改善深溝槽化學(xué)機(jī)械研磨均一性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域中的溝槽研磨改善方法，特別是涉及一種改善深溝槽化學(xué)機(jī)械研磨均一性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]深溝槽常應(yīng)用于超級結(jié)MOS晶體管(super junct1n M0SFET)，作為PN結(jié)通過耗盡態(tài)的電荷平衡達(dá)到高擊穿電壓性能。超級結(jié)MOS晶體管制造過程中刻蝕和填充深溝槽的方法，是在P型硅襯底上生長一層η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η型半導(dǎo)體柱，即得到了縱向交替排列的P型和η型半導(dǎo)體柱。該方法中將η型硅與P型硅交換，效果不變。
[0003]深溝槽的填充可采用選擇性外延生長的方法，通常會在硅襯底上沉積一層氧化膜或氮化膜作為CMP工藝的停止層(stop layer),在外延生長的過程中，只有在深溝槽的娃表面進(jìn)行選擇性外延生長，但是為了減低外延層內(nèi)在缺陷，通常會過填充一定的量，然后再通過化學(xué)機(jī)械研磨的方法將停止層表面以上的外延層(含有一定的多晶)去除。其中，一般深溝槽的填充工藝流程如圖1所示。
[0004]但是隨著P型和η型半導(dǎo)體柱pitch (節(jié)距)減小，高出停止層表面的過生長的外延層容易連接起來(如圖2-3所示)，由于loading effect (負(fù)載效應(yīng))的影響,這些區(qū)域的過生長層在后續(xù)的化學(xué)機(jī)械研磨中不易去除，產(chǎn)生一定的殘留，影響器件的良率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種改善深溝槽化學(xué)機(jī)械研磨均一性的方法。通過本發(fā)明的方法，能解決當(dāng)P型和η型半導(dǎo)體柱pitch減小時(shí),高出停止層表面的過生長的外延層容易連接起來而對后續(xù)化學(xué)機(jī)械研磨工藝產(chǎn)生負(fù)載效應(yīng)(loading effect)。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的改善深溝槽(特別是超級結(jié)深溝槽)化學(xué)機(jī)械研磨均一性的方法，包括步驟:
[0007]I)在硅基板上沉積一層氧化膜；
[0008]2)在氧化膜表面上，沉積一層犧牲層，其中，犧牲層的材質(zhì)為氮化膜或氮氧化膜；
[0009]3 )深溝槽的光刻和刻蝕
[0010]即在犧牲層上淀積光刻膠，顯影，刻蝕犧牲層、氧化膜和硅基板，形成深溝槽；
[0011]4)采用濕法刻蝕，對犧牲層進(jìn)行橫向刻蝕；
[0012]5)深溝槽內(nèi)進(jìn)行選擇性外延層生長；
[0013]6)濕法刻蝕去除犧牲層；
[0014]7)以氧化膜作為停止層，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨。
[0015]所述步驟I)中，沉積的方法包括:低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)法、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)法或常壓化學(xué)氣相淀積(APCVD)法；氧化膜的材質(zhì)包括:氧化硅；氧化膜的厚度為10?200納米。該層氧化膜作為后續(xù)機(jī)械化學(xué)機(jī)械研磨的阻擋層。
[0016]所述步驟2)中，沉積的方法包括:等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)法或常壓化學(xué)氣相淀積(APCVD)法；犧牲層的厚度為0.8?3微米。
