[发明专利]使用CMP的半导体器件及其制造方法

说明书

本发明为申请号为“200510125066.4”且发明名称为“使用CMP的半导体器件的制造方法”的发明专利申请的分案。

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2005年7月11日申请的日本专利申请No.2005-202060和202061的优先权，在此通过参考援引其全部内容。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的制造方法及通过该方法制造的半导体器件，特别涉及一种包含可将沉积膜平坦化的化学机械抛光(CMP)工艺的半导体器件的制造方法及通过该方法制造的半导体器件。

背景技术

硅的局部氧化(LOCOS)技术被广泛用作形成限定有源区的隔离区的技术，其中通过利用在硅衬底上的缓冲氧化膜上形成的氮化硅掩模，选择性氧化硅衬底。在通过LOCOS形成氧化硅的隔离区时，在氮化硅掩模的外围边缘下方硅衬底也被氧化，因此形成“鸟嘴”状区域，并使有源区的面积减少。氧化硅隔离区从硅衬底表面上隆起，并形成大台阶。因而，LOCOS难以使半导体器件进一步微型化以及达到更高的集成度。

浅槽隔离(STI)技术被用作LOCOS技术的替代技术。

在形成STI中，热氧化硅衬底表面以形成缓冲氧化硅膜，在缓冲氧化硅膜上沉积氮化硅膜，通过光刻及蚀刻穿过氮化硅膜形成对应于STI的开口，并在硅衬底中形成沟槽。氮化硅膜用作蚀刻掩模及CMP的停止层。

热氧化沟槽中暴露的硅表面以形成氧化硅膜衬层(liner)，并沉积氮化硅膜以形成氮化硅膜衬层。然后，在沟槽中埋入绝缘膜，例如未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)膜。为了将USG膜埋入微小的沟槽中，使用高密度等离子体(HDP)化学气相沉积(CVD)。通过CMP去除在沟槽外部沉积的USG膜。在CMP之后，通过热磷酸等蚀刻暴露的氮化硅膜，并通过稀释氢氟酸等蚀刻缓冲氧化硅膜。

在CMP中，使用包含例如由硅石制成的磨粒(abrasive grain)、由KOH制成的添加剂以及水的研磨剂。要求研磨剂相对于氧化硅提供较快的抛光速率而相对于氮化硅提供尽可能慢的抛光速率(氮化硅用作抛光停止物)，并要求研磨剂能够在较大程度上使抛光表面平坦化。包含由硅石制成的磨粒及由KOH制成的添加剂的研磨剂相对于氧化硅提供不太快的抛光速度，并且即使在暴露氮化硅停止层之后仍表现约300纳米/分钟的抛光速率。尽管在一定程度上使抛光表面平坦化，但仍会留下一些台阶。因此，对所需研磨剂的要求是相对于二氧化硅具有较快的抛光速率、高选择性以及在抛光之后具有良好的平坦化表面。

符合这些要求的研磨剂已被提出，其包含由二氧化铈(CeO₂))制成的磨粒及由聚丙烯酸酯铵盐制成的添加剂等。混合二氧化铈和水的研磨剂具有太快的抛光速率和较低的台阶缓和(relaxing)功能。由于添加了聚丙烯酸酯铵盐，因此能够将抛光速率控制为具有适当值来抑制凹区中的抛光并提高平坦化功能，从而在使抛光表面平坦化时实现自动停止功能。包含二氧化铈及添加剂的研磨剂具有可使不规则表面平坦化的优良性能。

对于使用二氧化铈的化学机械抛光，例如，请参照此处通过参考援引的JP-A-2001-009702、JP-A-2001-085373及JP-A-2000-248263。直至去除不规则表面的抛光称为主抛光。此外，JP-A-HEI-11-104955中还提出检测抛光表面的温度及转矩的技术，作为去除抛光表面的不规则表面时检测抛光终点的技术。

CMP抛光系统装配有具有抛光表面的可旋转抛光台、用于保持衬底的可旋转抛光头、以及多个用于提供添加剂和水的喷嘴。在旋转抛光头和抛光台并提供研磨剂的同时，施加压力以将抛光头压向抛光台，从而执行抛光。对于CMP抛光系统的公知常识，例如，请参照此处通过参考援引的JP-A-2001-338902和JP-A-2002-083787。

人们还提出将CMP分为两个阶段并且在不同的条件下执行CMP的两个阶段以获得高平坦度的方法。例如，在提供添加剂的同时使用第一抛光垫执行主抛光，然后，停止提供添加剂，并在提供水的同时使用比第一抛光垫硬的第二抛光垫执行精抛光(finish polishing)，从而防止出现凹坑(dishing)。例如，请参照JP-A-2004-296591。