專利名稱：淺溝槽隔離結構、形成方法及研磨方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種淺溝槽隔離結構、形成方法及研磨方法。
背景技術：
隨著半導體器件特征尺寸的不斷縮小，器件之間的隔離區(qū)域也隨之相應縮小，對器件隔離的要求也越來越高，早期采用的局部場氧化隔離
技術(LOCOS ， Local Oxidation of Silicon)因其會在有源區(qū)邊界形成"鳥嘴"(BIRD'S BEAK)區(qū)，使得分離區(qū)擴大等問題，已逐漸被、淺溝槽隔離技術(STI, Shallow Trench Isolation)所取代。釆用STI技術制備隔離區(qū)域?qū)崿F(xiàn)器件間的隔離，優(yōu)點在于可以最有效地利用有源區(qū)的線寬，提高集成度。
圖1為現(xiàn)有的填充STI結構后的器件剖面示意圖，如圖l所示，首先在襯底101上沉積生長一薄層的緩沖氧化層102，然后沉積停止層103，其材料為Si3N4。光刻出隔離圖案后進行停止層103、緩沖氧化層102和襯底101的刻蝕，形成STI溝道；接著沉積一層厚的氧化硅層作為STI的填充物104。
形成STI結構后需要作平坦化處理以去除多余的填充物，可以采用多種方法進行，現(xiàn)在廣泛使用的是化學機械研磨法(CMP, ChemicalMechanical Polishing),該技術是機械削磨和化學腐蝕的組合技術，它借助超微粒子的研磨作用和化學腐蝕作用在被研磨的介質(zhì)表面形成光潔平坦表面。
在利用CMP方法平坦化填充物時，通常會同時利用研磨時間及STI填充物104/停止層103之間具有的較大研磨速率差判斷研磨是否已到達停止層103 (即位于停止層103上的填充物已被研磨去除)，并在研磨至停止層103內(nèi)時停止研磨。由于作為填充物104的氧化硅的研磨速率通常比停止層103的研磨速率大得多，此時，位于停止層103上的填充物會被研磨去除，而淺溝槽內(nèi)的填充物會略低于該停止層103。同時，作為STI填充的薄弱點，在STI邊緣處易出現(xiàn)凹陷。
圖2為現(xiàn)有的平坦化STI結構后的器件剖面示意圖，如圖2所示，在利用CMP進^f亍平坦化處理后，在STI結構的邊》彖處形成了凹陷110。該凹陷的產(chǎn)生一方面易使器件出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，另一方面也易令器件的電特性出現(xiàn)扭曲，偏離設計值，在實際生產(chǎn)中需要盡量避免。
然而，隨著半導體器件特征尺寸的不斷縮小，器件之間的隔離區(qū)域也隨之相應縮小，當器件尺寸不斷縮小至90nm以下時，在工藝制作中常需要對一個縱寬比較大的溝槽進行填充以實現(xiàn)器件間的隔離。此時，因填充質(zhì)量較差，上述CMP后在STI結構邊緣出現(xiàn)凹陷的情況變得更加嚴重，器件的成品率及性能均受到了明顯的影響，必須對該STI凹陷問題采取一定的措施加以改善。
STI結構出現(xiàn)的凹陷現(xiàn)象，提出了一種新的形成STI結構的方法，其在CMP后，去除停止層前，通過旋涂等方式在晶片表面形成另一層氧化硅膜，再利用腐蝕氣體各向異性地對該氧化硅膜及停止層進行去除，防止了 STI結構中凹陷的產(chǎn)生。但是該方法不僅增加了工藝流程，提高了生產(chǎn)成本，而且其的操作也較為復雜，不易控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結構、形成方法及研磨方法，以改善現(xiàn)有淺溝槽隔離結構在研磨后易出現(xiàn)邊緣凹陷的現(xiàn)象。
本發(fā)明提供的一種淺溝槽隔離結構的形成方法，包括步驟
提供襯底，所述襯底上已形成停止層；
在所述襯底上定義淺溝槽圖形；
在所述已形成停止層的襯底內(nèi)形成淺溝槽；在所述停止層上及所述淺溝槽內(nèi)沉積填充物；
對沉積所述填充物后的襯底進行平坦化處理，且處理時通過控制所述淺溝槽內(nèi)的填充物與所述停止層的高度差來防止所述淺溝槽內(nèi)的填充物出現(xiàn)凹陷。
