一种芯片平坦化工艺方法

摘要

本发明公开了一种芯片平坦化工艺方法，该方法在硅片上形成前层金属台阶后包括以下步骤：生长第一层填充氧化层，厚度为5000×(1±10％)埃；然后进行倒角刻蚀，修正间隙处的氧化层表面角度，刻蚀量为3000×(1±10％)埃；再生长第二层填充氧化层，厚度为1000×(1±10％)埃；再进行倒角刻蚀，修正间隙处的氧化层表面角度，刻蚀量为1000×(1±10％)埃；再生长第三层填充氧化层，厚度为16000×(1±10％)埃；最后进行CMP作业，氧化层的去除量为10000×(1±10％)埃。本发明所述工艺方法既能避免前层金属台阶间隙产生空洞又能保证前层金属结构的完整性。

权利要求

1.一种芯片平坦化工艺方法，其特征在于，所述方法在硅片上形成前层金属台阶后包括以下步骤：a.生长第一层填充氧化层，厚度为5000×(1±10％)埃；

b.进行倒角刻蚀，修正间隙处的氧化层表面角度，刻蚀量为3000×(1±10％)埃；

c.生长第二层填充氧化层，厚度为1000×(1±10％)埃；

d.进行倒角刻蚀，修正间隙处的氧化层表面角度，刻蚀量为1000×(1±10％)埃；

e.生长第三层填充氧化层，厚度为16000×(1±10％)埃；

f.进行化学机械抛光作业，氧化层的去除量为10000×(1±10％)埃。

2.如权利要求1所述的芯片平坦化工艺方法，其特征在于：所述氧化层的材料为二氧化硅。

3.如权利要求1或2所述的芯片平坦化工艺方法，其特征在于：步骤a中所述氧化层的厚度为5000埃。

4.如权利要求3所述的芯片平坦化工艺方法，其特征在于：步骤b中所述倒角刻蚀的刻蚀量为3000埃。

5.如权利要求4所述的芯片平坦化工艺方法，其特征在于：步骤d中所述倒角刻蚀的刻蚀量与步骤c中生长的氧化层厚度相同。

6.如权利要求5所述的芯片平坦化工艺方法，其特征在于：步骤c中所述氧化层的厚度为1000埃。

7.如权利要求6所述的芯片平坦化工艺方法，其特征在于：步骤d中所述倒角刻蚀的刻蚀量为1000埃。

8.如权利要求7所述的芯片平坦化工艺方法，其特征在于：步骤e中所述氧化层的厚度为16000埃。

9.如权利要求8所述的芯片平坦化工艺方法，其特征在于：步骤f中所述氧化层的去除量为10000埃。

说明书

一种芯片平坦化工艺方法

技术领域

[0001] 本发明属于半导体器件制造工艺技术领域，具体涉及一种芯片平坦化工艺方法，适用于0.5微米芯片制造技术中，硅片前层金属台阶间隙不小于0.6微米的场合。

背景技术

[0002] 在芯片平坦化的初期，当硅片上前层台阶间距很小时，如0.6微米，利用等离子体增强化学气相沉积(PE CVD)设备进行氧化层填充之后表面角度会非常尖锐，如图1a所示。随着填充氧化层厚度的增加，前层台阶的间隙将形成空洞，如图1b所示。从而造成器件的结构缺陷，降低器件的可靠性，影响产品良率。

[0003] 等离子体增强化学气相沉积(PE CVD)设备是通用的氧化层填充设备，同一个反应腔中它只能单纯的地进行淀积，但价格便宜(20万美元/台)。

[0004] 如果使用高密度等离子体化学气相淀积(HDP CVD)设备，则可实现小台阶间距的无空洞填充，如图1c所示。高密度等离子体化学气相淀积(HDPCVD)可以在同一个反应腔中同步地进行淀积和刻蚀的工艺。在HDP CVD制程中，淀积工艺通常是由硅烷(SiH4)和氧气(O2)的反应来实现，而蚀刻工艺通常是由氩气(Ar)和氧气(O2)的溅射来完成。HDP CVD以其卓越的填孔能力，稳定的淀积质量，可靠的电学特性等诸多优点成为了先进的超大规模集成电路制程氧化层填充的主流设备，但是该设备价格昂贵(70万美元/台)，会增加芯片的生产成本。

[0005] 在利用PE CVD进行氧化层填充时，采用倒角刻蚀，可以修正氧化层表面的角度，避免空洞的发生，如图1d所示。但是，随着倒角刻蚀时间的增加，会造成前层金属表面TIN结构的损伤，破坏器件性能，如图1e所示。

[0006] 倒角刻蚀(chamfer etch)是通过使用氩气(Ar)和氧气(O2)的溅射来完成对氧化层表面的棱边进行处理，以清除棱角的刻蚀工序。其目的是使氧化层表面的角度更加平缓，方便后续氧化层填充不会形成空洞。倒角是机械工程上的术语。例如，在一块木板上钻眼，完成后孔壁和板面成90度直角。倒角就是在90度的棱上面再形成一个一般为45度的小平面，这样这个平面和内壁，或者和板面之间就都是45度了。倒角的优点是使在向孔里插物体时不至于被卡住，使用更方便。

[0007] 在0.5微米芯片制造技术中，前层金属台阶间距不小于0.6微米，倒角刻蚀与PE CVD氧化层填充的配合方案需要兼顾氧化层表面的角度和前层金属结构的完整性。

发明内容

[0008] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种既能避免前层金属台阶间隙产生空洞又能保证前层金属结构完整性的芯片平坦化工艺方法。

