一种基于氮氧化硅抗反射层的化学机械平坦化工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种基于氮氧化硅抗反射层的化学机械平坦化工艺。
【背景技术】
[0002]在半导体浅沟道隔离(Shallow Trench Isolat1n,简称STI)工艺生产过程中，浅沟道隔离(STI)化学机械平坦化(Chemical Mechanical Polishing,简称CMP)存在两种主流方式:反向化学机械平坦化(Reverse CMP)以及直接化学机械平坦化(Direct CMP),一般情况下浅沟绝缘层(STI layer)用氮氧化娃(S1N)作为抗反射层的工艺不会采用DirectCMP方式，这主要是因为氮化硅(SiN)表面剩余氮氧化硅在STI CMP后并不能被磷酸(H3PO4)去除，进而导致氮化硅无法被湿法剥掉。
[0003]目前为了线宽(CD)精确管控，大部分采用氮氧化硅作为抗反射层。请参阅图1(a) —(d)，其为业内目前常用的直接浅沟道隔离平坦化(Direct CMP STI)的工艺流程示意图。如图1所述，步骤(a):首先在硅衬底SllO上形成氧化层S120 (Pad-Ox)、在氧化层S120的表面形成氮化娃层S130、在氮化娃层S130的表面形成一层氮氧化娃层S140(抗反射层)；步骤(b):进行STI刻蚀(ST1-ETCH)，刻蚀出STI深度，STI蚀刻后，采用高密度等离子体沉积法(high density plasma chemical vapor deposit1n,简称HDP-CVD)沉积二氧化硅层(Si02)S150 ;步骤(c):通过direct CMP方式，研磨抗反射层S140表面的二氧化硅层S150直至抗反射层S140 ;步骤(d):通过磷酸(H3PO4)与氮化硅层S130反应将氮化硅层去除，形成有源(Active)区域及隔离(Isolat1n)区域。
[0004]请继续参阅图1 (a)—(d)。当STI layer (STI层次)表面以氮氧化娃作为抗反射层S140时，Direct CMP方式将不再适用。其原因是:在Direct CMP时，由于研磨液对二氧化硅/氮氧化硅(Si02/Si0N)较高的选择比(大于10:1)，CMP最终会停留在氮氧化硅表面。研磨液将会与氮氧化硅表面发生反应，形成一层较为致密的络合物A (参见步骤(d)，在后续磷酸处理时，阻挡磷酸与氮化硅反应，导致氮化硅无法去除(参见步骤S150)。
[0005]请参阅图2 (a)和(b)，其分别为以氮氧化硅作为抗反射层在经过氮化硅清除之后的形貌示意图，由图2(a)和(b)可以看出，由于氮氧化硅表面络合物的阻挡，大部分区域氮化硅(图中B和C指代区域)都无法清除。
[0006]为了避免发生此种问题，目前FAB常用的规避方式有两种:
[0007]a、用反向浅沟道隔离平坦化(Reverse STI CMP)方式代替Direct CMP方式，用不一样的研磨液进行研磨。该方法的缺陷为:需要增加一层反罩幕(reverse Mask)，进行曝光、蚀刻、清洗，工艺流程相对复杂，产品单位产出低；
[0008]b、在浅沟绝缘层(STI layer)采用有机底部抗反射涂层(Organic Bare)代替氮氧化石圭作为抗反射层。该方法的缺陷为:采用Organic bare将会增加STI蚀刻CD控制的困难度，增加量产的制程管控难度。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷提供一种基于氮氧化硅抗反射层的化学机械平坦化工艺，本发明的工艺方法简单，CD管控简单，可以有效解决氮化硅无法剥掉的问题。
[0010]为达成前述目的，本发明一种基于氮氧化硅抗反射层的化学机械平坦化工艺，其包括:提供一半导体晶圆，所述半导体晶圆包括衬底、形成于衬底上的氧化层、形成于所述氧化层上的氮化硅层、形成于所述氮化硅层上的抗反射层、贯穿所述抗反射层并延伸入所述衬底中的沟槽、以及填充于所述沟槽内并覆盖于所述抗反射层上的第一二氧化硅层；
[0011]研磨所述第一二氧化娃层直至所述抗反射层；
[0012]干法刻蚀去除所述抗反射层；