優(yōu)選地，所述高度差為所述填充物比所述停止層低50至100A。可選地，所述平坦化處理利用化學機械研磨方法實現(xiàn)。優(yōu)選地，所述化學機械研磨的下壓力在1.5至2.5psi之間。
優(yōu)選地，所述化學機械研磨的轉盤轉速在60至70轉/分鐘之間。可選地，所述化學機械研磨，具體包括步驟對^)"底進4于主研磨；
待檢測到研磨終點后，對所述襯底進行過研磨。
優(yōu)選地，所述過研磨時間為所述主研磨時間的8%至15%。
可選地，所述停止層為氮化石圭層。
可選地，所述填充物為氧化石圭。
可選地，所述停止層厚度在500至700 A之間。
可選地，所述平坦化處理后，停止層的厚度減少20至60A。
可選地，所述平坦化處理后，所述淺溝槽內(nèi)的填充物厚度在3700至3900 A之間。
可選地，在形成所述停止層之前，還形成了緩沖氧化層。
本發(fā)明具有相同或相應技術特征的一種淺溝槽隔離結構，所述戌溝槽隔離結構形成于村底上，所述襯底上具有停止層，所述淺溝槽隔離結構的淺溝槽形成于所述停止層及襯底內(nèi)，且在所述淺溝槽內(nèi)具有填充物，其中，所述淺溝槽內(nèi)的填充物與所述停止層之間的高度差受到限定，以防止所述淺溝槽內(nèi)的填充物出現(xiàn)凹陷。
優(yōu)選地，所述高度差為所述填充物比所述停止層低50至iooA?？蛇x地，所述停止層為氮化硅層，所述填充物為氧化硅。
可選地，所述停止層厚度在500至700 A之間。
可選地，所述淺溝槽內(nèi)的填充物厚度在3700至3900 A之間。
可選地，在所述襯底與所述停止層之間，還具有緩沖氧化層。
本發(fā)明具有相同或相應技術特征的一種研磨方法，包括步驟
提供襯底，所述襯底上具有停止層，且在所述停止層及襯底內(nèi)已形成淺溝槽，在所述停止層上及淺溝槽內(nèi)具有填充物；將所述襯底吸附于化學機械研磨設備的研磨頭下；將吸附著所述襯底的所述研磨頭移至轉盤上；對所述研磨頭施加下壓力；
令所述轉盤及所述研磨頭旋轉，對所述村底進行研磨；
控制所述淺溝槽內(nèi)的填充物與所述停止層的高度差來防止所述淺溝槽內(nèi)的填充物出現(xiàn)凹陷，當研磨至所述高度差時，停止所述研磨。
優(yōu)選地，所述高度差為所述填充物比所述停止層低50至100A。
優(yōu)選地，所述下壓力在1.5至2.5psi之間。
優(yōu)選地，所述轉盤的轉速在60至70轉/分鐘之間?？蛇x地，所述進行研磨，具體包括步驟對所述襯底進行主研磨；
待檢測到研磨終點后，對所述村底進行過研磨。
優(yōu)選地，所述過研磨時間為所述主研磨時間的8%至15%。
可選地，所述停止層為氮化硅層，所述填充物為氧化硅。
可選地，所述停止層厚度在500至700 A之間。
可選地，停止所述研磨后，停止層的厚度減少20至60 A。
可選地，停止所述研磨后，所述淺溝槽內(nèi)的填充物厚度在3700至3900 A之間。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明的淺溝槽隔離結構、形成方法及研磨方法，在研磨后令淺溝
槽內(nèi)的填充物與停止層之間的高度差保持在50至IOOA之間(這一高度差可以通過加厚研磨后殘留的填充物厚度來控制)，與傳統(tǒng)的結構或形成方法相比，該高度差明顯減小了 (傳統(tǒng)的通常在200至300A之間)。采用本發(fā)明的淺溝槽隔離結構、形成方法及研磨方法后，對淺溝槽內(nèi)填充的薄弱點一—淺溝槽邊緣處的傷害可以降低，在研磨后仍能保持填充物在淺溝槽內(nèi)的平整，不會在邊緣處出現(xiàn)凹陷，提高了 STI結構的形成質(zhì)量。
本發(fā)明的研磨方法，釆用了較低的下壓力及較慢的轉盤轉速，提高了研磨的均勻性及一致性，進一步提高了 STI結構的形成質(zhì)量。


圖1為現(xiàn)有的填充STI結構后的器件剖面示意圖2為現(xiàn)有的平坦化STI結構后的器件剖面示意圖3為本發(fā)明第一實施例的淺溝槽隔離結構的形成方法的流程圖4為本發(fā)明第一實施例中村底的剖面示意圖5為本發(fā)明第一實施例中形成淺溝槽后的器件剖面示意圖6為本發(fā)明第 一實施例中形成填充物后的器件剖面示意圖7為本發(fā)明第 一實施例中平坦化處理后的器件剖面示意圖8為本發(fā)明第 一實施例中去除停止層后的器件剖面示意圖9為采用本發(fā)明第一實施例方法前后的STI凹陷缺陷情況對比
