CN102142368B - 一种晶圆表面平坦化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆表面平坦化方法，包括：在有台阶的晶圆表面淀积第一层二氧化硅层；在所述二氧化硅层上面旋涂一层旋涂玻璃SOG层，所述SOG层在非台阶处的上表面高于所述晶圆表面的台阶；对旋涂SOG层后的晶圆进行高温烘烤；采用选定的刻蚀速率选择比对晶圆表面的SOG层和二氧化硅层进行刻蚀，获取满足设计需求的晶圆表面平整度，在刻蚀后的SOG层上边淀积第二层二氧化硅层。该方法在旋涂SOG层之后，通过刻蚀的方式改善涂覆后的晶圆表面平整度，能够获得较好的表面平坦化效果。

Description

一种晶圆表面平坦化方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤指一种采用旋涂玻璃（SpinOn Glass，SOG）对晶圆表面进行平坦化处理的晶圆表面平坦化方法。
背景技术
针对传统的采用单铝后段工艺的晶圆制备方法，通常采用硼磷氧化物回流的方式，来改善制备过程中由于台阶的存在所造成的晶圆表面平坦化效果不佳的问题，获取较为平坦化的晶圆表面质量。
随着晶圆制备后段工艺中多铝制成的需求越来越多，晶圆上台阶平坦化的要求也越来越多，上述采用硼磷氧化物回流的工艺已经无法满足台阶平坦化需求。
旋涂玻璃SOG是改善晶圆表面平坦化效果的最佳首选材料。它是一种由溶剂与介电质混合而成的液态介电质，含有SiO2或接近SiO2结构的材料，且一般是采用旋涂的方式涂布在晶圆的表面上，因此，这种液态介电质一般被称为“旋涂玻璃”。
采用SOG对晶圆表面进行平坦化处理，是一种相当简易的平坦化技术。由于这种SOG液态介电质是以溶剂的形态覆盖在硅片表面，因此对晶圆表面高低起伏外观的“沟填能力”还是比较好的，可以避免纯粹以化学气相沉积法制作介质层时所面临的孔洞问题。采用SOG进行平坦化处理的工艺流程一般包括：
在晶圆表面采用化学气相沉淀（Chemical Vapor Deposition，CVD）的方式淀积一层二氧化硅（SiO2），然后旋涂一层SOG，在淀积一层二氧化硅。形成类似于三明治的台阶平坦化结构，即两层通过CVD方式淀积的SiO2层（膜）夹着一层旋涂的SOG层（膜）。
这种淀积二氧化硅层和旋涂SOG层来改善具有台阶的晶圆表面平坦程度的方式，可以从一定程度上使晶圆表面变得相对平坦，不再具有明显的台阶，但仍然难以避免表面存在高低起伏，不能获取到良好的表面平坦化效果。如图1所示，即采用上述方式对晶圆表面进行平坦化处理后，在扫瞄式电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）显示的晶圆表面质量示意图。图1具体为5KV电压、2.5万倍率下的晶圆表面质量平坦化效果图示。从图中可以看出在台阶位置处仍具有0.3170μm，即3170A（埃）。
且由于SOG本身含有溶剂，
即使回流后也还是会吸收一定量的水份。在后续采用湿法处理的过程中会使金属铝上边覆盖的SOG层吸水，导致漏电等介质隔离不良的现象发生。
发明内容
本发明实施例提供一种晶圆表面平坦化方法，用以解决现有技术中晶圆表面平坦化处理工艺不能获取良好的表面平坦化效果的问题。
一种晶圆表面平坦化方法，包括：
在有台阶的晶圆表面淀积第一层二氧化硅层；
在所述二氧化硅层上面旋涂一层旋涂玻璃SOG层，所述SOG层在非台阶处的上表面高于所述晶圆表面的台阶；
对旋涂SOG层后的晶圆进行高温烘烤；
根据所述晶圆表面的台阶高度，采用选定的刻蚀速率选择比，通过干法刻蚀的方式，按照所述刻蚀速率选择比对晶圆表面的SOG层和二氧化硅层进行刻蚀，获取满足设计需求的晶圆表面平整度，在刻蚀后的SOG层上边淀积第二层二氧化硅层。
本发明的上述方法，采用四氟化碳、三氟甲烷和氩气的混合气体对旋涂SOG层后的晶圆进行干法刻蚀。
本发明的上述方法，通过调整所述混合气体中四氟化碳、三氟甲烷和氩气的配比，得到所选择的刻蚀速率选择比；
所述混合气体中四氟化碳、三氟甲烷和氩气的体积配比为（40～60）：（90～120）：300。