[0013]在去除所述抗反射层的半导体晶圆表面形成第二二氧化硅层；
[0014]研磨所述第二二氧化硅层直至所述氮化硅层；
[0015]去除所述氮化硅层。
[0016]作为本发明一个优选的实施例，所述抗反射层为氮氧化硅层。
[0017]作为本发明一个优选的实施例，所述第一二氧化硅层的形成是采用高密度等离子体化学气相沉积法，所述高密度等离子体为SiH4、O2和Ar混合物，沉积温度为380-400°C，压强为450Torr，时间为220s。
[0018]作为本发明一个优选的实施例，所述研磨所述第一二氧化硅层直至所述抗反射层步骤中，所述研磨的研磨液采用主成分为S12的研磨液，研磨时间为30-50S。
[0019]作为本发明一个优选的实施例，所述干法刻蚀去除所述抗反射层步骤中采用氩气、碳氟化合物和氧气混合气体、在温度60°C、压强15mT0rr、时间1s条件下干法刻蚀。
[0020]作为本发明一个优选的实施例，所述第二二氧化硅层的形成是采用高密度等离子体化学气相沉积法沉积法，其中所述高密度等离子体为SiH4、O2和Ar混合物，沉积温度为380-400°C，压强为 450Torr 下，时间 100s。
[0021]作为本发明一个优选的实施例，所述研磨所述第一二氧化硅层直至所述抗反射层步骤中，所述研磨的研磨液采用主成分为S12的研磨液，研磨时间为30-50S。
[0022]作为本发明一个优选的实施例，采用磷酸在温度150°C、时间1800s条件下去除所述氮化娃层。
[0023]作为本发明一个优选的实施例，所述氩气、碳氟化合物和氧气混合气体的体积比为3:1丄
[0024]作为本发明一个优选的实施例，所述衬底为硅衬底，所述衬底表面上形成的氧化层为二氧化硅，该二氧化硅的厚度为110埃，所述氮化硅层的厚度为1500埃，所述抗反射层的厚度为300埃。
[0025]有益效果:本发明的工艺是在正常的Direct CMP之后，对晶片表面进行电浆处理，用离子轰击能力较强的气体结合一定量的碳氟化合物，对氮氧化硅表面进行轰击，打开表面络合物的键结，碳氟化合物和氮氧化硅发生反应，最终将氮氧化硅蚀刻掉。由于沟槽内部的二氧化硅亦被蚀刻掉，氮化硅和二氧化硅的高低落差将会变大，之后再重新沉积2um左右的二氧化硅层，进行二次CMP，CMP结束最终会停留在氮化硅表面，氮化硅和二氧化硅的高低落差也得到改善，之后磷酸进行氮化硅清除将氮化硅去除干净形成有源区域及隔离区域。
[0026]本发明的工艺无需增加额外的反向浅沟道隔离罩(Reverse STI Mask)及相对应的曝光、蚀刻，清洗，简化了工艺；并且本发明采用通用氮氧化硅作为抗反射层，CD管控相对简单。
【附图说明】
[0027]图1 (a) —⑷是业内目前常用的直接浅沟道隔离平坦化(Direct CMP STI)的工艺流程示意；
[0028]图2(a)和(b)是以氮氧化硅作为抗反射层在经过氮化硅清除之后的形貌示意图；
[0029]图3是本发明基于氮氧化硅抗反射层的化学机械平坦化工艺流程图；
[0030]图4 (a) — (f)是本发明的基于氮氧化硅抗反射层的化学机械平坦化工艺流程结构示意图。
[0031]图5是本发明的平坦化工艺氮化硅清除后的效果图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0033]此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0034]请参阅图3，其为本发明基于氮氧化硅抗反射层的化学机械平坦化工艺流程图。请参阅图4(a) —(f)，其为本发明的基于氮氧化硅抗反射层的化学机械平坦化工艺流程结构示意图。本发明一种基于氮氧化硅抗反射层的化学机械平坦化工艺，其包括如下步骤:
[0035]步骤S1:提供一半导体晶圆,请参阅图，4(a),所述半导体晶圆包括衬底S310、形成于衬底上的氧化层S320、形成于所述氧化层S320上的氮化硅层S330、形成于所述氮化硅层S330上的抗反射层S340、贯穿所述抗反射层S340并延伸入所述衬底中的沟槽、以及填充于所述沟槽内并覆盖于所述抗反射层S340上的第一二氧化硅层S350。在该实施例中，所述抗反射层S340为氮氧化硅