专利名称：平坦化半导体装置的薄层的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造半导体装置的方法，更具体地，涉及一种层的平坦 化方法。
背景技术：
随着半导体装置集成度的提高，化学机械抛光(CMP)工艺在半导体装 置的制造中日益得到应用。基于CMP工艺的平坦化用作一种避免在高度集 成的半导体装置的各个区上产生台阶的方法。随着CMP工艺使用的增加， 改善在CMP工艺期间抛光的均匀性和抛光层的厚度均匀性成为重要的事情。
为了改善平坦化度和抛光均匀性，研究的重点集中于CMP工艺的工艺 参数。例如，通过改变用于抛光沉积在晶片或基板上目标层的浆体的种类、 控制浆体的含量、替代或改进CMP设备的元件(例如调节装置)、调整在 抛光中使用的RPM，或调整喷头的压力，可以获得工艺参数的调整。使用 对这些工艺参数的调整，进行了各种尝试以改善平坦化度和层的厚度的均匀 性。
在不考虑抛光目标层的特性的情况下，调整工艺参^:的尝试可以导致许 多问题。因而，可以认为如上所述仅通过调整CMP工艺的工艺参数不能获 得制造半导体装置所需的高度的厚度均匀性或平坦化。
在一些情形，在进行CMP工艺之后抛光目标层的厚度均匀性可以变得 更差。在由高密度等离子体沉积(HDP)形成的氧化物层的情形，晶片的中 心区可以具有比外围区薄的沉积厚度。常规的CMP工艺通常采用二氧化铈 基浆体，所述浆体在靠近晶片的中心区提供相对高的抛光率。因而，当在 HDP氧化物层上进行常规的CMP工艺时，抛光仅仅增加了由沉积引起的厚 度不均匀性。
发明内容
本发明提供了 一种平坦化半导体装置的层的方法，所述方法通过改善抛 光层的厚度均匀性可以在晶片上实现更平坦的布局。
在一实施方式中，平坦化半导体装置的层的方法包括在具有第一区和 第二区的基底上方形成目标层从而具有反射率分布。沉积在第一区上的目标 层的第一部分被提供以第一反射率，而沉积在第二区上的目标层的第二部分 被提供以第二反射率。进行化学机械抛光工艺从而平坦化目标层。目标层在 基底的第一和第二区上方沉积，其具有所述反射率分布，从而补偿在所述第 一和第二区上方沉积厚度的不均匀性。目标层在第一区比在第二区厚，并且 第一反射率比第二反射率高。
在一实施方式中，目标层沉积在所述基底的第一和第二区上方，具有所
述反射率分布，以补偿在基底的第一区和第二区的CMP工艺的去除速率的 差别。目标层的反射率分布基于测试层的厚度分布。
在一实施方式中，所述方法还包括确定要被沉积在基底上的目标层的 反射率和目标层的化学机械抛光工艺的去除速率之间的关系；在另 一基底上 沉积测试层，目标层和测试层的材料相同；测量测试层的厚度分布，测试层 的厚度分布被用作代表目标层的厚度分布；并且从补偿目标层厚度分布的关 系获得反射率分布。
在另一实施方式中， 一种平坦化半导体装置的层的方法包括在晶片上 方沉积高密度等离子沉积(HDP)氧化物层从而在晶片的中心区具有比在外 围区低的反射率。在HDP氧化物层上进行化学机械抛光工艺。HDP氧化物 层在外围区具有比在中心区大的厚度。
在又一实施方式中， 一种平坦化半导体装置的层的方法包括在晶片上 沉积高密度等离子(HDP)沉积氧化物层从而具有HDP氧化物层的厚度分 布成反比的反射率分布；并且在HDP氧化物层上进行化学机械抛光工艺。
图l是根据本发明一实施方式的平坦化半导体装置的层的方法的示意流 程图2是绘出根据所述实施方式的反射率和在形成的高密度等离子体 (HDP )氧化物层上进行的抛光工艺的去除速率之间的关系的曲线图3是在沉积HDP氧化物层即刻之后的HDP氧化物层的厚度分布'晶片
图4是沉积以反射率分布的HDP氧化物层的厚度分布晶片图； 图5是在抛光之后HDP氧化物层的厚度分布晶片图，其显示了实施方 式的效果；
