一种用于浅沟槽隔离结构的化学机械研磨方法技术

本发明专利技术公开了一种用于浅沟槽隔离结构的化学机械研磨方法，包括：利用具有第一选择比的研磨液进行研磨；利用具有第二选择比的研磨液进行研磨，直到研磨垫接触氮化硅层；利用具有第三选择比的研磨液进行预定时间的过研磨；用水清洗晶圆表面；其中，所述选择比为研磨液对二氧化硅的研磨速率与研磨液对氮化硅的研磨速率的比值，所述第二选择比高于所述第一选择比和第三选择比。本发明专利技术通过采用低选择比的研磨液完成过研磨工艺步骤，从而消除因应力损伤而造成的浅沟槽隔离结构凹陷缺陷，提高了集成电路制造的成品率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶圆制造
，尤其涉及一种用于浅沟槽隔离结构(ShallowTrench Isolation, STI)的化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing/Planarization, CMP)方法。
技术介绍
在半导体制造エ艺中，浅沟槽隔离(Shallow Trenchlsolation, STI)结构作为一种器件隔离技术被广泛使用。浅沟槽隔离结构的原理是用氧化层隔开各个门电路，从而使得各个门电路之间互不导通。STIエ艺流程通常是在硅衬底上依次沉积ニ氧化硅和氮化硅，其中，ニ氧化硅作为硅衬底的保护层，氮化硅作为后续刻蚀和化学机械抛光エ艺的阻挡层。然后依次通过光刻和刻蚀在硅衬底上形成具有一定深度的浅沟槽。接着在沟槽的内壁以·热氧化法生成ニ氧化硅保护层并对沟槽底部的尖角圆化。再通过化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition, CVD)在沟槽中填充ニ氧化娃。由于化学气相沉积的特性,在上述填充过程中，会在氮化硅阻挡层的表面也沉积一定厚度的ニ氧化硅层，因此，需要使用化学机械研磨技术将晶圆表面平坦化，研磨取出在氮化硅表面的ニ氧化硅。最后再通过湿法刻蚀将氮化硅以及氮化硅下层的ニ氧化硅去除，形成浅沟槽隔离结构。化学机械研磨方法是在含有研磨粒子以及化学制剂的研磨液的帮助下研磨晶圆表面使其平坦化的方法。图I是现有的用于浅沟槽隔离结构的化学机械研磨方法(STI-CMP)的方法流程图。如图I所示，所述方法包括步骤100、利用具有较低选择比的研磨液进行研磨，完成ニ氧化硅的快速去除；其中，研磨液的选择比是表征研磨液对不同材料的选择性的參数，其指对于不同的材料所具有的不同的研磨速率的比值，对于STI-CMPエ艺流程，其研磨液的选择比指研磨液对ニ氧化硅的研磨速率与研磨液对氮化硅的研磨速率的比值。在初始阶段，由于研磨过程不会研磨到氮化硅，因此，使用选择比较低的研磨液可以实现快速去除表层的ニ氧化硅。步骤200、利用具有较高选择比的研磨液进行研磨，完成残余氧化硅的完全去除，并增加一段时间的over polish (过研磨)以确保有源区表面没有任何氧化硅残留；在步骤200中，由于是CMP的后续步骤，最后研磨垫会研磨到氮化硅层，为了防止氮化硅层被研磨掉，使用选择比较高的研磨液实现保护氮化硅层的目的。步骤300、用水清洗晶圆表面。但是，由于高选择比研磨液对STI区域的氧化硅研磨速率较快，对有源区氮化硅的研磨速率很慢，这会导致有源区和STI区域交界处承受较大的应力，从而造成浅沟槽隔离结构凹陷(divot)缺陷，即在STI —侧出现凹陷，如图2所示，该缺陷可以造成器件失效，降低半导体器件制造的成品率。由此，亟需ー种能够改善浅沟槽隔离结构凹陷(divot)缺陷的化学机械研磨方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是在用于浅沟槽结构的化学机械研磨中减少凹陷缺陷的出现，提闻集成电路制造成品率。本专利技术公开了ー种用于浅沟槽隔离结构的化学机械研磨方法，包括利用具有第一选择比的研磨液进行研磨；利用具有第二选择比的研磨液进行研磨， 直到研磨垫接触氮化硅层；利用具有第三选择比的研磨液进行预定时间的过研磨；用水清洗晶圆表面；其中，所述选择比为研磨液对ニ氧化硅的研磨速率与研磨液对氮化硅的研磨速率的比值，所述第二选择比高于所述第一选择比和第三选择比。优选地，所述第一选择比等于第三选择比。优选地，所述第二选择比大于等于50: I。优选地，所述第一选择比和第三选择比大于等于2:1小于等于4:1。