平坦化方法
【专利摘要】本发明提供了一种平坦化方法，由第二填充层替代传统的反向工艺中的光刻胶覆盖于第一填充层表面，通过第一次化学机械研磨去除第一填充层中第二凹陷以外的第二填充层，并以第二凹陷内的第二填充层为掩膜，利用第一次刻蚀去除大部分的第一填充层，在去除第二凹陷内的第二填充层后，通过第二次化学机械研磨去除剩余的第一填充层，由此在避免化学机械研磨工艺产生的严重的负载效应的同时，降低了工艺成本。
【专利说明】
平坦化方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种平坦化方法。
【背景技术】
[0002]在现有半导体器件制造中，为了得到平坦化表面，常使用化学机械研磨工艺。化学机械研磨工艺主要利用研磨液的化学作用及研磨头转动的物理作用使得被研磨对象得到全面性平坦化。
[0003]在实际应用中，化学机械研磨容易受到研磨对象的影响而出现负载效应。具体的，对于表面形成有凹陷的晶圆，由于晶圆的表面凹陷形成的密度、凹陷开口面积不尽相同，从而使得进行化学机械研磨时晶圆表面不同区域的研磨速率不同。总体而言，宏观上，对于凹陷密度小的区域研磨速率较慢，凹陷密度大的区域研磨速度较快；微观上，开口面积大的凹陷比开口面积小的凹陷的研磨速率快；从而导致了负载效应的产生，使化学机械研磨后的表面形成不被期望的非平坦化效果。进一步的，需化学机械研磨去除的体积越多，所需制程的时间越长，其产生的负载效应越严重。
[0004]针对上述出现的负载效应，现有技术提出了利用光刻胶的反向工艺(reverse)，如图1a-1e所示。首先，如图1a所示，提供待研磨的半导体基底10，所述半导体基底10上形成有第一凹陷11，于半导体基底10表面沉积填充层12以覆盖半导体基底10表面，所述填充层12表面形成有第二凹陷13 ;如图1b所示，于所述第二凹陷13中形成图案化光刻胶14，以填充所述第二凹陷13，此过程本领域技术人员可以首先于填充层12表面形成光刻胶层，利用光罩对光刻胶进行曝光，以使光刻胶层图案化，由此形成填充第二凹陷13的图案化光刻胶14 ;如图1c所示，以所述图案化光刻胶14为掩膜，进行刻蚀，以暴露所述半导体基底10表面，然后，如图1d所示，灰化去除所述图案化光刻胶14 ;最后，如图1e所示，对剩余的填充层12’进行化学机械研磨。由于以图案化光刻胶作为掩膜进行刻蚀的过程已经去除了大部分的填充层12，因此，利用化学机械研磨去除剩余的填充层12’的过程中，受到负载效应影响很小，由此可以得到期望的平坦化效果。
[0005]然而，利用现有的光刻胶的反向工艺由于需要形成光刻胶层，以及需要单独制作适用于反向工艺的光罩，无疑增加了工艺成本。
【发明内容】
[0006]为解决上述问题，本发明提供了一种平坦化方法，在避免化学机械研磨工艺产生的严重的负载效应的同时，降低工艺成本。
[0007]本发明提供了一种平坦化方法，包括:
[0008]提供待研磨的半导体基底，所述半导体基底形成有第一凹陷；
[0009]于所述半导体基底上覆盖形成第一填充层，所述第一填充层完全填充所述第一凹陷，并且，所述第一填充层形成有对应所述第一凹陷位置的第二凹陷；
[0010]于所述第一填充层表面沉积第二填充层，所述第二填充层完全填充所述第二凹陷，并覆盖所述第一填充层表面；
[0011 ] 执行第一次化学机械研磨，以暴露所述第一填充层表面；
[0012]执行第一次刻蚀，以去除暴露的第一填充层；
[0013]执行第二次刻蚀去除剩余的第二填充层；
[0014]执行第二次化学机械研磨，以去除剩余的第一填充层；
[0015]其中，所述第一填充层的材料与所述第二填充层的材料不同；所述第二填充层的材料相对于第一填充层的材料于所述第一次化学机械研磨中呈高的化学机械研磨选择比；所述第二填充层的材料相对于第一填充层的材料于所述第一次刻蚀中呈现低的刻蚀选择比；所述第二填充层的材料相对于第一填充层的材料于所述第二次刻蚀中呈现高的刻蚀选择比。
[0016]进一步，除所述第一凹陷表面之外的所述半导体基底表面形成有阻挡层。
