一種改善超級(jí)結(jié)深溝槽外延層平坦化的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種改善超級(jí)結(jié)深溝槽外延層平坦化的方法，包括如下步驟：1）在硅片表面淀積氧化膜和/或氮化膜作為阻擋層；2）在硅片上刻蝕深溝槽；3）用單晶硅或多晶硅填充所述深溝槽；4）采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)硅片表面進(jìn)行平坦化處理，分為以下三步驟：步驟A，通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨的方式將位于阻擋層上方的外延層研磨去除一半，化學(xué)機(jī)械研磨的殘留物覆蓋在凹槽中；步驟B，在研磨至一半的研磨量之后，將研磨頭升起，并使用大量的處于常溫的去離子水沖洗硅片以及研磨墊，將位于凹槽中的化學(xué)機(jī)械研磨的殘留物去除；步驟C，將位于阻擋層上方的外延層全部研磨去除。本發(fā)明能有效去除位于阻擋層上方的外延層，以有效改善超級(jí)結(jié)外延層平坦化效果。
【專利說(shuō)明】一種改善超級(jí)結(jié)深溝槽外延層平坦化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路中半導(dǎo)體工藝方法，具體涉及一種改善超級(jí)結(jié)深溝槽外延層平坦化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)今的半導(dǎo)體技術(shù)中，深溝槽結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛。如作為隔絕結(jié)構(gòu)以隔絕不同操作電壓的電子器件，及應(yīng)用于超級(jí)結(jié)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件中作為P-N結(jié)通過(guò)耗盡態(tài)的電荷平衡達(dá)到高擊穿電壓性能等。對(duì)于后者超級(jí)結(jié)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(超級(jí)結(jié)MOS晶體管)的制造過(guò)程中刻蝕和填充深溝槽的方法，是在n+型硅襯底上生長(zhǎng)一層n-型外延層(單晶硅)，然后在該外延層上刻蝕深溝槽，然后再用p型單晶硅選擇性填充該深溝槽，最后用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝進(jìn)行表面平坦化。此時(shí)該深溝槽結(jié)構(gòu)作為p型半導(dǎo)體柱，該深溝槽結(jié)構(gòu)的兩側(cè)作為n型半導(dǎo)體柱，即得到了縱向交替排列的p型和n型半導(dǎo)體柱。該方法中將n型硅與p型硅交換，效果不變。如圖10所示，傳統(tǒng)方法的流程主要包括如下步驟:
1.在硅襯底上沉積一層氧化膜和/或氮化膜；2.干法刻蝕深溝槽；3.硅選擇性外延沉積深溝槽；4.化學(xué)機(jī)械研磨去除位于氧化膜和/或氮化膜上方的硅外延。
[0003]上述方法中，選擇性填充深溝槽完成后會(huì)導(dǎo)致較高的表面斷差(st印height)，大約為3微米左右，相應(yīng)的研磨時(shí)間會(huì)較長(zhǎng)，研磨墊的溫度會(huì)異常升高，位于研磨墊上的殘留物會(huì)急劇增多，如果在后續(xù)的化學(xué)機(jī)械研磨的制程中無(wú)法有效去除處于凹槽中的研磨液殘留物，就會(huì)導(dǎo)致該殘留物作為一個(gè)阻擋層(hard-mask)，無(wú)法有效完成硅外延化學(xué)機(jī)械平坦化，如圖12(A)所示(由于深寬比較大，研磨液會(huì)殘留在選擇性外延填充完后形成的凹槽中，并作為阻擋層阻止外延層被有效去除)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種改善超級(jí)結(jié)深溝槽外延層平坦化的方法，以達(dá)到能夠有效去除位于阻擋層上方的外延層的目的，以有效改善超級(jí)結(jié)外延層平坦化效果。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種改善超級(jí)結(jié)深溝槽外延層平坦化的方法，包括如下步驟:
[0006]I)在硅片表面淀積氧化膜和/或氮化膜作為阻擋層；
[0007]2)在硅片上刻蝕深溝槽；
[0008]3)用單晶硅或多晶硅填充所述深溝槽；
[0009]4)采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)硅片表面進(jìn)行平坦化處理，該步化學(xué)機(jī)械研磨分為三步驟:步驟A，通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨的方式將位于阻擋層上方的外延層研磨去除一半，化學(xué)機(jī)械研磨的殘留物覆蓋在凹槽中；步驟B，在研磨至一半的研磨量之后，將研磨頭升起，并使用大量的處于常溫的去離子水沖洗硅片以及研磨墊，將位于凹槽中的化學(xué)機(jī)械研磨的殘留物去除；步驟C，將位于阻擋層上方的外延層全部研磨去除。
