專(zhuān)利名稱：半導(dǎo)體器件淺溝隔離結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體器件淺溝隔離(STI)結(jié)構(gòu)的制作方法。所
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的制作工藝中，包括有源區(qū)之間隔離的制作工藝，隔離工藝通過(guò)淺溝隔離結(jié)構(gòu)完成。淺溝隔離結(jié)構(gòu)的制作方法主要分為三個(gè)步驟進(jìn)行淺溝刻蝕、氧化物填充及氧化物平坦化，以下對(duì)現(xiàn)有制作淺溝隔離的方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的制作淺溝隔離的方法流程圖，結(jié)合圖2a 圖2d所示的淺溝隔離制作剖面示意圖進(jìn)行說(shuō)明，其具體步驟為步驟101、在硅襯底10上進(jìn)行淺溝隔離槽的刻蝕，得到淺溝隔離槽20，淺溝槽之間定義有源區(qū)的位置，如圖2a所示；在本步驟中，在進(jìn)行淺溝隔離刻蝕之前，還需要在襯底10表面依次熱氧化生長(zhǎng)鋪墊氧化硅層及沉積氮化硅層，其中，鋪墊氧化硅層用于消除氮化硅與硅襯底之間的應(yīng)力及保護(hù)有源區(qū)在后續(xù)去除氮化硅層的過(guò)程中免受化學(xué)污染，氮化硅層用于在后續(xù)淺溝隔離氧化物沉積過(guò)程中保護(hù)有源區(qū)及在后續(xù)化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中充當(dāng)拋光的阻擋材料；在本步驟中，淺溝隔離槽刻蝕的過(guò)程為在硅襯底10表面(也就是氮化硅層表面)旋涂光刻膠層，然后采用具有淺溝隔離槽圖形的掩膜板對(duì)光刻膠層進(jìn)行曝光后再顯影，得到圖案化的光刻膠層，最后，以圖案化的光刻膠層為掩膜，對(duì)硅襯底10進(jìn)行刻蝕，得到淺溝隔離槽20，刻蝕后去除剩余的光刻膠層；在本步驟中，淺溝隔離槽20的深度根據(jù)制作需要確定，隨著半導(dǎo)體器件的特征尺寸減小，淺溝隔離槽20的深寬比也越來(lái)越大；步驟102、在淺溝隔離槽20熱生長(zhǎng)氧化硅層30，如圖2b所示；在本步驟中，熱生長(zhǎng)氧化硅層30的過(guò)程為將具有淺溝隔離槽20的半導(dǎo)體器件 10放入高溫氧化爐管設(shè)備，然后在該設(shè)備中通入氧氣，在淺溝隔離槽20的底部和側(cè)壁上生長(zhǎng)一層50 300埃的熱氧化硅層30。該熱氧化硅層30可以在后續(xù)沉積氧化硅層40時(shí)阻止沉積的氧化層40中的氧分子向硅襯底10的有源區(qū)擴(kuò)散；步驟103、在氧化硅層30及半導(dǎo)體器件的硅襯底10表面(也就是氮化硅層表面) 上采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)方法沉積厚氧化硅層40，填充滿淺溝隔離槽20，如圖2c所示；在本步驟中，HDPCVD就是使等離子體在低壓下以高密度混合氣體的形式直接轟擊在反應(yīng)腔內(nèi)的半導(dǎo)體器件表面，該工藝可以在較低的沉積溫度(300攝氏度 400攝氏度) 下，填充高深寬比的淺溝隔離槽20 ；在本步驟中，HDPCVD包括兩種或多種氣體參與化學(xué)反應(yīng)，氧氣或臭氧經(jīng)常與含硅氣體，比如TEOS或SiH4混合，并伴有氬氣(Ar)，通入放置有半導(dǎo)體器件的反應(yīng)腔，為了得到高密度等離子體，對(duì)于0. 18微米線寬的半導(dǎo)體器件，反應(yīng)腔采用大約4000 4500瓦的射頻功率，對(duì)于0. 13微米線寬的半導(dǎo)體器件，反應(yīng)腔采用大約7000 8000瓦的射頻功率，用以提高其對(duì)淺溝隔離槽20的填充能力，防止出現(xiàn)孔洞；步驟104、對(duì)半導(dǎo)體器件的硅襯底10表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理，在半導(dǎo)體器件的硅襯底10上完成淺溝隔離結(jié)構(gòu)50后，去除氮化硅層，如圖2d所示。這樣，就在半導(dǎo)體器件的襯底上完成了淺溝隔離結(jié)構(gòu)的制作工藝。但是，采用上述工藝制作的淺溝隔離結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致隔離區(qū)底部有源區(qū)的損傷及晶格缺陷。其中晶格缺陷位于靠近淺溝隔離槽底部的有源區(qū)，因?yàn)閼?yīng)力或等離子體損傷而形成的晶格錯(cuò)位。如圖3所示，圖3為采用現(xiàn)有技術(shù)制作淺溝隔離而導(dǎo)致有源區(qū)出現(xiàn)晶格損傷及缺陷的剖面圖，其中用矩形框定的區(qū)域就是有源區(qū)出現(xiàn)的晶格缺陷。半導(dǎo)體器件的有源區(qū)出現(xiàn)晶格缺陷會(huì)導(dǎo)致所制成的半導(dǎo)體器件靜態(tài)電流增大，影響最終制成的半導(dǎo)體器件的性能。所

