專利名稱：Sti的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種STI的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體工藝進入深亞微米時代，0. 13 μ m以下的元件例如CMOS器件中，NMOS 晶體管和PMOS晶體管之間的隔離均采用STI (淺溝槽隔離)工藝形成。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種STI的制造方法流程圖。參考圖1，STI的形成方法通常包 括步驟S1 提供半導(dǎo)體基底，具體的首先在半導(dǎo)體基底上形成刻蝕阻擋層；S2 接著在所 述刻蝕阻擋層上形成光掩膜層，接著圖案化所述光掩膜層，使得所述刻蝕阻擋層的部分區(qū) 域被暴露；S3 對刻蝕阻擋層及刻蝕阻擋層下層的半導(dǎo)體基底進行刻蝕，在所述刻蝕阻擋 層和所述半導(dǎo)體基底中形成溝槽，具體的，利用所述圖案化的光掩膜層做掩膜，對所述刻蝕 阻擋層和所述半導(dǎo)體基底進行刻蝕，在刻蝕阻擋層和半導(dǎo)體基底中形成溝槽；S4 向所述 溝槽內(nèi)填充絕緣介質(zhì)，例如絕緣介質(zhì)可以為氧化物；S5 平坦化所述絕緣介質(zhì)；S6 去除刻 蝕阻擋層，形成STI。例如在文件號為“US6713780B2”的美國專利文獻中提供了一種利用多晶硅層做刻 蝕阻擋層形成STI的方法，參考圖2至圖5，包括步驟在襯底10表面形成刻蝕阻擋層20， 其為從下到上的氧化物層20a-多晶硅層20b-氮化硅層20c的疊層結(jié)構(gòu)，其中氮化物層20c 為硬掩膜層，多晶硅層20b為緩沖層；刻蝕在襯底10和刻蝕阻擋層20內(nèi)形成溝槽30 ；采用 熱氧化的方法在溝槽30的側(cè)壁及襯底上生長氧化硅層40 ；向所述溝槽30填充介質(zhì)50 ；對 填充介質(zhì)50進行平坦化，并去除氮化硅層20c ；最后將氧化物層20a和多晶硅層20b清洗 掉，形成STI。上述STI的形成方法中所述刻蝕阻擋層通常為多晶硅層和氮化硅層的疊層結(jié)構(gòu)， 在STI制造過程中發(fā)現(xiàn)，STI形成過程中刻蝕形成溝槽時，由于刻蝕阻擋層的厚度較厚，因 此刻蝕過程中容易出現(xiàn)刻蝕阻擋層脫落的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的解決的問題是減小刻蝕過程中的刻蝕阻擋層脫落。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種STI的形成方法，包括步驟提供半導(dǎo)體基 底；在半導(dǎo)體基底上利用原子層沉積的方法形成氮化物層；在所述氮化物層上形成硬掩膜 層，所述氮化物層和硬掩膜層構(gòu)成刻蝕阻擋層；對所述硬掩膜層、氮化物層以及半導(dǎo)體基底 進行刻蝕，從而在硬掩膜層、氮化物層以及半導(dǎo)體基底內(nèi)形成溝槽；沉積絕緣介質(zhì)，所述絕 緣介質(zhì)覆蓋所述溝槽的側(cè)壁和底部以及硬掩膜層；對所述絕緣介質(zhì)進行平坦化；去除所述 氮化物層和硬掩膜層。可選的，所述硬掩膜層的材料為氮化硅?？蛇x的，所述硬掩膜層的形成方法為LPCVD。可選的，所述氮化物層的形成方法中沉積溫度為400°C至600°C。
可選的，形成所述氮化物層的原料包括SiH2CL2和NH3, SiH2CL2和NH3的流量比為 1/5 至 1/10?？蛇x的，SiH2CL2的流量為 0. 2L/min 至 lL/min, NH3 的流量為 lL/min 至 5L/min， 沉積時間為IOmins至120mins。可選的，所述氮化物層的厚度為114埃士 15埃，硬掩膜層的厚度為82士 15埃?？蛇x的，所述半導(dǎo)體基底還包括氧化硅層?？蛇x的，所述氧化硅層利用熱氧化生長的方式形成?？蛇x的，對所述硬掩膜層、氮化物層以及半導(dǎo)體基底進行刻蝕，形成溝槽的步驟包 括在硬掩膜層上形成具有開口的掩膜圖形；以所述掩膜圖形為掩膜對硬掩膜層、氮化物層和半導(dǎo)體基底進行刻蝕。和現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案的優(yōu)點在于通過將現(xiàn)有技術(shù)中的刻蝕阻擋層中的多晶硅緩沖層替換為本發(fā)明中的氮化物層， 因為氮化物層的刻蝕速率小于多晶硅的刻蝕速率，因此利用氮化物層做緩沖層還可以起到 硬掩膜的作用，因此這樣就可以將緩沖層和硬掩膜層的厚度都減薄，也就是刻蝕阻擋層減 薄，從而這樣就使得刻蝕阻擋層在刻蝕中脫落的可能性減小，并且因為硬掩膜層減薄從而 平坦化效率更高。