[0010]進(jìn)一步地，步驟I)中，所述的阻擋層的厚度為100(T5000埃，其所用淀積工藝為L(zhǎng)PCVD (低壓化學(xué)氣相沉積)工藝、或PECVD (等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)工藝。
[0011]進(jìn)一步地，步驟2)具體為:淀積光刻膠，通過(guò)曝光和顯影后，將阻擋層刻蝕；然后去除光刻膠，采用阻擋層干法刻蝕深溝槽。
[0012]進(jìn)一步地，步驟2)中，所述將阻擋層刻蝕的刻蝕寬度為I~IOOii m，刻蝕深度為硅損失小于100埃；所述深溝槽的深度為10~100 u m,寬度為I~100 i! m。
[0013]進(jìn)一步地，步驟3)中，所述深溝槽的填充采用單晶硅外延生長(zhǎng)工藝；或者所述深溝槽的填充采用LPCVD工藝淀積多晶硅；或者所述深溝槽的填充是先在硅片表面外延生長(zhǎng)一層單晶硅，再以LPCVD工藝填充多晶硅。
[0014]進(jìn)一步地，步驟3)中，采用單晶硅或多晶硅選擇性外延填充深溝槽，填充的外延層的高度高于阻擋層的高度有2~5 ii m。
[0015]進(jìn)一步地，步驟4)的步驟B中，所述使用大量的處于常溫的去離子水沖洗硅片以及研磨墊的沖洗時(shí)間為10~100秒，去尚子水的流量為500~2000毫升/分鐘。
[0016]進(jìn)一步地，步驟4)的步驟C中，至少將所述填充深溝槽的硅外延層研磨至與所述阻擋層的上表面齊平，所述填充深溝槽的硅外延層的上表面等于或低于所述阻擋層的上表面。
[0017]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明使用了一種新型的化學(xué)研磨方法，即在研磨至一半的研磨量之后(half polish amount),將研磨頭升起(polishhead),并使用大量的處于常溫的去離子水沖洗硅片以及研磨淀，這樣可以有效降低研磨墊的溫度，同時(shí)改善硅片和研磨墊表面的顆粒情況，以達(dá)到能夠有效去除位于阻擋層上方的外延層的目的，以有效改善超級(jí)結(jié)外延層平坦化效果。該方法工藝簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)，效果明顯。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明方法中硅襯底的示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明方法中在硅襯底上生長(zhǎng)阻擋層的示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明方法中曝光、顯影后的示意圖；
[0021]圖4是本發(fā)明方法中刻蝕阻擋層后的示意圖；
[0022]圖5是本發(fā)明方法中刻蝕深溝槽后的示意圖；
[0023]圖6是本發(fā)明方法中選擇性外延填充深溝槽后的示意圖；
[0024]圖7是本發(fā)明方法中化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中研磨液覆蓋凹槽中的示意圖；
[0025]圖8是本發(fā)明方法中化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中去除凹槽中殘留物的示意圖；
[0026]圖9是本發(fā)明方法化學(xué)機(jī)械研磨完成后的示意圖；
[0027]圖10是傳統(tǒng)方法的流程圖；
[0028]圖11是本發(fā)明方法的流程圖；
[0029]圖12為采用傳統(tǒng)方法及采用本發(fā)明方法的光學(xué)圖像對(duì)比圖；其中，圖12 (A)為采用傳統(tǒng)方法的光學(xué)圖像示意圖；圖12 (B)為采用本發(fā)明方法的光學(xué)圖像示意圖。
[0030]圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0031]I為硅襯底，2為阻擋層，3為光刻膠(PR)，4為外延層，5為化學(xué)機(jī)械研磨的殘留物?！揪唧w實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0033]如圖1-圖9和圖11所示，本發(fā)明的一種改善超級(jí)結(jié)深溝槽外延層平坦化的方法，主要包括如下步驟:
[0034]1.如圖1和圖2所示，在硅襯底I上淀積一層氧化膜和/或氮化膜作為阻擋層2，阻擋層2的厚度為1000~5000埃，其采用LPCVD工藝、或PECVD工藝淀積。
[0035]2.如圖3至圖4所示，淀積光刻膠3，通過(guò)曝光和顯影后，將阻擋層2刻蝕，刻蝕寬度為I~100 ii m ;刻蝕深度以娃損失小于100埃為優(yōu)選。
[0036]3.如圖5所示，去除光刻膠3，采用阻擋層2干法刻蝕深溝槽，所述深溝槽的深度為10~100 Ii m,寬度為I~100 u m。
