专利名称：抛光方法以及浮栅的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种抛光方法以及浮栅的形成方法。
背景技术：
在半导体制备エ艺中，平整的晶圆表面对于器件的小型化和高密度化极其重要，传统平坦化晶圆表面的方法为化学机械抛光法(CMP, Chemical Mechanical Polishing)。该方法在晶圆表面与抛光垫之间加入抛光液，利用机械カ的作用和抛光液与晶圆表面产生的化学反应，平坦化晶圆表面。传统化学机械抛光法为游离磨料抛光法，包含于抛光液中的磨料在抛光垫上随机分布，其分布密度不均匀，抛光效果比较差，而且抛光液利用率低，抛光液废液容易污染环境等，因此逐渐被固结磨料抛光法(Fixed Abrasive Polishing)取 代。固结磨料抛光法，是将磨料和抛光垫结合起来，形成表面具有规则凹凸形状的固结磨料抛光垫(Fixed Abrasive Pad)。现有的固结磨料抛光法的抛光过程,如图I所示，输入滚筒105a和输出滚筒105b将抛光垫102输送到抛光台101上，并用抛光液润湿抛光垫102表面；将晶圆103吸附固定在抛光头104上，并使其表面与抛光垫102的磨料层相接触；启动动カ驱动，抛光台101在轴承100的旋转带动下旋转，晶圆103也在旋转的抛光头104带动下旋转，其与抛光垫102作相对运动，使得晶圆103表面不断与抛光垫102表面的磨料层摩擦而被研磨。由于在抛光过程中，只有固结在抛光垫102的磨料层的突出部位(磨料块)才与晶圆103表面的相接触部位发生作用，相对于传统的游离磨料抛光法，由于接触区域的减小，微小接触区域产生局部较大的压力，抛光速率有较大程度的提高；还能够获得很好的抛光效果以及扩大过抛的エ艺窗ロ，大大减少晶圆抛光时产生的凹陷(Dishing)和过抛(Erosion)，提闻了广品的良率；另外，抛光速率对于晶圆表面形貌有很闻的选择性，因而，只需较少的去除量，即可达到平坦化的目的，降低了生产成本。随着半导体制造エ艺的不断发展，集成电路中的半导体器件的特征尺寸(⑶,Critical Dimension)越来越小，固结磨料抛光法已显得越来越重要。快闪存储器元件由于具有可多次进行资料的存入、读取、抹除等动作，且存入的资料在断电后也不会消失的优点。因此，已成为个人电脑和电子设备所广泛采用的ー种非易失性存储器元件。典型的快闪存储器元件是以掺杂多晶硅制作浮栅(Floating Gate)与控制栅(Control Gate)，浮栅用于存储数据；控制栅与字线相连，用于控制浮柵。图2至图7是现有技术中浮栅的形成方法的剖面结构示意图。參阅图2和图3，执行步骤(I)，包括提供半导体衬底200，在所述衬底200上的有源区(AA,Active Area)形成牺牲氧化层201和覆盖所述牺牲氧化层201的氮化娃层202,在所述衬底200上的无源区形成浅槽隔离结构203，形成填满所述浅槽隔离结构203并覆盖所述氮化硅层202的氧化层204。參阅图3和图4，执行步骤(2)，对所述氧化层204抛光直至暴露出所述氮化硅层202。
