一种表面面形超光滑的平坦化方法与流程

本发明属于半导体制造的，具体涉及一种表面面形超光滑的平坦化方法。

背景技术：

1、在半导体集成电路制造的过程中，在浅槽隔离填充、金属互连填充、接触孔填充等工序后，需要使用化学机械抛光去除表面多余材料，形成平坦化表面，使表面面形超光滑（pv＜10nm/10mm2），降低缺陷。现有的平坦化方法，平坦化后表面面形的指标较低，且目前的工艺无法实现超光滑的表面。具体地，在传统图形填充中，为减少沟槽内平坦化后的高度差，一般会沉积较厚膜层，化学机械抛光工序所需去除材料也随之增加，该方法造成的缺陷为：

2、①随着沉积的膜层变厚，其表面粗糙度ra及表面面形pv变差，平坦化后表面无法满足超光滑低缺陷要求；

3、②化学机械抛光中去除材料越多，形成的表面缺陷越多。

4、③在不同的区域，可能因为图形密度和线宽的不同，导致抛光后的表面不平，出现高低差。

5、例如，现有中国专利cn110867377a公开了一种虚拟栅的平坦化方法，包括步骤：形成由第一栅介质层和多晶硅伪栅叠加形成的虚拟栅；形成第零层层间膜；进行对第零层层间膜的研磨速率大于对多晶硅伪栅的研磨速率的第一次化学机械研磨工艺；进行对第零层层间膜的去除速率小于对多晶硅伪栅的去除速率的第二次平坦化工艺，坦化后使多晶硅伪栅的表面凹陷区域中的第零层层间膜的表面和凹陷区域外的表面相平；进行无选择性的多晶硅减薄工艺。

6、现有中国专利cn109065446a公开了一种栅极的制造方法，包括步骤：步骤一、在半导体衬底表面形成栅介质层和多晶硅栅；步骤二、在多晶硅栅表面中注入终点检测杂质；步骤三、进行光刻刻蚀形成栅极；步骤四、在各栅极侧面形成侧墙；步骤五、形成由氮化层组成的接触孔刻蚀停止层；步骤六、形成由氧化层组成的层间膜；步骤七、采用化学机械研磨工艺进行第一次平坦化并停止在氮化层材料上；步骤八、采用第一次等离子体刻蚀工艺进行第二次平坦化，第一次等离子体刻蚀工艺的刻蚀终点采用检测终点检测杂质实现的终点检测方式确定；步骤九、采用第二次等离子体刻蚀工艺对多晶硅栅进行去除并采用定时方式确定刻蚀终点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种表面面形超光滑的平坦化方法，旨在解决上述的问题。

2、本发明主要通过以下技术方案实现：

3、一种表面面形超光滑的平坦化方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：扫描测量大线宽或者套刻区域的沟槽深度，获取晶圆沟槽的最大深度h1，并记录测量点位的相对位置信息，且点位标记为a1-ax；

5、步骤s2：基于试验获得不同膜层厚度的晶圆样品在基于化学机械抛光平坦后的面形pv、粗糙度和缺陷的变化曲线；对比分析得到满足面形、粗糙度和缺陷指标的最大膜层厚度h2；

6、步骤s3：在待处理的晶圆上沉积填充h2厚度的膜层，然后基于化学机械抛光进行表面整体平坦化；

7、步骤s4：扫描测量a1-ax点位，测量晶圆沟槽的最大深度位置的高度差h，若h大于或者等于设定阈值，则进入步骤s5；否则，进入步骤s6；

8、步骤s5：重复步骤s3和步骤s4，直至平坦化后的高度差小于设定阈值；

9、步骤s6：随机选出一片步骤s5中平坦化后的晶圆样片，并沉积ag膜，且沉积厚度为h，然后，使用白光干涉仪测量晶圆样片表面面形pv，若测试结果满足面形指标，则结束流程；否则进入步骤s3。

10、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s2包括以下步骤：

11、步骤s21：基于填充材质，在裸晶圆上沉积膜层，并制备不同膜层厚度的晶圆样品；

12、步骤s22：基于化学机械抛光法，对膜层进行平坦化，并统计随着膜层厚度增加其表面粗糙度ra、面形pv及缺陷的变化曲线；

13、步骤s23：根据变化曲线，确定平坦化后能够满足面形、粗糙度和缺陷指标的的最大膜层厚度h2。

14、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s21中，在裸晶圆上沉积膜层的厚度从h1开始逐渐递增。

15、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s2中，所述面形指标为小于10nm。

16、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s4中，若高度差h大于或者等于5nm，则进入步骤s5。

17、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s6中，沉积ag膜的厚度为10nm。

18、本发明的有益效果如下：

19、本发明通过实验获取最优膜层填充厚度（满足指标的最大膜层厚度h2），然后通过多次覆膜-平坦化工艺，实现表面的超光滑低缺陷平坦化，提高了平坦化后的表面面形。本发明对化学机械抛光的工艺参数优化和耗材匹配依赖性较低，减少了工艺调试时间和耗材采购成本；其次，本发明对版图设计与虚拟填充的需求较低，降低了设计成本；本发明对化学机械抛光设备的动态压力控制和高精度终点检测的依赖较少，降低了设备的使用及维护成本，具有较好的实用性。

1.一种表面面形超光滑的平坦化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种表面面形超光滑的平坦化方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种表面面形超光滑的平坦化方法，其特征在于，所述步骤s21中，在裸晶圆上沉积膜层的厚度从h1开始逐渐递增。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种表面面形超光滑的平坦化方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述面形指标为小于10nm。

5.根据权利要求4所述的一种表面面形超光滑的平坦化方法，其特征在于，所述步骤s4中，若高度差h大于或者等于5nm，则进入步骤s5。

6.根据权利要求4所述的一种表面面形超光滑的平坦化方法，其特征在于，所述步骤s6中，沉积ag膜的厚度为10nm。