圖io為采用本發(fā)明笫一實施例方法前后的襯底表面缺陷情況對比
圖11為本發(fā)明第二實施例的研磨方法所用的化學機械研磨裝置的示意圖12為本發(fā)明第二實施例的研磨方法的流程圖； 圖13為本發(fā)明第二實施例的研磨方法中的襯底剖面示意圖； 圖14為本發(fā)明第二實施例的研磨方法中停止研磨后的器件剖面示 意圖15為本發(fā)明第二實施例的研磨方法中去除停止層后的器件剖面 示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合 附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。
多適當?shù)牟牧现谱鳎旅媸峭ㄟ^具體的實施例來加以說明，當然本發(fā)明 并不局限于該具體實施例，本領域內(nèi)的普通技術人員所熟知的一般的替 換無疑地涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
其次，本發(fā)明利用示意圖進行了詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時， 為了便于說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，不 應以此作為對本發(fā)明的限定，此外，在實際的制作中，應包含長度、寬 度及深度的三維空間尺寸。
隨著超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，芯片的集成度越來越高，元器 件的尺寸越來越小，因器件的高密度、小尺寸引發(fā)的各種效應對半導體 工藝制作結果的影響日益突出，如，隨著STI結構的尺寸縮小，其淺溝 槽的填充質(zhì)量有所下降，在對其進行平坦化處理時在淺溝槽邊緣出現(xiàn)凹 陷的問題更加嚴重。同時，對于小尺寸器件，其工藝質(zhì)量的要求卻進一 步提高，上述STI邊緣凹陷的缺陷問題對其性能的影響更加明顯，必須 力口以解決。本發(fā)明的淺溝槽隔離結構的形成方法及研磨方法，控制了 STI結構 在平坦化后停止層與填充物間的高度差，降低了對填充淺溝槽時的薄弱 點的損傷，減少了在淺溝槽邊緣處出現(xiàn)的凹陷缺陷。
第一實施例
本實施例介紹了一種淺溝槽隔離結構的形成方法，圖3為本發(fā)明第 一實施例的淺溝槽隔離結構的形成方法的流程圖，圖4至圖8為說明本 發(fā)明第一實施例的淺溝槽隔離結構的形成方法的器件剖面示意圖，下面 結合圖3至圖8對本發(fā)明的第一實施例進行詳細介紹。
本實施例的淺溝槽隔離結構的形成方法，包括步驟 步驟301:提供襯底，所述襯底上已形成停止層。 圖4為本發(fā)明第一實施例中襯底的剖面示意圖，如圖4所示，本實 施例中所提供的襯底為表面已形成停止層403的硅襯底401。
本實施例中的硅襯底401還可以為鍺襯底或其它半導體襯底。
在形成淺溝槽隔離結構之前，通常會在襯底上形成停止層，其的研 磨速率與后面工藝中形成的填充物相比要慢得多，以便在平坦化填充物
時能較為均勻、 一致地停止于該停止層上，既不會在停止層表面殘留部 分未去除的填充物，也不會損傷到停止層之下的村底結構。
該停止層403的厚度需要折衷考慮， 一方面其厚度要足夠厚，以確 保在停止層表面的填充物去除干凈后，不會有部分區(qū)域已損傷到停止層 下的襯底；另一方面其厚度又不能過厚，以確保去除該停止層時較為容 易，不會損傷村底上的其它結構。
本實施例中，該停止層403采用的是利用化學氣相沉積方法形成的 氮化硅層，并將其厚度設置在500至700 A之間，如為600 A。
另外，在形成停止層403之前，通常還會在襯底表面形成一層緩沖 氧化層(圖中未示出)，其厚度通常較小，在100A左右。步驟302:在所述襯底上定義淺溝槽圖形。
在已形成停止層403的襯底表面旋涂一層光刻膠，利用光刻技術將 襯底上需要形成淺溝槽隔離結構的區(qū)域曝露出來，即在襯底上定義出淺 溝槽圖形。
步驟303:在所述已形成停止層的襯底內(nèi)形成淺溝槽。
