專利名稱：一種用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶圓制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(ShallowTrench Isolation, STI)的化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Polishing/Planarization, CMP)方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造エ藝中，淺溝槽隔離(Shallow Trenchlsolation, STI)結(jié)構(gòu)作為一種器件隔離技術(shù)被廣泛使用。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的原理是用氧化層隔開各個(gè)門電路，從而使得各個(gè)門電路之間互不導(dǎo)通。STIエ藝流程通常是在硅襯底上依次沉積ニ氧化硅和氮化硅，其中，ニ氧化硅作為硅襯底的保護(hù)層，氮化硅作為后續(xù)刻蝕和化學(xué)機(jī)械拋光エ藝的阻擋層。然后依次通過光刻和刻蝕在硅襯底上形成具有一定深度的淺溝槽。接著在溝槽的內(nèi)壁以·熱氧化法生成ニ氧化硅保護(hù)層并對(duì)溝槽底部的尖角圓化。再通過化學(xué)氣相沉積(ChemicalVapor Deposition, CVD)在溝槽中填充ニ氧化娃。由于化學(xué)氣相沉積的特性,在上述填充過程中，會(huì)在氮化硅阻擋層的表面也沉積一定厚度的ニ氧化硅層，因此，需要使用化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)將晶圓表面平坦化，研磨取出在氮化硅表面的ニ氧化硅。最后再通過濕法刻蝕將氮化硅以及氮化硅下層的ニ氧化硅去除，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。化學(xué)機(jī)械研磨方法是在含有研磨粒子以及化學(xué)制劑的研磨液的幫助下研磨晶圓表面使其平坦化的方法。圖I是現(xiàn)有的用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法(STI-CMP)的方法流程圖。如圖I所示，所述方法包括步驟100、利用具有較低選擇比的研磨液進(jìn)行研磨，完成ニ氧化硅的快速去除；其中，研磨液的選擇比是表征研磨液對(duì)不同材料的選擇性的參數(shù)，其指對(duì)于不同的材料所具有的不同的研磨速率的比值，對(duì)于STI-CMPエ藝流程，其研磨液的選擇比指研磨液對(duì)ニ氧化硅的研磨速率與研磨液對(duì)氮化硅的研磨速率的比值。在初始階段，由于研磨過程不會(huì)研磨到氮化硅，因此，使用選擇比較低的研磨液可以實(shí)現(xiàn)快速去除表層的ニ氧化硅。步驟200、利用具有較高選擇比的研磨液進(jìn)行研磨，完成殘余氧化硅的完全去除，并增加一段時(shí)間的over polish (過研磨)以確保有源區(qū)表面沒有任何氧化硅殘留；在步驟200中，由于是CMP的后續(xù)步驟，最后研磨墊會(huì)研磨到氮化硅層，為了防止氮化硅層被研磨掉，使用選擇比較高的研磨液實(shí)現(xiàn)保護(hù)氮化硅層的目的。步驟300、用水清洗晶圓表面。但是，由于高選擇比研磨液對(duì)STI區(qū)域的氧化硅研磨速率較快，對(duì)有源區(qū)氮化硅的研磨速率很慢，這會(huì)導(dǎo)致有源區(qū)和STI區(qū)域交界處承受較大的應(yīng)力，從而造成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)凹陷(divot)缺陷，即在STI —側(cè)出現(xiàn)凹陷，如圖2所示，該缺陷可以造成器件失效，降低半導(dǎo)體器件制造的成品率。由此，亟需ー種能夠改善淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)凹陷(divot)缺陷的化學(xué)機(jī)械研磨方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是在用于淺溝槽結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨中減少凹陷缺陷的出現(xiàn)，提聞集成電路制造成品率。