本发明的上述方法，所述干法刻蚀的功率为600～800瓦，压力为600～800毫克，刻蚀时间为100～120秒。
本发明的上述方法，淀积的二氧化硅层的厚度为2000A～3000A。
本发明实施例提供的晶圆表面平坦化方法，通过在有台阶的晶圆表面淀积第一层二氧化硅层；在所述二氧化硅层上面旋涂一层旋涂玻璃SOG层，所述SOG层在非台阶处的上表面高于所述晶圆表面的台阶；对旋涂SOG层后的晶圆进行高温烘烤；根据所述晶圆表面的台阶高度差，采用选定的刻蚀速率选择比，通过干法刻蚀的方式，按照所述刻蚀速率选择比对晶圆表面的SOG层和二氧化硅层进行刻蚀，获取满足设计需求的晶圆表面平整度，在刻蚀后的SOG层上边淀积第二层二氧化硅层。该方法在半导体后段工艺平坦化处理的过程中，在旋涂SOG层之后，通过刻蚀的方式改善涂覆后的晶圆表面平整度，获得较好的表面平坦化效果。且通过控制对氧化硅层和SOG层的刻蚀速率选择比，可以获得不同表面平坦化效果，使后续工艺不再受晶圆表面台阶的限制。
附图说明
图1为现有技术中晶圆表面平坦化效果的示意图；
图2为本发明实施例中晶圆表面平坦化方法的流程图；
图3为本发明实施例中旋涂SOG后的晶圆表面的结构示意图；
图4为本发明实施例中回刻后的晶圆表面的结构示意图；
图5为本发明实施例中平坦化处理后的晶圆表面质量效果示意图。
具体实施方式
晶圆表面由于金属层所造成的高低起伏，而具有台阶。为了改善这种高低起伏的外观，需要对晶圆表面进行平坦化处理。本发明实施例提供的晶圆表面平坦化方法，在旋涂SOG层后，采用回刻的方式改善晶圆表面的平整度，获取较佳的晶圆表面平坦化效果。其流程如图2所示，执行步骤如下：
步骤S101：在有台阶的晶圆表面淀积第一层二氧化硅层。
在有台阶的晶片表面先以化学气相沉淀（CVD）的方式沉积一层SiO2。淀积的二氧化硅层的厚度为2000A～3000A。
步骤S102：在二氧化硅层上面旋涂一层旋涂玻璃SOG层。
旋涂SOG的厚度视台阶的高度确定，一般应保证SOG层在非台阶处的上表面高于晶圆表面的台阶的高度。
较佳的，SOG层高出最高台阶的高度应使得后续回刻步骤之后，晶圆上金属台阶处的上表面仍留有SiO2层为宜。
如图3所示为晶圆表面淀积二氧化硅并旋涂SOG后的结构示意图，其中，METAL为金属层。金属层上边为淀积的第一层二氧化硅，二氧化硅层上边为涂覆的SOG层。
步骤S103：对旋涂SOG层后的晶圆进行高温烘烤。
高温烘烤的温度为400～500℃，烘烤的时间以30～60分钟为宜。一般可以根据SOG的材料确定，不同材料组分的SOG烘烤的温度和时间有所不同。
步骤S104：采用选定的刻蚀速率选择比对晶圆表面的SOG层和二氧化硅层进行刻蚀，即回刻。
由于金属层所造成的台阶，使得旋涂SOG之后仍然不能获取很好的表面平整度，因此，通过回刻的方式减少旋涂SOG之后的晶圆表面的台阶差，以获取满足设计需求的晶圆表面平整度。在进行回刻时，需要选择一个最佳的刻蚀速率选择比，以便尽可能的降低台阶差。
所以，采用选定的刻蚀速率选择比对晶圆表面的SOG层和二氧化硅层进行刻蚀，具体包括：
根据晶圆表面的台阶高度，选择刻蚀SOG和二氧化硅层的刻蚀速率选择比。然后通过干法刻蚀的方式，按照刻蚀速率选择比对晶圆表面的SOG层和二氧化硅层进行刻蚀。
其中干法蚀刻具体采用四氟化碳、三氟甲烷和氩气的混合气体对旋涂SOG层后的晶圆进行刻蚀。通过调整四氟化碳、三氟甲烷和氩气的配比，得到所选择的刻蚀速率选择比，实现对二氧化硅层和SOG层的不同刻蚀速率。
一般四氟化碳、三氟甲烷和氩气的体积配比为（40～60）：（90～120）：300，较佳的，四氟化碳、三氟甲烷和氩气的体积配比为50：100：300。以实现对二氧化硅层和SOG层的不同刻蚀速率，一般可以控制达到刻蚀速率选择比的范围是0.7～2。实验证明控制刻蚀速率选择比为1时，可以获取最好的晶圆表面平坦化效果。
除了控制气体的配比，干法刻蚀还需要控制功率、压力和时间等因素，一般选择干法刻蚀的功率为600～800瓦，压力为600～800毫克，刻蚀时间为100～120秒。
