专利名称：降低浅沟绝缘化学机械抛光工艺造成的晶片伤害的方法
技术领域：
本发明涉及半导体工艺领域，尤其涉及一种能够降低浅沟绝缘化学机械抛光工艺造成的晶片伤害的半导体工艺方法，由此提升良率。
背景技术：
如本领域技术人员所熟知，半导体集成电路是制作在如单晶硅晶片等半导体晶片的表面上，而在晶片表面上通常由分割区隔成不同的晶方区域，在各晶方区域内以半导体工艺例如光刻及蚀刻技术等形成元件以及电路之后，再经由测试、切割以及封装后构成单一晶片。在半导体工艺中，例如热氧化工艺或清洗工艺等，有时可以同时处理多片晶片，又称为批次晶片处理，而在某些工艺步骤中，例如光学光刻工艺或等离子体蚀刻工艺，则是以单片晶片进行的。
为确保晶片的品质以及辨识上的方便，通常在每一片晶片上都会提供有晶片激光刻号(laser marking)，可包含晶片的批次编号以及晶片身份辨识号码等肉眼可见的信息，其通常是以激光方式烧结在晶片的正面，也就是集成电路形成的相同面。
请参阅图1以及图2，其中图1绘示的是现有晶片10的上视图，特别显示包括激光刻号区域12、集成电路晶方区域22、晶边曝光区域(wafer edgeexposure，WEE)以及晶边清洗区域(edge bead removal，EBR)；图2绘示的是靠近图1中激光刻号区域12附近的晶片10的放大示意图。如图1以及图2所示，晶片10通常有V字型切口14，而激光刻号区域12通常位于V字型切口14附近位置，且设在晶片10的正面。激光刻号区域12与围绕在集成电路晶方区域22周围的切割道24相邻接，且激光刻号区域12与切割道24的界面通常距离晶片的边缘40大约6.5毫米左右。激光刻号区域12设于晶片边缘的用意在于避免影响到集成电路晶方区域22内的集成电路的制作。
在图2中，以环形界线30表示前述的晶边清洗区域，其通常为距离晶片的边缘40大约1.5毫米左右，而以环形界线20表示前述的晶边曝光区域，其通常为距离晶片的边缘40大约2.5毫米左右。如本领域技术人员所知，在环形界线30与晶片边缘40之间的环形区域内的光致抗蚀剂以及抗反射层可以在光刻工艺过程中被清除掉，由此降低工艺污染的可能性。在环形界线20与晶片边缘40之间的环形区域内的光致抗蚀剂，则是在曝光显影后被去除。此外，在激光刻号区域12左右两侧的过剩晶片区域26以及28内则通常不会形成有任何的集成电路图案。
请参阅图3至图7，其绘示的是现有技艺制作浅沟绝缘结构，沿着图2中切线I-I方向所视的剖面示意图。在制作浅沟绝缘结构时，同时也定义出集成电路晶方区域22内的有源区域，因此所使用的光致抗蚀剂又称为有源区域(AA)光致抗蚀剂。如图3所示，在激光刻号区域12内的半导体衬底100中形成有纪录晶片批次编号及晶片身份辨识号码的晶片激光刻号50。首先，在半导体衬底100的表面上形成垫氧化层62。接着，在垫氧化层62上沉积垫氮化硅层64。
如图4所示，接着进行光刻工艺，于垫氮化硅层64上形成AA光致抗蚀剂图案70，其包含开口72，暴露出集成电路晶方区域22内待蚀刻至半导体衬底100中的浅沟绝缘区域，以及开口74，暴露出全部的激光刻号区域12。通常，激光刻号区域12与前述的晶边曝光区域同时在显影后被打开。
如图5所示，利用AA光致抗蚀剂图案70作为蚀刻硬掩模，进行干蚀刻工艺，蚀刻经由AA光致抗蚀剂图案70的开口72以及74所暴露出来的垫氮化硅层64、垫氧化层62以及半导体衬底100，以于集成电路晶方区域22内形成STI浅沟82，同时，于激光刻号区域12形成大面积的凹陷区域84。接下来，将剩下的AA光致抗蚀剂图案70去除。如图6所示，随后再将沟渠填充材料88，例如化学气相沉积硅氧层(CVD oxide)，沉积于半导体衬底100的表面上，并且填满STI浅沟82以及凹陷区域84。
