一种研磨方法及膜结构与流程

1.本发明属于微电子技术领域，尤其涉及一种研磨方法及膜结构。


背景技术：

[0002] 工件特征图形的密度在不同的区域通常存在差异，这使得相应区域在研磨工艺中获得不同的去除速率或处理效果；其中，对于采用化学机械剖光cmp（chemical mechanical polishing）工艺的制程，若配合使用了选择比较高或极高的研磨液，则可能导致难以接受的成品状态，进而严重影响工艺稳定性及工艺窗口的设置。
[0003] 在如图1至3所示的相关技术中，浅沟槽隔离sti（shallow trench isolation）结构图形密集区010，如处理强度op不足则可能存在如图3的残留011；如在图形稀疏区020，同样的处理强度op下，则会出现蝶形瑕疵031，即dishing现象；其中，图形密集区010与图形稀疏区020的差异被定义为负载效应le，即loading effect。
[0004]
相关技术中，还采用增加虚拟图形，即dummy的方式来改善le的影响，通过在版图上特定的位置添加dummy图形来进行校正，但由于制程的复杂性等因素，其效果有限，未能取得满意的成效。


技术实现要素：

[0005]
本发明公开了一种研磨方法，自基板上至少构造有第一图形区域的第一图形及第二图形区域的第二图形；其中，第一图形的第一图形密度超出第二图形的第二图形密度预设的密度倍数，也即第一图形与第二图形的密度有显著的差异。
[0006]
具体地，第一图形密度和第二图形密度可采用相同的量化标准进行度量，第一图形密度和第二图形密度的度量标准可以是图形部分预设截面的面积与相应工件图形区域面积之比或三维图形的体积与相应工件区域占据体积之比。
[0007]
进一步地，可在第一图形区域和第二图形区域继续构造第三介质层，并通过第三氧化步骤将第三介质层处理形成预设厚度的第四介质层。
[0008]
进一步地，可在第四研磨步骤采用化学机械研磨cmp制程处理工件表面以获得第三介质层的目标厚度，为后续其它工艺过程提供基材。
[0009] 其中，上述工件图形区域至少包括第一图形区域、第二图形区域；其第一图形区域和第二图形区域之间还可设置有第五图形区域，该第五图形区域可以是有源区aa（active area）。
[0010] 通常，上述第三介质层可以采用多晶硅材料，而第一图形区域可构造有浅沟槽隔离sti（shallow trench isolation）结构；第四介质层通常可以是氧化硅介质层。
[0011] 此外，为了改善研磨的效果，其基板上还可以构造有虚拟图形dummy结构，用以进一步均衡负载效应le（loading effect）带来的不利结果。
[0012]
其中，其多晶硅介质层可采用沉积工艺构造，而化学机械研磨cmp制程可采用选择比高于预设阈值的研磨液，由于第四介质层即牺牲层的引入，不同的工件图形区域可以获
得尽量平衡的处理，避免下陷瑕疵，即蝶形失效dishing的产生。
[0013]
具体地，其第三氧化步骤采用的氧化介质，其第一含氧量阈值不小于第二含氧量阈值的60倍，也即在1至60倍的含氧量范围内，其第三氧化步骤可以动态地调整氧化介质层的厚度，进而为后续工艺提供更为灵活的加工窗口；此外，其密度倍数为正实数，可以再预设的范围内，对不同图形结构的工件进行优化配置。
[0014]
对于氧化硅介质层，其厚度可选地介于29.68
å
与62.00
å
之间；其第一图形或第二图形的临界尺寸ocd可选择介于663
å
与696
å
之间。
[0015]
相应地，本发明实施例还公开了一种膜结构，包括构造于基板上第一图形区域的第一图形，于第二图形区域的第二图形；其中，第一图形的第一图形密度超出第二图形的第二图形密度预设的密度倍数。
[0016]
