtstapels, der auf einer strukturierten Oberfläche aufgebracht ist, erforderlich ist Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen Schichtstapel mit zwei unterschiedlichen Materialschichten beschränkt, sondern kann auf einen Schichtstapel mit drei oder mehreren unterschiedlichen Materialschichten angewendet werden. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das Polieren zweier unterschiedlicher Schichten, etwa einer Siliziumdioxidschicht und einer Siliziumnitridschicht einzuschränken ist, sofern dies nicht anders explizit in den angefügten Patentansprüchen zum Ausdruck kommt.
3 zeigt schematisch ein System 300 zum Polieren eines Schichtstapels mit beispielsweise den Schichten 103, 104, die auf einer strukturierten Oberfläche eines Substrats, etwas des Substrats 101 gebildet sind. Das System 300 umfasst eine CMP-Anlage 310, die durch einen Polierteller 311, eine Schleifmittellösungszufuhr 312 und einen Polierkopf 313 repräsentiert ist. Ferner sind eine erste Messanlage 320 und eine zweite Messanlage 330 vorgesehen und so eingerichtet, um die Dicke einer oder mehrerer Schichten an vordefinierten Stellen auf dem Substrat zu messen. Typischerweise können die erste und die zweit Messanlage 320, 330 Messergebnisse durch optisches Messen der Schichtdicke ermitteln. Eine geeignete optische Messanlage kann ein Ellipsometer sein, das in Halbleiterprozesslinien gut verfügbar ist. Es kann jedoch jede beliebige geeignete Messanlage verwendet werden, solange diese so ausgebildet ist, um Dickenmessergebnisse mit einer erforderlichen Genauigkeit zu liefern. Ferner muss es nicht notwendig sein, zwei unterschiedliche Messanlagen bereitzustellen, sondern es kann statt dessen eine einzelne Messanlage ausreichend sein, um Messergebnisse vor und nach Beendigung des CMP-Prozesses bereitzustellen.
Des Weiteren umfasst das System 300 eine Steuereinheit 340, die so ausgebildet ist, um Dickenmessergebnisse von der ersten Messanlage 320 zu empfangen, die als D_ox, Dⁱ _Nit bezeichnet sind, und die Messergebnisse von Substraten nach Beendigung des CMP-Prozesses, die mit D^f _Nit bezeichnet sind. Anzumerken ist, dass die von der zweiten Messanlage 330 ermittelten Messergebnisse von einem zuvor prozessierten Substrat gewonnene Messergebnisse repräsentieren und verwendbar sind, um die Abtragsrate, die zur Berechnung der Polierzeit für ein Substrat, das von der CMP-Anlage 310 zu bearbeiten ist, zu aktualisieren, wie dies später detailliert beschrieben wird. Ferner ist die Steuereinheit 340 so ausgebildet, um ein Signal auszugeben, das für eine bestimmte Polierzeit, entsprechend derer die tatsächliche Polierzeit der CMP-Anlage 310 gewählt wird, repräsentativ ist. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinheit 340 in der CMP-Anlage 310 implementiert sein, wohingegen in anderen Ausführungsformen die Steuereinheit 340 teilweise oder vollständig außerhalb der CMP-Anlage 310 vorgesehen sein kann. Die Steuereinheit 340 ist ferner so ausgebildet, um eine abgeschätzte Polierzeit auf der Grundlage der von der ersten und der zweiten Messanlage 320, 330 gelieferten Messergebnisse und auf der Grundlage eines CMP-Modells, das in der Steuereinheit 340 implementiert ist, zu ermitteln. Ferner ist es unschwer erkennbar, dass die Steuereinheit einen Mikroprozessor oder einen Bereich da von einschließlich der notwendigen peripheren Elemente aufweisen kann, um die nachfolgend beschriebenen Steuerfunktionen auszuführen. Die Steuereinheit kann in einem PC als ein Satz geeigneter Anweisungen implementiert sein, oder die Steuereinheit 340 kann in einem Fabrikmanagementsystem implementiert sein, das typischerweise in Halbleiterproduktionslinien vorgesehen ist. Vorzugsweise sind die erste und/oder die zweite Messanlage 320, 330 funktionsmäßig mit der Steuereinheit 340 verbunden, um die Messergebnisse direkt bereitzustellen, wobei jedoch ein indirektes Eingeben der Messergebnisse, beispielsweise manuell oder mittels eines Speichermediums, ebenfalls im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung liegt.
Mit Bezug zu 4 werden nun anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Ermitteln eines CMP-Modells, das in der Steuereinheit 340 angewendet wird, beschrieben.