如图7所示，接着利用垫氮化硅层64作为抛光停止层，进行化学机械抛光(CMP)工艺，藉以抛光掉在STI浅沟外的多余沟渠填充材料88。进行上述STI化学机械抛光过程中，必须将垫氮化硅层64上的沟渠填充材料88完全去除掉，否则容易造成后续进行垫氮化硅层64剥除步骤时，无法完全剥除垫氮化硅层64，而在晶片表面产生不必要的残留物。
为了确保垫氮化硅层64上的沟渠填充材料88可以完全被去除掉，现有技艺STI化学机械抛光过程中通常会使用化学机械抛光或等离子体蚀刻(plasma etch)实施过抛光(over-polish)或蚀刻步骤。然而，过抛光的结果却造成在晶片表面上如垫氮化硅层的过度消耗、浅沟内绝缘层损失以及晶片伤害等等缺陷，如标号92所指位置。在实际的晶片制造过程中，特别是在如图2中所标示的虚线区域90内，常会发现有严重的晶片伤害，有待于进一步的改善。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种改良的半导体集成电路的制作方法，以解决上述现有技艺的问题。
本发明的另一目的在于提供一种能够降低浅沟绝缘化学机械抛光工艺造成的晶片伤害的半导体工艺方法，藉此提升良率。
本发明的另一目的在于提供一种半导体集成电路的工艺中增加浅沟绝缘化学机械抛光工艺余裕度的方法。
为达到本发明的上述目的，本发明优选实施例提供一种降低浅沟绝缘化学机械抛光工艺造成的晶片伤害的方法，包括提供一晶片，其包含多个集成电路晶方区域、围绕各该集成电路晶方区域周围的切割道以及一提供有晶片批次编号以及晶片身份辨识号码的晶片激光刻号的激光刻号区域，其中该激光刻号区域是设于该晶片的边缘并与该切割道相邻接；于该晶片上形成一垫氧化层；于该垫氧化层上形成一垫氮化硅层；于该垫氮化硅层上形成一有源区域光致抗蚀剂图案，其中该有源区域光致抗蚀剂图案具有暴露出该集成电路晶方区域内待蚀刻至该晶片的衬底以形成绝缘浅沟的一沟渠开口，以及仅暴露出该激光刻号区域内的一过渡区域的一虚设开口；利用该有源区域光致抗蚀剂图案作为一蚀刻硬掩模，进行一干蚀刻工艺，蚀刻经由该有源区域光致抗蚀剂图案的该沟渠开口以及该虚设开口所暴露出来的该垫氮化硅层、该垫氧化层以及该衬底，以于该集成电路晶方区域内形成一绝缘浅沟，同时，于该激光刻号区域的该过渡区域内形成一虚设浅沟；去除该有源区域光致抗蚀剂图案；于该晶片表面沉积一沟渠填充材料，并填满该绝缘浅沟以及该虚设浅沟；在进行化学机械抛光工艺前，于该沟渠填充材料上利用游标对准键(align accuracy vernier)上的硅氧层去除步骤或逆掩模蚀刻法(reverse mask etch)所形成的光致抗蚀剂硬掩模，使其具有一开口，暴露出该激光刻号区域；经由该掩模的该开口，蚀刻该沟渠填充材料，藉此降低该沟渠填充材料在该晶片激光刻号上方的厚度；去除该逆掩模；以及利用该垫氮化硅层作为一抛光停止层，进行一化学机械抛光工艺，抛光该沟渠填充材料。
为了使本领域技术人员能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。然而附图仅供参考与辅助说明用，并非用来对本发明加以限制。
图1绘示的是现有晶片的上视图，特别显示包括激光刻号区域、集成电路晶方区域、晶边曝光区域以及晶边清洗区域；图2绘示的是激光刻号区域附近的晶片的放大示意图；图3至图7绘示的是现有技艺制作浅沟绝缘结构的剖面示意图；图8绘示的是本发明优选实施例晶片的激光刻号区域附近的上视图，显示集成电路晶方区域、晶边曝光区域以及晶边清洗区域；图9至图14绘示的是本发明优选实施例制作浅沟绝缘结构，沿着图8中切线II-II方向所视的剖面示意图。