以光刻膠為掩膜利用干法刻蝕技術刻蝕村底上曝露區(qū)域的停止層 403及珪襯底401 ，在該已形成停止層的襯底內(nèi)形成淺溝槽。
圖5為本發(fā)明第一實施例中形成淺溝槽后的器件剖面示意圖，如圖 5所示，在停止層403及硅襯底401內(nèi)形成了淺溝槽402。
該淺溝槽的尺寸由器件的具體要求確定，通常其的深度可以設置在 3000至4000A左右，如3600A。
步-豫304:在所述停止層上及所述淺溝槽內(nèi)沉積填充物。
本實施例中，沉積的填充物為利用化學氣相沉積方法形成的氧化硅 層。通常為了得到填充效果較好的氧化硅層，可以采用高密度等離子化 學氣相沉積(HDP-CVD , High density plasma- Chemical Vapor Deposition)的方法沉積該氧化A圭層。
圖6為本發(fā)明第一實施例中形成填充物后的器件剖面示意圖，如圖 6所示，在停止層403上及淺溝槽內(nèi)沉積形成了填充物404。
步驟305:對沉積所述填充物后的襯底進行平坦化處理，令所述淺 溝槽內(nèi)的填充物比所述停止層低50至IOOA。
本實施例中的平坦化處理是利用化學機械研磨(CMP)方法實現(xiàn)， 其在研磨時所用的研磨液對填充物404的研磨速率要遠高于對停止層 403的研磨速率，這樣，當研磨至襯底表面露出停止層403后，淺溝槽 內(nèi)的填充物404會以更快的速率被去除，因此，在進行平坦化處理后， 淺溝槽內(nèi)的填充物通常要比停止層低一些。傳統(tǒng)的平坦化處理中，通常將研磨分為主研磨和過研磨兩個階萃爻， 其中，主研磨為檢測到停止層之前的研磨，過研磨為檢測到停止層之后 的研磨。之所以要在主研磨后加入過研磨過程，是為了確保在研磨后， 停止層表面不會再殘留有填充物404。
傳統(tǒng)的平坦化處理過程中，過研磨后，淺溝槽內(nèi)的填充物404通常 要比停止層403低200至300 A。此時， 一方面可以確保研磨停止于停 止層403內(nèi)，不會損傷下面的硅襯底401;另一方面可以確保在整個襯 底范圍內(nèi)停止層表面沒有殘留填充物。
但在小尺寸器件中，淺溝槽內(nèi)填充物的填充質(zhì)量較差，過研磨至上 述程度時易在淺溝槽的邊緣處(填充薄弱處)形成凹陷缺陷。為此，在 經(jīng)過大量實-瞼后，本實施例中，減少了過研磨后淺溝槽內(nèi)的填充物404 與停止層403之間的高度差，或者說對淺溝槽內(nèi)余下的填充物的厚度進 行了調(diào)整，留下了更多的填充物。
例如，傳統(tǒng)的平坦化處理后淺溝槽內(nèi)余下的填充物的厚度為3600 A,而在本實施例中，將該厚度調(diào)整為3700至3900 A之間，如為3800 A。此時，淺溝槽內(nèi)的填充物404比停止層403低50至IOOA左右；研 磨后停止層403的厚度對應地約減少20至60 A左右，如40 A。
上述調(diào)整可以通過減少過研磨的時間來實現(xiàn)。如傳統(tǒng)的過研磨時 間通常設定為主研磨時間的30%,而本實施例中，將過研磨時間調(diào)整為 主研磨時間的8%至15%，如10%。
實驗證實，將過研磨調(diào)整到該程度時，不僅凹陷缺陷數(shù)會明顯減少， 而且也能保i正研磨停止于停止層403內(nèi)，即，停止層403上無殘留的填 充物404。
另夕卜，本實施例中，為了進一步減小研磨對淺溝槽邊緣處造成的壓 力，減少凹陷缺陷的產(chǎn)生，還可以對化學機械研磨工藝的工藝條件進行 進一步的調(diào)整。如，將對研磨頭施加的下壓力由傳統(tǒng)的4psi左右調(diào)整為1.5至2.5psi之間，如為2psi;將研磨時轉盤的轉速由傳統(tǒng)的90轉/分鐘 左右調(diào)整為60至70轉/分鐘之間，如67轉/分鐘。
這一較低的下壓力及較慢的轉盤轉速的設置，不僅可以進一步減少 研磨對淺溝槽隔離結構邊緣處造成的損傷，還可以同時提高研磨的均勻 性及一致性，確保減少過研磨時間后在停止層表面不會殘留有填充物， 進一步提高了 STI結構的形成質(zhì)量。