In 4 wird gemäß Schritt 401 die Polierzeit für eine erste Phase des CMP-Prozesses bestimmt. Die Polierzeit der ersten CMP-Phase wird als t_I bezeichnet. Es wird angenommen, dass in der ersten CMP-Phase ein einzelnes Material von einer strukturierten Oberfläche zu entfernen ist, wie dies beispielsweise in 1a gezeigt ist. Es wird daher im Folgenden auf das Abtragen von Oxid von einer strukturierten Oberfläche verwiesen, wobei jedoch bedacht werden sollte, dass die Oxidschicht 103 eine beliebige Materialschicht repräsentieren soll. Mit dieser Annahme kann die Polierzeit t_I durch Gleichung 1 dargestellt werden:
Im ersten Ausdruck auf der rechten Seite von Gleichung 1 repräsentiert D target / ox den Sollwert der Dicke der Oxidschicht 103 nach Abschluss des Abscheidevorgangs. R_I repräsentiert die Abtragsrate für die Materialart der Schicht 103, in dem vorliegenden Beispiel Siliziumdioxid, wobei der Poliervorgang von einer Vielzahl von CMP-Parametern abhängt, wie dies zuvor erläutert ist, so dass die Abtragsrate die Gesamtwirkung dieser Prozessparameter repräsentiert, wenn diese zum Polieren des in der Schicht 103 enthaltenen Materials angewendet werden. Der Faktor F_top repräsentiert einen Topologiefaktor und ist dazu gedacht, die Oberflächenstrukturierung der Schicht 103 zu berücksichtigen, so dass der Topologiefaktor F_top den Unterschied beim Polieren einer strukturierten Oberfläche im Vergleich zu einer ebenen Oberfläche beschreibt. Beachtet werden sollte, dass der hierin verwendete Begriff Abtragsrate die Geschwindigkeit beschreiben soll, mit der die Dicke einer Schicht an einer vordefinierten Stelle abnimmt, und nicht die Absolutmenge an Material bezeichnen soll, die in einer gegebenen Zeitdauer entfernt wird. Das heißt, eine strukturierte Oberfläche mit einer Vielzahl von "Hügeln" kann eine hohe Abtragsrate aufweisen, da die "Höhe" der Hügel rascher abnimmt im Vergleich zu der Dicke einer Schicht auf einer ebenen Oberfläche, obwohl die Menge an Material, das von der ebenen Oberfläche abgetragen wird, die Menge an Material, die von der strukturierten Oberfläche abgetragen wird, übersteigen kann.
Der zweite Term auf der rechten Seite von Gleichung 1 enthält die Messergebnisse der Schicht 103 an einer vorbestimmten Stelle, und diese sind als D_ox bezeichnet, und somit beschreibt dieser Term die Zeit, die zur Entfernung einer "imaginären" Materialschicht mit einer Dicke, die durch die Differenz der Dicke nach Abscheiden und des Sollwerts D target / ox bestimmt ist, erforderlich ist. Wenn beispielsweise die tatsächlich gemessene Dicke der Schicht 103 D_ox kleiner als der Sollwert ist, ist dieser Term negativ und reduziert die Polierzeit t_I der ersten Polierphase. Umgekehrt macht eine größere Anfangsdicke das t_I größer.
Durch Einführen des Topologiefaktors F_top kann die Abtragsrate R_I als gleich zu der Abtragsrate einer unstrukturierten Materialschicht, die als R_ox bezeichnet wird, betrachtet werden. Somit entspricht Gleichung 1 im Wesentlichen der Polierzeit eines unstrukturierten Substrats mit Ausnahme des Topologiefaktors F_top.
