4-羥基苯甲酸對DSTI 化學機械拋光SiO2/Si3N4 去除選擇性的影響

張國林 ，王勝利 , *，王辰偉 ，張月 ，曹鈺偉 ，田雨暄 ，孫紀元

1.河北工業大學電子信息工程學院，天津 300130

2.天津市電子材料與器件重點實驗室，天津 300130

隨著微電子芯片中器件尺寸的縮小，晶體管密度增大，對器件隔離提出了更嚴格的要求[1-2]。淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)以突出的隔離性能、平坦的表面形貌、良好的鎖定性能，以及幾乎沒有場侵蝕等優點，成為微電子制造領域主流的隔離結構[3-4]。

STI 結構形成的大致過程如下：1)先在硅晶片上沉積一層較薄(厚度約為10 nm)的正硅酸乙酯基二氧化硅(TEOS-SiO2)，然后沉積一層厚度為35 nm 的Si3N4膜，其中TEOS-SiO2膜能夠緩沖Si3N4膜與硅晶片之間的應力，減輕或避免Si3N4膜沉積過程對硅晶片帶來的損傷；2)對硅晶片表面進行刻蝕，形成隔離溝槽，再通過高密度等離子體(high density plasma，HDP)技術將SiO2涂覆在硅晶片表面，以便對溝槽進行填充；3)通過化學機械拋光(chemical mechanical polishing, CMP)去除溝槽外硅晶片表面的HDP-SiO2膜，拋光過程終止于Si3N4膜表面；4)用高溫磷酸刻蝕去除Si3N4膜，HDP-SiO2因為不被磷酸刻蝕而保留下來，在硅晶片表面形成STI 結構。其中CMP 是目前半導體制造中形成STI 器件的關鍵工藝，在CMP 過程中要求拋光液對SiO2和Si3N4具有較高的去除選擇性，以保證將溝槽外的HDP-SiO2層徹底去除，Si3N4層則被保留下來[5-7]。

如圖1 所示，傳統STI CMP 工藝需要通過刻蝕將大塊有源區去除，操作工序復雜，并且容易導致嚴重的碟形化現象。此外，傳統STI 采用SiO2基研磨液，對SiO2/Si3N4的去除速率選擇比(下文用N 表示)較低，直接淺溝槽隔離(DSTI)CMP 則采用CeO2基研磨液，具有較高的SiO2/Si3N4去除速率選擇比，并且蝶形化程度較低，不僅能大幅提高產品良率，還省略了反向掩膜光刻和刻蝕步驟，令整個工藝周期縮短，成本降低[8]?！?br>