圖7為本發(fā)明第一實施例中平坦化處理后的器件剖面示意圖，如圖 7所示，本步平坦化處理后，停止層403的厚度僅略薄U0至60A), 淺溝槽內(nèi)的填充物404也僅比停止層403略低(50至IOOA)，此時研磨
對淺溝槽邊緣填充薄弱處的損傷并不明顯，淺溝槽內(nèi)的填充物404仍能 基本保持平整，不會出現(xiàn)明顯的邊緣凹陷缺陷。
可以看到，利用本發(fā)明第 一 實施例的淺溝槽隔離結構的形成方法， 形成了 一種新的淺溝槽隔離結構，所述淺溝槽隔離結構形成于襯底上， 所述襯底上具有停止層，所述淺溝槽隔離結構的淺溝槽形成于所述停止 層及襯底內(nèi)，且在所述淺溝槽內(nèi)具有填充物，其中，所述淺溝槽內(nèi)的填 充物比所述停止層低50至IOOA。該STI結構的淺溝槽內(nèi)的填充物能基 本保持平整，不會出現(xiàn)明顯的邊緣凹陷缺陷。
圖8為本發(fā)明第一實施例中去除停止層后的器件剖面示意圖，如圖
物404,在去除停止層后，該填充物404會略高于硅襯底的表面。但實 驗證實，這一填充物略高出硅襯底401的問題對后續(xù)工藝及器件的性能 均沒有明顯影響。
圖9為采用本發(fā)明第一實施例方法前后的STI凹陷缺陷情況對比 圖，如圖9所示，圖中901與902是采用傳統(tǒng)方法形成淺溝槽隔離結構 后檢測得到的凹陷缺陷數(shù)，903是將傳統(tǒng)方法中化學機械研磨時的下壓 力降低至2psi后，再形成淺溝槽隔離結構后檢測得到的凹陷缺陷數(shù)，904和905是將傳統(tǒng)方法中化學機械研磨時的轉盤轉速降低至67轉/分鐘 后，再形成淺溝槽隔離結構后檢測得到的凹陷缺陷數(shù)，906和907是將 傳統(tǒng)方法中化學機械研磨時的下壓力降低至2psi,轉盤轉速降低至67 轉/分鐘后，再形成淺溝槽隔離結構后檢測得到的凹陷缺陷數(shù)。
可以看到，在僅對化學機械研磨的工藝條件(下壓力或轉盤轉速) 進行調(diào)整時，雖然也可以對凹陷缺陷數(shù)的減少起到一定的作用，但作用 并不明顯。
圖中911和912是采用本實施例中的方法形成淺溝槽隔離結構后檢 測得到的凹陷缺陷數(shù)，除了使用較小的下壓力及較低的轉盤轉速外，其 還將研磨后淺溝槽內(nèi)余下的填充物的厚度由傳統(tǒng)方法中的3600A改為 了 3800A,即將溝槽內(nèi)的填充物與停止層間的高度差控制在了 50至
iooA之間。
這 一措施明顯改善了淺溝槽隔離結構邊緣處的凹陷缺陷情況，可以 看到，圖中所示的采用本實施例方法形成淺溝槽隔離結構的檢測結果
中，其凹陷缺陷的數(shù)量降到了 0,可以說已基本解決了淺溝槽邊緣處的
凹陷缺陷問題。
另外，雖然本實施例中的淺溝槽隔離結構的形成方法減少了過研磨 的時間，但實踐證實，其也不會在襯底表面造成停止層表面殘留填充物 的缺陷。
圖10為采用本發(fā)明第一實施例方法前后的襯底表面缺陷情況對比 圖，如圖IO所示，圖中1001是采用傳統(tǒng)方法形成淺溝槽隔離結構后檢 測得到的襯底表面缺陷分布情況，1002是采用本實施例方法形成淺溝槽
隔離結構后檢測得到的村底表面缺陷分布情況。
可以看到，采用本實施例的方法形成淺溝槽隔離結構后，村底表面 的缺陷數(shù)明顯減少(包括凹陷缺陷及表面殘留填充物的缺陷)，生產(chǎn)的 成品率得到了有效改善。第二實施例
本實施例介紹了 一種研磨方法，其通過對淺溝槽隔離結構的研磨終 點及工藝條件的設置進行調(diào)整，改善了研磨后淺溝槽隔離結構的形成質(zhì)量。
圖ll為本發(fā)明第二實施例的研磨方法所用的化學機械研磨裝置的示
意圖，如圖11所示，該裝置包括外殼IIOI,表面貼有研磨墊(polish pad) 的轉臺(platen) 1102,研磨頭1103a、 1103b和用于輸送研磨液(slurry) 1105的研磨液供應管(tube) 1104。
研磨時，先將待研磨的襯底附著在研磨頭1103上，通過在研磨頭 H03上施加下壓力，使襯底緊壓到研磨墊上；然后，表面貼有研磨墊的 轉臺1102在電機的帶動下旋轉，研磨頭1103也進行同向轉動，實現(xiàn)機 械研磨；同時，研磨液1105通過研磨液供應管(tube) 1104輸送到研 磨墊上，并利用轉臺旋轉的離心力均勻地分布在研磨墊上，在待研磨襯 底和研磨墊之間形成一層液體薄膜，該薄膜與待研磨襯底的表面發(fā)生化 學反應，生成易去除的產(chǎn)物，該產(chǎn)物再在機械研磨作用下^C去除。
