[發(fā)明專利]化學(xué)機(jī)械研磨的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310261310.4
• 申請(qǐng)日: 2013-06-26
• 公開（公告）號(hào): CN103346078A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志國(guó);賈敏;秦海燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/304
• 分類號(hào): H01L21/304;B24B37/04
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種化學(xué)機(jī)械研磨的方法。

背景技術(shù)

隨著超大規(guī)模集成電路(Ultra?Large?Scale?Integration，ULSI)的飛速發(fā)展，集成電路制造工藝變得越來越復(fù)雜和精細(xì)，也對(duì)半導(dǎo)體襯底上形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)穩(wěn)定性要求也越來越高。而在半導(dǎo)體器件的過程中，膜層表面的起伏不平（不規(guī)則）對(duì)后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和器件的集成度具有較大的影響，因此，在半導(dǎo)體襯底上形成膜層后，需要對(duì)起伏不平的膜層表面進(jìn)行平坦化(Planrization)處理。

目前，在半導(dǎo)體的制作過程中，化學(xué)機(jī)械研磨（Chemical?Mechanical?Polishing，CMP）技術(shù)是目前最普遍使用，同時(shí)也是最重要的一種平坦化技術(shù)。

一般而言，CMP技術(shù)利用適當(dāng)?shù)难心{料以及機(jī)械研磨方式，來均勻的去除半導(dǎo)體襯底上的待研磨膜層的不規(guī)則表面，以使剩余的膜層具有較好的表面平整度。研磨過程中使用的研磨漿料一般有化學(xué)助劑以及研磨粉體組成，化學(xué)助劑可以為PH值緩沖劑、氧化劑或界面活性劑等，研磨粉體則可以為硅土或鋁土。在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，化學(xué)助劑與待研磨材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，研磨粉體和待研磨材料和研磨墊之間產(chǎn)生機(jī)械研磨效應(yīng)，從而有效的平坦化待掩膜層表面。

多晶硅材料作為半導(dǎo)體制造過程中的最基本的材料，被廣泛的應(yīng)用于制作MOS晶體管的柵極。

現(xiàn)有技術(shù)形成MOS晶體管的柵極的過程為：在半導(dǎo)體襯底上沉積一層多晶硅層；采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝平坦化所述多晶硅層；刻蝕平坦化后的多晶硅層，形成MOS晶體管的柵極。

但是，現(xiàn)有平坦化后的多晶硅層的表面平整度較差，影響刻蝕形成的柵極的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是如何提高化學(xué)機(jī)械研磨過程中待研磨層表面的平整度。

為解決上述問題，本發(fā)明技術(shù)方案提供了一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第一表面和第一表面相對(duì)的第二表面；在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面上形成待研磨層，在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成應(yīng)力互補(bǔ)層，所述應(yīng)力互補(bǔ)層對(duì)半導(dǎo)體襯底施加的應(yīng)力抵消待研磨層對(duì)半導(dǎo)體襯底施加的應(yīng)力；采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝平坦化所述待研磨層。

可選的，所述待研磨層與應(yīng)力互補(bǔ)層的材料相同，且厚度相同。

可選的，所述待研磨層對(duì)半導(dǎo)體襯底施加的應(yīng)力的性質(zhì)與應(yīng)力互補(bǔ)層對(duì)半導(dǎo)體襯底施加的應(yīng)力的性質(zhì)相同，且大小相等。

可選的，所述應(yīng)力互補(bǔ)層用于抵消待研磨層對(duì)半導(dǎo)體襯底施加的橫向應(yīng)力。

可選的，所述應(yīng)力為壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力。

可選的，所述待研磨層與應(yīng)力互補(bǔ)層的材料為多晶硅、氮化硅、碳化硅、硅鍺或氮化鈦。

可選的，所述待研磨層和應(yīng)力互補(bǔ)層在同一工藝步驟中形成，在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面上形成待研磨層的同時(shí)，在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成應(yīng)力互補(bǔ)層。

可選的，所述待研磨層與應(yīng)力互補(bǔ)層的材料為多晶硅時(shí)，所述同一工藝步驟采用LPCVD爐管工藝。

可選的，所述LPCVD爐管工藝采用的氣體為硅烷，硅烷流量為10～500標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘，腔室壓力位10～500毫托，腔室溫度為500～900攝氏度。

可選的，所述待研磨層與應(yīng)力互補(bǔ)層對(duì)半導(dǎo)體襯底施加的應(yīng)力的范圍為10000～100000牛頓/平方厘米。

可選的，平坦化所述待研磨層時(shí)的化學(xué)機(jī)械研磨工藝采用的研磨液的主體成分為氫氧化鉀以及氧化硅，稀釋劑為去離子水，研磨液的PH值為9～11，研磨液的流量為50～500毫升每分鐘，研磨墊的轉(zhuǎn)速為50～200轉(zhuǎn)/每分鐘，研磨頭的轉(zhuǎn)速為50～200轉(zhuǎn)/每分鐘，拋光工藝的壓力為100～500托。

可選的，所述待研磨層和應(yīng)力互補(bǔ)層在不同的工藝步驟中形成。

可選的，所述待研磨層與應(yīng)力互補(bǔ)層的材料不相同，所述待研磨層對(duì)半導(dǎo)體襯底施加的應(yīng)力的性質(zhì)與應(yīng)力互補(bǔ)層對(duì)半導(dǎo)體襯底施加的應(yīng)力的性質(zhì)相同。

可選的，平坦化所述待研磨層后，去除所述半導(dǎo)體襯底第二表面上的應(yīng)力互補(bǔ)層。

本發(fā)明技術(shù)方案還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第一表面和第一表面相對(duì)的第二表面；在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面上形成待研磨層，在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成應(yīng)力互補(bǔ)層，所述應(yīng)力互補(bǔ)層對(duì)半導(dǎo)體襯底施加的應(yīng)力抵消待研磨層對(duì)半導(dǎo)體襯底施加的應(yīng)力。

可選的，所述待研磨層與應(yīng)力互補(bǔ)層的材料相同，且厚度相同。