专利名称：介电层平坦化的方法
技术领域：
本发明是有关于一种半导体器件平坦化的方法，且特别是有关于一种介电层平坦化的方法。
在化学机械研磨制作工艺上，通常以研磨液(slurry)来称呼所使用的化学助剂。化学机械研磨法所使用的研磨液，主要是由呈胶体状(colloidal)的氧化硅(silica)，或呈分散状(dispersed)的氧化铝(alumina)，和碱性的的氢氧化钾或氢氧化铵等溶液混合而成。基本上，就是利用这些硬度极高的研磨粒，来进行芯片表面的研磨。
图1A至图1E是公知一种介电层平坦化的流程剖面示意图。
请参照图1A，在基底100上已形成有数个多晶硅栅极结构102，且于栅极结构102上已形成有氮化硅层104作为保护层。
然后，请参照图1B，于基底100上形成一层高密度电浆氧化层(High Density Plasma Oxide，HDP Oxide)106，以填满栅极结构102之间的空隙，且覆盖氮化硅层104。
然后，请参照图1C，先进行一AOD制作工艺，此制作工艺是以黄光制作工艺的原理去除较大区域栅极结构上的介电层(未绘示)。随后，进行一湿式蚀刻法去除部分介电层106(Oxide dip)的步骤，以裸露出氮化硅层104的角落108，使介电层106分为填满栅极结构102之间空隙的介电层106a，与覆盖氮化硅层104的介电层106b。然后于基底100上沉积一层氮化硅层110。
接着，请参照图1D，进行一化学机械研磨制作工艺，以平坦化氮化硅层110与介电层106b。接着，利用湿式蚀刻去除因化学机械研磨制作工艺使用例如KOH的溶液中所带来的金属离子，以增进器件的可靠度。被施以湿式蚀刻去除的介电层106b厚度例如为100埃。
最后，请参照第1E图，先去除暴露出的介电层106b，再去除氮化硅层110，104。
上述公知的技术内容在平坦化制作工艺之前先进行一AOD制作工艺，然后利用湿式蚀刻去除部分介电层，以裸露出氮化硅层的角落。然后于介电层上再沉积一层氮化硅层，之后才进行CMP制作工艺，因此整个制作工艺显得复杂且耗时。
本发明提出一种介电层平坦化的方法。此方法使用一高选择比研磨剂(High Selectivity Slurry，HSS)，用以平坦化介电层，其中高选择比研磨剂包括含铈土研磨粒(Ceria)的研磨液(Slurry)，其氧化铈(Cerium Oxide，CeO2)研磨粒浓度(Concentration)在5±25％wt％之间，以及浓度在1～10wt％之间具有平坦性选择性的添加剂(Planarity Selective Additive)。
本发明的优点在于利用高选择比研磨剂化学机械研磨法作平坦化制作工艺，可以省略公知方法于平坦化制作工艺中复杂的步骤，例如湿式蚀刻，AOD以及沉积氮化硅层等步骤，使制作工艺简单化，并易于控制，进而降低制造成本。
为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图，作详细说明。
请参照图2A，在基底200上已形成有栅极结构202，且于此栅极结构202上形成有氮化硅保护层204。栅极结构202材质例如是多晶硅。
然后，请参照图2B，在基底200上形成一层介电层206，以填满栅极结构202之间的空隙，且覆盖保护层204。介电层206需具有较佳的阶梯覆盖性(Step Coverage)与沟填能力(Gap Filling)。介电层206例如是高密度电浆氧化层(High Density Plasma Oxide，HDPOxide)或电浆氧化层(Plasma Enhanced Oxide，PE Oxide)或以分解正硅酸乙酯(Tetraethylorthosilicate，TEOS)形成的正硅酸乙酯氧化层(TEOS Oxide)或氮氧化硅层(SiON)。
然后，请参照图2C，以保护层204为研磨终止层，对介电层206进行一化学机械研磨制作工艺，此化学机械研磨制作工艺所使用的研磨剂为一种高选择比研磨剂(High Selectivity Slurry，HSS)，高选择比研磨剂包括含铈土研磨粒(Ceria)的研磨液与具有平坦性选择性的添加剂(Planarity Selective Additive)。
其中研磨液中包括作为媒介(Media)的纯水(Purified water)与氧化铈(CeO2)研磨粒，其氧化铈(CeO2)研磨粒浓度在5±25％wt％之间，较佳浓度为5wt％，以及研磨液在摄氏25度时的pH值为8.3±25％、密度在1.04×103±25％Kg/m3之间、黏度在0.94±25％mPa·S之间，其较佳的pH值为8.3、密度为1.04×103Kg/m3、黏度为0.94mPa·S。
其中添加剂中例如包括作为媒介的纯水与聚羧化合物(Poly-carboxylate)，其聚羧化合物浓度在1～10wt％之间，以及在摄氏25度时的pH值在6～8之间、密度在0.97～1.0×103Kg/m3之间、黏度在0.97～1.0mPa·S之间。
加入添加剂可以改善CeO2研磨粒的平坦性。以聚羧化合物为例，当加入聚羧化合物添加剂的研磨液在进行CMP制作工艺时，由于聚羧化合物与氧化硅(介电层)的ζpotential约为-50mV，而聚羧化合物与氮化硅(保护层)的ζpotential约为0mV，所以氧化硅层上吸附的聚羧化合物会比氮化硅层上吸附的聚羧化合物少。因此，CeO2研磨粒较易于氧化硅层上进行研磨，不易于氮化硅层上进行研磨，故可知添加剂对保护层的吸附力较介电层该大。
由于高选择比研磨剂具有研磨凸出处的研磨速率快与研磨凹陷处的研磨速率慢的特性，因此可以得到如第2C图研磨后的介电层206a。使用高选择比研磨剂化学机械研磨技术可以省略公知方法于平坦化制作工艺中，例如湿式蚀刻法去除部分介电层(Oxide dip)、AOD以及沉积氮化硅(SiN)等复杂的步骤，进而节省制造成本。
另外，在化学机械研磨制作工艺之后，可以加入一利用湿式蚀刻法去除部分该介电层206a(Oxide dip)的步骤，以去除因化学机械研磨制作工艺使用例如KOH的溶液中所带来的金属离子，以增进器件的可靠度。被施以湿式蚀刻去除的介电层206厚度约为100埃。
最后，请参照图2D，去除栅极结构202上的氮化硅保护层204。
本发明的高选择比研磨剂具有研磨凸出处的研磨速率快与研磨凹陷处的研磨速率慢的特性，因此可以省略公知平坦化制作工艺中的湿式蚀刻、AOD以及沉积氮化硅层等步骤，故具有降低成本的优点，且更容易控制制造步骤。
虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定为准。
权利要求
1.一种介电层平坦化的方法，其特征在于包括提供一基底，在该基底上已形成有复数个栅极结构，且于该些栅极结构上已形成有一保护层；在该基底上形成一介电层；对该介电层进行一化学机械研磨制作工艺，该化学机械研磨制作工艺以该保护层为研磨终止层，且其所使用的研磨剂为一高选择比研磨剂，该高选择比研磨剂包括一含铈土研磨粒的研磨液与一添加剂，其中该研磨液包含浓度为5±25wt％的氧化铈研磨粒，且该添加剂包括浓度在1～10wt％之间的聚羧化合物。
2.如权利要求1所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该研磨液在摄氏25度时的pH值为8.3±25％之间。
3.如权利要求1所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该研磨液在摄氏25度时的密度在1.04×103±25％Kg/m3之间。
4.如权利要求1所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该研磨液在摄氏25度时的黏度为0.94±25％mPa·S之间。
5.如权利要求1所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该研磨液的媒介为纯水。
6.如权利要求1所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该添加剂在摄氏25度时的pH值在6～8之间。
7.如权利要求1所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该添加剂在摄氏25度时的密度在0.97～1.0×103Kg/m3之间。
8.如权利要求1所述的介电层平坦化的方法，其特征地于其中该添加剂在摄氏25度时的黏度在0.97～1.0mPa·S之间。
9.如权利要求1所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该添加剂的媒介为纯水。
10.如权利要求1所述的介电层平坦化的方法，其特征在于在该化学机械研磨制作工艺之后还包括以湿式蚀刻法去除部分该介电层的步骤。
11.如权利要求1所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该介电层包括高密度电浆氧化层，电浆氧化层，正硅酸乙酯氧化层与氮氧化硅层其中之一。
12.一种介电层平坦化的方法，其特征在于包括提供一基底，于该基底上已形成有数个栅极结构，且于该些栅极结构上已形成有一保护层；于该基底上形成一介电层，以填满该些栅极结构之间的空隙，且覆盖该保护层；以该保护层为研磨终止层，对该介电层进行一化学机械研磨制作工艺，其中，该化学机械研磨制作工艺所使用的研磨剂为一高选择比研磨剂，该高选择比研磨剂包括一含铈土研磨粒的研磨液与一添加剂，其中该研磨液包含浓度为5±25％wt％的氧化铈研磨粒，且该添加剂对该保护层的吸附力较大于对该介电层之吸附力。
13.如权利要求12所述的介电层平坦化的方法，其特征在于该方法适于平坦化闪存的介电层。
14.如权利要求12所述的介电层平坦化的方法，其特征在于该方法适于平坦化罩幕式内存的介电层。
15.如权利要求12所述的介电层平坦化的方法，其特征在于该方法适于平坦化电性可擦除可编程只读存储器的介电层。
16.如权利要求12所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该研磨液在摄氏25度时的pH值为8.3±25％之间。
17.如权利要求12所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该研磨液在摄氏25度时的密度为1.04×103±25％Kg/m3。
18.如权利要求12所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该研磨液在摄氏25度时的黏度为0.94±25％mPa·S。
19.如权利要求12所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该研磨液的媒介为纯水。
20.如权利要求12所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该介电层包括高密度电浆氧化层，电浆氧化层，正硅酸乙酯氧化层与氮氧化硅层其中之一。
21.如权利要求12所述的介电层平坦化的方法，其特征在于在该化学机械研磨制作工艺之后还包括以湿式蚀刻法去除部分该介电层的步骤。
22.如权利要求12所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该添加剂包含浓度在1～10wt％之间的聚羧化合物。
23.如权利要求22所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该添加剂在摄氏25度时的pH值在6～8之间。
24.如权利要求22所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该添加剂在摄氏25度时的密度在0.97～1.0×103Kg/m3之间。
25.如权利要求22所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该添加剂在摄氏25度时的黏度在0.97～1.0mPa·S之间。
26.如权利要求22所述的介电层平坦化的方法，其特征在于其中该添加剂的媒介为纯水。
全文摘要
一种介电层平坦化的方法。此方法使用一高选择比研磨剂，用以平坦化介电层，其中高选择比研磨剂包括含铈土研磨粒的研磨液，其氧化铈研磨粒浓度在5±25wt％之间，以及浓度在1～10wt％的具有平坦性选择性添加剂。
文档编号H01L21/311GK1452221SQ0211803
公开日2003年10月29日 申请日期2002年4月18日 优先权日2002年4月18日
发明者黄启东 申请人:旺宏电子股份有限公司