Im Schritt 402 wird eine Polierzeit t_II für eine zweite CMP-Phase bestimmt. In dieser Ausführungsform wird angenommen, dass die zweite CMP-Phase die gleichzeitige Entfernung zweier unterschiedlicher Materialien, etwa des Oxids 103 und des Siliziumnitrids 104 erfordert, wie dies in 1a beschrieben ist. Die Polierzeit t_II kann dann durch die Gleichung 2 dargestellt werden:
Gleichung 2 beschreibt die erforderliche Polierzeit zum Verringern der Dicke der Schicht 104 von einem Anfangswert Dⁱ _Nit zu einer endgültigen Dicke D^f _Nit für eine gegebene Abtragsrate R_II. Für eine geeignete Steuerung des CMP-Prozesses ist es jedoch erforderlich, die Polierzeit t_I näher zu spezifizieren, da die Abtragsrate R_II deutlich von der spezifischen Struktur der kombinierten Oxid/Nitrid-Oberfläche des Substrats abhängt. Da die freigelegten Nitridbereiche nach Entfernen des überschüssigen Oxids 103 (vgl. 1a, die Dicke D_ox) durch die zu bildende Struktur bestimmt ist, d.h. durch die Anzahl und der Größe der Gräben 102, kann der gleiche Topologiefaktor F_top für das weitere Kennzeichnen der Abtragsrate R_II verwendet werden, da diese gleiche Struktur ebenso die Topographie der Anfangsschicht 103 bestimmt. Da der Topographiefaktor F_top den Einfluss der Oberflächentopographie in Bezug auf die Abtragsrate einer unstrukturierten Oberfläche kompensiert, kann entsprechend einer Ausführungsform angenommen werden, dass der gleiche Topographiefaktor auch die strukturierte Nitridstruktur, die durch die Gräben 102 des Substrats nach Freilegen der Siliziumnitridschicht 104 definiert ist, kompensiert. In anderen Ausführungsformen kann ein Topographiefaktor F_top eingeführt werden, der direkt proportional zu dem Topographiefaktor F_top ist, wobei der Proportionalitätsfaktor experimentell bestimmt werden kann. Ferner sind die CMP-Bedingungen während des Abtragens der Oxidschicht 103 und der Siliziumnitridschicht 104 die gleichen, mit Ausnahme der unterschiedlichen Materialarten in diesen Schichten, und somit können die Abtragsraten R_I und R_II im Wesentlichen als direkt proportional zueinander betrachtet werden, so dass die Abtragsrate R_II gemäß Gleichung 3 geschrieben werden kann:
wobei 1/S der Proportionalitätsfaktor ist, der den Unterschied in der Abtragsrate der Schichten 103 und 104 beschreibt. Im Folgenden wird S als Selektivität beim Polieren der Schicht 103 und 104 bezeichnet. Wenn ein unstrukturiertes Substrat betrachtet wird, in dem der Topologiefaktor F_top gleich 1 ist, was bedeutet, dass das Substrat vollständig von der Nitridschicht 104 bedeckt ist, so kann die Selektivität durch Gleichung 4 ausgedrückt werden:
Dabei ist es offensichtlich, dass die Selektivität S das Verhältnis zwischen der Abtragsrate von Oxid und Nitrid darstellt.
Aus den obigen Gleichungen 1 bis 4 kann die Polierzeit für den CMP-Prozess bestimmt werden. Es sollte beachtet werden, dass in Ausführungsformen, in denen das Polieren eines Schichtstapels mit mehr als zwei unterschiedlichen Schichten erforderlich ist, weitere entsprechende Abtragsraten R_III, R_IV ... eingeführt werden können, wobei jede dieser zusätzlichen Abtragsraten der gleichzeitigen Entfernung zweier aufeinanderfolgender Materialschichten entspricht, wobei die Anfangsschichtdicke an einer vorbestimmten Stelle und die gewünschte Dicke der untersten Schicht (für die oberste Schicht und eine beliebige Zwischenschicht ist die endgültige Dicke gleich 0) die entsprechende Abtragsrate analog zur Gleichung 2 bestimmen. Die zusätzlichen Abtragsraten können dann mit einer einzelnen Abtragsrate, beispielsweise der obersten Materialschicht, in einer ähnlichen Weise in Beziehung gesetzt werden, wie dies mit Bezug zu den Gleichungen 3 und 4 beschrieben ist.
Somit kann für eine gegebene Abtragsrate R_ox, eine Selektivität S und einen Topologiefaktor F_top die Polierzeit für eine gewünschte Solldicke D target / Nit berechnet werden, indem D^f _Nit in Gleichung 2 durch D target / Nit ersetzt wird.
5 zeigt ein Flussdiagramm, das anschaulich ein Verfahren zum Steuern eines CMP-Prozesses, etwa der mit Bezug zu den 1a, 1b und 2 beschriebenen STI-Poliersequenz, beschreibt, wobei das mit Bezug zu 4 beschriebene Modell angewendet wird. Wie bereits zuvor angedeutet ist, ist es erforderlich, um die Polierzeit zum Erreichen der Solldicke D target / Nit des CMP-Prozesses zu ermitteln, einen Anfangssatz an Werten für die Abtragsrate R_ox, die Selektivität S und den Topographiefaktor F_top zu bestimmen. In diesem Satz an Parametern dient die Abtragsrate R_ox als die Zustandsvariable in der Steuersequenz, währen die Selektivität S und der Topographiefaktor F_top "Konstanten" des Steuervorgangs sind. Es ist jedoch zu beachten, dass die Konstanten S und F_top lediglich in kleineren Zeitabständen als Konstanten zu betrachten sind, wohingegen auf lange Sicht diese "Konstanten" sich ändern können, insbesondere die Selektivität S, da dieser Parameter von Materialeigenschaften abhängt, die sich ändern können und daher geeignet aktualisiert werden müssen, um kontinuierlich deren Genauigkeit zu verbessern oder um diese "Konstanten" an den tatsächlichen Zustand der CMP-Station 310 anzupassen.
