專利名稱:提高淺溝槽隔離化學(xué)機(jī)械平坦化均勻性的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法,特別是涉及一種提高淺溝槽隔離化學(xué)機(jī)械平坦化均勻性的方法。
背景技術(shù):
從0.25um技術(shù)節(jié)點(diǎn)引入淺溝槽隔離(STI)技術(shù)以來(lái),使得器件高密度隔離成為可能。隨技術(shù)節(jié)點(diǎn)不斷縮小,為提高器件密度和隔離效果,淺溝槽本身的縱深比 (aspectratio,簡(jiǎn)稱AR)隨之不斷增加。高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)是填充淺溝槽的主流技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)邊淀積邊刻蝕的循環(huán)工藝,克服了溝槽頂部可能存在的封口難題,完成對(duì)大AR溝槽結(jié)構(gòu)的填充,氧化硅填充后效果見(jiàn)附圖I。其中硅襯底I上依次形成有墊氧化層和氮化硅層2,蝕刻形成有多個(gè)AR較大的STI后采用HDP-CVD 二氧化硅填充這些STI,沉積的氧化硅與墊氧化層的二氧化硅連接起來(lái),形成氧化硅層3。隨淺溝槽縱深比(aspect ratio)的不斷增大,在HDP-CVD后,淺溝槽隔離區(qū)內(nèi)與非淺溝槽隔離區(qū)(激活區(qū))上方的氧化硅厚度落差變得越來(lái)越大,這為下一步淺溝槽隔離化學(xué)機(jī)械平坦化(STI CMP)工藝對(duì)晶圓芯片內(nèi)部均勻性的控制提出了很大挑戰(zhàn)。由于存在大的氧化硅厚度落差(圖I中氧化硅層3的頂部的高度差,例如為1000-5000A),在STICMP工藝中,這種厚度落差無(wú)法直接通過(guò)CMP工藝消除,并會(huì)一直遺傳到CMP工藝結(jié)束,造成淺溝槽內(nèi)部分氧化硅磨掉,形成凹陷(dishing)缺陷,造成器件電學(xué)性能下降,甚至良率的降低,見(jiàn)附圖2??偠灾?dāng)前的HDP-CVD填充高AR的STI時(shí),較大的氧化硅厚度差使得CMP均勻性降低,造成器件缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的目的在于提高STI CMP均勻性以提高器件的可靠性。本發(fā)明提供了一種提高淺溝槽隔離化學(xué)機(jī)械平坦化均勻性的方法,包括在淺溝槽中淀積形成氧化硅隔離層,所述氧化硅隔離層具有凸出部分和凹陷部分;執(zhí)行離子注入,改變所述凸出部分的結(jié)晶狀態(tài);對(duì)所述氧化硅隔離層執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光,直至露出停止層。其中,所述離子注入的步驟包括,在所述氧化硅隔離層上涂敷光刻膠,曝光顯影之后暴露所述凸出部分,保留所述凹陷部分處的光刻膠,以保留的光刻膠為掩模進(jìn)行垂直離子注入。其中,所述曝光顯影使用的掩模板與形成所述淺溝槽的掩模板互補(bǔ),垂直離子注入之后去除所述光刻膠。其中,所述離子注入的步驟包括,依據(jù)所述凸出部分的高度H和所述淺溝槽的寬度L確定注入傾角0,以所述傾角0對(duì)所述凸出部分執(zhí)行傾斜離子注入。其中,在執(zhí)行所述傾斜離子注入之后,還包括對(duì)所述凸出部分的第二次傾斜離子注入,所述第二次傾斜離子注入與所述傾斜離子注入對(duì)稱。其中,通過(guò)旋轉(zhuǎn)晶圓或旋轉(zhuǎn)注入源來(lái)實(shí)現(xiàn)傾斜離子注入和/或第二次傾斜離子注入。
其中,所述離子注入的種類包括H、C、N、B、BF2、In、P、As、Sb及其組合。其中,所述離子注入的劑量為1父1014至5\1015/0112,注入能量為IOKeV至150KeV。其中,所述化學(xué)機(jī)械拋光使用Si02基研磨液或Ce02基研磨液。其中,所述化學(xué)機(jī)械拋光使用硬拋光墊或軟拋光墊。依照本發(fā)明的提高淺溝槽隔離化學(xué)機(jī)械平坦化均勻性的方法,采用了離子注入與氧化硅CMP工藝復(fù)合使用,通過(guò)對(duì)凸出部分氧化硅進(jìn)行離子注入處理,來(lái)提高CMP研磨液對(duì)凸出部分氧化硅的材料移除速率。在STI CMP過(guò)程中,達(dá)到降低淺溝槽隔離區(qū)和非隔離區(qū)上方氧化層的厚度落差的目的,從而提高STI CMP工藝的平坦化均勻性,即降低產(chǎn)生凹陷缺陷的程度。 本發(fā)明所述目的,以及在此未列出的其他目的,在本申請(qǐng)獨(dú)立權(quán)利要求的范圍內(nèi)得以滿足。本發(fā)明的實(shí)施例限定在獨(dú)立權(quán)利要求中,具體特征限定在其從屬權(quán)利要求中。