具体地，其第一图形密度和第二图形密度采用相同的量化标准进行度量，其第一图形密度和第二图形密度的度量标准包括图形部分预设截面的面积与相应工件图形区域面积之比或三维图形体积与相应工件区域占据体积之比。
[0017]
其中，第一图形区域和第二图形区域还构造有第三介质层及由第三介质层氧化得到的第四介质层。
[0018]
为了实现不同的功能结构，其工件图形区域至少可设置有第一图形区域及第二图形区域；其第一图形区域和第二图形区域之间还可设置有第五图形区域，该第五图形区域可以是有源区aa。
[0019]
具体地，其第三介质层可以是多晶硅介质层；其第一图形区域可构造有浅沟槽隔离sti结构；其第四介质层可以是氧化硅介质层。
[0020]
此外，其基板上还可构造有虚拟图形dummy结构；其第三介质层可采用沉积工艺构造。
[0021]
具体地，其氧化硅介质层的厚度可介于29.68
å
与62.00
å
之间；其第一图形或第二图形的临界尺寸ocd可介于663
å
与696
å
之间。
[0022] 综上，对于存在显著图形密度差异的工件结构，本发明通过设置牺牲层即第四介质层来平衡研磨过程中由于较高的选择比带来的负载效应le（loading effect）；其中，牺牲层可通过氧化过程来构造，并可通过调节氧化过程的氧气比例实现膜厚度的定量补偿；其牺牲层可基于前置的多晶硅沉积步骤获得相应的氧化硅膜结构。
[0023] 相关方法和结构可消除由于负载效应le引入的下陷碟状（dishing）瑕疵或由此导致的研磨差异和加工参数波动，并可进一步克服虚拟图形（dummy）在消除负载效应le时的不足，降低设备报警几率、提升产品良率和工作时间比（rwk ratio）。
[0024]
需要说明的是，在本文中采用的“第一”、“第二”等类似的语汇，仅仅是为了描述技术方案中的各组成要素，并不构成对技术方案的限定，也不能理解为对相应要素重要性的指示或暗示；带有“第一”、“第二”等类似语汇的要素，表示在对应技术方案中，该要素至少包含一个。
附图说明
[0025]
为了更加清晰地说明本发明的技术方案，利于对本发明的技术效果、技术特征和目的进一步理解，下面结合附图对本发明进行详细的描述，附图构成说明书的必要组成部
分，与本发明的实施例一并用于说明本发明的技术方案，但并不构成对本发明的限制。
[0026]
附图中的同一标号代表相同的部件，具体地：图1为相关技术中图形结构及其处理效果举例。
[0027]
图2为相关技术中第三介质层构造及其处理效果举例。
[0028]
图3为相关技术中化学机械抛光cmp缺陷示意图。
[0029]
图4为本发明实施例构造过程示意图一暨工件图形区域分布示意图。
[0030]
图5为本发明实施例构造过程示意图二暨第三介质层结构。
[0031]
图6为本发明实施例构造过程示意图三暨第四介质层结构。
[0032]
图7为本发明实施例构造过程示意图四暨剖光中间状态（牺牲层）示意图。
[0033]
图8为本发明实施例构造过程示意图五暨可控的目标厚度示意图。
[0034]
图9为负载效应与牺牲层厚度关系示意图。
[0035]
图10为本发明实施例氧化过程含氧量、氧化层厚度及相关参数表。
[0036]
图11为本发明实施例调控效果示意图。
[0037]
图12为本发明方法实施例流程示意图。
[0038]
其中：001-基板；010-第一图形区域；011-第一图形；020-第二图形区域；022-第二图形；030-第三介质层；040-第四介质层；050-第五图形区域；099-目标厚度；300-第三氧化步骤；400-第四研磨步骤。
实施方式
[0039]
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细说明。当然，下列描述的具体实施例只是为了解释本发明的技术方案，而不是对本发明的限定。此外，实施例或附图中表述的部分，也仅仅是本发明相关部分的举例说明，而不是本发明的全部。