Zum Beispiel hängt der Topographiefaktor F_top von der Art des zu prozessierenden Substrats ab, d.h. von dem Layout der entsprechenden Prozessebene, und kann durch Theorie und/oder durch Experiment bestimmt werden. Beispielsweise kann auf einer Testscheibe mit den Gräben 102, die identisch zu dem tatsächlichen Produktsubstrat sind, eine relativ dünne Materialschicht in einer äußerst konformen Weise abgeschieden werden, und die Polierzeit, die zum nahezu vollständigen Entfernen des Materials außerhalb der Gräben 102 erforderlich ist, kann mit einem vollständig unstrukturiertem Substrat verglichen werden. Das ermittelte Verhältnis kann dann den Topographiefaktor repräsentieren. Die Selektivität S hängt von den Materialeigenschaften und zusätzlich stark von CMP-spezifischen Parametern, etwa der Art der verwendeten Schleifmittellösung, der Art der CMP-Anlage einschließlich derartiger Parameter, wie Typ des Polierkissens, Typ des Polierkopfes und dergleichen ab. Somit kann die Selektivität S empirisch bestimmt werden, indem Testmessungen mit unterschiedlichen Materialien bestimmt werden, deren unterschiedliche Abtragsraten dann die entsprechende Selektivität bestimmen. Ferner kann eine Datenanalyse zuvor prozessierter Substrate es ermöglichen, die Selektivität S zu bestimmen. In anderen Ausführungsformen, wie dies detaillierter mit Bezug zu 6 beschrieben ist, kann die Selektivität in einer automatischen Weise bestimmt werden, so dass geringe Änderungen in der CMP-Anlage 310 in einfacher Weise berücksichtigt werden können, indem die Selektivität automatisch aktualisiert wird.
Vor dem Beschreiben der Steuersequenz kann die Polierzeit t in einer günstigeren Form geschrieben werden, die im Wesentlichen analog zu der Polierzeit t_I ist, die in Gleichung 1 beschrieben ist. Dazu kann eine effektive Anfangsnitriddicke in Gleichung 5 definiert werden:
wobei Dⁱ _eff die anfängliche effektive Dicke repräsentiert, d.h. die Anfangsdicke einer einzelnen fiktiven oder virtuellen Nitridschicht anstelle einer kombinierten Oxid/Nitridschicht. In ähnliche Weise kann eine effektive Solldicke D target / eff gemäß Gleichung 6 definiert werden:
Die anfängliche effektive Dicke Dⁱ _eff und die effektive Solldicke D target / eff nach "Abscheidung" repräsentieren die fiktive oder virtuelle Nitridschicht, wobei die unterschiedliche Wirkung der CMP-Anlage 310 auf die Nitridschicht 104 und die Oxidschicht 103 durch die Selektivität S berücksichtigt sind. Somit kann die Polierzeit t vollständig in "Nitridabhängigen" Termen gemäß Gleichung 7 ausgedrückt werden:
In formaler Weise entspricht Gleichung 7 der Gleichung 1, wobei der erste Term die Polierzeit repräsentiert, die zum Entfernen des Nitrids von der fiktiven oder virtuellen Nitridschicht mit einer Solldicke nach dem Abscheiden von D target / eff bis auf eine gewünschte endgültige Nitriddicke D target / Nit mit einer Oberflächentopologie, die durch den Topologiefaktor F_top beschrieben ist, erforderlich ist. Der zweite Term aus Gleichung 7 repräsentiert die Polierzeit, die zum Polieren einer Nitridschicht erforderlich ist, deren Dicke durch die Differenz der "tatsächlichen" Dicke der fiktiven oder virtuellen Nitridschicht Dⁱ _eff und der "Abscheide"-Solldicke D target / eff definiert ist. Wie zuvor angemerkt wurde, wenn mehr als zwei Schichten zu polieren sind, kann eine entsprechende fiktive oder virtuelle Schicht mit entsprechenden Selektivitäten definiert werden, die die Differenz der Abtragsraten jeweils zweier benachbarter Schichten beschreiben.
Im Schritt 501 aus 5 werden Messergebnisse der Oxidschicht 103 D_ox und der Nitridschicht 104 Dⁱ _Nit von der ersten Messanlage 320 erhalten.