图6是根据所述实施方式的沉积HDP氧化物层同时控制反射率分布的 设备的示意图。
具体实施例方式
下面描述了本发明的一实施方式，所述实施方式可以使用氧化物层的沉
CMP工艺对于例如DRAM的半导体存储装置采用了浅沟槽隔离工艺或层间 介电层形成工艺。例如，在沉积HDP氧化物层时，调整HDP氧化物层的反 射率(RI)分布从而补偿在后续的平坦化工艺中的不均匀的抛光。因此，改 善了抛光HDP氧化物层的厚度均匀性。
在沉积之后，HDP氧化物层在晶片的中心区具有较薄的厚度。该厚度分 布可以难于简单地通过后续的CMP工艺补偿。而是当进行CMP工艺时，在 晶片中心区的HDP氧化物层比晶片的外围区更迅速地被抛光。结果，由于 在抛光之后晶片的中心区获得更薄的厚度可以使半导体装置遭受更不平坦 的厚度分布。
根据本发明的实施方式，当沉积HDP氧化物层时，可以控制HDP氧化 物层的RI分布从而补偿厚度分布，改善被抛光的氧化物层的厚度均匀性。
可以调整HDP氧化物层的RI分布，使得HDP氧化物层的RI在晶片的 中心区较低而在外围区较高。结果，可以改变CMP工艺的去除速率从而补 偿HDP氧化物层的厚度变化。
当沉积例如HDP氧化物层的氧化物层时，通过改变反应气体供给口 (例 如喷嘴)相对于晶片的位置，和改变在晶片上反应气体的供给流速分布，可 以控制HDP氧化物层的RI分布。
对于例如HDP氧化物层的层，RI的增加提高了 CMP工艺的去除速率， 并且RI的减小降低了去除速率。此时，CMP工艺可以使用二氧化铈基浆体 或氧化铝基浆体来进行。应当注意RI的控制意味着层的光学特性的改变而 不是所述层自身物理厚度的改变。因而，应当理解RI的改变不伴随的物理
厚度的显著改变。
当沉积例如HDP氧化物层的层时，在晶片的中心区RI的分布较低并且
在晶片的外围区较高，因为晶片在中心区具有较低的轮廓而在晶片的外围区 具有较高的轮廓。因而，在进行抛光之后可以改善在整个晶片区上的层的厚
度均匀性。从测量结果，RI被控制在大约1.4~1.6的范围，优选在1.47~1.52
的范围。
下面，将参考附图l描述根据本发明实施方式的半导体装置层的平坦化 方法。首先，测量反射率(RI)和要沉积在晶片上的用于CMP工艺的测试 层的去除速率(R/R)之间的关系(步骤101)。测试层由与随后将要沉积的 目标层相同的材料制成。在本实施方式中测试层和目标层都是HDP氧化物 层。通过测量在样品晶片上沉积作为测试层的HDP氧化物层之后的折射率 和CMP工艺的去除速率，可以获得RI和R/R之间的关系。
图2示出了所述关系的试验结果。在图2中，可以看出，随着RI增加， CMP工艺的去除速率(R/R)提高。下列方程示出了 RI和R/R之间的关系 y(R/R)=148.65 xRl-l78.98
然后，测试层沉积在试验晶片上，并且测量测试层的厚度分布(步骤 103)。可以测量如在图3中的模拟图所示出的测试层(例如HDP氧化物层) 的厚度分布。从图3可以看出，测试层在晶片的中心区比在外围区沉积的厚 度小。
当在测试层上进行CMP工艺时，考虑到R/R和RI之间关系和在图3 中示出的厚度分布图，获得了反射率的分布图，以辅助的测试层的平坦化(步 骤105)。根据在图3中示出的R/R和RI之间的关系，由于去除速率随RI 增加，可以使用该关系计算可以补偿氧化物层厚度变化的RI的分布。对应 的RI分布在图4的模拟图中示出。
参考图4，为了获得RI分布以补偿在图3中示出的测试层的厚度变化， 期望测试层在晶片的外围区沉积得比在其中心区沉积得厚。因而，优选控制 RI分布从而在晶片的中心区具有较低的RI而在其外围区具有较高的RI。