[0017]所述步驟3)中，深溝槽的深度為10?100 μ m,寬度為I?10 μ m。
[0018]所述步驟4)中，橫向刻蝕的刻蝕量(垂直于深溝槽方向的刻蝕量)為:根據(jù)深溝槽之間有源區(qū)的特征尺寸而定，刻蝕量為特征尺寸的1/4?1/3。
[0019]所述步驟5)中，選擇性外延層生長的工藝條件為:采用硅源氣體、鹵化物氣體、氫氣和摻雜氣體的混合氣體，在800?1300°C、壓力0.01?760托的條件下，進(jìn)行硅外延生長，其中，硅源氣體為:SiH4、SiH3Cl、SiH2Cl2、SiHCl3*的至少一種，鹵化氫氣體為HCl或HF ；摻雜氣體包括:磷燒、硼燒或砷燒;
[0020]娃源氣體與齒化氫氣體的體積比為5:1?1:5 ;
[0021]氫氣流量為10?40L/min，鹵化氫氣體流量0.05?5L/min，摻雜氣體流量為5?10OOmT ,/mi η η
[0022]選擇性外延層的生長量為:選擇性外延層(過生長的外延層)高度低于或平齊于犧牲層或氧化膜。
[0023]所述步驟6)中，濕法刻蝕的條件為:采用100?200°C的磷酸溶液，其中，磷酸溶液中的H3PO4 =H2O的質(zhì)量比為4:1?5:1。
[0024]所述步驟7)中，化學(xué)機(jī)械研磨中的研磨液是具有高選擇比(硅對氧化物)的研磨液，其中，該研磨液優(yōu)選為:對硅和氧化膜的研磨選擇比為5:1?100:1的研磨液；化學(xué)機(jī)械研磨的終點(diǎn)是將氧化膜停止層表面的選擇性外延層全部去除。
[0025]本發(fā)明通過在硅基板上依次生長一層緩沖氧化膜和犧牲層，然后進(jìn)行深溝槽的光刻和刻蝕，隨后通過濕法刻蝕，將犧牲層在平面方向進(jìn)行刻蝕，然后再通過選擇性外延生長填充深溝槽，過生長的外延層高度低于或平齊于犧牲層，從而避免了過生長的外延層連結(jié)起來，隨后用濕法刻蝕方法將犧牲層去除，再采用具有高選擇比(硅對氧化物)化學(xué)機(jī)械研磨的方法將停止層表面以上的外延層去除。因此，本發(fā)明能解決當(dāng)P型和η型半導(dǎo)體柱pitch減小時(shí),高出停止層表面的過生長的外延層容易連接起來而對后續(xù)化學(xué)機(jī)械研磨工藝產(chǎn)生負(fù)載效應(yīng)(loading effect),從而避免負(fù)載效應(yīng)(loading effect)產(chǎn)生的殘留。
【附圖說明】
[0026]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0027]圖1是一般深溝槽的填充工藝流程圖；
[0028]圖2是P型半導(dǎo)體柱pitch減小而導(dǎo)致過生長外延層連接起來(過生長外延層形貌)的SEM圖；
[0029]圖3是η型半導(dǎo)體柱pitch減小而導(dǎo)致過生長外延層連接起來的SEM圖。
[0030]圖4是本發(fā)明的深溝槽的填充工藝流程圖；
[0031 ] 圖5是沉積氧化膜和犧牲層后的示意圖；
[0032]圖6是淀積光刻膠、顯影后的示意圖；
[0033]圖7是刻蝕形成深溝槽并去除光刻膠后的示意圖；
[0034]圖8是橫向濕法刻蝕犧牲層后的示意圖；
[0035]圖9是選擇性外延生長的示意圖；
[0036]圖10是濕法去除犧牲層后的示意圖；
[0037]圖11是以氧化膜作為停止層，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨后的示意圖。
[0038]圖中附圖標(biāo)記說明如下:
[0039]I為娃襯底,2為第一半導(dǎo)體外延層,3為復(fù)合介質(zhì)層,31為氧化膜,32為犧牲層,4為光刻膠，5為深溝槽，6為填充深溝槽的選擇性外延層(即第二外延層)。
【具體實(shí)施方式】
[0040]本發(fā)明的改善深溝槽(特別是超級結(jié)深溝槽)化學(xué)機(jī)械研磨均一性的方法(如圖4所示)，包括步驟:<