專利名稱：淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體器件中的淺溝槽 隔離結(jié)構(gòu)的制造方法。
技術(shù)背景隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路制造工藝已經(jīng)進(jìn)入深亞微米時代。半導(dǎo)體器件的尺寸和隔離半導(dǎo)體器件的隔離結(jié)構(gòu)亦隨之縮小。在0.13 pm以下工藝節(jié)點，半導(dǎo)體器件的有源區(qū)(active area)的元件之間的隔離層 均采用淺溝槽隔離工藝(STI)形成。申請?zhí)枮?2148739.1的中國專利申請公開了 一種在半導(dǎo)體襯底中形成淺 溝槽隔離物的方法。在這種工藝中，首先在襯底表面形成墊氧化層(pad oxide) 和氮化硅層，然后刻蝕氮化硅層、墊氧化層和村底材料以在襯底中形成溝槽， 元件之間用刻蝕的淺溝槽隔離；然后在溝槽側(cè)壁和底部形成襯層氧化層，再 利用化學(xué)氣相淀積(CVD)在淺溝槽中填入絕緣介質(zhì)，例如氧化硅。在填入 絕緣介質(zhì)之后，用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)的方法使溝槽表面平坦化。圖l為現(xiàn)有一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖；圖2A至圖2D為說明 圖l所示流程圖的器件剖面圖。如圖l所示，并結(jié)合圖2A至圖2D。首先提供一 半導(dǎo)體襯底100 (S101);然后在襯底100表面生長墊氧化層110 (S102);接 著在墊氧化層110表面再形成氮化硅層120 (S103);利用光刻技術(shù)在氮化硅 層120表面形成具有開口的光刻膠圖形并通過上述開口刻蝕氮化硅層120、墊 氧化層l 10以及襯底100以形成溝槽130( S104 );接下來釆用爐管氧化(fbmace ) 工藝在溝槽130的表面(包括底部和側(cè)壁)熱生長襯層氧化層(liner oxide ) 140， 如圖2B所示，爐管氧化工藝生長的氧化層的覆蓋均勻性不佳，尤其在溝槽頂 部邊緣和底角處會出現(xiàn)缺陷141和142;然后采用熱磷酸濕法腐蝕的方法對溝 槽開口處的氮化硅層120進(jìn)行回拉(pull back)處理(S106);其目的是為了 避免在后續(xù)酸洗工藝中STI邊緣表面出現(xiàn)腐蝕凹陷。但是在利用熱磷酸腐蝕氮 化硅層120的過程中，磷酸在腐蝕氮化硅的同時，會對襯層氧化層140造成一 定程度的腐蝕，加之爐管氧化工藝生長的氧化層存在致密程度和均勻性的缺 陷141和142，使得襯層氧化層更易被腐蝕而減薄，如圖2C所示，尤其是溝槽 拐角邊緣處的襯層氧化層相對較薄，從而使角部和底部的襯層氧化層出現(xiàn)更加嚴(yán)重的腐蝕缺陷。接下來在溝槽中填充絕緣物質(zhì)150(S107),如圖2D所示； 然后對溝槽進(jìn)行平坦化處理(S108)。由于爐管氧化工藝生長的襯層氧化層的致密程度和均勻性存在缺陷，加 之濕法腐蝕氮化硅層120的過程中對村層氧化層140造成一定程度的腐蝕，使 襯層氧化層140的覆蓋率降低，特別是角部村層氧化層出現(xiàn)的腐蝕缺陷141使 溝槽角部的階梯覆蓋能力大大降低，導(dǎo)致后續(xù)形成于襯底1 OO的晶體管的源極 和漏極區(qū)域產(chǎn)生高漏電流路徑，降低半導(dǎo)體器件的產(chǎn)品良率。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件中淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，能夠有效地提 高溝槽階梯覆蓋能力，從而提高溝槽的絕緣隔離性能。本發(fā)明的一個目的在于提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，包括提供一半導(dǎo)體襯底；在所述襯底表面形成第一介質(zhì)層；在所述第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層；刻蝕所述第二介質(zhì)層、第 一介質(zhì)層以及襯底以在襯底中形成溝槽； 回拉所述溝槽兩側(cè)的第二介質(zhì)層；在所述溝槽底部和側(cè)壁以及第二介質(zhì)層表面形成第三介質(zhì)層；在所述溝槽中沉積絕緣物質(zhì)；平坦化所述絕緣介質(zhì)以形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。所述第一介質(zhì)層為墊氧化層。所述第二介質(zhì)層為氮化硅或氮氧化硅。所 述第三介質(zhì)層為村層氧化層。