结合图4和图5，执行步骤(3)，刻蚀去除所述氮化硅层202和牺牲氧化层201后形成开ロ 205。结合图5和图6，执行步骤(4)，在所述开ロ 205中先后形成栅介质层206以及覆盖所述栅介质层206的多晶硅层207。所述栅介质层206 —般为栅氧化层。结合图6和图7，执行步骤(5)，对所述多晶硅层207进行抛光操作且停止于所述氧化层204，形成浮栅208。上述对所述氧化层204抛光直至暴露出所述氮化硅层202的步骤(2)，由于传统的游离磨料抛光法难以取得较好的晶圆表面平坦度以及均匀度，因此目前通常采用固结磨料抛光法进行抛光操作。现有技术中，虽然以固结磨料抛光法进行步骤(2)时能够取得很好的抛光效果(表面平坦度以及均匀度)，但是，当执行步骤(5)，即对所述多晶硅层207进行抛光操作且停止于所述氧化层204，形成浮栅208的时候，由于对多晶硅的抛光去除率较 低，而对氧化层的抛光去除率很高，所以固结磨料抛光法并不适用于抛光多晶硅层且停止于氧化层的情况，此时只能以传统的游离磨料抛光法进行抛光操作，但位于有源区(尤其是尺寸较大的有源区)的多晶硅层会产生明显的凹陷问题，抛光效果较差。參阅图9，区域210示出了大尺寸的有源区的多晶硅层产生凹陷后形成的浮栅208a，严重影响了产品的良率和可靠性。相关技术还可參考专利号为US20020049027的美国专利，但是该专利对于解决上述问题并未涉及。
发明内容
本发明要解决的问题是现有技术中对多晶硅层进行抛光且停止于氧化层时产生的多晶硅层的凹陷，然而固结磨料抛光法不能适用的问题。为解决上述问题，本发明提供一种抛光方法，包括提供半导体衬底，所述衬底上形成有氧化层和覆盖所述氧化层的多晶硅层，在固结磨料抛光垫上对所述多晶硅层进行抛光操作，停止于所述氧化层，所述抛光操作采用的抛光液的PH值为2. 2 6. 0，所述抛光液中具有阳离子表面活性剂或两性离子表面活性剂。可选的，所述两性离子表面活性剂为脯氨酸。可选的，所述固结磨料抛光垫上的磨料为ニ氧化铈。可选的，抛光时的压强为O. 5 3. O磅/平方英寸(Psi, Pounds per squareinch)，抛光台的转速为10 40转/分钟。可选的，抛光时所采用的终点检测方式为电机电流终点检测或光学终点检测。为解决上述问题，本发明还提供了一种浮栅的形成方法，包括提供半导体衬底，在所述衬底上的有源区形成牺牲氧化层和覆盖所述牺牲氧化层的氮化硅层，在所述衬底上的无源区形成浅槽隔离结构，形成填满所述浅槽隔离结构并覆盖所述氮化硅层的氧化层；对所述氧化层抛光直至暴露出所述氮化硅层；去除所述氮化硅层和牺牲氧化层后形成开ロ ；在所述开口中先后形成栅介质层以及覆盖所述栅介质层的多晶硅层；在固结磨料抛光垫上对所述多晶硅层进行抛光操作且停止于所述氧化层以形成浮栅，所述抛光操作采用的抛光液的PH值为2. 2 6. O，所述抛光液中具有阳离子表面活性剂或两性离子表面活性剤。可选的，所述两性离子表面活性剂为脯氨酸。可选的，所述固结磨料抛光垫上的磨料为ニ氧化铈。可选的，对所述多晶硅层进行抛光操作时的压强为O. 5 3. O磅/平方英寸，抛光台的转速为10 40转/分钟。可选的，所述对所述氧化层抛光直至暴露出所述氮化硅层是在固结磨料抛光垫或非固结磨料抛光垫上进行的。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点在固结磨料抛光垫上进行对多晶硅层抛光且停止于氧化层的抛光操作时，通过设置合适的抛光环境，即在抛光液中加入阳离子表面活性剂或两性离子表面活性剂且所述抛光液的PH值为2. 2 6. 0，从而使进行抛光多晶硅层且停止于氧化层的抛光操作时具有适宜的去除选择性，由此实现以固结磨料抛光法抛光多晶硅层且停止于氧化层的抛光操作，改善了产生的多晶硅层的凹陷问题，能取得较好的抛光效果。通过将所述抛光方法应用于浮栅的形成过程中对所述多晶硅层抛光且停止于氧化层的抛光操作，提高了产品的良率和可靠性。