本發(fā)明公開了ー種用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法，包括利用具有第一選擇比的研磨液進(jìn)行研磨；利用具有第二選擇比的研磨液進(jìn)行研磨， 直到研磨墊接觸氮化硅層；利用具有第三選擇比的研磨液進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的過研磨；用水清洗晶圓表面；其中，所述選擇比為研磨液對(duì)ニ氧化硅的研磨速率與研磨液對(duì)氮化硅的研磨速率的比值，所述第二選擇比高于所述第一選擇比和第三選擇比。優(yōu)選地，所述第一選擇比等于第三選擇比。優(yōu)選地，所述第二選擇比大于等于50: I。優(yōu)選地，所述第一選擇比和第三選擇比大于等于2:1小于等于4:1。優(yōu)選地，所述具有第二選擇比的研磨液為旭硝子公司的型號(hào)為CES333的研磨液。優(yōu)選地，所述具有第一選擇比的研磨液為Cabot微電子公司的型號(hào)為Semi-Sperse 25 的研磨液。優(yōu)選地，研磨臺(tái)通過傳感器檢測研磨表面的反光率或研磨應(yīng)カ判斷研磨墊是否接觸到氮化硅層，如果是，則發(fā)出信號(hào)停止使用所述具有第二選擇比的研磨液研磨。優(yōu)選地，所述利用具有第三選擇比的研磨液進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的過研磨包括通過控制所述預(yù)定時(shí)間將氮化硅層研磨至預(yù)定厚度。優(yōu)選地，所述利用具有第一選擇比的研磨液進(jìn)行研磨包括利用具有第一選擇比的研磨液按設(shè)定時(shí)間進(jìn)行研磨。本發(fā)明實(shí)施例通過降低STI-CMPエ藝流程中高選擇比研磨液的研磨時(shí)間，僅完成有源區(qū)表面ニ氧化硅的去除后，就終止使用高選擇比研磨液進(jìn)行研磨，轉(zhuǎn)而采用低選擇比的研磨液完成過研磨エ藝步驟，從而消除因應(yīng)カ損傷而造成的STI凹陷缺陷，提高了集成電路制造的成品率。


圖I是現(xiàn)有的用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法的方法流程圖；圖2是現(xiàn)有的用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法造成的凹陷缺陷的晶圓表面照片；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法的方法流程圖；圖4A是本發(fā)明實(shí)施例中在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨前晶圓的截面示意圖；圖4B是本發(fā)明實(shí)施例中在進(jìn)行步驟100’研磨后晶圓的截面示意圖；圖4C是本發(fā)明實(shí)施例中在進(jìn)行步驟200’研磨后晶圓的截面示意圖；圖4D是本發(fā)明實(shí)施例中在進(jìn)行步驟300’研磨后晶圓的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式
來進(jìn)ー步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法的方法流程圖。如圖3所示，所述方法包括步驟100’、利用具有第一選擇比的研磨液進(jìn)行研磨，完成ニ氧化硅的快速去除。其中，步驟100’的研磨是按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間來進(jìn)行研磨從而去除上層覆蓋的大
部分ニ氧化硅。其中，所述第一選擇比為較低的選擇比，即研磨液在研磨ニ氧化硅和氮化硅時(shí)的研磨速率差異較小。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，選擇ニ氧化硅氮化硅的研磨率范圍在2:1至4:1的研磨液作為具有第一選擇比的研磨液。在本發(fā)明的另ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，選擇Cabot微電子公司(CabotMicroelectronic)生產(chǎn)的型號(hào)為Semi-Sperse SS25的研磨液作為具有第一選擇比的研磨液進(jìn)行研磨。步驟200’、利用具有第二選擇比的研磨液進(jìn)行研磨，直到研磨墊接觸到氮化硅阻 隔層的表面。因?yàn)榈韬庭搜趸栌胁煌姆垂饴屎脱心?yīng)力，研磨臺(tái)可以根據(jù)兩種材料反光率或者研磨應(yīng)カ的不同，在ニ氧化娃剛好磨完，研磨墊(polish pad)開始接觸到氮化娃表面的時(shí)候，研磨臺(tái)的傳感器通過反光率或研磨應(yīng)カ或其它參數(shù)探測到材質(zhì)的變化，從而自動(dòng)發(fā)出指令，停止步驟200’的研磨，然后將晶圓傳遞到第三步研磨臺(tái)的位置，進(jìn)行步驟300’的研磨。