以下參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案,其中圖I顯示了現(xiàn)有技術(shù)的HDP-CVD填充高AR的STI的剖面示意圖;圖2顯示了現(xiàn)有技術(shù)的STI CMP的剖面示意圖;圖3至圖5顯示了依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的垂直離子注入各步驟的剖面示意圖;圖6和圖7顯示了依照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的傾斜離子注入各步驟的剖面示意圖;以及圖8和圖9顯示了依照本發(fā)明的離子注入之后CMP各步驟的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖并結(jié)合示意性的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案的特征及其技術(shù)效果,公開(kāi)了提高STI CMP均勻性的方法。需要指出的是,類似的附圖標(biāo)記表示類似的結(jié)構(gòu),本申請(qǐng)中所用的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修飾各種器件結(jié)構(gòu)或工藝步驟。這些修飾除非特別說(shuō)明并非暗示所修飾器件結(jié)構(gòu)或工藝步驟的空間、次序或?qū)蛹?jí)關(guān)系。申請(qǐng)人:經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),氧化硅經(jīng)過(guò)離子注入后,其化學(xué)鍵及結(jié)晶狀態(tài)被破壞,因此會(huì)大大增強(qiáng)研磨液對(duì)離子注入處理氧化硅的化學(xué)腐蝕作用,從而提高其材料移除速率。因此本發(fā)明的主要思想是通過(guò)對(duì)凸出部分氧化硅進(jìn)行離子注入處理,來(lái)提高CMP研磨液對(duì)凸出部分氧化硅的材料移除速率。在STI CMP過(guò)程中,達(dá)到降低淺溝槽隔離區(qū)和非隔離區(qū)上方氧化層的厚度落差的目的,從而提高STI CMP工藝的平坦化均勻性,即降低產(chǎn)生凹陷缺陷的程度。實(shí)施例I圖3至圖5顯示了依照本發(fā)明實(shí)施例I的垂直離子注入以提高氧化硅移除速率的各步驟的剖面示意圖。首先參照?qǐng)D3,在襯底I上形成墊氧化硅層和氮化硅層2,光刻/刻蝕形成高AR的STI,然后采用HDP-CVD以二氧化硅填充高AR的STI,填充的二氧化硅與墊氧化層接合形成氧化硅隔離層3。在氧化硅隔離層3淀積完后,對(duì)整片晶圓涂覆光刻膠;用淺溝槽隔離的反向光罩(即與形成STI所用的曝光掩模板互補(bǔ)),經(jīng)過(guò)曝光,顯影,將非淺溝槽區(qū)域凸出部分的氧化硅暴露出來(lái),并保留住位于凹陷部分處的光刻膠4,如圖3中網(wǎng)格部分所示。其次,參照?qǐng)D4,根據(jù)氧化硅3凸出部分的高度,選擇合適的離子注入條件,對(duì)凸出部分進(jìn)行垂直離子注入處理,如圖4箭頭所示。離子注入深度等于或小于氧化硅落差厚度。具體地,對(duì)于本發(fā)明的氧化硅厚度落差為1000 5000人時(shí),注入的離子種類包括但不限于H、C、N、B、BF2' In、P、As或Sb中的至少一種及其組合,注入的劑量為I X IO14至5 X IO15/cm2,注入能量為IOKeV至150KeV。進(jìn)行垂直離子注入之后,氧化硅層3頂部突出的區(qū)域,也即非STI區(qū)域因?yàn)楸┞对谧⑷腚x子氛圍中,其化學(xué)鍵及結(jié)晶狀態(tài)被破壞,因此會(huì)大大增強(qiáng)研磨液對(duì)離子注入處理氧化硅的化學(xué)腐蝕作用,從而提高其材料移除速率。再次,參照?qǐng)D5,垂直離子注入后,通過(guò)濕法腐蝕或干法及濕法腐蝕去除掉光刻膠,并將晶圓干燥。