主要元件符号说明10 晶片12 激光刻号区域14 V字型切口 20 环形界线22 集成电路晶方区域24 切割道26 过剩晶片区域28 过剩晶片区域30 环形界线40 晶片边缘50 晶片激光刻号62 垫氧化层64 垫氮化硅层 70 有源区域光致抗蚀剂层72 开口74、74a 开口82 STI浅沟 84 陷区域84a 虚设浅沟88 沟渠填充材料90 虚线区域92 缺陷100 半导体衬底 112 过渡区域220 掩模222 开口
具体实施例方式
请参阅图8，其绘示的是本发明优选实施例晶片10的激光刻号区域12附近的上视图，其中显示包括集成电路晶方区域22、晶边曝光区域(waferedge exposure，WEE)以及晶边清洗区域(edge bead removal，EBR)。如图8所示，晶片10具有V字型切口14，而激光刻号区域12通常位于V字型切口14附近位置，且设在晶片10的正面。在激光刻号区域12内则提供有包含晶片的批次编号以及晶片身份辨识号码的晶片激光刻号50。激光刻号区域12与围绕在集成电路晶方区域22周围的切割道24相邻接，且激光刻号区域12与切割道24的界面通常距离晶片的边缘40大约6.5毫米左右。激光刻号区域12设于晶片边缘的用意在于避免影响到集成电路晶方区域22内的集成电路的制作。此外，本发明在晶片激光刻号50与集成电路晶方区域22之间的激光刻号区域12内定义有过渡区域112。
在图8中，同样以环形界线30表示晶边清洗区域，其通常为距离晶片的边缘40大约1.5毫米左右，而以环形界线20表示晶边曝光区域，其通常为距离晶片的边缘40大约2.5毫米左右。如本领域技术人员所知，在环形界线30与晶片边缘40之间的环形区域内的光致抗蚀剂以及抗反射层可以在光刻工艺过程中被清除掉，藉此降低工艺污染的可能性。在环形界线20与晶片边缘40之间的环形区域内的光致抗蚀剂，则是在曝光显影后被去除。此外，在现有技艺中，激光刻号区域12左右两侧的过剩晶片区域26以及28内则通常不会形成有任何的集成电路图案。
请参阅图9至图14，其绘示的是本发明优选实施例制作浅沟绝缘结构，沿着图8中切线II-II方向所视的剖面示意图。在制作浅沟绝缘结构时，同时也定义出集成电路晶方区域22内的有源区域，因此所使用的光致抗蚀剂又称为有源区域(AA)光致抗蚀剂。如图9所示，在激光刻号区域12内的半导体衬底100中形成有纪录晶片批次编号及晶片身份辨识号码的晶片激光刻号50。首先，在半导体衬底100的表面上形成垫氧化层62。接着，在垫氧化层62上沉积垫氮化硅层64。
如图9所示，接着进行光刻工艺，于垫氮化硅层64上形成AA光致抗蚀剂图案70。形成AA光致抗蚀剂图案70的步骤首先是在晶片10表面上旋涂光致抗蚀剂液，在旋涂光致抗蚀剂液之前可先形成抗反射层，以提升光刻工艺的解析度。由于以旋涂方式形成光致抗蚀剂层容易在晶边累积较多的光致抗蚀剂，其可能剥落而产生微粒污染问题，因此，在晶边位置上的光致抗蚀剂，亦即在前述的晶边清洗区域以及晶边曝光区域内的光致抗蚀剂层，会被进一步地去除(以化学清洗或曝光方式)。随后，晶片被送至曝光机台，进行曝光以及图案转移。最后，根据光致抗蚀剂的型态(例如正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂)，被曝光的区域或者未被曝光的区域接着被去除，完成显影步骤。通常，在完成显影工艺之后，晶片会经过检查以确认是否有缺陷发生。这些缺陷可能是光致抗蚀剂或抗反射层涂布的缺陷、曝光或对不准问题或者显影过程中由于污染或处理不当所产生的缺陷。
