[發(fā)明專利]淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法、化學機械研磨方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810059759.5
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN110071041B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡長益
• 申請（專利權(quán)）人: 長鑫存儲技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01L21/3105
• 分類號: H01L21/3105;H01L21/762;H01L21/66;B24B37/005;B24B37/04;B24B49/02
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發(fā)明提供了一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法、化學機械研磨方法及系統(tǒng)，包括如下步驟：1）量測目標材料層的前值厚度，依據(jù)目標材料層的前值厚度及第一階段化學機械研磨后保留的目標材料層厚度確定第一目標去除厚度；2）依據(jù)研磨耗材的實際使用時間確定理論研磨速率；3）依據(jù)第一目標去除厚度及理論研磨速率動態(tài)修正研磨參數(shù)，依據(jù)該研磨參數(shù)對目標材料層進行第一階段化學機械研磨；4）對目標材料層進行第二階段化學機械研磨，達到第二目標去除厚度的去除。本發(fā)明通過收集目標材料層的目標去除厚度并結(jié)合研磨耗材的實際使用時間來確定研磨參數(shù)，提升了研磨的平坦化效果，消除了化學機械研磨后的目標材料層殘留，提高了良品率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導體工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法、化學機械研磨方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

淺溝槽隔離的工藝流程為先在硅襯底表面刻蝕出淺溝槽，然后在淺溝槽內(nèi)生長二氧化硅，最后通過化學機械研磨去除表面多余二氧化硅，保留淺溝槽內(nèi)的二氧化硅，形成淺溝槽隔離。如圖1所示為化學機械研磨前的半導體結(jié)構(gòu)的截面結(jié)構(gòu)示意圖。硅襯底11表面生長氮化硅層12，在刻蝕出淺溝槽后，生長二氧化硅層13。所述二氧化硅層13因淺溝槽的不平坦而在所述二氧化硅層13的表面產(chǎn)生尖角等起伏形貌，這需要在后續(xù)的化學機械研磨中得到平坦化。淺溝槽化學機械研磨一般分為兩個階段進行，第一階段化學機械研磨通常使用固定的研磨時間和研磨壓力，研磨一定量的二氧化硅膜厚，留下一定量的膜厚，再進行第二階段化學機械研磨；在第二階段化學機械研磨時使用終點檢測系統(tǒng)，在研磨達到氮化硅層12時，通過光學或電機電流變化等手段探測到研磨終點信號，并施加一定的過研磨量，確保研磨后沒有殘留二氧化硅。因為研磨二氧化硅時對氮化硅的選擇比較高(Si₃N₄:SiO₂≈1:30)，研磨最終穩(wěn)定停止在所述氮化硅層12上。

在現(xiàn)有的淺溝槽化學機械研磨過程中，在進行第一階段化學機械研磨時，通常會通過機臺定期測機所得到的研磨速率來確定固定的研磨時間及研磨壓力。由于機臺的定期測機存在一定時間間隔，且機臺耗材的實時壽命變化會對研磨速率產(chǎn)生影響，實際研磨速率會和測機所得研磨速率存在一定差異。由于實際研磨速率偏離了機臺所設(shè)定的理想研磨速率，會使晶圓的面內(nèi)研磨速率的均勻性出現(xiàn)偏差，容易導致第一階段化學機械研磨后晶圓面內(nèi)發(fā)生平坦度不良的問題。如圖2所示，在第一階段化學機械研磨結(jié)束后，晶圓表面的二氧化硅層13出現(xiàn)不平坦，部分區(qū)域的二氧化硅厚度大于其他區(qū)域。這會導致在后續(xù)的第二階段化學機械研磨時，在大部分區(qū)域的二氧化硅已被研磨掉并露出下層的氮化硅層12時，少數(shù)平坦度不良的區(qū)域的二氧化硅仍然殘留在晶圓表面，這通常發(fā)生在晶圓邊緣區(qū)域，如圖4所示，晶圓21的晶圓邊緣區(qū)域22處容易出現(xiàn)二氧化硅層較厚的情況，并在第二階段研磨后出現(xiàn)殘留二氧化硅23。如圖3所示，在第二階段化學機械研磨達到所述氮化硅層12，檢測到終點信號并停止研磨時，第一階段化學機械研磨后二氧化硅厚度較厚的區(qū)域出現(xiàn)了殘留二氧化硅14，而二氧化硅厚度正常的區(qū)域已經(jīng)研磨至所述氮化硅層12，只留下淺溝槽中的二氧化硅15。這是由于所述晶圓邊緣區(qū)域22的研磨速率通常會偏慢，由于此時研磨已到達較難研磨的所述氮化硅層12，繼續(xù)增加研磨時間也很難去除這部分殘留二氧化硅，這會導致這部分區(qū)域的器件出現(xiàn)異常。此外，不同批次的二氧化硅前值厚度也存在差異。如果在第一階段化學機械研磨時都統(tǒng)一研磨固定的二氧化硅厚度，那么第二階段化學機械研磨時所需研磨的二氧化硅厚度就會存在差異，這會導致不同批次晶圓的研磨終點檢測時間出現(xiàn)較大的波動，這也不利于維持終點檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確監(jiān)控研磨終點檢測發(fā)生異常的批次。

因此，有必要提出一種新的化學機械研磨方法用于提高晶圓平坦化效果，消除殘留二氧化硅，解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法、化學機械研磨方法及系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中對二氧化硅層進行第一階段化學機械研磨時由于研磨時間及研磨壓力保持為恒定值而導致的第一階段化學機械研磨后二氧化硅表面不夠平坦的問題。