濕法去膠可使用丙酮和芳香族有機(jī)溶劑,也可使用硫酸和雙氧水。干法去膠可采用含氧的等離子反應(yīng)蝕刻去除光刻膠,將有機(jī)物的光刻膠氧化成氣體并由真空系統(tǒng)抽走。圖5中凸出的氧化硅層3中,點(diǎn)紋部分代表因離子注入而發(fā)生的化學(xué)鍵及結(jié)晶狀態(tài)破壞。 離子注入改變氧化硅層結(jié)晶狀態(tài)之后,繼續(xù)采用CMP以平坦化氧化硅層,參見(jiàn)附圖8和9。將離子注入處理后的晶圓進(jìn)行氧化硅CMP處理,見(jiàn)圖8,采用旋轉(zhuǎn)的拋光墊在研磨液作用下平坦化氧化硅層3,直至露出作為CMP停止層的氮化硅層2。CMP可采用硬拋光墊或者軟拋光墊,例如0.08英寸厚的Rodel IC1000與0.05英寸厚的SUBA IV襯墊疊加,研磨盤(pán)轉(zhuǎn)速約為25 90r/min,壓力在3 8psi。CMP的研磨液可以是SiO2基研磨液,也可以是CeO2基研磨液,研磨液流量約為50 125mL/min,其中可加入KOH以軟化氧化硅。由于凸出部分的氧化硅經(jīng)離子注入后,其化學(xué)鍵及結(jié)晶狀態(tài)被破壞,因此會(huì)增強(qiáng)研磨液對(duì)凸出氧化硅的化學(xué)腐蝕作用,提高CMP過(guò)程中對(duì)凸出氧化硅的移除速率,從而在研磨過(guò)程中,不會(huì)將厚度落差遺傳給淺溝槽內(nèi)的氧化硅,減小淺溝槽內(nèi)氧化硅的凹陷,見(jiàn)圖9,可知最終得到的STI平整度優(yōu)于如圖2所示的傳統(tǒng)CMP方法得到的結(jié)果。實(shí)施例2圖6至圖7顯示了依照本發(fā)明實(shí)施例2的傾斜離子注入以提高氧化硅移除速率的各步驟的剖面示意圖。參照?qǐng)D6,在氧化硅隔離層3淀積完后,首先依據(jù)圖形的高度H和間距L,確定注入的傾角。為保證離子注入時(shí),凹陷處氧化硅不被注入,需要確定注入傾角e,其表達(dá)式為
0^ arctan(H/L),也即注入傾角0約等于arctan (H/L),其中H和L可由版圖設(shè)計(jì)及量測(cè)手段獲得。具體地,在本發(fā)明中,H為氧化硅層厚度落差,為1000 5000^1為淺溝槽STl的寬度,例如100 500人。確定注入傾角之后,執(zhí)行傾斜離子注入,注入的離子種類包括但不限于11、(、隊(duì)8、8&、111、?^8或5&中的至少一種及其組合,注入的劑量為IXlO14至5X IO1Vcm2,注入能量為IOKeV至150KeV。注入的離子由于傾角的合理選擇,使其絕大部分都分布在非STI區(qū)域,也即氧化硅層3頂部突出的區(qū)域,其化學(xué)鍵及結(jié)晶狀態(tài)被破壞,因此會(huì)大大增強(qiáng)研磨液對(duì)離子注入處理氧化硅的化學(xué)腐蝕作用,從而提高其材料移除速率。如果凸出部分氧化硅厚度較厚,為保證對(duì)凸出部分的氧化硅盡可能全面注入;從對(duì)稱方向,使用相同傾角和注入條件再注入一次,見(jiàn)圖7,其中點(diǎn)紋部分代表結(jié)晶狀態(tài)被改變。此步注入可根據(jù)實(shí)際氧化硅厚度確認(rèn)是否需要;若第一次注入可保證凸出部分都會(huì)被注入離子達(dá)到,可不采取此步對(duì)稱注入;若第一次注入不能使凸出部分被注入離子完全打至IJ,需要采取此步對(duì)稱注入,對(duì)稱注入的傾角0與前述相同。可通過(guò)旋轉(zhuǎn)晶圓或者旋轉(zhuǎn)注入源來(lái)實(shí)現(xiàn)第一次傾斜離子注入和/或第二次傾斜離子注入,以確保凸出部分被均勻注入離子,以使得凸出部分的結(jié)晶狀態(tài)都能發(fā)生改變。隨后,參照?qǐng)D8與圖9,與實(shí)施例I類似地,在離子注入改變氧化硅結(jié)晶狀態(tài)之后,繼續(xù)CMP以平坦化STI。依照本發(fā)明的提高淺溝槽隔離化學(xué)機(jī)械平坦化均勻性的方法,采用了離子注入與氧化硅CMP工藝復(fù)合使用,通過(guò)對(duì)凸出部分氧化硅進(jìn)行離子注入處理,來(lái)提高CMP研磨液對(duì)凸出部分氧化硅的材料移除速率。在STI CMP過(guò)程中,達(dá)到降低淺溝槽隔離區(qū)和非隔離區(qū) 上方氧化層的厚度落差的目的,從而提高STI CMP工藝的平坦化均勻性,即降低產(chǎn)生凹陷缺陷的程度。