Im Schritt 502 wird die Polierzeit t unter Verwendung der Gleichung 7 und der im Schritt 501 erhaltenen Messwerte berechnet. Die berechnete Polierzeit t wird an die CMP-Anlage ausgegeben, so dass die tatsächliche Polierzeit für das zu prozessierende Substrat entsprechend der berechneten Polierzeit t eingestellt werden kann.
Dann wird im Schritt 503 der Messwert D^f _Nit ermittelt, der die tatsächliche Dicke der Nitridschicht 104a kennzeichnet. Anzumerken ist, dass der Messwert D^f _Nit nicht notwendigerweise von dem gleichen Substrat erhalten werden muss, das in der CMP-Anlage 310 mit der Polierzeit t, die im Schritt 502 bestimmt wurde, prozessiert worden ist. In einigen Fällen kann eine gewisse Verzögerung von Messwerten auftreten und D^f _Nit kann von einem zuvor prozessierten Substrat ermittelt werden, wobei ein oder mehrere Substrate dazwischen bearbeitet worden sind. Es ist jedoch sicherzustellen, dass die tatsächlich verwendete Polierzeit t mit den anfänglichen Messergebnissen D_ox, Dⁱ _Nit und D^f _Nit, die von demselben Substrat gewonnen werden, berechnet wird.
Anschließend wird im Schritt 504 die Zustandsvariable, d.h. die Abtragsrate R_ox, auf der Grundlage des Messwertes der tatsächlichen endgültigen Nitriddicke D^f _Nit der Schicht 104a, der im Schritt 503 empfangen wird, und der Gleichung 7 aktualisiert. Dazu kann in Gleichung 7 die Nitridabtragsrate R_Nit durch Gleichung 4 ersetzt werden, so dass die folgende Gleichung 8 erhalten wird:
Auflösung der Gleichung 8 nach der Zustandsvariablen R_ox ergibt Gleichung 9:
Somit kann durch Ersetzen der Solldicke D target / Nit der Nitridschicht 104a durch die im Schritt 503 ermittelte tatsächlich gemessene Dicke D^f _Nit eine entsprechend aktualisierte Zustandsvariable R new / ox gemäß Gleichung 10 ermittelt werden
In einer speziellen Ausführungsform wird der Wert für die Zustandsvariable R_ox für das nächste zu prozessierende Substrat unter Verwendung des aktualisierten Werts R new / ox und durch Berechnen eines gewichteten Durchschnitts des vorhergehenden Werts der Zustandsvariablen und des aktualisierten Werts, der gemäß Gleichung 10 berechnet wird, ermittelt. Beispielsweise kann ein exponentiell gewichteter gleitender Durchschnitt (EWMA) gemäß Gleichung 11 berechnet werden: Rox = (1 – μ)Roldox + μ·Rnewox (11)wobei μ einen Wert im Bereich von 0 bis 1 und R old / ox den momentan gültigen Wert der Zustandsvariable repräsentieren. Bei einer Wahl von μ nahe 1, ist eine schnelle Anpassung der Abtragsrate an Änderungen in dem CMP-Prozess ist möglich, da R new / ox, das auf der Grundlage der kürzlich gewonnenen D^f _Nit berechnet wird, stärker zu dem Wert der aktualisierten Zustandsvariable R_ox beiträgt, als der vorhergehende Wert der Zustandsvariablen R old / ox.
Nachdem das Aktualisieren der Zustandsvariable im Schritt 504 abgeschlossen ist, kehrt der Prozessablauf zum Schritt 501 zurück, um die anfänglichen Dickenmesswerte für ein nächstes zu prozessierendes Substrat zu empfangen.
Es sollte beachtet werden, dass die bisher beschriebenen Ausführungsformen sich auf die Berechnung der Polierzeit für jedes einzelne in der CMP-Anlage 310 zu prozessierende Substrat beziehen. In anderen Ausführungsformen können jedoch zwei oder mehr Substrate, etwa eine Vielzahl von Substraten, die eine Charge bilden, prozessiert werden, wobei die Polierzeit gemeinsam für die zwei oder mehr Substrate berechnet werden und die im Schritt 501 und/oder 503 empfangenen Messergebnisse können repräsentative Werte für die zwei oder mehr Substrate sein, oder, in einer Ausführungsform, können ein Durchschnitt der mehreren Substrate sein.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das Ausführugsformen der vorliegenden Erfindung illustrativ darstellt, die das automatische Bestimmen der Selektivität S ermöglichen, die zum Berechnen der Polierzeit t gemäß dem mit Bezug zu 5 beschriebenen Prozessablauf erforderlich ist.