图I是现有固结磨料抛光法的抛光装置示意图；图2至图7是现有技术中浮栅的形成方法的剖面结构示意图；图8至图9是浮栅的形成过程中抛光多晶硅层产生凹陷的剖面结构示意图；图10是不同尺寸有源区的多晶硅层的凹陷量变化示意图；图11是氮化硅层、氧化层、多晶硅层、ニ氧化铈颗粒在PH = 10的介质中的离子吸附^^意图；图12是氧化层、多晶硅层、ニ氧化铈颗粒在PH = 2. 2 6. O的介质中的离子吸附示意图；图13是本发明实施例提供的浮栅的形成方法流程示意图。
具体实施例方式现有技术中对多晶硅层抛光且停止于氧化层的抛光操作时所述多晶硅层产生了明显的多晶硅层的凹陷问题，其抛光效果较差，然而固结磨料抛光法却并不能适用。本技术方案通过在固结磨料抛光垫上进行对多晶硅层抛光且停止于氧化层的抛光操作时设置合适的抛光环境，由此实现了以固结磨料抛光法抛光多晶硅层且停止于氧化层的抛光操作，改善了多晶硅层的凹陷问题。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式
的限制。
图8至图9是浮栅的形成过程中抛光多晶硅层产生凹陷的剖面结构示意图。在理想的情况下，如图7所示，对所述多晶硅层207进行抛光操作且停止于所述氧化层204，形成浮栅208，晶圆表面应具有很好的平坦度以及均匀度。但在实际情况中，对所述多晶硅层207进行抛光操作后产生的最主要的问题是在不同尺寸有源区的多晶硅层产生了不同程度的凹陷，由此导致在不同尺寸有源区上的多晶硅层的厚度不同，从而使形成的浮栅的高度有所差別，这样会影响产品的良率和可靠性。产生上述问题的主要原因在于在沉积形成多晶硅层207的时候，在不同尺寸的有源区产生了明显的沉积差，參阅图8，在尺寸较大的有源区沉积的多晶硅层的厚度较小，而在尺寸较小的有源区沉积的多晶硅层的厚度较大，由此在不同尺寸的有源区产生了明显的沉积差，如区域209所示。在后续步骤中抛光多晶硅层时，这会使多晶硅层厚度较小的区域因过抛而产生严重的凹陷。由于形成的有源区一般具有多种尺寸，而位于大尺寸有源区的多晶硅层产生的凹陷更为严重(甚至可能导致后续需形成的浮栅的缺失)。图10是不同尺寸有源区的多晶硅层的凹陷量变化示意图，如图10所示，随着有源区的尺寸不断增大，位于有源区的多晶硅层产生的凹陷量也大幅上升，例如，当100X70(単位微米)的有源区，位于其的多晶硅层的凹陷量达到500埃以上。 对于晶圆表面形貌差异大的抛光操作，通常采用固结磨料抛光法进行抛光能获得较佳的抛光效果。例如，以固结磨料抛光法进行抛光氧化层且停止于氮化硅层时能够取得很好的表面平坦度以及均匀度。但是，在抛光多晶硅层且停止于氧化层以形成浮栅的时候，由于对多晶硅的抛光去除率较低，而对氧化层的抛光去除率很高，所以固结磨料抛光法并不适用于抛光多晶硅层且停止于氧化层的情况，此时只能以传统的游离磨料抛光法进行抛光操作，但这也使位于有源区的多晶硅层产生了不同程度的凹陷问题，抛光效果较差。參阅图9，区域210示出了大尺寸的有源区的多晶硅层产生凹陷后形成的浮栅208a，其高度大大低于在小尺寸的有源区形成的浮栅208b，严重影响了产品的良率和可靠性。发明人考虑是否可以通过改变抛光エ艺的环境或条件来解决或改善上述问题，因此本发明实施方式提供了一种抛光方法，包括提供半导体衬底，所述衬底上形成有氧化层和覆盖所述氧化层的多晶硅层，在固结磨料抛光垫上对所述多晶硅层进行抛光操作，停止于所述氧化层；所述抛光操作采用的抛光液的PH值为2. 