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目 的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按 實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。圖1為現(xiàn)有的一種STI形成方法的流程圖；圖2至圖5為現(xiàn)有的一種STI形成方法的示意圖；圖6為本發(fā)明的STI的形成方法流程圖；圖7至圖13為本發(fā)明的STI的形成方法示意圖。
具體實施例方式從背景技術(shù)可知在STI的形成過程中通常先在半導(dǎo)體基底上形成一層刻蝕阻擋 層；然后在刻蝕阻擋層上形成具有開口圖形的掩膜層；接著進行刻蝕在掩膜層開口處的半 導(dǎo)體基底以及刻蝕阻擋層中形成溝槽；接著向所述溝槽內(nèi)填充絕緣介質(zhì)；接著平坦化所述 絕緣介質(zhì)；最后去除刻蝕阻擋層，形成STI。但是采用現(xiàn)有技術(shù)，刻蝕半導(dǎo)體基底以及刻蝕阻擋層中形成溝槽后測試發(fā)現(xiàn)在基 底上存在一些刻蝕阻擋層的脫落物，本發(fā)明的發(fā)明人在研究后認(rèn)為現(xiàn)有技術(shù)中采用氮化 硅和多晶硅的疊層結(jié)構(gòu)作為刻蝕阻擋層，其中氮化硅層作為半導(dǎo)體基底的硬掩膜層，在刻 蝕溝槽過程中保護半導(dǎo)體基底；多晶硅層作為緩沖層，由于多晶硅層的刻蝕速率和氮化硅 的刻蝕速率不同，從而多晶硅層還起到刻蝕停止的作用。但是由于多晶硅層的刻蝕速率較 快，為了更好的保護半導(dǎo)體基底，起硬掩膜作用的氮化硅層需要制作的非常厚，緩沖層也需 要制作的較厚，這樣在刻蝕的過程中刻蝕阻擋層就容易發(fā)生脫落，另外一方面由于多晶硅層和氮化硅層之間的應(yīng)力差較大，從而也容易使氮化硅層從多晶硅層上脫落。在分析了上述原因之后，本發(fā)明的發(fā)明人提供的一種STI的形成方法，包括步驟 提供半導(dǎo)體基底；在半導(dǎo)體基底上利用原子層沉積的方法形成氮化物層；在所述氮化物層 上形成硬掩膜層，所述氮化物層和硬掩膜層構(gòu)成刻蝕阻擋層；對所述硬掩膜層、氮化物層以 及半導(dǎo)體基底進行刻蝕，從而在硬掩膜層、氮化物層以及半導(dǎo)體基底內(nèi)形成溝槽；沉積絕緣 介質(zhì)，所述絕緣介質(zhì)覆蓋所述溝槽的側(cè)壁和底部以及硬掩膜層；對所述絕緣介質(zhì)進行平坦 化；去除所述氮化物層和硬掩膜層。上述技術(shù)方案，通過利用氮化物層來作為緩沖層，從而替代了現(xiàn)有技術(shù)中利用多 晶硅層做緩沖層，這樣就可以將緩沖層和硬掩膜層的厚度都減薄，也就是刻蝕阻擋層減薄， 從而這樣就使得刻蝕阻擋層在刻蝕中脫落的可能性減小，并且在平坦化的過程中效率更 高，平坦化之后的形貌更好。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā) 明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不 違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表 示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護的范圍。此外，在實際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。圖6為本發(fā)明的STI的形成方法流程圖。圖7至圖13為本發(fā)明的STI的形成方 法示意圖，下面參考圖6至圖13對本發(fā)明的STI的形成方法進行說明，包括步驟SlO 提供半導(dǎo)體基底。參考圖7，具體的，半導(dǎo)體基底110可以是單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅、或硅鍺 (SiGe)，也可以是絕緣體上硅(SOI)，或者還可以包括其它的材料，例如銻化銦、碲化鉛、砷 化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵。雖然在此描述了可以形成半導(dǎo)體基底110的材料的幾個示 例，但是可以作為半導(dǎo)體基底的任何材料均落入本發(fā)明的精神和范圍。