專利名稱：一種形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種為集成電路形成隔離的方 法，特別涉及一種形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件特征尺寸顯著減小，對(duì)芯片制 造工藝也相應(yīng)地提出了更高的要求。其中一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題就是絕緣介 質(zhì)在各個(gè)薄膜層之間或溝槽中均勻無孔的填充以提供充分有效地隔離保護(hù)。
在制造工藝進(jìn)入深亞微米技術(shù)節(jié)點(diǎn)之后，0.13|mi以下的元件例如MOS 器件有源區(qū)之間的隔離已大多采用淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成 首先需要在襯底中刻蝕出溝槽，再利用化學(xué)氣相淀積在淺溝槽中填入介電 質(zhì)，例如氧化硅，再利用化學(xué)機(jī)械拋光的方法使晶片表面平坦化。
圖1 (a)至圖1 (f)為依據(jù)傳統(tǒng)方法形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法剖 面示意圖。首先，如圖1 (a)所示，在半導(dǎo)體襯底100上形成墊氧化層110 和腐蝕阻擋層120，在腐蝕阻擋層120上形成圖案化的光刻膠130，并以圖 案化的光刻膠130為掩膜，刻蝕墊氧化層110和腐蝕阻擋層120至半導(dǎo)體襯 底100后，去除光刻膠130;如圖1 (b)所示，以腐蝕阻擋層120為掩膜， 刻蝕半導(dǎo)體襯底IOO至一設(shè)定深度，形成淺溝槽140。接下來，如圖1 (c) 所示，在溝槽140的表面上形成內(nèi)襯氧化層150，內(nèi)襯氧化層150可以是二氧化硅等絕緣材料。接著，如圖1 (d)所示，將絕緣物質(zhì)(如二氧化硅)填
入溝槽140中，并覆蓋內(nèi)襯氧化層150側(cè)壁和整個(gè)腐蝕阻擋層120，形成隔離氧化層160;然后，如圖l(e)所示，對(duì)填入的隔離氧化層160進(jìn)行平坦化處理，如采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝清除腐蝕阻擋層120上的隔離氧化層160，最后，如圖1 (f)所示，去除腐蝕阻擋層120和墊氧化層110,去除墊氧化層110的工藝一般采用濕法刻蝕，由于濕法刻蝕是等向性的，也會(huì)將溝槽140側(cè)壁的絕緣物質(zhì)刻蝕掉一些，結(jié)果形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)如圖1 (f)所示，在溝槽140的側(cè)壁形成凹陷170。
此凹陷將導(dǎo)致亞閾區(qū)的扭結(jié)效應(yīng)(Kink effect),這是由于邊緣寄生晶體管所造成的，該寄生晶體管往往具有更低的閾值電壓，與此伴隨的現(xiàn)象還有反窄溝道效應(yīng)，柵氧化層可靠性的退化以及額外的亞閾值區(qū)漏電流和功耗。
為解決STI淺溝槽側(cè)壁的凹陷問題，中國(guó)專利CN200610116858.X提出了采用旋制氧化層進(jìn)行保護(hù)和補(bǔ)償?shù)姆椒?，在拋光后并去除腐蝕阻擋層120和墊氧化層IIO后，在半導(dǎo)體村底IOO和隔離氧化層150上形成旋制氧化層，來填滿溝槽角落隔離結(jié)構(gòu)側(cè)壁的凹陷170，然后先后采用干法刻蝕和濕法腐蝕的方法去除旋制氧化層，從而避免形成淺溝槽隔離區(qū)角落的側(cè)壁凹陷。除此之外，中國(guó)專利CN01118829.4也提出了以氮氧化硅為掩膜保護(hù)溝槽側(cè)壁內(nèi)襯氧化層的方法，在內(nèi)襯氧化層上形成氮氧化硅后再于溝槽內(nèi)填滿絕緣物質(zhì)，在濕法腐蝕去除墊氧化層IIO時(shí)，由于腐蝕液對(duì)氮氧化硅的影響不大，故可以減緩氮氧化硅兩旁的內(nèi)襯氧化層和絕緣物質(zhì)的過度刻蝕所形成的淺溝槽隔離區(qū)角落的側(cè)壁凹陷，從而使得所制備的元器件具有較低的漏電流和較高的擊穿電壓。
但在這兩種方法形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的工藝較復(fù)雜，且在去除旋制氧化層以及墊氧化物過程中，同樣不能避免淺溝槽隔離區(qū)角落的側(cè)壁過腐蝕而形 成凹陷，其改善力度有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)的淺溝槽隔離工藝形成的淺溝槽 隔離結(jié)構(gòu)會(huì)在淺溝槽隔離區(qū)角落的側(cè)壁產(chǎn)生凹陷。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了 一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，
包括如下步驟
(l)提供半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底表面依次形成墊氧化層、多晶 爿法層和腐蝕阻擋層；