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā) 明提供了一種半導(dǎo)體器件淺溝隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，該方法能夠克服有源區(qū)損傷及晶格缺陷問(wèn)題，提高了半導(dǎo)體器件的性能。根據(jù)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種半導(dǎo)體器件淺溝隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，該方法包括采用光刻工藝和刻蝕工藝在半導(dǎo)體器件的硅襯底上形成淺溝隔離槽；在所述淺溝隔離槽表面采用熱氧化方法生長(zhǎng)一層熱氧化硅層；在所述熱氧化硅層及硅襯底表面采用低壓化學(xué)氣相沉積LPCVD方法沉積一層氮化硅層；在所述氮化硅層表面采用低壓化學(xué)氣相沉積方法沉積一層高溫氧化硅HTO層；在所述高溫氮化硅層表面采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積HDPCVD法沉積厚氧化硅層，使其填滿淺溝隔離槽，采用化學(xué)機(jī)械拋光CMP硅襯底表面，得到半導(dǎo)體器件淺溝隔離結(jié)構(gòu)。所述熱生長(zhǎng)氧化硅層的厚度為50 300埃，所述沉積氮化硅層的厚度為50 200 埃，所述沉積高溫氧化層的厚度為50 200埃。從上述方案可以看出，本發(fā)明在對(duì)淺溝隔離槽進(jìn)行填充時(shí)，使用氧氮氧(ONO)的襯墊結(jié)構(gòu)，也就是先熱生長(zhǎng)氧化硅層，然后再采用LPCVD方法沉積氮化硅層和高溫氧化硅層，最后再采用HDPCVD工藝沉積厚氧化硅層填充滿淺溝隔離槽，從而完成淺溝隔離制作。 由于該方法在HDPCVD和熱氧化硅層之間增加了氮化硅層和高溫氧化硅層作為阻擋層，使得在后續(xù)HDPCVD沉積過(guò)程中激發(fā)的高密度等離子體在沉積時(shí)不會(huì)穿透ONO結(jié)構(gòu)層，不會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件的硅襯底內(nèi)靠近淺溝隔離的有源區(qū)造成損傷。此外，由于ONO結(jié)構(gòu)改善了有源區(qū)與淺溝槽拐角處的剖面，克服了后續(xù)所制造的柵氧化層在有源區(qū)與淺溝隔離槽邊界偏薄的問(wèn)題，降低了半導(dǎo)體器件的靜態(tài)電流，提高器件的性能。所


圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的制作淺溝隔離的方法流程圖；圖2a 圖2d為現(xiàn)有技術(shù)提供的淺溝隔離制作剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為采用現(xiàn)有技術(shù)制作淺溝隔離而導(dǎo)致有源區(qū)出現(xiàn)損傷及位錯(cuò)缺陷的透射電子顯微鏡剖面圖；圖4為本發(fā)明提供的制作淺溝隔離的方法流程圖5a 5d為本發(fā)明提供的淺溝隔離制作剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為采用本發(fā)明提供的方法所制作的淺溝隔離的透射電子顯微鏡剖面圖；圖7為采用本發(fā)明提供的方法和現(xiàn)有技術(shù)提供的方法所制作的淺溝隔離結(jié)構(gòu)對(duì)器件靜態(tài)電流影響的對(duì)比圖。所具 體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。采用現(xiàn)有技術(shù)制作淺溝隔離，出現(xiàn)了隔離區(qū)底部有源區(qū)的損傷及晶格缺陷，其原因?yàn)樵诓襟E103填充淺溝隔離槽20時(shí)，采用HDPCVD工藝沉積厚氧化層40。由于半導(dǎo)體器件特征尺寸的減小從而使得淺溝隔離槽的寬深比增大，為了使得氧化物能夠充分填充到高寬深比的淺溝隔離槽中，而不出現(xiàn)縫隙或孔洞，所以需要采用HDPCVD工藝進(jìn)行。