Im Schritt 601 werden ein erstes Substrat und ein zweites Substrat auf der CMP-Anlage 310 bearbeitet und es wird angenommen, dass eine Abtragsrate R first / ox des ersten Substrats lediglich geringfügig von einer Abtragsrate R second / ox des zweiten Substrats abweicht, so dass die Abtragsrate für das erste und das zweite Substrat im Wesentlichen durch Gleichung 10 gegeben ist, wobei in dem Term in Klammern die entsprechenden Werte für das erste und das zweite Substrat einzufügen sind. In einer Ausführungsform ist hinsichtlich einer Ungenauigkeit, die durch Topographiefaktoren eingeführt wird, die unterschiedlichen Produktsubstraten mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen entsprechen, angenommen, dass das erste und das zweite Substrat das gleiche Layout aufweisen, d.h., dass diese die gleiche Oberflächentopologie aufweisen. Somit ist die Solldicke der Oxidschicht 103 D target / ox für das erste und das zweite Substrat ebenfalls gleich.
Somit kann im Schritt 602 durch Anwenden der Gleichungen 5, 6 und 10 und unter der Annahme, dass die Abtragsraten und die Topographiefaktoren jeweils gleich sind, eine Zwischenselektivität S* mittels Gleichung 12 ermittelt werden:
wobei ein oberer Index "first" oder "second" der entsprechenden Variablen das erste oder das zweite Substrat bezeichnet. Die berechnete Zwischenselektivität S* kann sehr empfindlich auf Messgenauigkeiten reagieren, insbesondere, wenn die Polierzeiten t^first und t^second des ersten und des zweiten Substrats von ähnlicher Größe sind. Ferner ist die Annahme, dass die Abtragsraten R_ox für das erste und das zweite Substrat gleich sind, lediglich eine Näherung, deren Gültigkeit deutlich von dem Zustand von der CMP-Anlage 310 abhängt. Daher können die Werte der berechneten Selektivität S* in einem weiten Bereich schwanken.
Daher wird in einer Ausführungsform der berechnete Wert S* nicht direkt als eine aktualisierte Selektivität für das CMP-Modell verwendet und statt dessen wird ein entsprechendes Filterkriterium an den berechneten Wert S* angewendet. In einer speziellen Ausführungsform können zwei Filter hintereinander an den berechneten Wert S* vor dem Bestimmen der tatsächlichen aktualisierten Selektivität S_new angewendet werden.
Im Schritt 603 kann ein "Bandpass"-Filter angewendet werden, der in einer Ausführungsform ein idealer Bandpassfilter mit einer oberen und einer unteren Grenze sein kann, die um die zuvor gültige Selektivität, die durch S_old bezeichnet ist, einschließen. Beispielsweise kann der Bandpassfilter mit Bezug zu dem vorhergehenden Selektivitätswert S_old symmetrisch sein und es kann eine geeignete Konstante C so gewählt werden, dass die obere Grenze durch S^* _old + C und die untere Grenze durch S^* _old – C definiert ist. Vorzugsweise wird die Konstante C so gewählt, um Ausreißer von S^* auszuschließen, die aufgrund von Messwertfluktuationen erzeugt werden können.
Im Schritt 604 kann nach Anwenden des Bandpassfilters ein weiterer Filter angewendet werden, beispielsweise in Form eines gleitenden Durchschnitts, etwa als ein EWMA-Filter, so dass die aktualisierte Selektivität S_new mittels Gleichung 13 gewonnen werden kann: Snew = (1 – λ)Sold + λ S* (13)wobei λ eine Zahl im Bereich von 0–1 ist. In einer speziellen Ausführungsform wird λ im Bereich von 0,01–0,1 gewählt, so dass Änderungen von S* nicht sehr wesentlich zu dem aktualisierten Wert S_new beitragen. Somit konvergiert die aktualisierte Selektivität S_new langsam und kontinuierlich gegen die tatsächliche Oxid/Nitridselektivität. Durch Anwenden des Bandpassfilters, dessen Band die aktuell gültige Selektivität S_old enthält, sind größere Schwankungen ausgeschlossen und die Konvergenz gegen die gewünschte Selektivität ist sichergestellt. Ferner wird in diesen Ausführungsformen angenommen, dass das erste und das zweite Substrat die gleiche Oberflächenstruktur repräsentieren, d.h. das gleiche Produkt, so dass in tatsächlichen CMP-Prozessen, die das Bearbeiten unterschiedlicher Produkte erfordern, die Anzahl der möglichen Aktualisierungen verringert ist. Somit können in anderen Ausführungsformen die entsprechenden Topologiefaktoren F first / top, F second / top unterschiedlicher Produkte und die entsprechenden Solloxiddicken beim Bestimmen der Zwischenselektivität S* verwendet werden. Das Verwenden lediglich identischer Produkte und somit identischer Oberflächenstrukturen zum Bestimmen von S* liefert andererseits den Vorteil einer deutlich reduzierten Empfindlichkeit auf den Topographiefaktor F_top, da lediglich ein Topographiefaktor verwendet wird.