AA光致抗蚀剂图案70包含开口72，暴露出集成电路晶方区域22内待蚀刻至半导体衬底100中的浅沟绝缘区域，以及开口74a，其仅仅暴露出部分的过渡区域112。根据本发明的优选实施例，激光刻号区域12内除了过渡区域112之外，激光刻号区域12的其它区域并不会与前述的晶边曝光区域同时在显影后被打开。
如图10所示，利用AA光致抗蚀剂图案70作为蚀刻硬掩模，进行干蚀刻工艺，蚀刻经由AA光致抗蚀剂图案70的开口72以及74a所暴露出来的垫氮化硅层64、垫氧化层62以及半导体衬底100，以于集成电路晶方区域22内形成STI浅沟82，同时，于激光刻号区域12的过渡区域112内形成虚设浅沟84a。接下来，将剩下的AA光致抗蚀剂图案70去除。
如图11所示，随后，再将沟渠填充材料88，例如化学气相沉积硅氧层(CVD oxide)，沉积于半导体衬底100的表面上，并且填满STI浅沟82以及虚设浅沟84a。此时，由于激光刻号区域12的大部分区域并未被打开，在激光刻号区域12正上方的沟渠填充材料88的表面会比在集成电路晶方区域22上方的沟渠填充材料88的表面来得高，而在激光刻号区域12的过渡区域112附近形成高度落差。
如图12所示，接着在沟渠填充材料88的表面上形成一掩模220，其具有仅暴露出除了过渡区域112以外的激光刻号区域12的开口222。随后，利用化学机械抛光前所形成的掩模220作为蚀刻硬掩模，进行干蚀刻工艺，经由掩模220的开口222向下蚀刻沟渠填充材料88。这个步骤可以确保在后续的化学机械抛光工艺中，在激光刻号区域12正上方的沟渠填充材料88可以完全从垫氮化硅层64的表面上被去除掉，而不需要进行过度的过抛光或蚀刻步骤。接着，将掩模220去除。
如图13所示，接着利用垫氮化硅层64作为抛光停止层，进行化学机械抛光(CMP)工艺，藉以抛光掉在STI浅沟外的多余沟渠填充材料88。如前所述，进行上述STI化学机械抛光过程中，必须将垫氮化硅层64上的沟渠填充材料88完全去除掉，否则容易造成后续进行垫氮化硅层64剥除步骤时，无法完全剥除垫氮化硅层64，而在晶片表面产生不必要的残留物。为了确保垫氮化硅层64上的沟渠填充材料88可以完全被去除掉，通常会实施过抛光步骤。此时，由于激光刻号区域12的大部分区域(除了过渡区域112以外)被垫氮化硅层64覆盖住，因此，进行化学机械抛光之后不会在靠近激光刻号区域12的集成电路晶方区域22内发生晶片伤害现象。
如图14所示，接下来的步骤就是将剩余的垫氮化硅层64以及垫氧化层62从晶片表面去除。本发明的主要特征在于在以光致抗蚀剂定义浅沟绝缘区域的时候，仅仅打开部分的激光刻号区域12(过渡区域112)，然后将与集成电路晶方区域22部分相同的电路图案(STI沟渠图案)曝于激光刻号区域12的过渡区域112内，其中过渡区域112内的电路图案或STI沟渠图案并不与晶片激光刻号50重叠。
根据本发明的另一优选实施例，如图8所示，在通常不会形成有任何的集成电路图案的激光刻号区域12左右两侧的过剩晶片区域26以及28内则可以形成与集成电路晶方区域22部分相同的电路图案(STI沟渠图案)。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种降低浅沟绝缘化学机械抛光工艺造成的晶片伤害的方法，包括以下步骤提供一晶片，其包括多个集成电路晶方区域、围绕各该集成电路晶方区域周围的切割道以及一提供有晶片批次编号以及晶片身份辨识号码的晶片激光刻号的激光刻号区域，其中该激光刻号区域设于该晶片的边缘并与该切割道相邻；于该晶片上形成一垫氧化层；于该垫氧化层上形成一垫氮化硅层；于该垫氮化硅层上形成一有源区域光致抗蚀剂图案，其中该有源区域光致抗蚀剂图案具有暴露出该集成电路晶方区域内待蚀刻至该晶片的衬底以形成绝缘浅沟的一沟渠开口