雖然該 HDPCVD工藝的好處是對(duì)于高深寬比的淺溝隔離槽填充時(shí)不出現(xiàn)縫隙或孔洞，但是由于其是在反應(yīng)腔中激發(fā)高密度等離子體，高密度等離子體在沉積過(guò)程中會(huì)轟擊淺溝隔離槽表面， 該等離子有時(shí)會(huì)穿透熱氧化硅層30，造成淺溝隔離槽底部有源區(qū)的損傷及晶格缺陷。這樣，采用現(xiàn)有淺溝隔離結(jié)構(gòu)技術(shù)制作的半導(dǎo)體器件的有源區(qū)在工作時(shí)就會(huì)出現(xiàn)漏電流，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的性能下降。為了克服上述缺陷，本發(fā)明在對(duì)淺溝隔離槽的襯墊結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，采用ONO結(jié)構(gòu)。具體地說(shuō)在完成淺溝隔離槽刻蝕后，先熱生長(zhǎng)氧化硅層，然后采用低壓化學(xué)氣相沉積 (LPCVD)方法沉積氮化硅層，再采用LPCVD方法沉積高溫氧化硅層，得到淺溝ONO襯墊結(jié)構(gòu)； 最后采用HDPCVD工藝沉積填充厚氧化層填滿淺溝隔離槽，經(jīng)過(guò)CMP后，制作得到淺溝隔離結(jié)構(gòu)。由于本發(fā)明提供的方法在填充厚氧化層和熱生長(zhǎng)氧化硅層之間增加了氮化硅和高溫氧化硅層作為阻擋層，使得在后續(xù)HDPCVD過(guò)程中激發(fā)的高密度等離子體在沉積時(shí)不會(huì)穿透ONO襯墊結(jié)構(gòu)，從而不會(huì)對(duì)有源區(qū)造成損傷及晶格缺陷。此外，由于ONO結(jié)構(gòu)改善了有源區(qū)與淺溝槽拐角處的剖面，克服了后續(xù)所制造的柵氧化層在有源區(qū)與淺溝隔離槽邊界偏薄的問(wèn)題，降低了半導(dǎo)體器件的靜態(tài)電流，提高器件的性能。在本發(fā)明中，淺溝隔離結(jié)構(gòu)的ONO襯墊結(jié)構(gòu)中的熱氧化硅層的厚度為50 300 埃，氮化硅層的厚度為50 200埃，高溫氧化硅層的厚度為50 200埃。其中，氮化硅層及高溫氧化硅層的沉積采用低壓CVD工藝。以下對(duì)本發(fā)明提供的方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖4為本發(fā)明提供的制作淺溝隔離的方法流程圖，結(jié)合圖5a 5d所示的本發(fā)明提供的淺溝隔離制作剖面結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)行說(shuō)明，其具體步驟為步驟401、在半導(dǎo)體器件的硅襯底10上進(jìn)行淺溝隔離槽的刻蝕，得到淺溝隔離槽 20，如圖2a所示；步驟402、在淺溝隔離槽20熱生長(zhǎng)氧化硅層30，如圖2b所示；在本步驟中，熱生長(zhǎng)氧化硅層30的過(guò)程為將具有淺溝隔離槽20的半導(dǎo)體器件 10放入高溫氧化設(shè)備，然后在該設(shè)備中通入氧氣，在淺溝隔離槽20的底部和側(cè)壁上生長(zhǎng)一層50 300埃的熱氧化硅層30。該熱氧化硅層30可以在后續(xù)沉積氮化硅層40時(shí)降低氮化硅與有源區(qū)之間的應(yīng)力；
在這里，步驟401和步驟402和現(xiàn)有技術(shù)圖1的步驟101 步驟102相同，這里不再累述；步驟403、在熱氧化硅層30及半導(dǎo)體器件的襯底10表面(也就是氮化硅物層表面)采用LPCVD沉積氮化硅層40’，如圖5a所示；

在本步驟中，具體可以采用LPCVD方法沉積氮化硅層，沉積的厚度范圍可以與熱氧化硅層30的相同，比如50 200埃；在本步驟中，采用LPCVD方法沉積時(shí)，可以使得反應(yīng)腔的溫度為600攝氏度 800
攝氏度，采用二氯二氫硅烷和氨氣反應(yīng)得到氮化硅層40’ ；步驟404、在氮化硅層40’上采用采用LPCVD方法沉積高溫氧化硅層50’，完成淺溝隔離的ONO襯墊結(jié)構(gòu)，如圖5b所示；步驟405、采用HDPCVD法沉積填充氧化層60’，完成溝槽填充，如圖5c所示；在本步驟中，HDPCVD就是使得等離子體在低壓下以高密度混合氣體的形式直接轟擊在反應(yīng)腔內(nèi)的半導(dǎo)體器件表面，其可以在較低的沉積溫度(300攝氏度 400攝氏度) 下，填充高深寬比的淺溝隔離槽20 ；在本步驟中，HDPCVD包括兩種或多種氣體參與化學(xué)反應(yīng)，氧氣或臭氧經(jīng)常與含硅氣體，比如TEOS或SiH4混合，并伴有氬氣(Ar)，通入放置有半導(dǎo)體器件的反應(yīng)腔，為了得到高密度等離子體，對(duì)于0. 