由于涂覆SOG后晶圆表面仍存在台阶差，因此，通过回刻的方式把台阶的高低差降低，即上述选择的刻蚀速率选择比应以使台阶差最小为目标。。
图4即为进行回刻之后的晶圆表面的结构示意图，其中，METAL为金属层，金属层台阶的上边经回刻之后只剩下淀积的第一层二氧化硅，而晶圆表面没有台阶处则仍留有二氧化硅层以及上边涂覆的SOG层。
一般SOG层进行刻蚀后，晶圆表面台阶处的二氧化硅层的厚度为50～100纳米。
图5为完成平坦化处理后在SEM下显示的晶圆表面质量示意图。图5具体为5KV电压、2.5万倍率下的晶圆表面质量平坦化效果图示。从图中可以看出在台阶位置处具有0.2170μm，即2170A（埃），相比于现有技术（图1）的平坦化效果而言，台阶差降低了0.1μm。
步骤S105：在刻蚀后的SOG层上边淀积第二层二氧化硅层。
在完成回刻之后，再淀积上一层厚度为200～300纳米的二氧化硅层，完成晶圆表面的平坦化处理。
本发明实施例提供的上述晶圆表面平坦化方法，在旋涂SOG之后，进行回刻，以减小旋涂SOG层之后所存在的台阶差，获取较为平整的介质层表面后在淀积第二层二氧化硅，从而使的晶圆表面的平整度满足后续设计的要求。
并通过选择不同的刻蚀速率选择比来实现对SOG层和二氧化硅层不同刻蚀速率，通过不同刻蚀速率的选择获取不同的平坦化效果。使后续设计不再受台阶差的限制，从而提高晶圆产品的设计可靠性。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化、替换或应用到其他类似的装置，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种晶圆表面平坦化方法，其特征在于，包括：
在有台阶的晶圆表面淀积第一层二氧化硅层；
在所述二氧化硅层上面旋涂一层旋涂玻璃SOG层，所述SOG层在非台阶处的上表面高于所述晶圆表面的台阶；
对旋涂SOG层后的晶圆进行高温烘烤；
根据所述晶圆表面的台阶高度，采用选定的刻蚀速率选择比，通过干法刻蚀的方式，按照所述刻蚀速率选择比对晶圆表面的SOG层和二氧化硅层进行刻蚀，获取满足设计需求的晶圆表面平整度，在刻蚀后的SOG层上边淀积第二层二氧化硅层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用四氟化碳、三氟甲烷和氩气的混合气体对旋涂SOG层后的晶圆进行干法刻蚀。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过调整所述混合气体中四氟化碳、三氟甲烷和氩气的配比，得到所选择的刻蚀速率选择比；
所述混合气体中四氟化碳、三氟甲烷和氩气的体积配比为（40～60）：（90～120）：300。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述干法刻蚀的功率为600～800瓦，压力为600～800毫克，刻蚀时间为100～120秒。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，淀积的二氧化硅层的厚度为2000A～3000A。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述SOG层进行刻蚀后，所述晶圆表面台阶处的二氧化硅层的厚度为500A～1000A。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述烘烤的温度为400～500℃，烘烤的时间为30～60分钟。
8.如权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，所述刻蚀速率选择比的范围是0.7～2。
9.如权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，所述刻蚀速率选择比为1。
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