CN1167108C - 表面平坦化的方法 - Google Patents

Abstract

一种表面平坦化的方法，其为在进行化学机械研磨法平坦化半导体晶片的表面之前，在绝缘层上方涂覆一层旋涂式玻璃，并进行热烘烤步骤，使半导体晶片表面较为平坦，再以化学机械研磨法研磨半导体晶片表面，此法将可以改善现有技术中半导体晶片因表面上元件分布的密度不均匀，而造成在平坦化步骤之后在元件分布较稀疏的区域产生凹陷现象。

Description

表面平坦化的方法

技术领域

本发明涉及一种表面平坦化的方法，特别是涉及一种利用旋涂式玻璃(Spin On Glass-SOG)覆盖在半导体晶片上方，避免化学机械研磨法在半导体晶片表面造成凹陷的方法。

背景技术

在VLSI与ULSI的制作工艺中，为了要提高元件的密集度与其操作速度，半导体晶片的元件、金属连线，甚至于用以隔离元件沟槽结构的分布都需要经过设计，以符合各种元件的需求。但是，这些元件与结构在半导体晶片的表面上，往往不是均匀分布的，可造成一些元件与结构较为稠密的密集元件区与分布较为稀疏的疏松元件区。另一方面，这些元件与结构都具有一些厚度，因此会使得半导体晶片的表面有一些高低起伏的轮廓。此时，为了方便进行下一个步骤，就需要进行平坦化的步骤。

目前最常用的平坦化步骤是使用化学机械研磨法来进行，利用一些化学试剂作为研浆(Slurry)，将待磨的晶片固定在握柄上，在一个上面具有研磨垫的研磨台上研磨，对晶片表面进行全面性的研磨。由于研磨垫的材料有类似绒布的柔软性，因此晶片与研磨垫接触时，研磨垫有可能会沿着晶片表面高低起伏而起伏。

由于元件与结构并非均匀地分布在半导体晶片上，因此会有一些如上述的密集元件区与疏松元件区产生。在对半导体晶片表面上方以沉积(Deposition)方式形成绝缘层时，由于以沉积方式形成的绝缘层会在密集元件区有较高的高度，而在疏松元件区造成较低的高度，因此以化学机械研磨法进行平坦化时，容易在疏松元件区上方造成凹陷的现象，而使得半导体晶片的表面无法达到完全的平坦化。

现有进行平坦化制作工艺的方法如图1A至图1C所示。

首先请参照图1A，在已具有至少一密集元件区108与一疏松元件区110的半导体晶片100上方，形成一层绝缘层102。其中，形成这一层绝缘层102的方法，比如为化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition-CVD)。这层绝缘层102在密集元件区108会造成较高的高度，而在疏松元件区110造成较低的高度，而使得绝缘层102的表面上呈现不平坦的现象。

接着，请参照图1B，以化学机械研磨法进行平坦化的步骤，其中由于研磨垫104具有易沿着接触物表面轮廓起伏的特性，因此在疏松元件区110的地方会延着绝缘层102的轮廓进行研磨。

之后，请参照图1C，经过化学机械研磨过后的绝缘层102，会在疏松元件区110的地方造成凹陷106，而使得绝缘层102的表面不平坦。在后续的沉积与光刻步骤中会因此而使得沉积的厚度不均匀与光刻的深度不一致等现象而使产品产生缺陷，降低质量及生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面平坦化的方法，以避免在用化学机械研磨法进行平坦化的过程中，在疏松元件区的绝缘层产生凹陷的现象。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种表面平坦化的方法，其步骤包括：提供一半导体晶片；在该半导体晶片上方形成一绝缘层；在该绝缘层上方涂覆一旋涂式玻璃层；在100℃至170℃的温度下进行一热烘烤步骤，且在热烘烤步骤后不进行固化步骤；以及以化学机械研磨法进行一平坦化步骤。

本发明还提供一种表面平坦化的方法，适用于已形成具有一密集元件区和一疏松元件区的元件结构的半导体晶片，其步骤包括：在该半导体晶片上方形成一绝缘层；在该绝缘层上方涂覆一层旋涂式玻璃；进行一热烘烤步骤；以化学机械研磨法进行一平坦化步骤。

本发明所提供的一种避免疏松元件区上方绝缘层表面凹陷的表面平坦化方法，包括：在一个表面上，已形成有一特定轮廓的半导体晶片上形成的一层绝缘层。其中，半导体晶片表面上的轮廓是由基底、半导体元件、金属连线、或是沟槽组成的元件结构的表面所形成，而且在这个轮廓中更包括了元件与结构分布稠密的密集元件区以及分布稀疏的疏松元件区。绝缘层会在密集元件区形成较高的高度，在疏松元件区造成较低的高度。之后，以旋转式涂覆法(Spin Coating)在绝缘层上方涂覆一层旋涂式玻璃层。接着，进行热烘烤步骤去除这层旋涂式玻璃层中的有机溶剂。再以化学机械研磨法进行平坦化步骤，将旋涂式玻璃层完全磨除，并将绝缘层研磨至预期的厚度，以完成平坦化制作工艺。

本发明的特点为：在以化学机械研磨法进行表面平坦化之前，在绝缘层上方涂覆一层旋涂式玻璃，旋涂式玻璃具有流动性，因此具有相当平坦的表面，再经过热烘烤步骤后，以化学机械研磨法进行平坦化步骤，可以得到较为平坦的表面，避免了现有做法中疏松元件区上方绝缘层凹陷的问题。

另外，一般形成旋涂式玻璃层通常包括涂覆、热烘烤、以及固化(Curing)这三个步骤，在本发明中旋涂式玻璃不经过固化步骤。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特点和优点能更明显易懂，下面特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明，附图中：