在半導(dǎo)體基底110 中通過摻雜工藝?yán)珉x子注入工藝形成有源區(qū)(AA)(未圖示)。在一種優(yōu)選實現(xiàn)方式中，所述半導(dǎo)體基底110還包括氧化硅層110a，所述氧化硅 層IlOa為利用熱氧化生長的方式形成的，其結(jié)構(gòu)致密，可以在形成刻蝕阻擋層的步驟中保 護氧化硅層IlOa的下層半導(dǎo)體基底。S20 在半導(dǎo)體基底110上利用原子層沉積的方法形成氮化物層。參考圖8，具體的，在半導(dǎo)體基底上形成氮化物層120。在一具體實現(xiàn)方式中，沉 積溫度400°C至600°C，例如450°C、500°C、55(TC，利用的反應(yīng)物為=SiH2CL2和NH3，其中 SiH2CL2 和 NH3 的流量比為 1/5 至 1/10，例如 1/6、1/7、1/8、1/9。在一優(yōu)選的實現(xiàn)方式中SiH2CL2的流量為0. 2L/min至lL/min，例如0. 3L/min、 0. 4L/min、0. 5L/min、0. 6L/min、0. 7L/min、0. 8L/min、0. 9L/min，NH3 的流量為 lL/min 至 5L/ min,例如 lL/min、2L/min、3L/min、4L/min，沉積時間為 IOmins 至 120mins，例如 30mins、 60mins、90mins、110mins，從而會在半導(dǎo)體基底和氮化物層之間形成光滑的原子界面，并且 形成理想厚度的氮化物層120。在一優(yōu)選的實現(xiàn)方式中氮化物層的厚度為82埃士 15埃。
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S30 在所述氮化物層120上形成硬掩膜層。參考圖9，所述硬掩膜層130可以利用任何常規(guī)真空鍍膜技術(shù)獲得。例如原子 層沉積(ALD)、物理氣相淀積(PVD)、化學(xué)氣相淀積(CVD)、等離子體增強型化學(xué)氣相淀積 (PECVD)工藝，優(yōu)選的利用低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)工藝，在高溫(約750攝氏度)條件 下，經(jīng)由氨氣和二氯硅烷反應(yīng)生成氮化硅(Si3N4)15具體的厚度可以與形成的方法相關(guān)，例 如利用低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)工藝形成的氮化硅(Si3N4)層的厚度為114埃士 15埃。 因為原子層沉積(ALD)成本較高，因此優(yōu)選利用LPCVD工藝可以降低成本，并且形成的硬掩 膜層的平坦性好。上述氮化物層120和硬掩膜層130構(gòu)成刻蝕阻擋層，其中氮化物層作為刻蝕緩沖層。原子層沉積(ALD)的方法形成的膜層結(jié)構(gòu)致密，但是形成的速度較慢，成本較高， 因此不常采用。但是本發(fā)明的發(fā)明人在研究后認(rèn)為由于現(xiàn)有技術(shù)中的多晶硅層刻蝕速率較 快，從而不得不將多晶硅層和硬掩膜層的厚度設(shè)置的較厚，這樣就會帶來刻蝕中容易脫落 的問題，而利用原子層沉積的方法來形成氮化物的緩沖層，可以使得氮化物層結(jié)構(gòu)致密，從 而利用較薄的厚度就可以起到現(xiàn)有技術(shù)中多晶硅層的效果，并且由于在刻蝕溝槽的過程中 緩沖層的刻蝕速率減慢，從而氮化物的緩沖層也可以起到一定的硬掩膜的作用，從而可以 將硬掩膜的厚度減薄，這樣就使得刻蝕阻擋層的總厚度減薄，可以減小刻蝕過程中的脫落 問題，并且由于厚度減薄，使得在平坦化的過程中效率提高。S40 對所述硬掩膜層130、氮化物層120以及半導(dǎo)體基底進行刻蝕，從而在硬掩膜 層130、氮化物層120以及半導(dǎo)體基底110內(nèi)形成溝槽。參考圖10，可以利用在硬掩膜層130上旋涂光刻膠層，然后圖案化光刻膠層，形成 具有開口的掩膜圖形，露出硬掩膜層130、氮化物層120以及半導(dǎo)體基底110，利用掩模圖形 作為掩膜在襯底100中刻蝕出溝槽140。所述刻蝕可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法進行刻蝕，例如利用等離子干法刻 蝕。具體包括選用電感耦合等離子體型刻蝕設(shè)備，在刻蝕過程中，例如刻蝕氣體包括氬氣 Ar以及四氟甲烷CF4、六氟乙烷C2F6和三氟甲烷CHF3等含氟氣體。在反應(yīng)室內(nèi)同時通入上 述氣體，其中氬氣Ar起到稀釋刻蝕氣體的作用，其流量為lOOsccm 300sCCm。