然后，目标层沉积在晶片上从而具有在上述操作中获得的RI分布(步 骤107)。即使用在图2中示出的关系，目标层沉积在晶片上，使得目标层在 晶片的较厚的区具有较高的RI而在晶片的较薄的区具有较低的RI。
通过控制在晶片的各个区中的沉积条件可以实现非均匀的RI分布。例 如，如在图6中所示出的，在晶片630安装在例如在HDP沉积反应室610 的卡盘650的工作台上之后进行HDP沉积。
这里，HDP沉积工艺以这样的方式进行，当通过喷嘴670供给反应气体 时，通过引入例如作为硅源的硅烷SiH4的反应气体的不同流量，使得HDP 氧化物层(或目标层)在晶片630上具有不同的反射率。
例如，可以通过控制或改变喷嘴670相对于晶片630的各个区的位置， 而对应于晶片的各个区引入不同的反应气体流量。
即当喷嘴670位于晶片630的外围区的上方时，在晶片630的中心区沉 积的HDP氧化物层具有比在晶片630的外围区沉积的氧化物层低的RI。可 以理解这个现象是通过于晶片的外围区相比朝向晶片630的中心的硅源气体 的供给流量相对减小所引起的。
另一方面，当喷嘴670延伸并且位于晶片630的中心区上方时，在晶片 630中心区上的HDP氧化物层具有比在晶片630的外围区上大的RI。这个 现象是由于与外围区相比朝向晶片630的中心区的硅源的供给流量增加所引 起的。同时，应当注意这种在沉积装置中提供反应气体的方法是基于反应室 的结构，反应室包括多个在卡盘周围的喷嘴以将反应气体提供到在卡盘上的 晶片上。
换而言之，可以以这样的方式改变RI的分布而不显著地改变晶片上的 抛光目标层的物理厚度，使得如果操作者希望增加RI,则操作者局部地增加 朝向相关位置的硅源气体的供给流量，并且如果操作者希望减小RI，则操作 者局部地减小硅源气体的供给流量。这里，根据在图2中示出的关系，RI 在大约1.4 1.5的范围内改变。
为了补偿HDP氧化物层的厚度分布，在晶片上沉积(和蚀刻)HDP氧 化物层，同时使得HDP氧化物层具有RI分布。因而，如在图4中所示出的， 获得具有RI分布的HDP氧化物层的沉积。
然后，通过在抛光目标层上进行CMP工艺，如在图5中所示出的，获 得具有改善了厚度均匀性的最终的HDP氧化膜(步骤109)。此时，CMP工 艺可以使用二氧化铈基或氧化铝基浆体进行。CMP工艺可以使用二氧化铈 基浆体进行以便实现对于氮化硅层的高选择性。在本实施方式中，使用典型 的抛光垫和典型的用于抛光氧化物层的设备进行CMP工艺。
这样，沉积作为目标层的HDP氧化物层从而具有可以补偿厚度分布的
RI分布，由此允许在对应于RI分布的晶片的各个区上CMP工艺的去除速 率的差别。结果，被抛光的目标层在CMP工艺之后与由沉积引起的厚度分 布相比，可以具有改善的厚度分布。
从上述描述显见，本发明可以改善掩膜形成的工艺裕量，选择性蚀刻等， 并且有效地避免了各个工艺批次的晶片之间的装置特性的变化。因而，可以 改善装置的产率和特性。
应当理解已经描述的实施方式和附图仅是示意性的。此外，本领域的技 术人员应当理解在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以进行各种修 正、添加和替代。例如，外围区和中心区之间的RI分布可以通过除了上述 改变供给喷嘴670位置之外的方法而改变。RI分布可以通过在晶片的不同区 是提供多个供给口并且调整这些供给口的每个口以控制对晶片的不同区的 硅源气体的流量而被改变。应当根据所附权力要求解释本发明的范围。
权利要求
1.一种平坦化半导体装置的层的方法，所述方法包括在具有第一区和第二区的基底上形成目标层从而具有反射率分布，其中沉积在所述第一区上的目标层的第一部分被提供以第一反射率而沉积在所述第二区上的目标层的第二部分被提供以第二反射率；并且进行化学机械抛光工艺从而平坦化所述目标层。