图1A～图1C是现有一种利用化学机械研磨法进行平坦化制作工艺的方法；以及

图2A～图2D是依照本发明一优选实施例，一种避免化学机械研磨法产生凹陷表面平坦化的方法。

具体实施方式

请参照图2A～图2D，其为依照本发明一优选实施例的一种避免在疏松元件区上方的绝缘层产生凹陷的表面平坦化方法。

首先请参照图2A，提供一表面具有一特定轮廓的半导体晶片200。其中，表面的特定轮廓是由基底、半导体元件、金属连线、与用以隔离元件的沟槽结构所形成元件结构的高低起伏的轮廓。这个元件结构的特定轮廓中具有一元件与结构分布稠密的密集元件区206与分布稀疏的疏松元件区208。之后，形成一层绝缘层202于半导体晶片200上方，形成的方式比如为化学气相沉积法。此绝缘层202的表面仍然具有此半导体晶片200表面的轮廓，并且会在密集元件区206产生较高的高度，而在疏松元件区208产生较低的高度。

之后，请参照图2B，在绝缘层上方涂覆一层旋转式玻璃层204，形成的方法比如为旋转式涂覆法。此时，由于旋涂式玻璃具有流动性，因此会形成一个相当平坦的表面。

接着，请参照图2C，进行热烘烤(Hot Bake)制作工艺，其温度约控制于100℃至170℃左右，以蒸除旋涂式玻璃层204中的有机溶剂，使此旋涂式玻璃层204的材料稍微变硬。此时，旋涂式玻璃层204的表面将会因为有机溶剂被蒸除而沿着绝缘层202的表面轮廓收缩，但是幅度并不大，因此不会显现绝缘层202的表面轮廓，而使得表面仍然具有一定的平坦性。但是在进行热烘烤步骤时，需注意不能进行太久，以避免过久的加热会将旋涂式玻璃层204转变为氧化物层，而造成此一旋涂式玻璃层204失效的现象。

另一方面，在现有以旋涂式玻璃进行平坦化的制作工艺中，进行完热烘烤的步骤后，旋涂式玻璃会经一固化(Curing)的步骤，使其固化为近似二氧化硅(SiO₂)的材料，以使旋涂式玻璃的硬度增加。但是在本发明的方法中所形成的旋涂式玻璃层204并不进行此一固化步骤，原因在于固化步骤会使旋涂式玻璃层204产生较明显的收缩现象，而使得旋涂式玻璃层204的表面也显现出绝缘层202的轮廓，在经过化学机械研磨法研磨时，研磨垫204在疏松元件区208上方的部分会沿着旋涂式玻璃层204的表面研磨，造成疏松元件区208上方的绝缘层202产生凹陷的现象，而影响后续的制作工艺步骤。

接着，请参照图2D，以化学机械研磨法进行平坦化步骤，研磨至旋涂式玻璃层204完全被去除，并且将绝缘层202研磨至适当的厚度，以得到所预期厚度及平坦的绝缘层202，完成平坦化的制作工艺。此时，由于研磨垫210所接触的表面是平坦的，因此不会使疏松元件区208上方的绝缘层202凹陷，得到一较为平坦的表面。

本发明的重要特点为在绝缘层202上方涂覆一旋涂式玻璃层204，而此旋涂式玻璃层204只经热烘烤步骤，其目的在于旋涂式玻璃层204可使原本绝缘层202表面具有高低起伏的轮廓变得较为平坦。虽然绝缘层202会在密集元件区206与疏松元件区208形成不同的高度，但是旋涂式玻璃层204具有流动性的特性会消除密集区206与稀疏区208表面的高度差，这使得以化学机械研磨法进行平坦化步骤时，研磨垫210所接触到的表面是平坦的，因此不会如现有做法中，疏松元件区110上方的绝缘层102形成凹陷106的现象。本发明所提供的方法将使得半导体晶片200上方的绝缘层202有较为平坦的表面。从而使得在后续于绝缘层202上方的制作工艺步骤，可以有较好的效果，避免因表面不平坦而产生的一些缺陷，提高效率，以减少制作晶片的成本。

本发明的另一特点是在绝缘层202上方涂覆旋涂式玻璃层204之后，不再经过固化的步骤。因为固化的步骤会使已经形成的旋涂式玻璃层204发生收缩的现象，这会使得旋涂式玻璃层204的表面无法消除氧化层202在密集元件区206与疏松元件区208所形成的高度差。在进行化学机械研磨法的平坦化步骤中，此高度差会使得疏松元件区208上方的绝缘层202产生凹陷的现象，影响到后续的制作工艺步骤。

虽然以上结合一优选实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，应当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视为附上的权利要求所界定的为准。

Claims (8)

1.一种表面平坦化的方法，其特征在于，其步骤包括：

提供一半导体晶片；

在该半导体晶片上方形成一绝缘层；

在该绝缘层上方涂覆一旋涂式玻璃层；

在100℃至170℃的温度下进行一热烘烤步骤，且在热烘烤步骤后不进行固化步骤；以及

以化学机械研磨法进行一平坦化步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该绝缘层的材料为二氧化硅。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以化学机械研磨法进行该一平坦化步骤的方法中，包括完全磨除该旋涂式玻璃层，并磨除该绝缘层至预期的厚度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该半导体晶片已形成具有一密集元件区和一疏松元件区的元件结构。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该密集元件区和该疏松元件区的元件结构，包括金属连线。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该密集元件区和该疏松元件区的元件结构，包括沟槽。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该绝缘层材料为二氧化硅。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，以化学机械研磨法进行该平坦化步骤的方法，其包括完全磨除该旋涂式玻璃层，并磨除该绝缘层至预期的厚度。

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