[發明專利]一種晶圓表面平坦化工藝

有效

• 申請號: 201410037579.9
• 申請日: 2014-01-26
• 公開（公告）號: CN104810277B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 由云鵬;潘光燃;王焜;石金成
• 申請（專利權）人: 北大方正集團有限公司;深圳方正微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/312
• 分類號: H01L21/312;H01L21/311
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司11205
• 代理人: 劉芳

技術領域

本發明涉及一種晶圓表面平坦化工藝，屬于半導體制造技術領域。

背景技術

在集成電路制造過程中，在經過多步加工工藝之后，硅片表面已經很不平整，特別是在金屬化引線孔邊緣處會形成很高的臺階。通常，臺階的存在會影響沉積生長薄膜的覆蓋效果。沉積薄膜的厚度將沿著孔壁離表面的距離增加而減薄，在底角處，薄膜有可能沉積不到，這就可能使金屬化引線發生斷路，從而引起整個集成電路失效。加之隨著互連層數的增加和工藝特征的縮小，對硅片表面平整度的要求也越來越高。尤其隨著數字技術已經進入亞微米階段，平坦化互連工藝已經變得非常流行。在上世紀90年代CMP被廣泛應用之前，旋涂玻璃（SOG：spin on glass）由于其具有良好的填充性被用來進行間隙填充和金屬間介質層平坦化，以減小或者消除臺階的影響，改善臺階覆蓋的效果。然而旋涂玻璃本身的高額成本與其本身具有極易吸潮的特性，又成為它的“不足”之處。

圖1為一晶圓未經平坦化前的結構示意圖，其結構組成為襯底1、場氧化層2、多晶硅層3、SiO₂層4以及金屬5，在CMOS工藝中由于場氧化層2和多晶硅層3的位置與其兩側結構位置在金屬5刻蝕以后存在相當大的臺階。圖2為另一晶圓未經平坦化前的結構示意圖，其結構組成為襯底1、場氧化層2、多晶硅層3、SiO₂層4、金屬5以及介質層6，在金屬5多層隔離介質層6材料沉積以后，金屬5位置上的介質層6會形成突起，金屬5間隙間的介質層6會下凹，導致晶圓表面整體均勻性變差。因此，高低臺階處層次平坦化的均勻性好壞程度將對后續金屬工藝帶來重要影響，即平坦化效果差會使金屬存在相當大的金屬殘留風險，進而會導致器件可靠性問題的出現。

為了提高晶圓表面介質層均勻性，常規的平坦化工藝如圖3所示，在有臺階的晶圓表面采用等離子體輔助化學氣相沉積法（PECVD）沉積第一正硅酸乙酯層，其中，TEOS是正硅酸乙酯層的簡稱；然后在第一正硅酸乙酯層上旋涂第一旋涂玻璃層，其中，SOG是旋涂玻璃的簡稱；高溫烘烤第一旋涂玻璃層，再通過離子注入工藝對第一旋涂玻璃層進行固化處理；接著旋涂第二旋涂玻璃層，高溫烘烤第二旋涂玻璃層，再通過離子注入工藝對第二旋涂玻璃層進行固化處理，最后再在第二旋涂玻璃層上沉積第二正硅酸乙酯層。在現有技術的工藝中，借助旋涂玻璃良好的回流性能來彌補不同臺階位置的不均勻性，同時考慮旋涂玻璃極易吸潮性，通過高能離子注入來對其實現固化。

但是，上述常規的提高晶圓表面介質層均勻性的工藝中包括二次旋涂玻璃工藝，該旋涂玻璃工藝包括旋涂、高溫烘烤以及高能離子注入的步驟，二次重復旋涂玻璃工藝的作業方式不利于成本的節約，與此同時，利用高能離子注入法對旋涂玻璃層的固化處理并不能完全穿過旋涂玻璃層的膜層厚度，未固化的旋涂玻璃仍具有吸潮性，易造成通孔形貌異常，如在CMOS工藝中，此種異常會造成鎢火山現象，不利于封裝打線。

發明內容

本發明提供一種晶圓表面平坦化工藝，該工藝采用光刻膠層替代第二旋涂玻璃層，并采用光刻膠回刻技術，不但簡化了工藝流程，極大程度的節約成本，而且大大降低了鎢火山現象的發生，利于封裝打線。

本發明提供一種晶圓表面平坦化工藝，包括以下步驟：

在有臺階的晶圓表面形成第一正硅酸乙酯層；

在所述第一正硅酸乙酯層上形成旋涂玻璃層，所述旋涂玻璃層在非臺階處的厚度大于在臺階處的厚度；

對形成旋涂玻璃層后的晶圓依次進行烘烤和離子注入；

在離子注入后的所述旋涂玻璃層上形成第二正硅酸乙酯層；

在所述第二正硅酸乙酯層上形成光刻膠層；

對所述光刻膠層和所述第二正硅酸乙酯層進行回刻；

去除回刻殘留的光刻膠，并對晶圓進行清洗。

進一步地，所述第一正硅酸乙酯層和所述第二正硅酸乙酯層均采用等離子體輔助化學氣相沉積法形成，其中，等離子體輔助化學氣相沉積法簡稱PECVD法。

進一步地，所述第一正硅酸乙酯層的厚度為所述第二正硅酸乙酯層的厚度為

進一步地，在所述第一正硅酸乙酯層上通過旋涂的方式形成所述旋涂玻璃層，所述旋涂玻璃層的厚度為

進一步地，對所述旋涂玻璃層進行高溫烘烤，其烘烤的溫度為200-400℃，烘烤的時間為30-90min。高溫烘烤的目的是為了解決旋涂玻璃吸潮的問題，在該溫度范圍內，可以使旋涂玻璃中有機物質的O-H鍵發生斷裂，有效阻礙了O-H和H原子結合成水分子，從而解決了旋涂玻璃吸潮的問題。