CN113223956A - Cmp研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CMP研磨方法，首先，在炉管内淀积完多晶硅薄膜之后，进行氧化工艺，在多晶硅层的表面生成一层氧化硅薄膜；然后采用DSTI CMP工艺做研磨加工，去除凸起图形处多晶硅薄膜表面的氧化硅薄膜，包括STI区域、有源区以及隔离区；最后进行针对多晶硅薄膜的多晶硅CMP工艺。本发明利用氧化膜CMP工艺的高选择比先取出凸起处的氧化硅薄膜，研磨终止于多晶硅薄膜，然后再利用多晶硅CMP工艺的高选择比增加工艺窗口，去除残留的多晶硅，更有效地解决多晶硅残留问题，同时兼顾解决了研磨过度导致的凹陷的问题。

Description

CMP研磨方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别是指一种CMP研磨方法。
背景技术
化学机械研磨（CMP）是一种表面全局平坦化技术，它通过硅片和一个抛光头之间的相对运动来平坦化硅片表面。在抛光头和硅片之间有磨料，并同时施加下压力。
CMP在进行制品研磨前，先要确定一套研磨工艺参数（包括：流量、压力和转速等），然后使用该套参数对同膜种的无图形片进行研磨，计算出该套工艺的研磨速率：（研磨前膜厚-研磨后膜厚）/研磨时间=研磨速率。
再根据制品所需要的研磨量，计算出所需研磨时间： 研磨量/研磨速率=研磨时间。由于研磨部件属于消耗品，因此研磨速率会有波动，从而导致CMP后的实际膜厚与理论膜厚存在偏差。通过计算这个偏差值， integrated Advanced Process Control software(iAPC)会对研磨时间进行调整，使CMP后的薄膜膜厚与目标值相近。
多晶硅化学机械研磨（CMP）在IC加工工艺中的用途日益广泛，但CMP固有的图形载入效应，会造成不同大小图形之间的研磨速率差异，严重影响了工艺的均匀性和工艺控制窗口。
如图1～3所示，以ETOX闪存（ETOX：EPROM with Tunnel Oxide或者ErasableProgrammable Read Only Memorywith Tunnel Oxide，可擦除可编程只读寄存器隧道氧化层NOR（或非）型闪存属于一种非易失性闪存，其特点是应用程序可以直接在闪存内运行，不必再把代码读到系统随机存储器中，从而使其具有较高的传输效率，因此，该类型闪存的应用比较广泛）结构中浮栅多晶硅（FGPL）CMP工艺为例， STI区域 CMP不足会导致多晶硅残留，而同时有源区（AA）区域 CMP OP过度则会导致沟渠型的凹陷形貌。即在芯片结构布局中的结构密集区CMP不足会导致多晶硅残留，而相对比较宽松的隔离区ISO区域CMP过度会导致凹陷型形貌。
随着芯片技术的发展，传统的改善方法，比如增加Dummy图形，规范设计尺寸规则等，也越来越不能满足实际应用的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种CMP研磨方法，能有效去除多晶硅解决多晶硅残留问题，同时兼顾研磨过度导致的凹陷问题。
为解决上述问题，本发明所述的一种CMP研磨方法，CMP研磨方法，其特征在于：首先，在炉管内淀积完多晶硅薄膜之后，进行氧化工艺，在多晶硅层的表面生成一层氧化硅薄膜。
然后采用D-STI CMP工艺做研磨加工，去除凸起图形处多晶硅薄膜表面的氧化硅薄膜，包括STI区域、有源区以及隔离区。
D-STI CMP工艺一种先进的STI CMP工艺，采用带有压力敏感大分子添加剂的研磨液，可以实现所谓的“Auto-stop（自动终止）“功能，即对图形突起部分有高研磨速率的同时，对图形低洼处通过大分子络合进行保护，实现超平的研磨效果。D-STI CMP工艺与传统的STI CMP工艺的主要区别就在于这个“D”上，D是指“Direct”，即在绝缘层淀积之后通过直接的CMP工艺来完成STI的制作。本发明在多晶硅薄膜的表面形成的一层氧化硅薄膜很薄，采用D-STI CMP工艺很有必要。
最后进行针对多晶硅薄膜的多晶硅CMP工艺。
进一步的改进是，所述的氧化硅薄膜的淀积厚度要完全填充覆盖多晶硅薄膜表面的凹陷或者狭缝区域，淀积完后形成的氧化硅薄膜表面形貌尽可能平坦。
进一步的改进是，所述的DSTI CMP工艺，利用氧化硅与多晶硅材料之间的高选择比，去除凸起图形区域多晶硅薄膜表面的氧化硅薄膜。
进一步的改进是，所述多晶硅层的CMP加工，有源区内的多晶硅薄膜上方保留有氧化硅薄膜，利用多晶硅CMP工艺的高选择比，增加工艺窗口，有效减少STI区域的多晶硅研磨残留问题。
进一步的改进是，所述多晶硅CMP工艺的选择比为2:1～200；一般大于50:1。
进一步的改进是，所述的在多晶硅薄膜表面形成氧化硅薄膜，采用干法氧化工艺或者是湿法氧化工艺。。
本发明所述的CMP研磨方法，增加一步氧化膜淀积工艺，利用氧化膜CMP工艺的高选择比先取出凸起处的氧化硅薄膜，研磨终止于多晶硅薄膜，然后再利用多晶硅CMP工艺的高选择比增加工艺窗口，去除残留的多晶硅，更有效地解决多晶硅残留问题，同时兼顾解决了研磨过度导致的凹陷的问题。