优选地，所述具有第二选择比的研磨液为旭硝子公司的型号为CES333的研磨液。优选地，所述具有第一选择比的研磨液为Cabot微电子公司的型号为Semi-Sperse 25 的研磨液。优选地，研磨台通过传感器检测研磨表面的反光率或研磨应カ判断研磨垫是否接触到氮化硅层，如果是，则发出信号停止使用所述具有第二选择比的研磨液研磨。优选地，所述利用具有第三选择比的研磨液进行预定时间的过研磨包括通过控制所述预定时间将氮化硅层研磨至预定厚度。优选地，所述利用具有第一选择比的研磨液进行研磨包括利用具有第一选择比的研磨液按设定时间进行研磨。本专利技术实施例通过降低STI-CMPエ艺流程中高选择比研磨液的研磨时间，仅完成有源区表面ニ氧化硅的去除后，就終止使用高选择比研磨液进行研磨，转而采用低选择比的研磨液完成过研磨エ艺步骤，从而消除因应カ损伤而造成的STI凹陷缺陷，提高了集成电路制造的成品率。附图说明图I是现有的用于浅沟槽隔离结构的化学机械研磨方法的方法流程图；图2是现有的用于浅沟槽隔离结构的化学机械研磨方法造成的凹陷缺陷的晶圆表面照片；图3是本专利技术实施例的用于浅沟槽隔离结构的化学机械研磨方法的方法流程图；图4A是本专利技术实施例中在进行化学机械研磨前晶圆的截面示意图；图4B是本专利技术实施例中在进行步骤100’研磨后晶圆的截面示意图；图4C是本专利技术实施例中在进行步骤200’研磨后晶圆的截面示意图；图4D是本专利技术实施例中在进行步骤300’研磨后晶圆的截面示意图。具体实施例方式下面结合附图并通过具体实施方式来进ー步说明本专利技术的技术方案。图3是本专利技术实施例的用于浅沟槽隔离结构的化学机械研磨方法的方法流程图。如图3所示，所述方法包括步骤100’、利用具有第一选择比的研磨液进行研磨，完成ニ氧化硅的快速去除。其中，步骤100’的研磨是按照预先设定的时间来进行研磨从而去除上层覆盖的大部分ニ氧化硅。其中，所述第一选择比为较低的选择比，即研磨液在研磨ニ氧化硅和氮化硅时的研磨速率差异较小。在本专利技术的一个实施例中，选择ニ氧化硅氮化硅的研磨率范围在2:1至4:1的研磨液作为具有第一选择比的研磨液。在本专利技术的另ー个优选实施例中，选择Cabot微电子公司(CabotMicroelectronic)生产的型号为Semi-Sperse SS25的研磨液作为具有第一选择比的研磨液进行研磨。步骤200’、利用具有第二选择比的研磨液进行研磨，直到研磨垫接触到氮化硅阻 隔层的表面。因为氮化硅和ニ氧化硅有不同的反光率和研磨应力，研磨台可以根据两种材料反光率或者研磨应カ的不同，在ニ氧化娃刚好磨完，研磨垫(polish pad)开始接触到氮化娃表面的时候，研磨台的传感器通过反光率或研磨应カ或其它參数探测到材质的变化，从而自动发出指令，停止步骤200’的研磨，然后将晶圆传递到第三步研磨台的位置，进行步骤300’的研磨。其中，所述第二选择比为较高的选择比，即研磨液在研磨ニ氧化硅和氮化硅时的研磨速率差异较大。在本专利技术的一个实施例中，选择ニ氧化硅氮化硅的研磨率比值大于等于50:1的研磨液作为具有第二选择比的研磨液。在本专利技术的一个优选实施例中，选用旭硝子公司(ASAHI GLASS Co. Ltd)的型号为CES333的研磨液作为具有第二选择比的研磨液。步骤300 ’、利用具有第三选择比的研磨液进行预定时间的研磨，进行过研磨(overpolishing)。过研磨的目的是为了把氮化硅表面的氧化物残留清除干净，同时研磨掉一定的厚度的氮化硅，使其保留固定的厚度，从而满足器件设计的功能。所述预定时间根据所采用的エ艺条件以及需要保留的氮化硅层厚度換算确定，在本专利技术的一个实施例中，所述预定时间在一定エ艺条件下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于浅沟槽隔离结构的化学机械研磨方法，包括：利用具有第一选择比的研磨液进行研磨；利用具有第二选择比的研磨液进行研磨，直到研磨垫接触氮化硅层；利用具有第三选择比的研磨液进行预定时间的过研磨；用水清洗晶圆表面；其中，所述选择比为研磨液对二氧化硅的研磨速率与研磨液对氮化硅的研磨速率的比值，所述第二选择比高于所述第一选择比和第三选择比。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，
申请(专利权)人：无锡华润上华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：