所述襯層氧化層利用原位蒸氣產(chǎn)生氧化工藝形 成。所述原位蒸氣產(chǎn)生氧化工藝的溫度為1000 110(TC。所述原位蒸氣產(chǎn)生氧 化工藝的反應(yīng)氣體包括氧氣和氫氣，其中氧氣的流量為20-40 sccm，氬氣的 流量為10-20 sccm.。所述原位蒸氣產(chǎn)生氧化工藝的反應(yīng)時間為30~60s。所述方法還包括在所述第二介質(zhì)層表面形成光致抗蝕劑層，并圖案化所 述光致抗蝕劑層以定義所述溝槽位置的步驟。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種在半導(dǎo)體器件中淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制 造方法，包括提供一半導(dǎo)體襯底； 在所述襯底表面形成墊氧化層； 在所述墊氧化層表面形成氮化硅層；刻蝕所述氮化硅層、墊氧化層以及襯底，從而在襯底中形成溝槽； 回拉所述溝槽兩側(cè)的氮化硅層；在所述溝槽底部和側(cè)壁以及氮化硅層表面形成襯層氧化層；在所述溝槽中沉積絕緣物質(zhì)；平坦化所述絕緣物質(zhì)以形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。所述襯層氧化層利用原位蒸氣產(chǎn)生氧化工藝形成。所述原位蒸氣產(chǎn)生氧 化工藝的溫度為1000 1100°C。所述原位蒸氣產(chǎn)生氧化工藝的反應(yīng)氣體包括氧 氣和氫氣，其中氧氣的流量為20~40 sccm,氫氣的流量為10 20 sccm.。所述 原位蒸氣產(chǎn)生氧化工藝的反應(yīng)時間為30 60s。所述方法還包括在所述氮化硅層表面形成光致抗蝕劑層，并圖案化所述 光致抗蝕劑層以定義所述溝槽位置的步驟。所述絕緣物質(zhì)為氧化硅。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法在刻蝕氮化硅層、墊氧化層以及襯 底形成溝槽之后，先于在溝槽中生長襯層氧化層之前將溝槽開口處的氮化硅 回拉擴(kuò)開，避免了生長襯層氧化層后再回拉氮化硅層而對襯層氧化層造成的 損傷。此外，在將溝槽開口處的氮化硅回拉擴(kuò)開之后，本發(fā)明的方法采用原 位蒸氣生長工藝(ISSG)技術(shù)在溝槽內(nèi)形成襯層氧化層，原位蒸氣生長工藝 (ISSG)較爐管氧化(fornace)工藝生長的氧化層性能更加優(yōu)異，能夠形成 致密均勻絕緣性能良好的氧化層，大大提高了溝槽內(nèi)襯層氧化層的覆蓋率和 覆蓋均勻程度，尤其是溝槽角部的階梯覆蓋率得到了很大改善。因此采用本 發(fā)明的方法形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的絕緣性能更加優(yōu)良，有利于源極和漏極 區(qū)域漏電流的降低和產(chǎn)品良率的提高。


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。并未刻意按比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中， 為清楚明了，放大了層和區(qū)域的厚度。 圖1為現(xiàn)有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖；圖2A至圖2D為說明圖1所示方法的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)筒化剖面示意圖； 圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法流程圖； 圖4A至圖4E為說明圖3所示方法的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)簡化剖面示意圖。
具體實施方式
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(xì)的說明。本發(fā)明是關(guān)于半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于在半導(dǎo)體器件 中形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。這里需要說明的是，本說 明書提供的實施例用來說明本發(fā)明的各個特征，僅是利用特別的組成和結(jié)構(gòu) 以方便說明，并非對本發(fā)明的限定。圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法流程圖，所述示意 圖只是實例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。