半导体器件的形成方法_3

文档序号:9262182阅读:来源:国知局
述第一介质层204的材料为氧化硅。所述致密化沉积工艺的参数包括:所述正娃酸乙酯的流量为400标准毫升/分钟?1000标准毫升/分钟,臭氧的流量为1800标准毫升/分钟?3000标准毫升/分钟,气压为500托?800托,温度为400摄氏度?450摄氏度。此外,所述致密化沉积工艺的射频功率为400瓦?2000瓦。
[0050]所述致密化沉积工艺为一种高深宽比沉积工艺,采用正硅酸乙酯和臭氧基于次大气压进行化学气相沉积工艺,所形成的介质材料能够填充满所述具有较高深宽比的沟槽202,且不会在所述沟槽202内形成空隙,使得相邻器件结构201之间的隔离效果好。
[0051]而且,由于所述致密化沉积工艺中的沉积气体流量减慢,使得成膜速率降低,从而能够使所形成的第一介质层204的密度提高,使后续的第一抛光工艺或第二抛光工艺对所述第一介质层204的抛光速率减慢,使得第一介质层204在后续的抛光工艺中易于保持稳定,能够避免所形成的第一抛光平面或第二抛光平面不平整。
[0052]再次,所述致密化沉积工艺为一种高深宽比沉积工艺,在器件区I,所形成的介质材料能够同时在沟槽202的侧壁和底部进行沉积,,因此沟槽202内的第一介质层204形成速率较快,而在外围区II,由于器件密度较低,介质材料较多地在衬底200表面进行沉积,因此外围区II的第一介质层204厚度小于沟槽202内的第一介质层204厚度。而且,由于所述致密化沉积工艺形成的第一介质层204密度提高,使得所述第一介质层204的密度与后续形成的第二介质层相近,因此所述第一介质层204无需形成地过厚,从而能够保证在第一介质层204填充满沟槽202的同时,外围区II的第一介质层204表面低于器件结构201顶部的停止层203表面,从而保证了后续第二次抛光工艺不会接触到外围区II的第一介质层204,避免第二次抛光工艺在外围区II的第一介质层204表面造成擦伤。
[0053]本实施例中,形成于器件结构201顶部的第一介质层204厚度H4为400埃?500埃,形成于外围区II停止层203表面的第一介质层204厚度H5为500埃?600埃。
[0054]请参考图4,在第一介质层204表面形成第二介质层205。
[0055]所述第二介质层205用于保护器件结构201和第一介质层204。在本实施例中,由于外围区II的第一介质层204表面低于器件结构201顶部的停止层203表面,所述第二介质层205用于补充外围区的介质层厚度,使后续形成的第三抛光平面平坦。在本实施例中,所述第二介质层205与第一介质层204还共同用于保持器件结构201的形貌。
[0056]本实施例中,所述第二介质层205的材料为氧化硅,所述第二介质层205的厚度为2000埃?2500埃,所述第二介质层205的形成工艺为化学气相沉积工艺,包括:沉积气体包括正硅酸乙酯、氧气和氦气,压强为I托?10托,温度为360摄氏度?420摄氏度,射频功率为400瓦?2000瓦,氧气的流量为500标准晕升/分钟?4000标准晕升/分钟,正娃酸乙酯的流量为500标准晕升/分钟?5000标准晕升/分钟,氦气的流量为1000标准晕升/分钟?5000标准晕升/分钟。
[0057]所述化学气相沉积工艺为等离子体增强化学气相沉积工艺,所形成的第二介质层205覆盖能力强、密度高,因此所述第二介质层205能够在后续的抛光工艺中保持稳定,使后续形成的第一抛光平面或第二抛光平面平坦。
[0058]请参考图5,采用第一次抛光工艺对所述第二介质层205表面进行平坦化,形成第一抛光平面Pl,所述第一抛光平面Pl到器件结构201顶部的停止层203表面具有第一距离Hl0
[0059]所述第一次抛光工艺用于使第一抛光平面接近器件结构201顶部的停止层203。所述第一次抛光工艺为采用研磨液的化学机械抛光工艺,所述研磨液包括:溶液和掩膜颗粒,所述溶剂为碱性溶液,所述掩膜颗粒为氧化硅颗粒、氮化硅颗粒、碳化硅颗粒。