[0037]4.如圖6所示，采用單晶硅或多晶硅選擇性外延填充深溝槽，外延層4的高度高于阻擋層2的高度有2~5i!m。該步驟中，深溝槽的填充采用單晶硅外延生長(zhǎng)工藝；或者深溝槽的填充采用LPCVD工藝淀積多晶硅；或者深溝槽的填充是先在硅片表面外延生長(zhǎng)一層單晶硅，再以LPCVD工藝填充多晶硅。
[0038]5.如圖7所示，通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨的方式將位于阻擋層2上方的外延層4研磨去除一半，化學(xué)機(jī)械研磨的殘留物5 (即化學(xué)機(jī)械研磨過(guò)程中的研磨液)覆蓋在凹槽中(該凹槽是阻擋層2上方的外延層4之間形成的凹槽，見(jiàn)圖7)。
[0039]6.如圖8 所示，將研磨頭升起(polish head)，并使用大量的處于常溫的去離子水沖洗硅片以及研磨墊，這樣可以有效降低研磨墊的溫度，同時(shí)改善硅片和研磨墊表面的顆粒情況，將位于凹槽中的化學(xué)機(jī)械研磨的殘留物5去除。該步驟使用大量的處于常溫的去離子水沖洗硅片以及研磨墊的沖洗時(shí)間為10~100秒，去離子水的流量為500~2000毫
升/分鐘。
[0040]7.如圖9所示，將位于阻擋層2上方的外延層4全部去除，研磨至目標(biāo)值。至少將所述填充深溝槽的外延層4研磨至與阻擋層2的上表面齊平，填充深溝槽的外延層4的上表面等于或低于阻擋層2的上表面。
[0041]如圖12所示，與采用傳統(tǒng)方法的光學(xué)圖像示意圖圖12 (A)相比，采用本發(fā)明方法的光學(xué)圖像示意圖(見(jiàn)圖12 (B))顯示采用本發(fā)明方法能有效去除凹槽內(nèi)殘留的研磨液，以達(dá)到有效去除位于阻擋層上方的外延層的目的，從而有效改善超級(jí)結(jié)外延層平坦化效果。
【權(quán)利要求】
1.一種改善超級(jí)結(jié)深溝槽外延層平坦化的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)在硅片表面淀積氧化膜和/或氮化膜作為阻擋層； 2)在硅片上刻蝕深溝槽； 3)用單晶硅或多晶硅填充所述深溝槽； 4)采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)硅片表面進(jìn)行平坦化處理，該步化學(xué)機(jī)械研磨分為三步驟:步驟A，通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨的方式將位于阻擋層上方的外延層研磨去除一半，化學(xué)機(jī)械研磨的殘留物覆蓋在凹槽中；步驟B，在研磨至一半的研磨量之后，將研磨頭升起，并使用大量的處于常溫的去離子水沖洗硅片以及研磨墊，將位于凹槽中的化學(xué)機(jī)械研磨的殘留物去除；步驟C，將位于阻擋層上方的外延層全部研磨去除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)中，所述的阻擋層的厚度為1000^5000埃，其所用淀積工藝為L(zhǎng)PCVD工藝、或PECVD工藝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，步驟2)具體為:淀積光刻膠，通過(guò)曝光和顯影后，將阻擋層刻蝕；然后去除光刻膠，采用阻擋層干法刻蝕深溝槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述方法，其特征在于，步驟2)中，所述將阻擋層刻蝕的刻蝕寬度為1~100 ii m，刻蝕深度為硅損失小于100埃；所述深溝槽的深度為10~100 u m,寬度為 1~100 Ii m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)中，所述深溝槽的填充采用單晶硅外延生長(zhǎng)工藝；或者所述深溝槽的填充采用LPCVD工藝淀積多晶硅；或者所述深溝槽的填充是先在硅片表面外延生長(zhǎng)一層單晶硅，再以LPCVD工藝填充多晶硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于，步驟3)中，采用單晶硅或多晶硅選擇性外延填充深溝槽，填充的外延層的高度高于阻擋層的高度有2~5 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)的步驟B中，所述使用大量的處于常溫的去離子水沖洗硅片以及研磨墊的沖洗時(shí)間為10~100秒，去離子水的流量為500~2000毫升/分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)的步驟C中，至少將所述填充深溝槽的硅外延層研磨至與所述阻擋層的上表面齊平，所述填充深溝槽的硅外延層的上表面等于或低于所述阻擋層的上表面。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103779228SQ201210409066
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月24日
【發(fā)明者】劉繼全, 錢(qián)志剛, 唐錦來(lái) 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司