如圖3所示，本發(fā)明的淺 溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法首先提供一半導(dǎo)體襯底(S301);在襯底表面形成 墊氧化層(S302);然后在墊氧化層表面形成氮化硅層(S303 )，該氮化硅 層也可以上氮化硅、氮氧化硅或其混合物；利用光刻工藝定義溝槽的位置后， 刻蝕上述氮化硅層和墊氧化層以及襯底形成溝槽(S304);隨后，采用濕法 腐蝕的方法回拉(pull back)溝槽開口處的氮化硅層使開口處的氮化硅層拓寬 (S305 );在接下來的工藝步驟中，利用ISSG原位蒸氣產(chǎn)生氧化技術(shù)在溝槽 和氮化硅層表面形成村層氧化層(S306 );然后，在溝槽中填充絕緣物質(zhì) (S307 );并利用化學(xué)機(jī)械研磨工藝(CMP )對溝槽表面進(jìn)行平坦化(S308 )。下面結(jié)合圖4A至圖4E對本發(fā)明的方法做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖4A至 圖4E為i兌明圖3所示方法的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)筒化剖面示意圖，所述示意圖只 是實例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。圖中為簡化起見僅示出了一個 溝槽結(jié)構(gòu)，實際中襯底中的溝槽數(shù)量為多個。首先如圖4A所示，其包括一半導(dǎo)體襯底100，村底100可以是整體半導(dǎo) 體襯底(例如單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(SiGe),或混合的半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)(例如碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、銻化銦、磷化銦、砷化銦、砷化鎵或 銻化鎵)。也可以是絕緣層上有半導(dǎo)體的襯底，例如絕緣體上硅(SOI)。在襯底100表面采用熱氧化工藝?yán)鐮t管氧化(furnace)生長一層氧化
硅(Si02),厚度約為50~200A，作為襯層氧化層110。也可以采用低壓化學(xué) 氣相淀積工藝(LPCVD),在反應(yīng)室內(nèi)通入硅烷(SiH4)和氧氣(02)或僅 通入02,在襯底100表面淀積形成襯層氧化層110。該襯層氧化層作為后續(xù) 形成的氮化硅層與半導(dǎo)體襯底之間的過度和緩沖層。接著，利用LPCVD工藝、 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)或原子層化學(xué)氣相淀積(ALCVD )工藝， 優(yōu)選LPCVD工藝，在反應(yīng)室內(nèi)通入SiH2Cl2和氨氣(NH3)的混合氣體，在 所述襯層氧化層110表面沉積氮化硅層120，厚度為1000~2000A。隨后在氮 化硅層120表面涂布光刻膠層122，并進(jìn)行曝光、顯影等光刻工藝以形成定義 溝槽位置的、具有開口的光刻膠圖形。接下來如圖4B所示，利用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)或等離子刻蝕工藝經(jīng)光 刻膠圖形的開口刻蝕氮化硅層120和襯層氧化層110,以露出襯底100的表面。 接著利用含氟刻蝕氣體，例如含CF4 、 CHF3的刻蝕氣體，以氮化硅層120和 襯層氧化層110為掩膜對半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行刻蝕，從而在半導(dǎo)體襯底100 中形成溝槽130。隨后采用氧氣等離子灰化(02plasma ashing)工藝去除光刻 膠122,并利用標(biāo)準(zhǔn)清洗液(standard clean solutions ),例如稀釋的NH4/H202 溶液(即SCI )或稀釋的NH4OH/HCL溶液(即SC2 )和去離子水，對半導(dǎo) 體襯底100進(jìn)行清洗。在接下來的工藝步驟中，如圖4C所示，在溝槽130的開口處，對氮化硅 層120進(jìn)行回拉(pull back)處理，即采用熱磷酸腐蝕的方法腐蝕溝槽130的 開口處兩側(cè)的氮化硅120，使開口處的氮化硅拓寬。這樣可以避免在后面的酸 洗過程中腐蝕液對STI表面邊緣的腐蝕而在邊緣出現(xiàn)凹陷。接下來如圖4D所示，在溝槽130的底部和側(cè)壁，以及氮化硅層的表面， 利用ISSG氧化4支術(shù)形成ISSG氧化層160。 ISSG氧化4支術(shù)能夠形成致密、厚 度均勻的氧化層，而且形成的氧化層160具有良好的階梯覆蓋能力，能夠彌 補(bǔ)磷酸腐蝕氮化硅層時，磷酸對襯底100中溝槽130表面和墊氧化層110表 面的 一定的腐蝕作用造成的凹陷。ISSG氧化工藝形成襯層氧化層160在反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行，氧化反應(yīng)過程中， 反應(yīng)室內(nèi)的溫度為1000 110(TC，壓力為5 10Torr，反應(yīng)氣體包括氧氣和氫氣， 其中氧氣的流量為20 40 sccm，氫氣的流量為10~20 sccm.，反應(yīng)時間為 30~60s。
