[發(fā)明專利]一種多晶硅平坦化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010233192.2
• 申請日: 2010-07-15
• 公開（公告）號: CN102339743A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜立維;陳亞威;周儒領(lǐng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306;H01L21/3105;H01L21/311
• 代理公司: 北京德琦知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造方法，特別涉及一種多晶硅平坦化方法。

背景技術(shù)

目前，半導(dǎo)體制造工業(yè)主要在硅襯底的晶片(wafer)器件面上生長器件，例如閃存器件，其結(jié)構(gòu)主要分成兩大部分：存儲單元區(qū)(cell)和外圍電路區(qū)。傳統(tǒng)的疊柵(stacked?gate)閃存的存儲單元區(qū)包括：硅襯底中的有源區(qū)，有源區(qū)上方依次為層疊結(jié)構(gòu)的浮柵(Floating?Gate，F(xiàn)G)、字線(Word?Line，WL)和控制柵(CG)組成的柵極，其中CG同時(shí)控制FG，以及有源區(qū)中位于柵極兩側(cè)的源極和漏極。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，閃存器件的結(jié)構(gòu)在不斷變化，出現(xiàn)了新型的閃存器件，例如分柵閃存，所述分柵閃存與傳統(tǒng)的疊柵閃存相比，其存儲單元區(qū)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，F(xiàn)G上方的CG和WL上方的CG是彼此分離的，與傳統(tǒng)的疊柵閃存相比，分柵閃存可以實(shí)現(xiàn)由所述分離.的CG獨(dú)立控制WL下方的溝道和浮柵下方的溝道，因此能夠有效地避免過度擦除效應(yīng)。分柵閃存的制造過程中，首先在wafer器件面的存儲單元區(qū)形成FG的CG，接著在存儲單元區(qū)和外圍電路區(qū)同時(shí)沉積多晶硅，所述多晶硅用于在存儲單元區(qū)定義WL和/或WL的CG以及在外圍電路區(qū)制作邏輯控制器件，然后進(jìn)行光刻和刻蝕在存儲單元區(qū)定義WL和/或WL的CG，在外圍電路區(qū)定義邏輯控制器件。

如圖1a～1b所示，以分柵閃存的制造為例，F(xiàn)G的CG104形成之后，于整個(gè)wafer器件面沉積多晶硅103，其中，由于多晶硅沉積是各相同性的，存儲單元區(qū)101沉積的多晶硅會(huì)在控制柵側(cè)壁沉積，使得多晶硅包裹FG的CG104；外圍電路區(qū)102沉積的多晶硅則用于外圍邏輯控制器件的制造。顯而易見，多晶硅沉積之后，位于存儲單元區(qū)的FG的CG104頂部的多晶硅會(huì)高于FG的CG104之間沉積的多晶硅，形成多晶硅突起。對于分柵閃存，需要在后續(xù)步驟中光刻和刻蝕所述多晶硅103，定義存儲單元區(qū)101其他結(jié)構(gòu)，例如WL，而多晶硅突起形成的多晶硅高度差極大阻礙了對所述多晶硅光刻工藝中曝光、顯影形成圖案化的精確控制。因此需要對所述多晶硅103進(jìn)行多晶硅平坦化，去除多晶硅突起?，F(xiàn)有技術(shù)的多晶硅表面平坦化采用的方法為：首先在外圍電路區(qū)沉積緩沖二氧化硅層作為外圍電路區(qū)保護(hù)層(圖中未畫出)，然后直接對wafer器件面化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical-Mechanical?Polishing，CMP)去除多晶硅突起，直到露出FG的CG頂部氮化硅蓋層，其中，F(xiàn)G的CG104頂部具有的氮化硅蓋層105作為FG的CG104的硬掩膜，在后續(xù)制造工藝中起到保護(hù)FG的CG104的作用。

對于需要在沉積的多晶硅上用光刻和刻蝕的方法定義存儲單元區(qū)其他結(jié)構(gòu)的wafer，必須對存儲單元區(qū)存在的多晶硅突起進(jìn)行多晶硅平坦化，以便精確控制后續(xù)光刻和刻蝕多晶硅步驟。然而，根據(jù)外圍電路區(qū)的外圍邏輯控制器件的設(shè)計(jì)要求對外圍電路區(qū)的多晶硅沉積厚度的限制，在存儲單元區(qū)與外圍電路區(qū)同時(shí)沉積多晶硅步驟中，當(dāng)存儲單元區(qū)的柵極間距大于所述多晶硅沉積厚度的兩倍時(shí)，所述柵極之間會(huì)留下多晶硅凹槽。以分柵閃存為例，沉積多晶硅厚度的最大值為1800埃，當(dāng)相鄰的FG的CG間距大于3600埃時(shí)，所述FG的CG之間會(huì)形成多晶硅凹槽。在采用上述CMP方法進(jìn)行多晶硅平坦化的過程中，CMP所用的研磨料以及逆反應(yīng)生成的復(fù)合物掉落在多晶硅凹槽中很難去除，對后續(xù)在存儲單元區(qū)進(jìn)行的光刻和刻蝕工藝造成污染和阻礙。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：化學(xué)機(jī)械研磨方法進(jìn)行多晶硅平坦化的過程中，研磨料以及逆反應(yīng)生成的復(fù)合物掉落在柵極間的多晶硅凹槽中很難去除，對后續(xù)在存儲單元區(qū)進(jìn)行的光刻和刻蝕工藝造成污染和阻礙。

為解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種多晶硅平坦化方法，在晶片器件面的存儲單元區(qū)形成頂部具有氮化硅蓋層的柵極，在所述晶片器件面的存儲單元區(qū)和外圍電路區(qū)沉積多晶硅之后，該方法包括：

在所述晶片器件面的多晶硅上沉積第一二氧化硅層；

在所述第一二氧化硅層上沉積氮化硅層；

在存儲單元區(qū)以第一二氧化硅層為停止層，干法刻蝕去除存儲單元區(qū)的氮化硅層；

在晶片器件面沉積表面最低點(diǎn)高于所述氮化硅蓋層表面的第二二氧化硅層；

以存儲單元區(qū)的氮化硅蓋層和外圍電路區(qū)的氮化硅層為停止層，多晶硅化學(xué)機(jī)械研磨所述晶片器件面的第二二氧化硅層、存儲單元區(qū)的第一二氧化硅層和多晶硅層；

去除殘留的第一二氧化硅層和第二二氧化硅層。

所述第一二氧化硅層厚度范圍是100～300埃。