Ferner können das erste Substrat und das zweite Substrat jeweils eine Vielzahl von ersten und zweiten Substraten repräsentieren und die entsprechenden Messwerte und Parameter können Werte jeweils für die ersten und die zweiten Substrate insgesamt repräsentieren.
Des Weiteren kann der Prozessablauf zum Ermitteln einer aktualisierten Selektivität S in einfacher Weise auf eine Vielzahl von Selektivitäten erweitert werden, was erforderlich ist, wenn mehr als zwei Schichten zu polieren sind. Beispielsweise kann die zuvor beschriebene Prozedur der Reihe nach auf die Selektivitäten eines entsprechenden Paares benachbarter Schichten angewendet werden, wobei die Annahme hinsichtlich des Topologiefaktors und der Abtragsrate des ersten und des zweiten Substrats ebenso angewendet werden kann.
Es gilt also: durch Verwenden der automatisierten Abschätzung der Selektivität S gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 340 Änderungen der Prozessschritte vor und/oder während des CMPs detektieren und darauf reagieren. Beispielsweise können Änderungen bei dem Abscheidevorgang für die erste und/oder die zweite Schicht 103, 104 einen Einfluss auf die Materialzusammensetzung und damit auf die Selektivität ausüben, so dass eine automatische dynamische Einstellung der Selektivität S es ermöglicht, diese Prozessschwankungen zu berücksichtigen.
Weitere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Diese Beschreibung ist daher lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.

Claims

Verfahren zum chemisch mechanischen Polieren einer strukturierten Oberfläche eines Substrats, wobei die Oberfläche eine darauf ausgebildete erste Schicht und eine zweite Schicht aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer Dicke der ersten Schicht an einem vordefinierten Gebiet des Substrats; Bestimmen einer Dicke der zweiten Schicht an dem vordefinierten Gebiet; Abschätzen einer Polierzeit auf der Grundlage der bestimmten Dicke der ersten und der zweiten Schicht, einer Abtragsrate für Material der ersten oder der zweiten Schicht und eines Selektivitätsfaktors, der eine Abtragsrate für Material der ersten Schicht in Bezug auf eine Abtragsrate für Material der zweiten Schicht spezifiziert; Polieren des Substrats entsprechend einer Zeitdauer, die im Wesentlichen der abgeschätzten Polierzeit entspricht, um die erste und die zweite Schicht zumindest teilweise zu polieren; Aktualisieren des Selektivitätsfaktors auf der Grundlage eines Zwischenselektivitätswerts, der auf der Grundlage eines ersten Substrats und eines zweiten Substrats berechnet wird, die in einer im Wesentlichen identischen Prozesssequenz prozessiert werden; und Anwenden eines Filterkriteriums auf den Zwischenselektivitätswert zum Gewinnen des aktualisierten Selektivitätsfaktors.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht unterhalb der zweiten Schicht angeordnet ist, und wobei das Verfahren ferner umfasst: Aktualisieren der Abtragsrate für Material der ersten oder der zweiten Schicht auf der Grundlage eines Messwertes, der eine endgültige Dicke der ersten Schicht nach Abschluss des Polierens des Substrats kennzeichnet.
Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Aktualisieren der Abtragsrate für Material der ersten oder der zweiten Schicht das Bestimmen eines Durchschnitts der Abtragsrate umfasst, der auf der Grundlage des Messwertes und einer aktuell gültigen Abtragsrate berechnet wird.
Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei Berechnen eines Durchschnitts ausgeführt wird, indem ein exponentiell gewichteter gleitender Durchschnitt ermittelt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner empirisches Bestimmen des Selektivitätsfaktors umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen der Selektivität durch Ausführen einer Datenanalyse zuvor prozessierter Substrate und/oder Ausführen eines Testprozesslaufes und/oder Berechnen der Selektivität auf der Grundlage mindestens eines ersten und mindestens eines zweiten Substrats und entsprechenden Messwerten davon.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei Anwenden eines Filterkriteriums umfasst: Auswählen einer ersten positiven Konstante und einer zweiten positiven Konstante, Addieren der ersten positiven Konstante zu der aktuell gültigen Selektivität, Subtrahieren der zweiten positiven Konstante von der aktuell gültigen Selektivität um jeweils eine obere Grenze und eine untere Grenze für den Zwischenselektivitätswert zu definieren, und Ignorieren des Zwischenselektivitätswerts, wenn dieser außerhalb eines durch die obere und die untere Grenze definierten Bereichs liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst: Bilden eines Durchschnitts des Zwischenselektivitätswerts und der aktuell gültigen Selektivität, wenn der Zwischenselektivitätswert in dem durch die obere Grenze und die untere Grenze definierten Bereich liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei Bilden eines Durchschnitts Anwenden eines exponentiell gewichteten gleitenden Durchschnitts umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Gewichtung für den Zwischenwert im Bereich von 0,01–0,1 liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen eines Modells des chemisch mechanischen Polierprozesses auf der Grundlage der Abtragsrate für Material der ersten oder der zweiten Schicht, einem Topographiefaktor und der Selektivität.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei beim Bestimmen des Modells eine Abtragsrate von Material der ersten Schicht als direkt proportional zu dem Topologiefaktor gesetzt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei beim Bestimmen des Modells eine Abtragsrate von Material der ersten Schicht als proportional zu einer Abtragsrate für Material der zweiten Schicht gesetzt ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht die unterste Schicht und eine Dicke der zweiten Schicht größer als eine Dicke der ersten Schicht ist.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Abtragsrate für Material der ersten oder der zweiten Schicht die Abtragsrate der zweiten Schicht ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine dritte Schicht umfasst, die zwischen der ersten und der zweiten Schicht angeordnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei Abschätzen der Polierzeit auf einer ersten und einer zweiten Selektivität basiert, die kennzeichnend sind für das Verhältnis der Abtragsraten der dritten und der zweiten Schicht oder der zweiten und der ersten Schicht.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei in dem Modell eine Polierzeit t_I für die zweite Schicht durch eine Abtragsrate für Material der zweiten Schicht R_I, eine Anfangsschichtdicke der zweiten Schicht D_ox und einen Sollwert für die Anfangsdicke der zweiten Schicht D target / ox gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird:
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei in dem Modell eine Polierzeit t_II für eine endgültige Dicke der ersten Schicht D^f _Nit gegeben ist durch die Abtragsrate R_II der ersten Schicht und die Anfangsschichtdicke der ersten Schicht D^fNit durch die folgende Gleichung:
Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei eine Abtragsrate R_II für die erste Schicht durch die Abtragsrate R_I der zweiten Schicht, dem Topographiefaktor und der Selektivität durch folgende Gleichung gegeben ist:
Verfahren zum Bestimmen eines Selektivitätsfaktors, der in einem CMP-Modell zum Berechnen einer Polierzeit für ein Substrat verwendet wird, das einen strukturierten Schichtstapel mit mindestens einer ersten und einer zweiten Materialschicht aufweist, wobei das Modell eine aktuell gültige Selektivität, eine Zustandsvariable, die die Abtragsrate einer der Schichten in dem Schichtstapel, wenn dieser auf einem im Wesentlichen ebenen Substrat vorgesehen ist, und einen Topographiefaktor, der die Struktur des Schichtstapels kennzeichnet, enthält, wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln der endgültigen Dicke des Schichtstapels nach Beendigung des Poliervorgangs für mindestens ein erstes und ein zweites Substrat, wobei eine Struktur des Schichtstapels des ersten und des zweiten Substrats im Wesentlichen gleich ist; Berechnen eines aktualisierten Zwischenselektivitätswertes auf der Grundlage des Modells und einer gemessenen endgültigen Dicke der Schichtstapel des ersten und des zweiten Substrats, wobei angenommen ist, dass die Abtragsrate, die die Zustandsvariable repräsentiert, für das erste und das zweite Substrat gleich ist; und Abschätzen einer aktualisierten Selektivität auf der Grundlage des Zwischenselektivitätswerts durch Anwenden eines Filterkriteriums und anschließendes Berechnen eines Durchschnitts des gefilterten Zwischenselektivitätswerts und der aktuell gültigen Selektivität.
Das Verfahren nach Anspruch 21, wobei Anwenden des Filterkriteriums zu einem Ignorieren des Zwischenselektivitätswerts führt, wenn der Zwischenselektivitätswert außerhalb eines vordefinierten Bereichs um die aktuell gültige Selektivität herum liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 21, das ferner umfasst: Berechnen eines exponentiell gewichteten gleitenden Durchschnitts, wenn der Zwischenselektivitätswert innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei eine Gewichtung für den Zwischenselektivitätswert im Bereich von 0,01–0,1 liegt.