采用ISSG氧化工藝提高了溝槽130內(nèi)襯層氧化層160的覆蓋率和覆蓋均 勻程度，尤其是溝槽角部的階梯覆蓋率得到了很大改善。對于0.13um以下工藝節(jié)點的半導(dǎo)體器件淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)而言，溝槽130 的深寬比一般大于3;而對于90nm以下工藝節(jié)點的半導(dǎo)體器件淺溝槽隔離結(jié) 構(gòu)而言，溝槽130的深寬比則會達(dá)到4或更高。在4矣下來的工藝步驟中，利 用LPCVD工藝、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)、原子層化學(xué)氣相淀 積(ALCVD)工藝或HDP-CVD工藝，在溝槽130中填充絕緣物質(zhì)150。本 實施例中絕緣物質(zhì)為二氧化硅或無摻雜硅酸鹽玻璃(USG)。淀積過程中， 在反應(yīng)室內(nèi)通入反應(yīng)氣體，例如SiH4和02以及氦氣的混合氣體，反應(yīng)室的壓 力為300-600Torr;氦氣(He)流量為500-2000sccs;氧氣(02)流量為30-50sccs; 硅烷(SiH4)流量10-14.5sccs。也可以是正硅酸乙脂(TEOS )與臭氧的混 合氣體，其中TEOS的流量為1000-3000sccs ，氧氣(03)的流量為 10000-20000sccs。反應(yīng)室內(nèi)的射頻功率為600-2000W。以適當(dāng)?shù)臏囟取毫Α?氣體流量和射頻偏置功率獲得氣體等離子體，在溝槽130中淀積由二氧化硅 或USG組成的絕緣物質(zhì)150，并完全覆蓋ISSG氧化層140的表面。隨后， 利用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對上述絕緣物質(zhì)150進(jìn)行平坦化，包括研磨絕緣物質(zhì) 150和氮化硅層120表面的ISSG氧化層，從而得到如圖4E所示的淺溝槽隔 離結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法在刻蝕氮化硅層120、墊氧化層110 以及襯底100形成溝槽130之后，在溝槽130中生長襯層氧化層之前，利用 濕法腐蝕的方式將溝槽130開口處的氮化硅120回拉擴(kuò)開，避免了生長襯層 氧化層后再回拉氮化硅層而對襯層氧化層造成的損傷。在將溝槽130開口處的氮化硅120被回拉擴(kuò)開之后，本發(fā)明的方法采用 原位蒸氣生長工藝(ISSG)技術(shù)在溝槽內(nèi)形成襯層氧化層160，原位蒸氣生 長工藝(ISSG)比爐管氧化(fiimace)工藝生長的氧化層更加致密和均勻， 大大提高了溝槽內(nèi)村層氧化層的覆蓋率和覆蓋均勻程度，尤其是溝槽角部的 階梯覆蓋率得到了很大改善，提高了絕緣性能。因此采用本發(fā)明的方法形成 的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的絕緣性能更加優(yōu)良，有利于源極和漏極區(qū)域漏電流的降 低。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上
的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，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)方案的及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，包括提供一半導(dǎo)體襯底；在所述襯底表面形成第一介質(zhì)層；在所述第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層；刻蝕所述第二介質(zhì)層、第一介質(zhì)層以及襯底以在襯底中形成溝槽；回拉所述溝槽兩側(cè)的第二介質(zhì)層；在所述溝槽底部和側(cè)壁以及第二介質(zhì)層表面形成第三介質(zhì)層；在所述溝槽中沉積絕緣物質(zhì)；平坦化所述絕緣介質(zhì)以形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第一介質(zhì)層為墊氧化層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第二介質(zhì)層為氮化硅 或氮氧化硅。