[0009] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

[0010] 一种芯片平坦化工艺方法，其在硅片上形成前层金属台阶后、进行CMP作业前，还包括以下步骤：

[0011] a.生长第一层填充氧化层，厚度为5000×(1±10％)埃；

[0012] b.进行倒角刻蚀，修正间隙处的氧化层表面角度，刻蚀量为3000×(1±10％)埃；

[0013] c.生长第二层填充氧化层，厚度为1000×(1±10％)埃；

[0014] d.进行倒角刻蚀，修正间隙处的氧化层表面角度，刻蚀量为1000×(1±10％)埃；

[0015] e.生长第三层填充氧化层，厚度为16000×(1±10％)埃；

[0016] f.进行化学机械抛光作业，氧化层的去除量为10000×(1±10％)埃。

[0017] 本发明所述方法，通过多次生长氧化层、多次倒角刻蚀的方式，优化了倒角刻蚀的工艺流程；并通过对氧化层生长厚度和倒角刻蚀刻蚀量的具体限定，实现了PE CVD填充氧化层厚度和倒角刻蚀刻蚀量的最佳配比，既可有效地避免前层金属台阶间隙内空洞的产生，同时又能保证前层金属结构的完整性。而且，只需使用PE CVD设备进行氧化层填充，无需使用价格高3到4倍的HDP CVD设备，大大降低了生产成本。

附图说明

[0018] 图1a是现有技术中使用PE CVD填充氧化层后的效果示意图，图1b是图1a中随着填充氧化层厚度的增加台阶间隙形成了空洞的效果示意图，图1c使用HDP CVD设备进行氧化层填充后的效果示意图，图1d是使用PECVD填充氧化层并采用倒角刻蚀后的效果示意图，图1e是图1d中随着倒角刻蚀时间的增加造成前层金属结构损伤的效果示意图；

[0019] 图2是具体实施方式中所述芯片平坦化工艺方法的流程图；

[0020] 图3是具体实施方式中氧化层生长前的硅片和前层台阶示意图；

[0021] 图4是具体实施方式中生长第一层填充氧化层后的效果示意图；

[0022] 图5是具体实施方式中第一次进行倒角刻蚀后的效果示意图；

[0023] 图6是具体实施方式中生长第二层填充氧化层后的效果示意图；

[0024] 图7是具体实施方式中第二次进行倒角刻蚀后的效果示意图；

[0025] 图8是具体实施方式中生长第三层填充氧化层后的效果示意图；

[0026] 图9是具体实施方式中进行CMP作业后的效果示意图。

具体实施方式

[0027] 本发明的核心思想是：在硅片上形成氧化层，再进行倒角刻蚀，并重复。通过调整等离子体增强化学气相沉积(PE CVD)填充氧化层的厚度和倒角刻蚀的刻蚀量，形成角度平缓的上表面，再经过CMP(化学机械抛光)作业，从而达到表面最佳平坦化的目的。下面结合具体实施方式和附图对本发明进行详细描述。

[0028] 图2出示了本实施方式中芯片平坦化工艺方法的流程。该方法在硅片上形成前层金属台阶后包括以下步骤：

[0029] a.生长第一层填充氧化层，其厚度可以为5000×(1±10％)埃。

[0030] b.进行倒角刻蚀，修正间隙处的氧化层表面角度，刻蚀量可以为3000×(1±10％)埃。如果刻蚀过多，则可能会造成前层金属结构的损伤。

[0031] c.生长第二层填充氧化层，其厚度可以为1000×(1±10％)埃。

[0032] d.进行倒角刻蚀，修正间隙处的氧化层表面角度，刻蚀量可以为1000×(1±10％)埃。优选的，该步骤中倒角刻蚀的刻蚀量与上一步骤中生长的氧化层厚度相同。

[0033] 通过生长第二层填充氧化层和进行第二次倒角刻蚀，可以使得前层金属台阶间隙处的氧化层表面角度更加平缓，避免了台阶间隙产生空洞和前层金属结构受损。

[0034] e.生长第三层填充氧化层，其厚度可以为16000×(1±10％)埃。

[0035] f.进行CMP作业，去除氧化层的量可以为10000×(1±10％)埃，得到高度平坦化的表面。

[0036] 实施例1

[0037] 以平坦化图3所示硅片为例。

[0038] 在硅片11上形成前层金属台阶12后，利用PE CVD设备在硅片11上生长第一层填充氧化层13，如图4所示，氧化层13的材料为二氧化硅，其厚度为4500埃。

[0039] 然后进行倒角刻蚀，修正间隙处的氧化层表面角度，刻蚀量为2700埃，如图5所示。

[0040] 再利用PE CVD设备生长第二层填充氧化层，氧化层的厚度为900埃，如图6所示。

[0041] 再次进行倒角刻蚀，修正间隙处的氧化层表面角度，刻蚀量为900埃，如图7所示。

[0042] 再利用PE CVD设备生长第三层填充氧化层，氧化层的厚度为14400埃，如图8所示。

[0043] 最后进行CMP作业，去除氧化层的量为9000埃，得到高度平坦化的表面，如图9所示。至此，平坦化处理完毕，可以进入后续的多层金属布线工艺。

[0044] 实施例2

[0045] 与实施例1不同之处在于：第一次填充氧化层的厚度为5000埃，第一次进行倒角刻蚀的刻蚀量为3000埃；第二次填充氧化层的厚度为1000埃，第二次倒角刻蚀的刻蚀量为1000埃；第三次填充氧化层的厚度为16000埃，CMP作业去除氧化层的量为10000埃。

[0046] 实施例3

[0047] 与实施例1不同之处在于：第一次填充氧化层的厚度为5500埃，第一次进行倒角刻蚀的刻蚀量为3300埃；第二次填充氧化层的厚度为1100埃，第二次倒角刻蚀的刻蚀量为1100埃；第三次填充氧化层的厚度为17600埃，CMP作业去除氧化层的量为11000埃。

[0048] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。