(2 )以光刻膠作掩膜，依次構(gòu)圖刻蝕腐蝕阻擋層、多晶硅層和墊氧化層 至半導(dǎo)體襯底，并以圖案化后的墊氧化層、多晶硅層和腐蝕阻擋層為掩 膜進(jìn)行刻蝕，形成位于半導(dǎo)體襯底中的溝槽；
(3 )高溫氧化，在溝槽的表面形成內(nèi)襯層，同時(shí)在多晶硅層側(cè)壁橫向氧 化形成一氧化區(qū)域，并在所述半導(dǎo)體襯底表面淀積隔離氧化層，填滿溝 槽并覆蓋內(nèi)襯層和腐蝕阻擋層后，平坦化隔離氧化層至曝露出腐蝕阻擋 層；
(4 )依次去除半導(dǎo)體襯底上的腐蝕阻擋層、多晶硅層和墊氧化層。 根據(jù)本發(fā)明提供的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其中，所采用的半導(dǎo)體 襯底可由單晶硅或多晶硅組成，而該半導(dǎo)體襯底也可以包括外延珪層、埋氧 層、硅化鍺或硅化鎵等材料，墊氧化層為熱氧化生長(zhǎng)的二氧化硅，其厚度為 50埃 150埃，多晶硅層厚度為200埃 500埃，腐蝕阻擋層為化學(xué)氣相淀積 沉積的氮化硅，其厚度為200埃 2000埃。墊氧化層、多晶硅層和腐蝕阻擋層的圖案化可通過相應(yīng)的腐蝕溶液腐蝕或混合氣體反應(yīng)離子束刻蝕(RIE )實(shí)現(xiàn)，半導(dǎo)體襯底上的溝槽通常通過感應(yīng)耦合等離子體刻蝕(ICP)實(shí)現(xiàn)，溝槽的側(cè)壁與該半導(dǎo)體襯底表面平行的平面約呈80度至89度夾角，這是由于ICP刻蝕過程中的側(cè)蝕所造成的。覆蓋溝槽側(cè)壁及底部的內(nèi)襯層可以為一層，也可以為多層，單一內(nèi)襯層通常采用厚度約30埃 200埃的二氧化硅層，多層內(nèi)襯層可為下列組合之一，包括二氧化硅/氮化硅、二氧化硅/氮氧化硅或總厚度為30埃 200埃的二氧化硅/氮化硅/氮氧化硅堆棧。在內(nèi)村層形成過程中，多晶硅層的側(cè)壁橫向氧化形成一氧化區(qū)域，該氧化區(qū)域環(huán)繞溝槽并與墊氧化層和隔離氧化層均相鄰接觸。填滿溝槽并覆蓋在內(nèi)襯層和腐蝕阻擋層的隔離氧化層通過高密度電漿化學(xué)氣相淀積法沉積實(shí)現(xiàn)，采用該方法得到的氧化膜品質(zhì)較高。采用化學(xué)機(jī)械拋光將隔離氧化層平坦化至曝露出腐蝕阻擋層后，分別依次采用相應(yīng)腐蝕溶液的濕法腐蝕方法去除腐蝕阻擋層、多晶硅層和墊氧化層。其中，多晶硅層通過濕法腐蝕去除后，其側(cè)壁被氧化形成的氧化區(qū)域與墊氧化層相鄰接觸，并在去除墊氧化層過程中，對(duì)溝槽隔離區(qū)角落的側(cè)壁實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償保護(hù)，防止在該過程中隔離氧化層位于溝槽隔離區(qū)角落的側(cè)壁^皮腐蝕而出現(xiàn)凹陷。
本發(fā)明的技術(shù)效果是，提供了一種形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，通過在墊氧化層和腐蝕阻擋層之間引入多晶硅層，在形成含二氧化硅層的內(nèi)襯層過程中，多晶硅層的側(cè)壁被氧化形成一與溝槽側(cè)壁大致自對(duì)準(zhǔn)的氧化區(qū)域，在濕法腐蝕去除墊氧化層過程中，該氧化區(qū)域?qū)Ω綦x氧化層位于溝槽隔離區(qū)側(cè)壁的部分實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)償保護(hù)，防止該位置凹陷的出現(xiàn)，
采用該方法形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)將器件有源區(qū)域隔離時(shí)，由于溝槽隔離區(qū)側(cè)壁沒有凹陷，從而防止了硅晶體的沉積和電荷的積累，保證了器件區(qū)域柵氧層厚度的均勻性，使得所制備的元器件具有較低的漏電流和較高的擊穿電壓，進(jìn)一步〗呆-〖正了器件性能。


圖1 (a) 圖1 (f)為依據(jù)傳統(tǒng)方法形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法剖面示意圖。
圖2 (a) ~圖2 (h)為依據(jù)本發(fā)明所提供的方法形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖2 (a) 圖2 (h)所示為本發(fā)明所提供的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法流程示意圖，如圖2 (a) ~圖2 (h)所示，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法包括以下步驟
步驟一，提供半導(dǎo)體襯底。
淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)用于半導(dǎo)體集成電路中器件有源區(qū)之間的隔離，在該實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底200上不只是形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其是可以用于形成其他如MOS器件的半導(dǎo)體襯底，通常為單晶硅或多晶硅襯底，也可以包括外延硅層、埋氧層、硅化鍺或硅化鎵等材料。