[0017]进一步，所述第一填充层的材料为二氧化硅，所述第二填充层的材料为多晶硅。
[0018]进一步，所述第一次刻蚀采用等离子刻蚀，刻蚀气体包括C4Fs、Ar、CO和02。
[0019]进一步，所述第二次刻蚀采用等离子刻蚀，刻蚀气体包括HBr、He和He02。
[0020]进一步，所述阻挡层的材料为氮化硅或氮氧化硅。
[0021]采用本发明提供的平坦化方法，由第二填充层替代传统的反向工艺中的光刻胶覆盖于第一填充层表面，通过第一次化学机械研磨去除第一填充层中第二凹陷以外的第二填充层，并以第二凹陷内的第二填充层为掩膜，利用第一次刻蚀去除大部分的第一填充层，在去除第二凹陷内的第二填充层后，通过第二次化学机械研磨去除剩余的第一填充层，由此在避免化学机械研磨工艺产生的严重的负载效应的同时，降低了工艺成本。
【附图说明】
[0022]图1a至图1e为现有技术中反向工艺流程的结构示意图；
[0023]图2为本申请平坦化方法流程示意图；
[0024]图3a_3f为本申请平坦化方法典型实施例的流程结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
[0026]本发明提供了一种半导体器件的制造方法，如图2所示，包括:
[0027]提供待研磨的半导体基底，所述半导体基底形成有第一凹陷；
[0028]于所述半导体基底上覆盖形成第一填充层，所述第一填充层完全填充所述第一凹陷，并且，所述第一填充层形成有对应所述第一凹陷位置的第二凹陷；
[0029]于所述第一填充层表面沉积第二填充层，所述第二填充层完全填充所述第二凹陷，并覆盖所述第一填充层表面；
[0030]执行第一次化学机械研磨，以暴露所述第一填充层表面；
[0031]执行第一次刻蚀，以去除暴露的第一填充层；
[0032]执行第二次刻蚀去除剩余的第二填充层；
[0033]执行第二次化学机械研磨，以去除剩余的第一填充层；
[0034]其中，所述第一填充层的材料与所述第二填充层的材料不同；所述第二填充层的材料相对于第一填充层的材料于所述第一次化学机械研磨中呈高的化学机械研磨选择比；所述第二填充层的材料相对于第一填充层的材料于所述第一次刻蚀中呈现低的刻蚀选择比；所述第二填充层的材料相对于第一填充层的材料于所述第二次刻蚀中呈现高的刻蚀选择比。
[0035]以下结合图3a至图3e对本申请平坦化方法的典型实施例进行详细说明:
[0036]如图3a所示，提供半导体基底20，半导体基底20上形成有第一凹陷21 ;优选的，半导体20于第一凹陷21表面外形成有阻挡层22，以阻挡层22作为后续刻蚀和化学机械研磨的停止层；半导体基底20上覆盖形成第一填充层23，第一填充层23完全填充第一凹陷21,由于半导体基底20形成有第一凹陷，基于半导体基底20的如此形貌，覆盖于半导体基底20上的第一填充层23也形成有对应所述第一凹陷位置的第二凹陷24 ;作为优选的，第一填充层23的材料优选为二氧化硅；
[0037]如图3b所示，于第一填充层23表面沉积第二填充层25，第二填充层25完全填充第二凹陷24，并覆盖第一填充层23表面；作为优选的，第二填充层25的材料优选为多晶娃；
[0038]如图3c所示，执行第一次化学机械研磨，以暴露第一填充层23表面；在第一次化学机械研磨过程中，第一填充层23和第二填充层25的材料需满足以下条件，即第二填充层的材料相对于第一填充层的材料于第一次化学机械研磨中呈高的化学机械研磨选择比，如上所述，对于第一填充层23的材料为二氧化硅，第二填充层25的材料为多晶硅的情况，现有的化学机械研磨在使用研磨设备和研磨液对多晶硅进行化学机械研磨时，由于研磨液并不与二氧化硅反应，因此，在进行第一次化学机械研磨时会出现化学机械研磨选择比高于多晶硅的研磨选择比，换而言之，即第一填充层23在第一次化学机械研磨中起到了化学机械研磨停止层的作用。