圖12為本發(fā)明第二實施例的研磨方法的流程圖，圖13至圖15為 說明本發(fā)明第二實施例的研磨方法的器件剖面示意圖，下面結合圖11 至圖15對本發(fā)明的第二實施例進行詳細介紹。
本實施例的研磨方法，包括步驟
步驟1201: 一是供襯底，所述襯底上具有停止層，且在所述停止層及 襯底內(nèi)已形成淺溝槽，在所述停止層上及淺溝槽內(nèi)具有填充物。
圖13為本發(fā)明第二實施例的研磨方法中的襯底剖面示意圖，如圖 13所示，在形成淺溝槽隔離結構之前，通常會先在硅襯底1301上形成 停止層1303,在所述停止層及襯底內(nèi)形成淺溝槽，在所述停止層1303 上及淺溝槽內(nèi)形成填充物1304。
其中，停止層1303的研磨速率與后面工藝中形成的填充物1304相比要慢得多，可以在研磨填充物1304時較為均勻、 一致地停止于該停 止層1303上，既不會在停止層1303表面殘留部分未去除的填充物，也 不會損傷到停止層1303之下的硅襯底結構。
該停止層1303的厚度需要折衷考慮， 一方面其厚度要足夠厚，以 確保在停止層表面的填充物1304去除干凈后，不會有部分區(qū)域已損傷 到停止層下的襯底；另一方面其厚度又不能過厚，以確保去除該停止層 1303時較為容易，不會損傷襯底上的其它結構。
本實施例中，該停止層1303采用的是利用化學氣相沉積方法形成 的氮化硅層，并將其厚度設置在500至700 A之間，如為600 A。
另外，在形成停止層1303之前，通常還可以在襯底表面形成一層 緩沖氧化層(圖中未示出)，其厚度通常較小，在100A左右。
其中的淺溝槽的尺寸由器件的具體要求確定，通常其的深度可以設 置在3000至4000A左右，如3600A。
本實施例中，在停止層1303上及淺溝槽內(nèi)沉積形成的填充物1304 為利用化學氣相沉積方法形成的氧化硅層。通常為了得到填充效果較好 的氧化硅層，可以采用高密度等離子化學氣相沉積(HDP-CVD, High density plasma- Chemical Vapor Deposition)的方法沉積該氧化碰層。 步驟1202:將所述襯底吸附于化學機械研磨設備的研磨頭下。 沉積填充物1304后，襯底表面凹凸不平，影響了后續(xù)工藝的正常 進行(如會影響到光刻的質(zhì)量)，本實施例中，利用了化學機械研磨方 法對該襯底進行了平坦化處理。首先，將該襯底吸附于化學機械研磨設 備的研磨頭1103a或1103b下。
步驟1203:將吸附著所述襯底的所述研磨頭移至轉盤上。 接著，如圖11所示，將吸附著襯底的研磨頭1103a或1103b移至 轉盤1102上。
步驟1204:對所述研磨頭施加下壓力。本實施例中，為了進一步減小研磨對淺溝槽邊緣處造成的壓力，減
少凹陷缺陷的產(chǎn)生，將對研磨頭施加的下壓力由傳統(tǒng)的4psi左右調(diào)整為 1.5至2.5psi之間，i口為2psi。
步驟1205:令所述轉盤及所述研磨頭旋轉，對所述村底進行研磨。 本實施例中，將研磨時轉盤的轉速由傳統(tǒng)的90轉/分鐘左右調(diào)整為 60至70轉/分鐘之間，如67轉/分鐘。
采用上述較低的下壓力及較慢的轉盤轉速的設置后，不僅可以進一 步減少研磨對淺溝槽隔離結構邊緣處造成的損傷，還可以同時提高研磨 的均勻性及一致性，確保減少過研磨時間后在停止層表面不會殘留有填 充物，進一步提高了 STI結構的形成質(zhì)量。
步驟1206:當所述淺溝槽內(nèi)的填充物比所述停止層低50至IOOA 時，停止所述研磨。
本步研磨通?？梢苑譃閮刹?br> A、 對所述襯底進4于主研磨；
B、 待檢測到研磨終點后，對所述襯底進行過研磨。
其中，過研磨過程，是為了確保在研磨后，停止層1303表面不會 再殘留有填充物1304。
但在小尺寸器件中，淺溝槽內(nèi)填充物的填充質(zhì)量較差，過研磨時易 在淺溝槽的邊緣處(填充薄弱處)形成凹陷缺陷。為此，在經(jīng)過大量實 驗后，本實施例中，減少了過研磨后淺溝槽內(nèi)的填充物1304與停止層 1303之間的高度差，或者說對淺溝槽內(nèi)余下的填充物1304的厚度進行 了調(diào)整，留下了更多的填充物1304。