起刻蝕作用 的氣體中，四氟甲烷CF4的流量為50sccm IOOsccm ；六氟乙烷C2F6的流量為IOOsccm 400sccm ；三氟甲烷CHF3的流量為IOsccm lOOsccm。反應(yīng)室內(nèi)將所述氣體電離為等離子 體的射頻功率源的輸出功率為50W 1000W ；射頻偏置功率源的輸出功率為50W 250W。 反應(yīng)室內(nèi)的壓力設(shè)置為50mTorr 200mTorr，半導(dǎo)體基底溫度控制在20°C和90°C之間。上 述等離子刻蝕的過程是一種各向異性的刻蝕，刻蝕氣體和稀釋氣體的共同作用使刻蝕后的 溝槽為斜面，優(yōu)選的傾斜角度為70度到85度，溝槽的深度可以為2000埃 4000埃。所述 刻蝕工藝還可以在其它刻蝕設(shè)備中進行，如電容耦合等離子體型刻蝕設(shè)備、感應(yīng)耦合等離 子刻蝕設(shè)備。在本發(fā)明中，利用ALD工藝形成的氮化硅材料的氮化物層；優(yōu)選的利用LPCVD的方 式形成氮化硅材料的硬掩膜層，由于在刻蝕形成溝槽的過程中，LPCVD的方式形成硬掩膜層 的刻蝕速率要大于ALD工藝形成的氮化物層，因此使得刻蝕形成的溝槽的開口為V字形，這 樣便于在后續(xù)的填充步驟中填充的質(zhì)量更好。
在其它實施例中，也可以采用下列方法以光刻膠圖形為掩膜刻蝕硬掩膜層，將光刻膠圖形轉(zhuǎn)移至硬掩膜層中。然后將光 刻膠圖形去除，利用硬掩膜層作為掩膜進行刻蝕，在半導(dǎo)體基底中形成溝槽。在刻蝕形成溝槽之后，還可以利用熱氧化法或原為蒸氣產(chǎn)生(ISSG)工藝在溝槽 內(nèi)壁和底部表面生長一層襯氧化層(liner oxide) 150。氧化的溫度控制在900 1100°C 之間，生長的厚度為50 200人。襯氧化層150能夠修復(fù)刻蝕過程中溝槽表面出現(xiàn)的刻蝕損 傷。S50 沉積絕緣介質(zhì)160，所述絕緣介質(zhì)覆蓋所述溝槽的側(cè)壁和底部以及硬掩膜層。參考圖11，在一具體實施方式
中利用HDP-CVD工藝淀積絕緣介質(zhì)160，絕緣介質(zhì)材 料可以為二氧化硅、氟硅玻璃、未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)和正硅酸四乙酯中的一種。例 如可以使用硅烷(SiH4)和氧氣(02)，與濺射用反應(yīng)氣體，例如氬氣(Ar)、氦氣(He)和氫 氣(H2)等以同時進行淀積(exposition)和濺射(sputtering)反應(yīng)，沉積直到溝槽140 全部被填充滿。在本發(fā)明的一個實施例中，采用LPCVD的方法，工藝參數(shù)為反應(yīng)腔壓強為 1 X 102pa,反應(yīng)溫度為600度-800度。在上述工藝參數(shù)下熱分解TE0S，從而生成二氧化硅 (SiO2)。因為LPCVD較高壓化學(xué)氣相淀積(HPCVD)生成的絕緣介質(zhì)160密度小，因此溝槽 140內(nèi)的絕緣介質(zhì)160對溝槽140側(cè)壁的壓應(yīng)力較小。S60 對所述絕緣介質(zhì)160進行平坦化；參考圖12，利用化學(xué)機械研磨(CMP)工藝，對絕緣介質(zhì)160平坦化，使絕緣介質(zhì) 160上表面為平坦表面。S70 去除所述氮化物層和硬掩膜層。參考圖13，在一具體實施例中，可以繼續(xù)進行CMP工藝，使溝槽位置的絕緣介質(zhì) 160上表面和氮化物層120齊平，也就是將硬掩膜層利用CMP工藝去除。當(dāng)然在其它實施例 中，也可以利用其他方法去除硬掩膜層，例如熱磷酸濕法去除。接著，再取出氮化物層，例如利用熱磷酸濕法去除氮化物層120，并利用氫氟酸去 除氧化硅層110a。這樣就形成了 STI。在上述實施例中，由于ALD工藝形成的氮化物層和LPCVD工藝形成的材料為氮化 硅的硬掩膜層之間的應(yīng)力，小于多晶硅層和LPCVD工藝形成的氮化硅層之間的應(yīng)力，因此 相比于現(xiàn)有技術(shù)在刻蝕溝槽的過程中硬掩膜層更不易脫落。另外，在上述實施例中，因為使得緩沖層，相比于現(xiàn)有技術(shù)中減薄，從而在CMP工 藝將硬掩膜層去除之后，殘留的絕緣介質(zhì)的厚度也減薄，這樣在取出緩沖層厚后，最后殘留 在半導(dǎo)體基底上的絕緣介質(zhì)的厚度減小，從而更利于后續(xù)的工藝進行，大大提高了器件的 性能。