18微米制程工藝的半導(dǎo)體器件，反應(yīng)腔采用大約4000 4500瓦的射頻偏置功率，對(duì)于0. 13微米制程工藝的半導(dǎo)體器件，反應(yīng)腔采用大約7000 8000瓦的射頻偏置功率，來(lái)提高填充淺溝隔離槽20的填充性能，防止出現(xiàn)孔洞；在本步驟中，填充氧化層60’沉積的厚度以填滿溝槽為準(zhǔn)，約在5000 7000埃；步驟406、對(duì)半導(dǎo)體器件的襯底10表面進(jìn)行CMP處理，在半導(dǎo)體器件的硅襯底10 上得到淺溝隔離結(jié)構(gòu)60后，去除在半導(dǎo)體器件襯底表面的氮化物層，如圖5d所示。這樣，就在半導(dǎo)體器件的襯底上完成了淺溝隔離制作。圖6為采用本發(fā)明提供的方法所制成的淺溝隔離的電子透射顯微鏡剖面圖，可以看出，在半導(dǎo)體器件襯底上靠近淺溝隔離區(qū)域的有源區(qū)沒(méi)有損傷及晶格缺陷。圖7為采用本發(fā)明提供的方法和現(xiàn)有技術(shù)提供的方法所制作的淺溝隔離結(jié)構(gòu)對(duì)器件靜態(tài)電流特性的比較圖。其中，橫坐標(biāo)為半導(dǎo)體器件在未開(kāi)啟時(shí)的靜態(tài)電流(IDS)，單位為毫安(mA)，該電流越小表示半導(dǎo)體器件的靜態(tài)電流特性越好；縱坐標(biāo)為半導(dǎo)體器件在該靜態(tài)電流下的累計(jì)百分比，該分布曲線越陡代表半導(dǎo)體器件的靜態(tài)電流分布范圍越小。 由圖7可以看出，采用本發(fā)明方法制作淺溝隔離的半導(dǎo)體器件的IDS明顯小于采用現(xiàn)有技術(shù)制作淺溝隔離的半導(dǎo)體器件的IDS，說(shuō)明本發(fā)明提供的淺溝隔離制作的半導(dǎo)體器件靜態(tài)電流特性好。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件淺溝隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，該方法包括 采用光刻工藝和刻蝕工藝在半導(dǎo)體器件的硅襯底上形成淺溝隔離槽； 在所述淺溝隔離槽表面采用熱氧化方法生長(zhǎng)一層熱氧化硅層；在所述熱氧化硅層及硅襯底表面采用低壓化學(xué)氣相沉積LPCVD方法沉積一層氮化硅層；在所述氮化硅層表面采用低壓化學(xué)氣相沉積方法沉積一層高溫氧化硅HTO層； 在所述高溫氮化硅層表面采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積HDPCVD法沉積厚氧化硅層，使其填滿淺溝隔離槽，采用化學(xué)機(jī)械拋光CMP硅襯底表面，得到半導(dǎo)體器件淺溝隔離結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱生長(zhǎng)氧化硅層的厚度為50 300埃， 所述沉積氮化硅層的厚度為50 200埃，所述沉積高溫氧化層的厚度為50 200埃。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件淺溝隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，該方法包括采用光刻工藝和刻蝕工藝在半導(dǎo)體器件的硅襯底上形成淺溝隔離槽；在所述淺溝隔離槽表面采用熱氧化方法生長(zhǎng)一層熱氧化硅層；在所述熱氧化硅層及硅襯底表面采用低壓化學(xué)氣相沉積LPCVD方法沉積一層氮化硅層；在所述氮化硅層表面采用低壓化學(xué)氣相沉積方法沉積一層高溫氧化硅HTO層；在所述高溫氮化硅層表面采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積HDPCVD法沉積厚氧化硅層，使其填滿淺溝隔離槽，采用化學(xué)機(jī)械拋光CMP硅襯底表面，得到半導(dǎo)體器件淺溝隔離結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的方法克服了淺溝隔離結(jié)構(gòu)底部有源區(qū)的晶格缺陷及克服了柵氧厚度在有源區(qū)與淺溝隔離區(qū)邊界偏薄的問(wèn)題，降低了半導(dǎo)體器件的靜態(tài)電流，提高器件的性能。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102315153SQ20101022834
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者陸文怡, 陸肇勇 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司