步驟二，在半導(dǎo)體襯底表面依次形成墊氧化層、多晶硅層和腐蝕阻擋層。如圖2(a)所示，在該步驟中，墊氧化層210采用高溫氧化的方法實(shí)現(xiàn)，為二氧化硅層，其厚度為50埃 150埃，多晶>眭層220厚度為200埃~500埃，腐蝕阻擋層230通過化學(xué)氣相淀積實(shí)現(xiàn)，為氮化硅層，厚度為200埃 2000 埃。
步驟三，依次構(gòu)圖刻蝕腐蝕阻擋層、多晶硅層和墊氧化層至半導(dǎo)體襯底。
如圖2(b)所示，在該步驟中，腐蝕阻擋層230、多晶硅層220和墊氧 化層210的圖案化，分別依次釆用對(duì)應(yīng)腐蝕溶液進(jìn)行腐蝕，也可采用混合氣 體反應(yīng)離子束刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)。
步驟四，以圖案化后的墊氧化層、多晶硅層和腐蝕阻擋層為掩膜進(jìn)行刻 蝕，形成位于半導(dǎo)體襯底中的溝槽。
如圖2(c)所示，在該步驟中，溝槽240的刻蝕采用感應(yīng)耦合等離子體 刻蝕(ICP)實(shí)現(xiàn)，溝槽240的側(cè)壁與半導(dǎo)體襯底200表面平行的平面約呈 80度至89度夾角，這是由于ICP刻蝕過程中的側(cè)蝕所造成的。
步驟五，在溝槽的表面形成內(nèi)襯層。
如圖2(d)所示，在該步驟中，所沉積的內(nèi)襯層250覆蓋溝槽240側(cè)壁 以及底部。內(nèi)襯層250可以為一層，也可以為多層。單一內(nèi)襯層通常采用厚 度約30埃 200埃的二氧化硅層，多層內(nèi)襯層可為下列組合之一，包括二 氧化硅/氮化硅、二氧化硅/氮氧化硅或總厚度為30埃~200埃的二氧化硅/氮 化硅/氮氧化硅堆棧。在該過程中，多晶硅層220的側(cè)壁橫向氧化形成一的氧 化區(qū)域270,該氧化區(qū)域270環(huán)繞形成溝槽隔離結(jié)構(gòu)的溝槽存在，且該氧化 區(qū)域270與墊氧化層210和隔離氧化層260均相鄰4妄觸，在濕法腐蝕去除墊 氧化層210過程中，對(duì)形成溝槽隔離結(jié)構(gòu)的絕緣介質(zhì)氧化層位于溝槽240側(cè) 壁的部分實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償保護(hù)。
步驟六，在半導(dǎo)體襯底表面淀積隔離氧化層。
如圖2(e)所示，在該步驟中，隔離氧化層260的淀積通過高密度電漿化學(xué)氣相淀積實(shí)現(xiàn)，填滿溝槽240并覆蓋內(nèi)襯層250和腐蝕阻擋層230，具 有較高的薄膜品質(zhì)。
步驟七，平坦化隔離氧化層至曝露出腐蝕阻擋層。
如圖2(f)所示，在該步驟中，隔離氧化層的平坦化通過化學(xué)才幾械拋光 實(shí)現(xiàn)。
步驟八，依次去除所述半導(dǎo)體襯底上的腐蝕阻擋層、多晶硅層和墊氧化層。
如圖2 (g)和圖2 (h)所示，在該步驟中，腐蝕阻擋層230、多晶硅 層220和墊氧化層210的去除均通過采用相應(yīng)腐蝕溶液的濕法腐蝕實(shí)現(xiàn)。圖 2(g)為去除腐蝕阻擋層230和多晶硅層220后的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)剖面示意 圖，如圖2(g)所示，由于多晶硅層220側(cè)壁橫向氧化形成了環(huán)繞溝槽側(cè)壁 的氧化區(qū)域270,且該氧化區(qū)域270與墊氧化層210和隔離氧化層260均相 鄰接觸，在濕法腐蝕去除墊氧化層210的過程中，氧化區(qū)域27(M艮好的補(bǔ)償 保護(hù)了隔離氧化層260位于溝槽240隔離區(qū)側(cè)壁的部分，從而得到如圖2(h) 所示的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其溝槽240隔離區(qū)側(cè)壁狗-接良好，沒有明顯凹陷出 現(xiàn)，對(duì)于保證器件柵氧層厚度尺寸的均勻性及元器件性能、進(jìn)一步降低漏電 流并提高擊穿電壓起到了至關(guān)重要的作用。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有^艮大差別的 實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明 書中所述的具體實(shí)施例。
ii
權(quán)利要求