其中，所述第二選擇比為較高的選擇比，即研磨液在研磨ニ氧化硅和氮化硅時(shí)的研磨速率差異較大。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，選擇ニ氧化硅氮化硅的研磨率比值大于等于50:1的研磨液作為具有第二選擇比的研磨液。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，選用旭硝子公司(ASAHI GLASS Co. Ltd)的型號(hào)為CES333的研磨液作為具有第二選擇比的研磨液。步驟300 ’、利用具有第三選擇比的研磨液進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的研磨，進(jìn)行過研磨(overpolishing)。過研磨的目的是為了把氮化硅表面的氧化物殘留清除干凈，同時(shí)研磨掉一定的厚度的氮化硅，使其保留固定的厚度，從而滿足器件設(shè)計(jì)的功能。所述預(yù)定時(shí)間根據(jù)所采用的エ藝條件以及需要保留的氮化硅層厚度換算確定，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)定時(shí)間在一定エ藝條件下選擇為例如20秒。其中，第三選擇比為較低的選擇比，即研磨液在研磨ニ氧化硅和氮化硅時(shí)的研磨速率差異較小。第三選擇比和第一選擇比可以相同，也可以不同，也即，步驟100’和步驟300’中可以選擇不同的研磨液，只要都具有較低的選擇比即可。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第三選擇比為ニ氧化硅氮化硅的研磨率比值范圍在2:1至4: I。在本發(fā)明的ー個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，優(yōu)選選擇具有與第一選擇比接近的選擇比的研磨液作為所述第三選擇比的研磨液。在本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例中，也可在步驟300’選擇與步驟100’中相同的研磨液，從而簡化生產(chǎn)控制的復(fù)雜性。步驟400’、用水清洗晶圓表面。需要說明的是，上述第一、第二、第三選擇比并不限于上述實(shí)施例中所列舉的范圍，實(shí)際上，在過研磨階段使用的研磨液只要具有比步驟200’的研磨液相對(duì)低的選擇比即可有效降低過研磨階段在STI交界區(qū)域的應(yīng)力，一定程度地降低出現(xiàn)凹陷缺陷的幾率。圖4A-4C是按本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行研磨的晶圓在不同エ藝步驟的截面示意圖。圖4A是在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨前的晶圓的截面示意圖。如圖4A所示，在研磨前晶圓包括形成有淺溝槽硅襯底1，淺溝槽即硅襯底表面的氧化物保護(hù)層2，位于有源區(qū)的氮化硅阻擋層3以及填充在所述淺溝槽結(jié)構(gòu)中并覆蓋整個(gè)晶圓表面的ニ氧化硅填充層4。其中，ニ氧化硅填充層4的表面為不規(guī)則形狀，需要通過化學(xué)機(jī)械研磨エ藝實(shí)現(xiàn)晶圓表面的平坦化。圖4B是在進(jìn)行步驟100’研磨后晶圓的截面示意圖。如圖4B所示,通過利用具有第一選擇比的研磨液進(jìn)行研磨，去除覆蓋在整個(gè)晶圓表面的大部分ニ氧化硅填充層。由于具有第一選擇比的研磨液為低選擇比的研磨液，因此，可以快速去除ニ氧化硅。圖4C是在進(jìn)行步驟200’研磨后晶圓的截面不意圖。如圖4C所不,通過利用具有 第二選擇比的研磨液進(jìn)行研磨，直到研磨墊接觸到氮化硅阻隔層的表面。在步驟200’的研磨后，氮化硅層表面的ニ氧化硅基本被去除。而且，由于具有第二選擇比的研磨液為高選擇比的研磨液，因此，可以保護(hù)氮化硅層不被研磨棹。但是，由于高選擇比研磨液研磨時(shí)會(huì)在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)交界處的產(chǎn)生較高應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致ニ氧化硅層出現(xiàn)一定程度的凹陷。圖4D是在進(jìn)行步驟300’研磨后的晶圓的截面示意圖。如圖4D所示，通過利用具有第三選擇比的研磨液進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的研磨，將氮化硅層研磨掉一定厚度，從而徹底去除了氮化硅層上殘留的ニ氧化硅。