盡管已參照一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知曉無(wú)需脫離本發(fā)明范圍而對(duì)工藝流程做出各種合適的改變和等價(jià)方式。此外,由所公開(kāi)的教導(dǎo)可做出許多可能適于特定情形或材料的修改而不脫離本發(fā)明范圍。因此,本發(fā)明的目的不在于限定在作為用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳實(shí)施方式而公開(kāi)的特定實(shí)施例,而所公開(kāi)的器件結(jié)構(gòu)及其制造方法將包括落入本發(fā)明范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種提高淺溝槽隔離化學(xué)機(jī)械平坦化均勻性的方法,包括 在淺溝槽中淀積形成氧化硅隔離層,所述氧化硅隔離層具有凸出部分和凹陷部分; 執(zhí)行離子注入,改變所述凸出部分的結(jié)晶狀態(tài); 對(duì)所述氧化硅隔離層執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光,直至露出停止層。
2.如權(quán)利要求I所述的方法,其中,所述離子注入的步驟包括,在所述氧化硅隔離層上涂敷光刻膠,曝光顯影之后暴露所述凸出部分,保留所述凹陷部分處的光刻膠,以保留的光刻膠為掩模進(jìn)行垂直離子注入。
3.如權(quán)利要求2所述的方法,其中,所述曝光顯影使用的掩模板與形成所述淺溝槽的掩模板互補(bǔ),垂直離子注入之后去除所述光刻膠。
4.如權(quán)利要求I所述的方法,其中,所述離子注入的步驟包括,依據(jù)所述凸出部分的高度H和所述淺溝槽的寬度L確定注入傾角0,以所述傾角0對(duì)所述凸出部分執(zhí)行傾斜離子注入。
5.如權(quán)利要求4所述的方法,其中,在執(zhí)行所述傾斜離子注入之后,還包括對(duì)所述凸出部分的第二次傾斜離子注入,所述第二次傾斜離子注入與所述傾斜離子注入對(duì)稱。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法,其中,通過(guò)旋轉(zhuǎn)晶圓或旋轉(zhuǎn)注入源來(lái)實(shí)現(xiàn)所述傾斜離子注入和/或所述第二次傾斜離子注入。
7.如權(quán)利要求I所述的方法,其中,所述離子注入的種類包括H、C、N、B、BF2、In、P、As、Sb及其組合。
8.如權(quán)利要求I所述的方法,其中,所述離子注入的劑量為IX IO14至5X IO1Vcm2,注入能量為IOKeV至150KeV。
9.如權(quán)利要求I所述的方法,其中,所述化學(xué)機(jī)械拋光使用SiO2基研磨液或CeO2基研磨液。
10.如權(quán)利要求I所述的方法,其中,所述化學(xué)機(jī)械拋光使用硬拋光墊或軟拋光墊。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了提高淺溝槽隔離化學(xué)機(jī)械平坦化均勻性的方法,包括在淺溝槽中淀積形成氧化硅隔離層,所述氧化硅隔離層具有凸出部分和凹陷部分;執(zhí)行離子注入,改變所述凸出部分的結(jié)晶狀態(tài);對(duì)所述氧化硅隔離層執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光,直至露出停止層。依照本發(fā)明的提高淺溝槽隔離化學(xué)機(jī)械平坦化均勻性的方法,采用了離子注入與氧化硅CMP工藝復(fù)合使用,通過(guò)對(duì)凸出部分氧化硅進(jìn)行離子注入處理,來(lái)提高CMP研磨液對(duì)凸出部分氧化硅的材料移除速率。在STI CMP過(guò)程中,達(dá)到降低淺溝槽隔離區(qū)和非隔離區(qū)上方氧化層的厚度落差的目的,從而提高STICMP工藝的平坦化均勻性,即降低產(chǎn)生凹陷缺陷的程度。
文檔編號(hào)H01L21/3105GK102789974SQ201110125319
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者劉金彪, 李俊峰, 楊濤, 趙超 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所