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第三介質(zhì)層為襯層氧 化層。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述襯層氧化層利用原位 蒸氣產(chǎn)生氧化工藝形成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述原位蒸氣產(chǎn)生氧化工 藝的溫度為1000-1100 °C。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述原位蒸氣產(chǎn)生氧化工 藝的反應(yīng)氣體包括氧氣和氫氣，其中氧氣的流量為20 40 sccm，氫氣的流量 為10~20 sccm.。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于所述原位蒸氣產(chǎn)生氧 化工藝的反應(yīng)時間為3 0 60s 。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述方法還包括在所述第 二介質(zhì)層表面形成光致抗蝕劑層，并圖案化所述光致抗蝕劑層以定義所述溝 槽位置的步驟。
10、 一種在半導(dǎo)體器件中淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，包括 提供一半導(dǎo)體襯底； 在所述襯底表面形成墊氧化層；在所述墊氧化層表面形成氮化硅層；刻蝕所述氮化硅層、墊氧化層以及襯底，從而在襯底中形成溝槽； 回拉所述溝槽兩側(cè)的氮化硅層；在所述溝槽底部和側(cè)壁以及氮化硅層表面形成襯層氧化層；在所述溝槽中沉積絕緣物質(zhì)；平坦化所述絕緣物質(zhì)以形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于所述襯層氧化層利用原 位蒸氣產(chǎn)生氧化工藝形成。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述原位蒸氣產(chǎn)生氧化 工藝的溫度為1000-1100 。C。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述原位蒸氣產(chǎn)生氧化 工藝的反應(yīng)氣體包括氧氣和氫氣，其中氧氣的流量為20~40 sccm,氫氣的流 量為10~20 sccm.。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于所述原位蒸氣產(chǎn) 生氧化工藝的反應(yīng)時間為30~60s。
15、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于所述方法還包括在所述 氮化硅層表面形成光致抗蝕劑層，并圖案化所述光致抗蝕劑層以定義所述溝 槽位置的步驟。
16、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于所述絕緣物質(zhì)為氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在半導(dǎo)體器件中淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，包括提供一半導(dǎo)體襯底；在所述襯底表面形成墊氧化層；在所述墊氧化層表面形成氮化硅層；刻蝕所述氮化硅層、墊氧化層以及襯底，從而在襯底中形成溝槽；回拉所述溝槽兩側(cè)的氮化硅層；在所述溝槽底部和側(cè)壁以及氮化硅層表面形成襯層氧化層；在所述溝槽中沉積絕緣物質(zhì)；平坦化所述絕緣物質(zhì)以形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的方法能夠有效地提高溝槽側(cè)壁襯層氧化層的階梯覆蓋能力，從而提高溝槽的絕緣隔離性能。
文檔編號H01L21/762GK101154617SQ20061011687
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月30日
發(fā)明者何永根, 劉煥新, 標(biāo) 方, 樸松源 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司