例如，傳統(tǒng)的平坦化處理后淺溝槽內(nèi)余下的填充物1304的厚度為 3600 A,而在本實施例中，將該厚度調(diào)整為3700至3900 A之間，如為 3800 A。此時，淺溝槽內(nèi)的填充物1304比停止層1303低50至100A左 右；研磨后停止層1303的厚度對應地約減少20至60 A左右，如40 A。上述調(diào)整可以通過減少過研磨的時間來實現(xiàn)。如傳統(tǒng)的過研磨時 間通常設定為主研磨時間的30%,而本實施例中，將過研磨時間調(diào)整為
主研磨時間的8%至15%,如10%。
實-驗證實，當所述淺溝槽內(nèi)的填充物1304比所述停止層1303低50 至1OOA時停止研磨，不僅可以明顯減少凹陷缺陷數(shù)，而且也能保證研 磨停止于停止層1303內(nèi)，即，停止層1303上無殘留的填充物1304。
圖14為本發(fā)明第二實施例的研磨方法中停止研磨后的器件剖面示 意圖，如圖14所示，本步平坦化處理后，停止層1303的厚度僅略薄(20
此時研磨對淺溝槽邊緣填充薄弱處的損傷并不明顯，淺溝槽內(nèi)的填充物 404仍能基本保持平整，不會出現(xiàn)明顯的邊緣凹陷缺陷。
圖15為本發(fā)明第二實施例的研磨方法中去除停止層后的器件剖面 示意圖，如圖15所示，由于本實施例中在平坦化處理后在淺溝槽內(nèi)余 下了較多的填充物1304,在去除停止層后，該填充物1304會略高于硅 襯底的表面。但實驗證實，這一填充物略高出硅襯底1301的問題對后 續(xù)工藝及器件的性能均沒有明顯影響。
采用本實施例的研磨方法后，對淺溝槽內(nèi)填充的薄弱點一_淺溝槽 邊緣處的傷害可以降低，在研磨后仍能保持填充物在淺溝槽內(nèi)的平整， 不會在邊緣處出現(xiàn)凹陷，提高了 STI結構的形成質(zhì)量。
本實施例中的研磨方法，還采用了較低的下壓力及較慢的轉盤轉 速，提高了研磨的均勻性及一致性，進一步提高了 STI結構的形成質(zhì)量。
本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明， 任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能 的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以本發(fā)明權利要求所界定的 范圍為準。
權利要求
1、一種淺溝槽隔離結構的形成方法，其特征在于，包括步驟提供襯底，所述襯底上已形成停止層；在所述襯底上定義淺溝槽圖形；在所述已形成停止層的襯底內(nèi)形成淺溝槽；在所述停止層上及所述淺溝槽內(nèi)沉積填充物；對沉積所述填充物后的襯底進行平坦化處理，且處理時通過控制所述淺溝槽內(nèi)的填充物與所述停止層的高度差來防止所述淺溝槽內(nèi)的填充物出現(xiàn)凹陷。
2、 如權利要求1所述的形成方法，其特征在于所述高度差為所 述填充物比所述停止層低50至100A。
3、 如權利要求1或2所述的形成方法，其特征在于所述平坦化 處理利用化學機械研磨方法實現(xiàn)。
4、 如權利要求3所述的形成方法，其特征在于所述化學機械研 磨的下壓力在1.5至2.5psi之間。
5、 如權利要求3所述的形成方法，其特征在于所述化學機械研 磨的轉盤轉速在60至70轉/分鐘之間。
6、 如權利要求3所述的形成方法，其特征在于所述化學機械研 磨，具體包括步驟對襯底進行主研磨；待檢測到研磨終點后，對所述襯底進行過研磨。
7、 如權利要求6所述的形成方法，其特征在于所述過研磨時間 為所述主研磨時間的8%至15%。
8、 如權利要求1所述的形成方法，其特征在于所述停止層為氮 化硅層。
9、 如權利要求1所述的形成方法，其特征在于所述填充物為氧化硅。
10、 如權利要求1所述的形成方法,其特征在于所述停止層厚度 在500至700 A之間。
11、 如權利要求1所述的形成方法，其特征在于所述平坦化處理 后，停止層的厚度減少20至60A。