2. 根据权利要求1的方法，其中所述目标层沉积在所述基底的第一和 第二区上，具有所述反射率的分布，从而补偿在所述第一和第二区上沉积厚 度的不均匀性，且其中所述目标层在第 一区比在第二区厚，并且所述第一反射率比第二反 射率高。
3. 根据权利要求2的方法，其中所述目标层在所述基底的第一和第二 区上沉积，具有所述反射率分布，从而补偿在基底的第一区和第二区内的化 学机械抛光工艺的去除速率的差别。
4. 根据权利要求1的方法，其中所述目标层的折射率分布基于测试层 的厚度分布。
5. 根据权利要求l的方法，还包括学机械抛光工艺的去除速率之间的关系；在另 一基底上沉积测试层，所述目标层和测试层的材料相同； 测量测试层的厚度分布，所述测试层的厚度分布被用作代表所述目标层的厚度分布；并且从补偿目标层厚度分布的关系获得反射率分布。
6. 根据权利要求1的方法，其中所述目标层包括使用高密度等离子体 沉积工艺沉积的氧化硅层。
7. 根据权利要求6的方法，其中用于所述高密度等离子体沉积的氧化 物层的化学机械抛光工艺的去除速率对应于高密度等离子体沉积的氧化物 层的反射率的增加而增加。
8. 根据权利要求7的方法，其中所述高密度等离子体沉积的氧化物层 在高密度等离子体沉积的氧化物层沉积为较大厚度处具有较高的反射率，而 在高密度等离子体沉积的氧化物层沉积为较小厚度处具有较低的反射率。
9. 根据权利要求8的方法，其中所述高密度等离子体沉积的氧化物层的沉积包括以这样的方法调整反应气体的供给流量以便增加在所述第 一 区上的反 应气体的供给流量，并且减小在第二区上的反应气体的供给流量，所述第一 区的第一反射率比第二区的第二反射率高。
10. 根据权利要求9的方法，其中所述高密度等离子体沉积的氧化物层 的沉积包4舌在所述第一区上方并接近所述第一区定位反应气体喷嘴。
11. 根据权利要求l的方法，其中所述目标层被沉积在所述基底上方从 而具有在大约1.4~1.6范围的反射率分布。
12. —种平坦化半导体装置的层的方法，所述方法包括在晶片上沉积高密度等离子沉积氧化物层从而具有在晶片的中心区比 在外围区低的反射率；并且在所述高密度等离子沉积氧化物层上进行化学机械抛光工艺，其中所述高密度等离子沉积氧化物层在外围区具有比在中心区大的厚度。
13. 根据权利要求12的方法，其中所述高密度等离子沉积氧化物层的 沉积包括向所述高密度等离子沉积氧化物层提供反应气体，使得在所述晶片的中 心区的反应气体的供给流量比在外围区的低。
14. 根据权利要求12的方法，其中所述高密度等离子沉积氧化物层的 沉积包4舌在接近所述外围区的位置上定位提供反应气体的反应气体供给喷嘴。
15. 根据权利要求12的方法，其中所述高密度等离子沉积氧化物层被 沉积在所述晶片上从而对于晶片的中心区和外围区具有大约1.4~1.6之间的 反射率分布。
16. —种平坦化半导体装置的层的方法，所述方法包括在晶片上方沉积高密度等离子沉积氧化物层从而具有与高密度等离子 沉积氧化物层的厚度分布成反比的反射率分布；并且在所述高密度等离子沉积氧化物层上进行化学机械抛光工艺。
17.根据权利要求16的方法，其中所述高密度等离子沉积氧化物层的沉积包括对于所述高密度等离子沉积氧化物层提供反应气体，使得反应气体的供 给流量在晶片的中心区比在晶片的外围区低。
全文摘要
本发明公开了一种平坦化半导体装置层的方法，其包括在晶片上沉积高密度等离子沉积氧化物层从而具有与所述高密度等离子沉积氧化物层的厚度分布成反比的反射率分布。在所述高密度等离子沉积氧化物层上进行化学机械抛光工艺。
文档编号H01L21/304GK101097834SQ20071008846
公开日2008年1月2日 申请日期2007年3月27日 优先权日2006年6月30日
发明者崔在建 申请人:海力士半导体有限公司