2 6. 0，所述抛光液中具有阳离子表面活性剂或两性离子表面活性剤。具体实施以浮栅的形成过程作为应用示例，区别于现有技术的是，可以參阅图6和图7，在对多晶硅层207进行抛光操作且停止于氧化层204的步骤时，将晶圆置于固结磨料抛光垫上，加入抛光液后进行抛光操作，所述抛光液的PH值为2. 2 6. O (可通过滴定以设定PH值)，并且抛光液中具有阳离子表面活性剂或两性离子表面活性剤。本实施例中，采用了脯氨酸作为所述两性离子活性剤，所述固结磨料抛光垫上的磨料为ニ氧化铈(CeO2)。在抛光操作过程中，抛光头对晶圆施加的压强为O. 5 3. O磅/平方英寸，抛光台的转速设定为10 40转/分钟，在抛光时所采用的終点检测方式为电机电流终点检测或光学終点检测。此外，本实施例中，对氧化层抛光直至暴露出氮化硅层的步骤也是在固结磨料抛光垫上进行的，当然，在其他实施例中，对所述氧化层抛光直至暴露出所述氮化硅层的步骤也可以在非固结磨料抛光垫上进行，抛光液中的磨料包括ニ氧化铈。
下面对本发明实施方式中采用PH值为2. 2 6. O且具有阳离子表面活性剂或两性离子表面活性剂的抛光液在该步骤中进行抛光操作的原理作详细说明。发明人经过研究发现，在不同的PH值介质(本实施例中为具有脯氨酸的抛光液)中，对氮化硅、ニ氧化硅、多晶硅进行抛光的去除率的变化有较大的差异。当抛光液的PH值为10时，对ニ氧化硅的去除率约为960埃/分钟，而对氮化硅的去除率约为20埃/分钟，对多晶硅的去除率约为28埃/分钟。现有技术中，通常在固结磨料抛光垫上进行抛光操作时所使用的抛光液的PH值为10 10. 3，在这样的PH值范围内，抛光时对ニ氧化硅的去除率要远远大于对氮化硅和多晶硅的去除率，由此表明，去除率对于ニ氧化硅和氮化硅具有较大的选择性，基于此，固结磨料抛光法在该抛光环境(抛光液的PH值为10 10. 3)下用于抛光氧化层且停止于氮化硅层能取得不错的抛光效果，例如在浅槽隔离(STI，ShallowTrench Isolation)エ艺中目前一般较多使用固结磨料抛光垫进行抛光操作。但是，当PH值为10 10. 3时，由于对ニ氧化硅的抛光去除率很高，而对多晶硅的去除率很小，虽然对这两种材料的去除选择性较好，但是这仅适于抛光氧化层且停止于多晶硅层的情况，而当抛光多晶硅层且停止于氧化层时则并不适宜。然而，当PH值为2. 2 6. O时，对多晶硅的去除率可以增大至500 4000埃/分钟，而对氧化层的去除率则小于50埃/分钟，此时则非常适于以固结磨料抛光法抛光多晶硅层且停止于氧化层。下面对在不同PH值介质中氮化硅、ニ氧化硅、多晶硅的去除率变化的原理进行分析。首先对等电点的概念作简单介绍，所谓的等电点(IEP, IsoElectric Point)是ー个分子或者表面不带电荷时的PH值。被称为两性离子的两性分子同时含有带正电荷和负电荷的官能团，整个分子的总电荷则由其周围环境的PH值决定，根据PH值的不同整个分子可能带正电荷，也可能带负电荷，其原因是因为这样的分子在不同的PH值环境中可能会吸收或者丧失质子(H+)。在PH值等于等电点时，这样的分子所帯的正电荷和负电荷互相抵消，使得整个分子不带电。表面也会自然地带电荷形成固定层。一般假如决定表面电荷的离子是HVor的话，那么表面浸入的液体的PH值也会决定表面的总电荷。在这里，等电点也是表面总电荷为零时的PH值。综上所述，两性离子所带电荷因溶液的PH值不同而改变，当两性离子正负电荷数值相等时，溶液的PH值即为其等电点；当溶液的PH值大于等电点时，离子将带负电荷；当溶液PH值小于等电点时，离子将带正电荷。表I :不同材料的等电点以及在不同PH值下电势变化表