1.一種形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟(1)提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底表面依次形成墊氧化層、多晶硅層和腐蝕阻擋層；(2)以光刻膠作掩膜，依次構(gòu)圖刻蝕所述腐蝕阻擋層、多晶硅層和墊氧化層至所述半導(dǎo)體襯底，并以所述圖案化后的墊氧化層、多晶硅層和腐蝕阻擋層為掩膜進(jìn)行刻蝕，形成位于所述半導(dǎo)體襯底中的溝槽；(3)高溫氧化，在所述溝槽的表面形成內(nèi)襯層，同時(shí)在多晶硅層側(cè)壁橫向氧化形成一氧化區(qū)域，并在所述半導(dǎo)體襯底表面淀積隔離氧化層，填滿所述溝槽并覆蓋所述內(nèi)襯層和腐蝕阻擋層后，平坦化所述隔離氧化層至曝露出腐蝕阻擋層；(4)依次去除所述半導(dǎo)體襯底上的腐蝕阻擋層、多晶硅層和墊氧化層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述墊氧化層材料為熱氧化生長(zhǎng)的二氧化硅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述腐 蝕阻擋層材料為化學(xué)氣相淀積沉積的氮化硅。
4. 才艮據(jù)權(quán)利要求2或3所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于， 所述腐蝕阻擋層、多晶硅層和墊氧化層的構(gòu)圖刻蝕采用混合氣體反應(yīng)離 子束刻蝕實(shí)現(xiàn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所 述腐蝕阻擋層、多晶硅層和墊氧化層的構(gòu)圖刻蝕采用相應(yīng)腐蝕溶液進(jìn)行 濕法腐蝕實(shí)現(xiàn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述內(nèi)襯層為單層二氧化硅層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述內(nèi) 襯層為多層，其多層結(jié)構(gòu)由二氧化硅/氮化硅、二氧化硅/氮氧化硅或二氧 化硅/氮化硅/氮氧化硅堆棧形成，且所述二氧化硅層位于內(nèi)側(cè)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述 溝槽的形成采用干法刻蝕方法。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述 隔離氧化層為利用高密度電漿化學(xué)氣相淀積法所沉積的二氧化硅。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述 多晶硅層的側(cè)壁橫向氧化形成的氧化區(qū)域，且所述氧化區(qū)域與所述墊氧 化層和所述隔離氧化層均相鄰接觸。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述 墊氧化層的去除采用濕法腐蝕方法。
12. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述 腐蝕阻擋層的去除采用濕法腐蝕方法。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述 多晶硅層的去除采用濕法腐蝕方法。
14. 根據(jù)權(quán)利要求2或11所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于， 所述墊氧化層的厚度為50埃~150埃。
15. 根據(jù)權(quán)利要求3或12所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于， 所述腐蝕阻擋層的厚度為200埃~2000埃。
16. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于， 所述內(nèi)襯層的厚度為30埃至200埃。
17.根據(jù)權(quán)利要求1或IO所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述多晶硅層的厚度為200埃至500埃。
全文摘要
一種形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的方法，通過在墊氧化層和腐蝕阻擋層之間引入多晶硅層，在形成至少含一二氧化硅層的內(nèi)襯層過程中，多晶硅層的側(cè)壁被橫向氧化形成一與溝槽側(cè)壁大致自對(duì)準(zhǔn)的氧化區(qū)域，在濕法腐蝕去除墊氧化層過程中，該氧化層對(duì)隔離氧化層位于溝槽隔離區(qū)側(cè)壁的部分實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)償保護(hù)，防止該位置凹陷的出現(xiàn)，有效保證了器件區(qū)域柵氧層厚度尺寸的均勻性，使得所制備的元器件具有較低的漏電流和較高的擊穿電壓，進(jìn)一步保證了元器件性能。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101656226SQ20091005519
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者令海陽, 劉龍平, 葉滋婧, 凌 孫, 巨曉華, 張美麗, 亮 易, 楊岳華, 麗 邵, 陳愛軍, 黃慶豐 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司