12、 如斥又利要求1所述的形成方法，其特征在于所述平坦化處理 后，所述淺溝槽內(nèi)的填充物厚度在3700至3900 A之間。
13、 如權利要求1所述的形成方法，其特征在于在形成所述停止 層之前，還形成了緩沖氧化層。
14、 一種淺溝槽隔離結構，所述淺溝槽隔離結構形成于襯底上，所 述襯底上具有停止層，所述淺溝槽隔離結構的淺溝槽形成于所述停止層 及襯底內(nèi)，且在所述淺溝槽內(nèi)具有填充物，其特征在于所述淺溝槽內(nèi) 的填充物與所述停止層之間的高度差受到限定，以防止所述淺溝槽內(nèi)的 填充物出現(xiàn)凹陷。
15、 如權利要求14所述的淺溝槽隔離結構，其特征在于所述高 度差為所述填充物比所述停止層低50至IOOA。
16、 如權利要求14或15所述的淺溝槽隔離結構，其特征在于所 述停止層為氮化硅層。
17、 如權利要求14所述的淺溝槽隔離結構，其特征在于所述填 充物為氧化硅。
18、 如權利要求14所述的淺溝槽隔離結構，其特征在于所述停 止層厚度在500至700 A之間。
19、 如權利要求14所述的淺溝槽隔離結構，其特征在于所述戌 溝槽內(nèi)的填充物厚度在3700至3900 A之間。
20、 如權利要求14所述的淺溝槽隔離結構，其特征在于在所述襯底與所述停止層之間，還具有緩沖氧化層。
21、 一種研磨方法，其特征在于，包括步驟^提供襯底，所述襯底上具有停止層，且在所述停止層及襯底內(nèi)已形 成淺溝槽，在所述停止層上及淺溝槽內(nèi)具有填充物； 將所述襯底吸附于化學機械研磨設備的研磨頭下； 將吸附著所述襯底的所述研磨頭移至轉盤上； 對所述研磨頭施加下壓力；令所述轉盤及所述研磨頭旋轉，對所述襯底進行研磨； 控制所述淺溝槽內(nèi)的填充物與所述停止層的高度差來防止所述淺 溝槽內(nèi)的填充物出現(xiàn)凹陷，當研磨至所述高度差時，停止所述研磨。
22、 如權利要求21所述的研磨方法，其特征在于所述高度差為 所述填充物比所述停止層低50至100A。
23、 如權利要求21或22所述的研磨方法，其特征在于所述下壓 力在1.5至2.5psi之間。
24、 如權利要求21或22所述的研磨方法，其特征在于所述轉盤 的轉速在60至70轉/分鐘之間。
25、 如權利要求21或22所述的研磨方法，其特征在于所述進行 研磨，具體包括步驟對所述襯底進行主研磨；待檢測到研磨終點后，對所述襯底進行過研磨。
26、 如權利要求25所述的研磨方法，其特征在于所述過研磨時 間為所述主研磨時間的8%至15%。
27、 如權利要求21所述的研磨方法，其特征在于所述停止層為 氮化》圭層。
28、 如權利要求21所述的研磨方法，其特征在于所述填充物為 氧化硅。
29、 如權利要求21所述的研磨方法，其特征在于所述停止層厚 度在500至700 A之間。
30、 如權利要求21所述的研磨方法，其特征在于停止所述研磨 后，停止層的厚度減少20至60A。
31、 如權利要求21所述的研磨方法，其特征在于停止所述研磨 后，所述淺溝槽內(nèi)的填充物厚度在3700至3900A之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種淺溝槽隔離結構的形成方法，包括步驟提供襯底，所述襯底上已形成停止層；在所述襯底上定義淺溝槽圖形；在所述已形成停止層的襯底內(nèi)形成淺溝槽；在所述停止層上及所述淺溝槽內(nèi)沉積填充物；對沉積所述填充物后的襯底進行平坦化處理，且處理時通過控制所述淺溝槽內(nèi)的填充物與所述停止層的高度差來防止所述淺溝槽內(nèi)的填充物出現(xiàn)凹陷。本發(fā)明還提供了一種相應的淺溝槽隔離結構及研磨方法。采用本發(fā)明的研磨方法、淺溝槽隔離結構及其形成方法后，能保持淺溝槽內(nèi)填充物的平整，提高了淺溝槽隔離結構的形成質(zhì)量。
文檔編號H01L21/762GK101459114SQ20071009454
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權日2007年12月13日
發(fā)明者健 李 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司