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng) 域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi) 容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此， 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單 修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種STI的形成方法，其特征在于，包括步驟提供半導(dǎo)體基底；在半導(dǎo)體基底上利用原子層沉積的方法形成氮化物層；在所述氮化物層上形成硬掩膜層，所述氮化物層和硬掩膜層構(gòu)成刻蝕阻擋層；對所述硬掩膜層、氮化物層以及半導(dǎo)體基底進行刻蝕，從而在硬掩膜層、氮化物層以及半導(dǎo)體基底內(nèi)形成溝槽；沉積絕緣介質(zhì)，所述絕緣介質(zhì)覆蓋所述溝槽的側(cè)壁和底部以及硬掩膜層；對所述絕緣介質(zhì)進行平坦化；去除所述氮化物層和硬掩膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STI的形成方法，其特征在于，所述硬掩膜層的材料為氮化娃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的STI的形成方法，其特征在于，所述硬掩膜層的形成方法為 LPCVD。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STI的形成方法，其特征在于，所述氮化物層的形成方法中沉 積溫度為400°C至600°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的STI的形成方法，其特征在于，形成所述氮化物層的原料包 括=SiH2CL2 和 NH3, SiH2CL2 和 NH3 的流量比為 1/5 至 1/10。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的STI的形成方法，其特征在于，SiH2CL2的流量為0.2L/min至 lL/min, NH3 的流量為 lL/min 至 5L/min，沉積時間為 IOmins 至 120mins。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STI的形成方法，其特征在于，所述氮化物層的厚度為114埃 士 15埃，硬掩膜層的厚度為82士 15埃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STI的形成方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體基底還包括氧化硅層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的STI的形成方法，其特征在于，所述氧化硅層利用熱氧化生長 的方式形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STI的形成方法，其特征在于，對所述硬掩膜層、氮化物層以 及半導(dǎo)體基底進行刻蝕，形成溝槽的步驟包括在硬掩膜層上形成具有開口的掩膜圖形；以所述掩膜圖形為掩膜對硬掩膜層、氮化物層和半導(dǎo)體基底進行刻蝕。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種STI的形成方法，包括步驟提供半導(dǎo)體基底；在半導(dǎo)體基底上利用原子層沉積的方法形成氮化物層；在所述氮化物層上形成硬掩膜層，所述氮化物層和硬掩膜層構(gòu)成刻蝕阻擋層；對所述硬掩膜層、氮化物層以及半導(dǎo)體基底進行刻蝕，從而在硬掩膜層、氮化物層以及半導(dǎo)體基底內(nèi)形成溝槽；沉積絕緣介質(zhì)，所述絕緣介質(zhì)覆蓋所述溝槽的側(cè)壁和底部以及硬掩膜層；對所述絕緣介質(zhì)進行平坦化；去除所述氮化物層和硬掩膜層，該方法減小了刻蝕過程中的刻蝕阻擋層容易脫落的可能。
文檔編號H01L21/762GK101996921SQ200910056730
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者代培剛, 馮永剛, 宋化龍, 張永興 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司