权利要求
1.一种抛光方法，包括提供半导体衬底，所述衬底上形成有氧化层和覆盖所述氧化层的多晶硅层，在固结磨料抛光垫上对所述多晶硅层进行抛光操作，停止于所述氧化层，其特征在于， 所述抛光操作采用的抛光液的PH值为2. 2 6. O，所述抛光液中具有阳离子表面活性剂或两性离子表面活性剂。
2.根据权利要求I所述的抛光方法，其特征在于，所述两性离子表面活性剂为脯氨酸。
3.根据权利要求I所述的抛光方法，其特征在于，所述固结磨料抛光垫上的磨料为二氧化铺。
4.根据权利要求I所述的抛光方法，其特征在于，抛光时的压强为0.5 3. O磅/平方英寸，抛光台的转速为10 40转/分钟。
5.根据权利要求I所述的抛光方法，其特征在于，抛光时所采用的终点检测方式为电机电流终点检测或光学终点检测。
6.一种浮栅的形成方法，其特征在于，包括 提供半导体衬底，在所述衬底上的有源区形成牺牲氧化层和覆盖所述牺牲氧化层的氮化硅层，在所述衬底上的无源区形成浅槽隔离结构，形成填满所述浅槽隔离结构并覆盖所述氮化硅层的氧化层； 对所述氧化层抛光直至暴露出所述氮化硅层； 去除所述氮化硅层和牺牲氧化层后形成开口； 在所述开口中先后形成栅介质层以及覆盖所述栅介质层的多晶硅层； 在固结磨料抛光垫上对所述多晶硅层进行抛光操作且停止于所述氧化层以形成浮栅，所述抛光操作采用的抛光液的PH值为2. 2 6. 0，所述抛光液中具有阳离子表面活性剂或两性离子表面活性剂。
7.根据权利要求6所述的浮栅的形成方法，其特征在于，所述两性离子表面活性剂为脯氨酸。
8.根据权利要求6所述的浮栅的形成方法，其特征在于，所述固结磨料抛光垫上的磨料为二氧化铈。
9.根据权利要求6所述的浮栅的形成方法，其特征在于，对所述多晶硅层进行抛光操作时的压强为0. 5 3. 0磅/平方英寸，抛光台的转速为10 40转/分钟。
10.根据权利要求6所述的浮栅的形成方法，其特征在于，所述对所述氧化层抛光直至暴露出所述氮化硅层是在固结磨料抛光垫或非固结磨料抛光垫上进行的。
全文摘要
一种抛光方法和浮栅的形成方法，所述浮栅的形成方法包括提供半导体衬底，在所述衬底上的有源区形成牺牲氧化层和覆盖所述牺牲氧化层的氮化硅层，在所述衬底上的无源区形成浅槽隔离结构，形成填满所述浅槽隔离结构并覆盖所述氮化硅层的氧化层；对所述氧化层抛光直至暴露出所述氮化硅层；去除所述氮化硅层和牺牲氧化层后形成开口；在所述开口中先后形成栅介质层以及覆盖其上的多晶硅层；在固结磨料抛光垫上抛光所述多晶硅层且停止于所述氧化层形成浮栅，抛光液中具有阳离子表面活性剂或两性离子表面活性剂，所述抛光液的PH值为2.2～6.0。所述抛光方法能实现固结磨料抛光法抛光多晶硅层且停止于氧化层，取得较好的抛光效果。
文档编号B24B29/00GK102744668SQ201110100318
公开日2012年10月24日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者张明华, 蒋莉, 黎铭琦 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司