[0040]
如图4至6所示，该研磨方法自基板001上至少构造有第一图形区域010的第一图形011，且构造有第二图形区域020的第二图形022；其中，第一图形011的第一图形密度超出第二图形022的第二图形密度预设的密度倍数。
[0041]
具体地，第一图形密度和第二图形密度可采用相同的量化标准进行度量，第一图形密度和第二图形密度的度量标准可以采用图形部分预设截面的面积与相应工件图形区域面积之比或三维图形体积与相应工件区域占据体积之比。
[0042]
进一步地，如图12所示，于第一图形区域010和第二图形区域020可构造第三介质层030，并通过第三氧化步骤300将第三介质层030处理形成预设厚度的第四介质层040，再
于第四研磨步骤400采用化学机械研磨cmp制程处理工件表面以获得第三介质层030的目标厚度099。
[0043]
进一步地，如图4至图8所示，工件图形区域包括第一图形区域010和第二图形区域020；其第一图形区域010和第二图形区域020之间还设置有第五图形区域050，该第五图形区域050为有源区aa。
[0044]
进一步地，其第三介质层030采用多晶硅介质填充，其第一图形区域010构造有浅沟槽隔离sti结构；其第四介质层040为氧化硅。
[0045]
此外，其基板001上还可构造有虚拟图形dummy结构；其多晶硅介质层可采用沉积工艺构造；其化学机械研磨cmp制程可采用选择比高于预设阈值的研磨液。
[0046]
进一步地，为了实现厚度可控的第四介质层，其第三氧化步骤300所采用氧化介质的第一含氧量阈值不小于第二含氧量阈值的60倍，以便该参数可在较宽的范围内进行调整；此外，其密度倍数为正实数，可以跟进特征图形的实际分布进行评估和优化。
[0047]
具体地，其氧化硅介质层的厚度可介于29.68
å
与62.00
å
之间；其第一图形011或第二图形022的临界尺寸ocd可介于663
å
与696
å
之间。
[0048]
相应地，如图4至图8还公开了一种膜结构，包括构造于基板001上第一图形区域010的第一图形011，于第二图形区域020的第二图形022。
[0049]
其中，第一图形011的第一图形密度超出第二图形022的第二图形密度预设的密度倍数，其第一图形密度和第二图形密度采用相同的量化标准进行度量，该第一图形密度和第二图形密度的度量标准可以是图形部分预设截面的面积与相应工件图形区域面积之比或三维图形体积与相应工件区域占据体积之比。
[0050]
此外，其第一图形区域010和第二图形区域020还可构造有第三介质层030及由第三介质层030氧化得到的第四介质层040。
[0051]
具体地，如图4所示，其工件图形区域包括第一图形区域010、第二图形区域020；该第一图形区域010和第二图形区域020之间还可设置有第五图形区域050，该第五图形区域050为有源区aa结构。
[0052]
其中，第三介质层030可采用多晶硅介质填充，其第一图形区域010可构造有浅沟槽隔离sti结构；其第四介质层040为氧化硅介质层。
[0053]
为了进一步地削弱负载效应的影响，其基板001上还可构造有虚拟图形dummy结构；其中，其第三介质层030可采用沉积工艺构造。
[0054]
具体地，其氧化硅介质层的厚度可选择介于29.68
å
与62.00
å
之间；其第一图形011或第二图形022的临界尺寸ocd可选择介于663
å
与696
å
之间。
[0055]
需要说明的是，上述实施例仅是为了更清楚地说明本发明的技术方案，本领域技术人员可以理解，本发明的实施方式不限于以上内容，基于上述内容所进行的明显变化、替换或替代，均不超出本发明技术方案涵盖的范围；在不脱离本发明构思的情况下，其它实施方式也将落入本发明的范围。