附图说明
图1 是ETOX闪存在多晶硅薄膜淀积之前的形貌示意图。
图2 是ETOX闪存在多晶硅薄膜淀积之后的形貌示意图。
图3 是ETOX闪存在多晶硅薄膜CMP工艺之后的形貌示意图。
图4 是ETOX闪存在多晶硅薄膜淀积之后再淀积一层氧化硅薄膜的形貌示意图。
图5是图4所示结构进行氧化硅CMP工艺之后的形貌示意图。
图6 是图5所示工艺之后再进行多晶硅CMP工艺之后的形貌示意图。
图7 是本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图给出本发明的具体实施方式，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，但本发明不限于以下的实施方式。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同的元件。空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
本发明所述的CMP研磨方法，针对传统的具有凹凸不平表面形貌的多晶硅CMP研磨工艺容易出现的研磨不足导致多晶硅残留，而研磨过度又会出现凹陷的问题，本发明提出一种新的工艺方法，在多晶硅薄膜表面再形成一层氧化硅薄膜，然后先利用氧化硅薄膜的CMP研磨工艺先进行氧化硅的研磨，再利用多晶硅CMP研磨工艺来针对多晶硅薄膜进行CMP，最后能解决多晶硅研磨的残留问题，同时兼顾解决过度研磨所带来的凹陷问题。
以ETOX 闪存的浮栅多晶硅CMP工艺来说，首先基于传统工艺，如图1及图2所示，在器件的浮栅多晶硅炉管工艺的生长之后，即在图2所示的工艺形成的器件形貌之后，在器件表面形成了一层多晶硅薄膜，如图4所示。所述多晶硅薄膜在后面的工艺中将被刻蚀形成浮栅。本发明工艺再在多晶硅薄膜的表面淀积一层一定厚度的氧化硅薄膜，图中氧化硅薄膜需要完全覆盖住多晶硅薄膜，包括凸起的部分。氧化硅薄膜的形成工艺包括采用干法氧化工艺，湿法氧化工艺或者CVD工艺。具体如采用炉管热氧化，包括在多晶硅炉管工艺中的原位氧化，或者是快速热氧化RTO，或者ISSG工艺。
如图5所示，再采用D-STI CMP进行一次研磨工艺，利用其氧化硅CMP工艺针对氧化硅与多晶硅之间的高选择比，去除凸起图形处多晶硅表面的氧化硅薄膜，研磨中止于露出的多晶硅薄膜层。以ETOX 闪存的浮栅多晶硅 CMP工艺来说，STI区域处于凸起处，可以去除氧化膜，而像PIP电容这样的区域位于有源区AA内，相比其周围的STI区域，可以保留氧化硅薄膜。
如图6所示，再进行多晶硅CMP工艺，因为有源区AA区域有保留的氧化硅薄膜，利用多晶硅CMP工艺对多晶硅与氧化硅研磨的高选择比，多晶硅与氧化硅的研磨选择比为2:1～200；一般大于50：1，可以增加研磨的工艺窗口，更加有效地解决多晶硅的残留问题，同时兼顾解决过度研磨导致的凹陷问题。如图6中所示的多晶硅CMP研磨之后，整体表面平坦，且无多晶硅残留，也没有产生过度研磨所出现凹陷现象。
多晶硅刻蚀完成之后形成浮栅等后续的结构工艺。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种CMP研磨方法，其特征在于：首先，在晶圆上制作STI，划分有源区以及隔离区，所述有源区及隔离区有不同的器件密度；利用炉管工艺在所述晶圆上淀积一层多晶硅薄膜；多晶硅薄膜淀积完成之后，再进行氧化工艺，在多晶硅薄膜的表面再形成一层氧化硅薄膜；
然后采用D-STI CMP工艺做研磨加工，去除凸起图形处多晶硅薄膜表面的氧化硅薄膜，包括STI区域、有源区以及隔离区；
最后进行针对多晶硅薄膜的多晶硅CMP工艺。
2.如权利要求1所述的CMP研磨方法，其特征在于：所述的氧化硅薄膜的淀积厚度要完全填充覆盖多晶硅薄膜表面的凹陷或者狭缝区域，淀积完后形成的氧化硅薄膜表面形貌尽可能平坦。
3.如权利要求1所述的CMP研磨方法，其特征在于：所述的D-STI CMP工艺，利用氧化硅与多晶硅材料之间的高选择比，去除凸起图形区域多晶硅薄膜表面的氧化硅薄膜，研磨中止于多晶硅薄膜表面。
4.如权利要求1所述的CMP研磨方法，其特征在于：所述多晶硅薄膜的CMP加工，有源区内的多晶硅薄膜上方保留有氧化硅薄膜，利用多晶硅CMP工艺的高选择比，增加工艺窗口，有效减少STI区域的多晶硅研磨残留问题。
5.如权利要求4所述的CMP研磨方法，其特征在于：所述多晶硅CMP工艺的选择比为2:1～200:1。
6.如权利要求1所述的CMP研磨方法，其特征在于：所述的在多晶硅薄膜表面形成氧化硅薄膜，采用干法氧化工艺，湿法氧化工艺或者CVD工艺；包括在多晶硅炉管工艺中的原位氧化，或者是快速热氧化RTO，或者ISSG工艺。
7.如权利要求1所述的CMP研磨方法，其特征在于：所述的氧化硅薄膜刻蚀完成之后形成浮栅以及后段结构工艺。
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