[0039]如图3d所示，执行第一次刻蚀，以去除暴露的第一填充层23 ;在第一次刻蚀过程中，第一填充层23和第二填充层25的材料进一步需满足以下条件，即第二填充层25的材料相对于第一填充层23的材料于第一次刻蚀中呈现低的刻蚀选择比；如上所述，当第一填充层23的材料为二氧化硅，第二填充层25的材料为多晶硅时，优选采用等离子刻蚀，采用的刻蚀气体为C4F8、Ar、CO和02，利用上述刻蚀气体，由于第二层填充层25的材料为二氧化硅，因此，于第一次刻蚀过程中，极少被消耗，其刻蚀选择比小于第一填充层23的二氧化硅，剩余的第二填充层25’在第一次刻蚀过程中的作用为刻蚀掩膜；在优选的方案中，半导体基底20表面形成的阻挡层的材料优选为氮化硅或氮氧化硅，对于上述第一次刻蚀使用的刻蚀气体，氮化硅可以阻止半导体基底20于第一次刻蚀过程中受到损伤；
[0040]如图3e所示，执行第二次刻蚀去除剩余的第二填充层25’ ；如上所述，当第一填充层23的材料为二氧化硅，第二填充层25的材料为多晶硅时，优选采用等离子刻蚀，采用的刻蚀气体为HBr、He和He02 ;同样的，当使用氮化硅作为上述阻挡层时，也可以阻止半导体基底20于第二次刻蚀过程中受到损伤；
[0041]如图3f所示，执行第二次化学机械研磨，以去除剩余的第一填充层23’。在优选的实施例中，当第一填充层23的材料为二氧化硅，第二填充层25的材料为多晶硅时，半导体基底20表面形成的阻挡层的材料优选为氮化硅或氮氧化硅，在第二次化学机械研磨时，阻挡层作为第二次化学机械研磨的停止层。
[0042]对比图3f和采用现有反向工艺的图le，最后利用研磨去除的剩余第一填充层23’的过程是相同的，因此，采用本申请提供的平坦化方法，也能使最后的第二次化学机械研磨过程受到很小的负载效应影响，并且，由于省略了形成图案化光刻胶的步骤，从而降低了生产成本。
[0043]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
【主权项】
1.一种平坦化方法，其特征在于，包括: 提供待研磨的半导体基底，所述半导体基底形成有第一凹陷； 于所述半导体基底上覆盖形成第一填充层，所述第一填充层完全填充所述第一凹陷，并且，所述第一填充层形成有对应所述第一凹陷位置的第二凹陷； 于所述第一填充层表面沉积第二填充层，所述第二填充层完全填充所述第二凹陷，并覆盖所述第一填充层表面； 执行第一次化学机械研磨，以暴露所述第一填充层表面； 执行第一次刻蚀，以去除暴露的第一填充层； 执行第二次刻蚀去除剩余的第二填充层； 执行第二次化学机械研磨，以去除剩余的第一填充层； 其中，所述第一填充层的材料与所述第二填充层的材料不同；所述第二填充层的材料相对于第一填充层的材料于所述第一次化学机械研磨中呈高的化学机械研磨选择比；所述第二填充层的材料相对于第一填充层的材料于所述第一次刻蚀中呈现低的刻蚀选择比；所述第二填充层的材料相对于第一填充层的材料于所述第二次刻蚀中呈现高的刻蚀选择比。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，除所述第一凹陷表面之外的所述半导体基底表面形成有阻挡层。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一填充层的材料为二氧化硅，所述第二填充层的材料为多晶硅。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一次刻蚀采用等离子刻蚀，刻蚀气体包括 C4F8、Ar、CO 和 O2。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二次刻蚀采用等离子刻蚀，刻蚀气体包括HBr、He和HeO2。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述阻挡层的材料为氮化硅或氮氧化娃。
【文档编号】H01L21/3105GK105990130SQ201510056936
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月4日
【发明人】姜海涛
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司