，以及仅暴露出该激光刻号区域内的一过渡区域的一虚设开口；利用该有源区域光致抗蚀剂图案作为一蚀刻硬掩模，进行一干蚀刻工艺，蚀刻经由该有源区域光致抗蚀剂图案的该沟渠开口以及该虚设开口所暴露出来的该垫氮化硅层、该垫氧化层以及该衬底，以于该集成电路晶方区域内形成一绝缘浅沟，同时，于该激光刻号区域的该过渡区域内形成一虚设浅沟；去除该有源区域光致抗蚀剂图案；于该晶片表面沉积一沟渠填充材料，并填满该绝缘浅沟以及该虚设浅沟；于该沟渠填充材料上形成一掩模，其具有一开口，暴露出除了该过渡区域以外的该激光刻号区域；经由该掩模的该开口蚀刻该沟渠填充材料，藉此降低该沟渠填充材料在该晶片激光刻号上方的厚度；去除该掩模；以及利用该垫氮化硅层作为一抛光停止层，进行一化学机械抛光工艺，抛光该沟渠填充材料。
2.如权利要求1所述的降低浅沟绝缘化学机械抛光工艺造成的晶片伤害的方法，其中该过渡区域是介于该晶片激光刻号与该集成电路晶方区域之间。
3.如权利要求1所述的降低浅沟绝缘化学机械抛光工艺造成的晶片伤害的方法，其中该激光刻号区域与该切割道之间具有一界面，且该界面距离该晶片的边缘大约6.5毫米左右。
4.如权利要求1所述的降低浅沟绝缘化学机械抛光工艺造成的晶片伤害的方法，其中该沟渠填充材料为化学气相沉积硅氧层。
5.一种降低浅沟绝缘化学机械抛光工艺造成的晶片伤害的方法，包括以下步骤提供一晶片，其包括至少一集成电路晶方区域、围绕该集成电路晶方区域周围的切割道以及一提供有晶片批次编号以及晶片身份辨识号码的晶片激光刻号的激光刻号区域，其中该激光刻号区域设于该晶片的边缘并与该切割道相邻；于该晶片上形成一衬垫层；于该衬垫层上形成一有源区域光致抗蚀剂图案，其中该有源区域光致抗蚀剂图案具有暴露出该集成电路晶方区域内待蚀刻至该晶片的衬底以形成绝缘浅沟的一沟渠开口，以及仅暴露出该激光刻号区域内的一过渡区域的一虚设开口；利用该有源区域光致抗蚀剂图案作为一蚀刻硬掩模，进行一干蚀刻工艺，蚀刻经由该有源区域光致抗蚀剂图案的该沟渠开口以及该虚设开口所暴露出来的该衬垫层以及该衬底，以于该集成电路晶方区域内形成一绝缘浅沟，同时，于该激光刻号区域的该过渡区域内形成一虚设浅沟；去除该有源区域光致抗蚀剂图案；于该晶片表面沉积一沟渠填充材料，并填满该绝缘浅沟以及该虚设浅沟；利用该衬垫层作为一抛光停止层，进行一化学机械抛光工艺，抛光该沟渠填充材料；以及去除该衬垫层。
6.如权利要求5所述的降低浅沟绝缘化学机械抛光工艺造成的晶片伤害的方法，其中该过渡区域是介于该晶片激光刻号与该集成电路晶方区域之间。
7.如权利要求5所述的降低浅沟绝缘化学机械抛光工艺造成的晶片伤害的方法，其中该衬垫层包含一垫氧化层以及一垫氮化硅层。
8.如权利要求5所述的降低浅沟绝缘化学机械抛光工艺造成的晶片伤害的方法，其中该沟渠填充材料为化学气相沉积硅氧层。
全文摘要
本发明提供一种降低浅沟绝缘化学机械抛光工艺所造成的晶片伤害的方法，首先提供一晶片，其包括集成电路晶方区域、围绕集成电路晶方区域周围的切割道及具有晶片激光刻号的激光刻号区域。接着在衬垫层上形成有源区域光致抗蚀剂图案，其具有沟渠开口以及仅暴露出激光刻号区域内的过渡区域的虚设开口，再经由沟渠开口及虚设开口蚀刻衬垫层及衬底，于集成电路晶方区域内形成绝缘浅沟，同时于激光刻号区域的过渡区域内形成虚设浅沟，然后于晶片表面沉积沟渠填充材料，并填满绝缘浅沟以及虚设浅沟，再以衬垫层为抛光停止层，进行沟渠填充材料的化学机械抛光。
文档编号H01L21/3105GK1905153SQ200510087988
公开日2007年1月31日 申请日期2005年7月28日 优先权日2005年7月28日
发明者张幼弟 申请人:联华电子股份有限公司