技术特征：
1.一种研磨方法，其特征在于：自基板（001）上至少构造有第一图形区域（010）的第一图形（011），构造有第二图形区域（020）的第二图形（022）；其中，所述第一图形（011）的第一图形密度超出所述第二图形（022）的第二图形密度预设的密度倍数，所述第一图形密度和所述第二图形密度采用相同的量化标准进行度量，所述第一图形密度和所述第二图形密度的度量标准包括图形部分预设截面的面积与相应工件图形区域面积之比或三维图形体积与相应工件区域占据体积之比；于所述第一图形区域（010）和所述第二图形区域（020）构造第三介质层（030），并通过第三氧化步骤（300）将所述第三介质层（030）处理形成预设厚度的第四介质层（040），于第四研磨步骤（400）采用化学机械研磨cmp制程处理工件表面以获得所述第三介质层（030）的目标厚度（099）。2.如权利要求1所述的研磨方法，其中：所述工件图形区域包括所述第一图形区域（010）、所述第二图形区域（020）；所述第一图形区域（010）和所述第二图形区域（020）之间还设置有第五图形区域（050），所述第五图形区域（050）包括有源区aa。3.如权利要求1或2所述的研磨方法，其中：所述第三介质层（030）为多晶硅介质层。4.如权利要求3所述的研磨方法，其中：所述第一图形区域（010）构造有浅沟槽隔离sti结构。5.如权利要求1、2或4任一项所述的研磨方法，其中：所述第四介质层（040）为氧化硅介质层。6.如权利要求5所述的研磨方法，其中：所述基板（001）上还构造有虚拟图形dummy结构。7.如权利要求4或6所述的研磨方法，其中：所述多晶硅介质层采用沉积工艺构造。8.如权利要求1、2、4或6所述的研磨方法，其中：所述化学机械研磨cmp制程采用选择比高于预设阈值的研磨液。9.如权利要求8所述的研磨方法，其中：所述第三氧化步骤（300）所采用氧化介质的第一含氧量阈值不小于第二含氧量阈值的60倍；所述密度倍数为正实数。10.如权利要求6或9所述的研磨方法，其中：所述氧化硅介质层的厚度介于29.68
å
与62.00
å
之间；所述第一图形（011）或所述第二图形（022）的临界尺寸ocd介于663
å
与696
å
之间。11.一种膜结构，包括构造于基板（001）上第一图形区域（010）的第一图形（011），于第二图形区域（020）的第二图形（022）；其中，所述第一图形（011）的第一图形密度超出所述第二图形（022）的第二图形密度预设的密度倍数，所述第一图形密度和所述第二图形密度采用相同的量化标准进行度量，所述第一图形密度和所述第二图形密度的度量标准包括图形部分预设截面的面积与相应工件图形区域面积之比或三维图形体积与相应工件区域占据体积之比；所述第一图形区域（010）和所述第二图形区域（020）还构造有第三介质层（030）及由所述第三介质层（030）氧化得到的第四介质层（040）。12.如权利要求11所述的膜结构，其中：所述工件图形区域包括所述第一图形区域（010）、所述第二图形区域（020）；所述第一图形区域（010）和所述第二图形区域（020）之间还设置有第五图形区域（050），所述第五图形区域（050）包括有源区aa。13.如权利要求11或12所述的膜结构，其中：所述第三介质层（030）为多晶硅介质层。14.如权利要求13所述的膜结构，其中：所述第一图形区域（010）构造有浅沟槽隔离sti
结构。15.如权利要求11、12或14任一项所述的膜结构，其中：所述第四介质层（040）为氧化硅介质层。16.如权利要求15所述的膜结构，其中：所述基板（001）上还构造有虚拟图形dummy结构；所述第三介质层（030）采用沉积工艺构造。17.如权利要求16所述的膜结构，其中：所述氧化硅介质层的厚度介于29.68
å
与62.00
å
之间；所述第一图形（011）或所述第二图形（022）的临界尺寸ocd介于663
å
与696
å
之间。

技术总结
本发明属于微电子技术领域，尤其涉及一种研磨方法及膜结构；对于存在显著图形密度差异的工件结构，通过设置牺牲层即第四介质层（040）来平衡研磨过程中由于较高的选择比带来的负载效应LE（Loading Effect）；其中，牺牲层可通过氧化过程来构造，并可通过调节氧化过程的氧气比例实现膜厚度的定量补偿；其牺牲层可基于前置的多晶硅沉积步骤获得相应的氧化硅膜结构；相关方法和结构可消除由于负载效应LE引入的下陷碟状（Dishing）瑕疵或由此导致的研磨差异和加工参数波动，并可进一步克服虚拟图形（Dummy）在消除负载效应LE时的不足，降低设备报警几率、提升产品良率和工作时间比（RWK Ratio）。Ratio）。Ratio）。


技术研发人员：宋伟丽 高骏
受保护的技术使用者：华虹半导体（无锡）有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/20