同吋，由于具有第三選擇比的研磨液為低選擇比的研磨液，其對(duì)于ニ氧化硅以及氮化硅的研磨率比較接近，因此可以避免在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)交界處的凹陷缺陷出現(xiàn)，得到完全平坦化的晶圓表面。本發(fā)明實(shí)施例通過降低STI-CMPエ藝流程中高選擇比研磨液的研磨時(shí)間，僅在完成有源區(qū)表面ニ氧化硅的去除后，就終止使用高選擇比研磨液進(jìn)行研磨，轉(zhuǎn)而采用低選擇比的研磨液完成過研磨エ藝步驟，從而消除因應(yīng)カ損傷而造成的STI凹陷缺陷，提高了集成電路制造的成品率。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種改動(dòng)和變化。凡在本發(fā)明的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法，包括 利用具有第一選擇比的研磨液進(jìn)行研磨； 利用具有第二選擇比的研磨液進(jìn)行研磨，直到研磨墊接觸氮化硅層； 利用具有第三選擇比的研磨液進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的過研磨； 用水清洗晶圓表面； 其中，所述選擇比為研磨液對(duì)二氧化硅的研磨速率與研磨液對(duì)氮化硅的研磨速率的比值，所述第二選擇比高于所述第一選擇比和第三選擇比。
2.如權(quán)利要求I所述的用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述第一選擇比等于第三選擇比。
3.如權(quán)利要求I所述的用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述第二選擇比大于等于50: I。
4.如權(quán)利要求I所述的用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述第一選擇比和第三選擇比大于等于2:1小于等于4:1。
5.如權(quán)利要求3所述的用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述具有第二選擇比的研磨液為旭硝子公司的型號(hào)為CES333的研磨液。
6.如權(quán)利要求4所述的用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述具有第三選擇比的研磨液為Cabot微電子公司的型號(hào)為Semi_Sperse25的研磨液。
7.如權(quán)利要求I所述的用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，研磨臺(tái)通過傳感器檢測研磨表面的反光率或研磨應(yīng)力判斷研磨墊是否接觸到氮化硅層，如果是，則發(fā)出信號(hào)停止使用所述具有第二選擇比的研磨液研磨。
8.如權(quán)利要求I所述的用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述利用具有第三選擇比的研磨液進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的過研磨包括通過控制所述預(yù)定時(shí)間將氮化娃層研磨至預(yù)定厚度。
9.如權(quán)利要求I所述的用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，所述利用具有第一選擇比的研磨液進(jìn)行研磨包括利用具有第一選擇比的研磨液按設(shè)定時(shí)間進(jìn)行研磨。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的化學(xué)機(jī)械研磨方法，包括利用具有第一選擇比的研磨液進(jìn)行研磨；利用具有第二選擇比的研磨液進(jìn)行研磨，直到研磨墊接觸氮化硅層；利用具有第三選擇比的研磨液進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的過研磨；用水清洗晶圓表面；其中，所述選擇比為研磨液對(duì)二氧化硅的研磨速率與研磨液對(duì)氮化硅的研磨速率的比值，所述第二選擇比高于所述第一選擇比和第三選擇比。本發(fā)明通過采用低選擇比的研磨液完成過研磨工藝步驟，從而消除因應(yīng)力損傷而造成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)凹陷缺陷，提高了集成電路制造的成品率。
文檔編號(hào)B24B37/34GK102814727SQ201210287530
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者李健 申請(qǐng)人:無錫華潤上華科技有限公司