[0060]本实施例中,进行所述第一次抛光工艺,直至暴露出位于器件结构201顶部的第一介质层204为止,形成第一抛光平面P1,所述第一抛光平面暴露出第一介质层204和第二介质层205,所述第一距离Hl为300埃?450埃。
[0061]请参考图6,采用第二次抛光工艺对所述第一抛光平面Pl (如图5所示)进行平坦化,直至暴露出停止层203表面为止,形成第二抛光平面P2,所述外围区II的第一介质层204表面到所述第二抛光平面P2具有第二距离H2。
[0062]所述第二次抛光工艺为固定磨料(FA, Fixed Abrasive)化学机械抛光工艺,采用固定有磨料的平面材料对第一抛光平面Pl进行研磨。
[0063]由于所述第二次抛光工艺需要停止于器件结构201顶部的停止层203表面,所形成的第二抛光平面P2暴露出停止层203、第一介质层204以及外围区II的第二介质层205,而所述的停止层203与第一介质层204或第二介质层205材料不同,因此所述停止层203相对于第一介质层204或第二介质层205之间具有较大的抛光速率差异,因此需要采用所述固定磨料化学机械抛光工艺以进行更为精细的抛光。在所述固定磨料化学机械抛光工艺中,由于磨料与抛光平面之间的位置固定,因此能够使所形成的第二抛光平面P2保持平坦。
[0064]本实施例中,由于所述第一介质层204采用致密化沉积工艺形成,所形成的第一介质层204密度提高,因此对第一介质层204进行抛光工艺的速率降低,能够避免第二抛光平面P2暴露出的第一介质层204和第二介质层205表面存在差异。本实施例中,所述第二次抛光工艺对所述第一介质层的抛光速率为3埃/分钟?4埃/分钟。
[0065]由于在本实施例中,外围区II的第一介质204表面低于器件结构201顶部的停止层203表面,经过所述第二次抛光工艺之后,所述第二距离H2为150埃?200埃。由于所述第二次抛光工艺未接触到外围区II的第一介质层204表面,因此避免了第二次抛光工艺对外围区II的第一介质层204的擦伤,能够保证所形成的第二抛光平面P2平坦光滑,则后续形成的第三抛光平面也能够保持平坦光滑。
[0066]请参考图7,采用第三次抛光工艺对所述第二抛光平面P2进行平坦化,直至暴露出器件结构201顶部表面为止,形成第三抛光平面P3。
[0067]所述第三次抛光工艺用于去除器件结构201顶部的停止层203,使所形成的第三抛光平面P3暴露出栅极层211,以便后续工艺能够去除所述栅极层211和栅介质层210,以形成高K栅介质层和金属栅。
[0068]所述第三次抛光工艺为采用研磨液的化学机械抛光工艺,所述研磨液包括:溶液和掩膜颗粒,所述溶剂为碱性溶液,所述掩膜颗粒为氧化硅颗粒、氮化硅颗粒、碳化硅颗粒。
[0069]本实施例中,由于第二次抛光工艺未接触到外围区II的第一介质层204表面,因此避免了所述第二次抛光工艺擦伤所述第一介质层204表面,所形成的第二抛光平面P2(如图6所示)平坦光滑,则对所述第二抛光平面P2进行第三次抛光工艺之后,所形成的第三抛光平面P3也能够保持平坦光滑,避免了第三抛光平面P3暴露出的第一介质层204表面产生缺陷。
[0070]请参考图9,图9是分别采用常规工艺和本实施例的方法进行工艺制程,并且在暴露出栅极层之后,对各晶圆进行缺陷测试的结果比较示意图。
[0071]具体的,图(a)、(e)、(h)和(i)是采用图1所述的工艺形成第一介质层,且所形成的第一介质层表面高于器件结构顶部停止层的情况;图(b)、(f)和(g)是采用致密化沉积工艺形成第一介质层,且所形成的第一介质层表面高于器件结构顶部停止层的情况;图(C)和(d)是采用致密化沉积工艺形成第一介质层,且所形成的第一介质层表面低于器件结构顶部停止层的情况。
[0072]由图9中图(a)至图(i)的比较可知,当采用本实施例的方法,以致密化沉积工艺形成第一介质层204,并且使所形成的第一介质层204表面低于器件结构201顶部的停止层203表面时,在经过第三次抛光工艺后,所形成的第三抛光平面P3表面的缺陷数量最少,因此以本实施例的方法所形成的半导体器
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