改善深沟槽化学机械研磨均一性的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体集成电路领域中的沟槽研磨改善方法，特别是涉及一种改善深沟槽化学机械研磨均一性的方法。
【背景技术】
[0002]深沟槽常应用于超级结MOS晶体管(super junct1n M0SFET)，作为PN结通过耗尽态的电荷平衡达到高击穿电压性能。超级结MOS晶体管制造过程中刻蚀和填充深沟槽的方法，是在P型硅衬底上生长一层η型外延层(单晶硅)，然后在该外延层上刻蚀深沟槽，然后再用P型单晶硅填充该深沟槽，最后用化学机械研磨(CMP)工艺进行表面平坦化。此时该深沟槽结构作为P型半导体柱，该深沟槽结构的两侧作为η型半导体柱，即得到了纵向交替排列的P型和η型半导体柱。该方法中将η型硅与P型硅交换，效果不变。
[0003]深沟槽的填充可采用选择性外延生长的方法，通常会在硅衬底上沉积一层氧化膜或氮化膜作为CMP工艺的停止层(stop layer),在外延生长的过程中，只有在深沟槽的娃表面进行选择性外延生长，但是为了减低外延层内在缺陷，通常会过填充一定的量，然后再通过化学机械研磨的方法将停止层表面以上的外延层(含有一定的多晶)去除。其中，一般深沟槽的填充工艺流程如图1所示。
[0004]但是随着P型和η型半导体柱pitch (节距)减小，高出停止层表面的过生长的外延层容易连接起来(如图2-3所示)，由于loading effect (负载效应)的影响,这些区域的过生长层在后续的化学机械研磨中不易去除，产生一定的残留，影响器件的良率。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种改善深沟槽化学机械研磨均一性的方法。通过本发明的方法，能解决当P型和η型半导体柱pitch减小时,高出停止层表面的过生长的外延层容易连接起来而对后续化学机械研磨工艺产生负载效应(loading effect)。
[0006]为解决上述技术问题，本发明的改善深沟槽(特别是超级结深沟槽)化学机械研磨均一性的方法，包括步骤:
[0007]I)在硅基板上沉积一层氧化膜；
[0008]2)在氧化膜表面上，沉积一层牺牲层，其中，牺牲层的材质为氮化膜或氮氧化膜；
[0009]3 )深沟槽的光刻和刻蚀
[0010]即在牺牲层上淀积光刻胶，显影，刻蚀牺牲层、氧化膜和硅基板，形成深沟槽；
[0011]4)采用湿法刻蚀，对牺牲层进行横向刻蚀；
[0012]5)深沟槽内进行选择性外延层生长；
[0013]6)湿法刻蚀去除牺牲层；
[0014]7)以氧化膜作为停止层，进行化学机械研磨。
[0015]所述步骤I)中，沉积的方法包括:低压化学气相沉积(LPCVD)法、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法或常压化学气相淀积(APCVD)法；氧化膜的材质包括:氧化硅；氧化膜的厚度为10?200纳米。该层氧化膜作为后续机械化学机械研磨的阻挡层。
[0016]所述步骤2)中，沉积的方法包括:等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法或常压化学气相淀积(APCVD)法；牺牲层的厚度为0.8?3微米。
[0017]所述步骤3)中，深沟槽的深度为10?100 μ m,宽度为I?10 μ m。
[0018]所述步骤4)中，横向刻蚀的刻蚀量(垂直于深沟槽方向的刻蚀量)为:根据深沟槽之间有源区的特征尺寸而定，刻蚀量为特征尺寸的1/4?1/3。
[0019]所述步骤5)中，选择性外延层生长的工艺条件为:采用硅源气体、卤化物气体、氢气和掺杂气体的混合气体，在800?1300°C、压力0.01?760托的条件下，进行硅外延生长，其中，硅源气体为:SiH4、SiH3Cl、SiH2Cl2、SiHCl3*的至少一种，卤化氢气体为HCl或HF ；掺杂气体包括:磷烧、硼烧或砷烧;
[0020]娃源气体与齒化氢气体的体积比为5:1?1:5 ;
[0021]氢气流量为10?40L/min，卤化氢气体流量0.05?5L/min，掺杂气体流量为5?10OOmT ,/mi η η
[0022]选择性外延层的生长量为:选择性外延层(过生长的外延层)高度低于或平齐于牺牲层或氧化膜。
[0023]所述步骤6)中，湿法刻蚀的条件为:采用100?200°C的磷酸溶液，其中，磷酸溶液中的H3PO4 =H2O的质量比为4:1?5:1。
[0024]所述步骤7)中，化学机械研磨中的研磨液是具有高选择比(硅对氧化物)的研磨液，其中，该研磨液优选为:对硅和氧化膜的研磨选择比为5:1?100:1的研磨液；化学机械研磨的终点是将氧化膜停止层表面的选择性外延层全部去除。
[0025]本发明通过在硅基板上依次生长一层缓冲氧化膜和牺牲层，然后进行深沟槽的光刻和刻蚀，随后通过湿法刻蚀，将牺牲层在平面方向进行刻蚀，然后再通过选择性外延生长填充深沟槽，过生长的外延层高度低于或平齐于牺牲层，从而避免了过生长的外延层连结起来，随后用湿法刻蚀方法将牺牲层去除，再采用具有高选择比(硅对氧化物)化学机械研磨的方法将停止层表面以上的外延层去除。因此，本发明能解决当P型和η型半导体柱pitch减小时,高出停止层表面的过生长的外延层容易连接起来而对后续化学机械研磨工艺产生负载效应(loading effect),从而避免负载效应(loading effect)产生的残留。
【附图说明】
[0026]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0027]图1是一般深沟槽的填充工艺流程图；
[0028]图2是P型半导体柱pitch减小而导致过生长外延层连接起来(过生长外延层形貌)的SEM图；
[0029]图3是η型半导体柱pitch减小而导致过生长外延层连接起来的SEM图。
[0030]图4是本发明的深沟槽的填充工艺流程图；
[0031 ] 图5是沉积氧化膜和牺牲层后的示意图；
[0032]图6是淀积光刻胶、显影后的示意图；
[0033]图7是刻蚀形成深沟槽并去除光刻胶后的示意图；
[0034]图8是横向湿法刻蚀牺牲层后的示意图；
[0035]图9是选择性外延生长的示意图；
[0036]图10是湿法去除牺牲层后的示意图；
[0037]图11是以氧化膜作为停止层，进行化学机械研磨后的示意图。
[0038]图中附图标记说明如下:
[0039]I为娃衬底,2为第一半导体外延层,3为复合介质层,31为氧化膜,32为牺牲层,4为光刻胶，5为深沟槽，6为填充深沟槽的选择性外延层(即第二外延层)。
【具体实施方式】
[0040]本发明的改善深沟槽(特别是超级结深沟槽)化学机械研磨均一性的方法(如图4所示)，包括步骤:<