專利名稱：淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成 方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路通常包含有源區(qū)和位于有源區(qū)之間的隔離區(qū)，這些隔離 區(qū)在制造有源器件之前形成?，F(xiàn)有技術(shù)中形成隔離區(qū)域的方法主要有局部氧
化隔離工藝(LOCOS)或淺溝槽隔離工藝(STI) 。 LOCOS工藝是在晶片表 面淀積一層氮化硅，然后再進(jìn)行刻蝕，對(duì)部分凹進(jìn)區(qū)域進(jìn)行氧化生長氧化硅， 有源器件在氮化硅所確定的區(qū)域生成。但是，局部氧化隔離存在氣化硅邊緣 生長的"鳥嘴"(bird，s beak)現(xiàn)象，如圖l所示，這個(gè)"鳥嘴"占用了實(shí)際的空間, 增大了電路的體積。因此LOCOS工藝只適用于大尺寸器件的設(shè)計(jì)和制造。
隨著半導(dǎo)體工藝進(jìn)入深亞微米時(shí)代，0.18pm以下的器件的有源區(qū)隔離層 已大多采用淺溝槽隔離工藝(STI)來制作。淺溝槽隔離工藝是在MOS電路中 解決局部氧化隔離造成的"鳥嘴"問題的有效方法。
由于高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(High Density Plasma ChemicalVapor Deposition, HDPCVD)法具備有"蝕刻，，與"沉積，，兩個(gè)功能，因此在進(jìn)行沉 積的同時(shí)，也會(huì)進(jìn)行將沉積物剝落的蝕刻反應(yīng)，使得高密度等離子體化學(xué)氣 相沉積法具有良好的填溝(Gapfilling)能力，因此，應(yīng)用在形成淺溝槽隔離結(jié) 構(gòu)的方法中，用于將絕緣物質(zhì)氧化硅填入淺溝槽中。
例如申請(qǐng)?zhí)枮?1120411的中國專利申請(qǐng)文件提供的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu) 的方法。首先，參考圖2a,在半導(dǎo)體基板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，并以圖案化的光刻膠為掩 膜，蝕刻墊氧化層110和腐蝕阻擋層120至半導(dǎo)體基板100;參考圖2b,以腐蝕 阻擋層120為掩模，蝕刻半導(dǎo)體基板100至一設(shè)定深度，形成淺溝槽130。
接著，參考圖2c,在溝槽130的表面以蝕刻/沉積比為0.15至0.6的高密 度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝形成覆蓋溝槽130表面以及整個(gè)腐蝕阻擋層120 的第一氧化硅層140;參考圖2d，以蝕刻/沉積比為0.02至0.15的高密度等離 子體化學(xué)氣相沉積工藝在第一氧化硅層上形成第二絕緣層150以覆蓋第一氧 化硅層140側(cè)壁和整個(gè)腐蝕阻擋層120，并填滿溝槽130,形成隔離氧化結(jié)構(gòu)。
然后，參考圖2e，對(duì)填入的隔離絕緣層150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上的隔離絕緣層150，最后，參考圖2f， 去除腐蝕阻擋層120和墊氧化層110。
對(duì)于傳統(tǒng)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖3所示，IO為隔離溝槽，ll為有源 區(qū)，從圖中可以看出，隔離溝槽都是相互連通，采用蝕刻/沉積比為0.15至0.6的高 密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝沉積第 一氧化硅層時(shí)，由于氣體可以從各個(gè) 方向沉積到隔離溝槽，因此沉積的第一氧化硅層結(jié)構(gòu)比較致密，但是，對(duì)于 圓柱狀的戌溝槽隔離結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖4所示，20為隔離溝槽，由于隔離溝槽是 半的結(jié)構(gòu)并且不同的隔離結(jié)構(gòu)之間不互相連通，因此采用高密度等離子體化 學(xué)氣相沉積法時(shí)，氣體只能從溝槽的頂部擴(kuò)散進(jìn)去，導(dǎo)致形成的第一氧化硅 層致密性較差，因此，在后續(xù)工藝如酸槽工藝中會(huì)在隔離結(jié)構(gòu)的側(cè)壁、墊氧 化層和腐蝕阻擋層的連接處出現(xiàn)孔洞30，如圖5所示。
在后續(xù)的制程中，會(huì)使多晶硅殘留在孔洞里，從而影響淺溝槽隔離結(jié)構(gòu) 的隔離效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是現(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)在溝槽側(cè)壁產(chǎn)生孔洞。
本發(fā)明提供了一種溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括如下步驟 在半導(dǎo)體基板上依次形成墊氧化層和腐蝕阻擋層，并依次定義腐蝕阻擋
層、墊氧化層和半導(dǎo)體基板，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成溝槽；
在溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層；
采用第 一 高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝在溝槽內(nèi)部以及墊氧化層側(cè) 壁和腐蝕阻擋層表面形成第 一絕緣襯層；
采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法形成覆蓋第一絕緣襯層并填滿溝槽 的隔離絕緣層；
平坦化所述隔離絕緣層至曝露出腐蝕阻擋層；
依次去除半導(dǎo)體基板上的腐蝕阻擋層和墊氧化層；
其中，第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝的蝕刻/沉積比為0.08至
0.12。
其中，第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法的操作條件為高頻射頻為 1800W至2200W，低頻射頻為4000W至5000W。 其中，第一絕緣襯層的厚度為160埃至240埃。 其中，形成隔離絕緣層的工藝為包括如下步驟
釆用蝕刻/沉積比為0.025至0.045的第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工 藝形成覆蓋第 一 絕緣襯層第 一 隔離絕緣層； 采用干刻蝕法刻蝕第 一隔離絕緣層；
采用蝕刻/沉積比為0.12至0.14的第三高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝
形成覆蓋第 一絕緣村層并填滿溝槽的隔離絕緣層。
由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明采用第 一 高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝在溝槽內(nèi)部以及墊氧
化層側(cè)壁和腐蝕阻擋層表面形成第一絕緣襯層，所述的第一高密度等離子體
化學(xué)氣相沉積工藝主要通過控制高頻射頻的功率大小使本工藝的蝕刻/沉積比
為0.08至0.12,避免在半導(dǎo)體基板與墊氧化層的交界處產(chǎn)生孔洞。


圖1為在氮化硅邊緣生長的"鳥嘴"(bird，sbeak)現(xiàn)象的示意圖2a至圖2f為現(xiàn)有的淺溝槽隔離工藝形成的STI結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意
圖3為現(xiàn)有技術(shù)的晶圓淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)分布的俯視掃描電子顯微鏡圖4為本發(fā)明晶圓需要形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)分布的俯視掃描電子顯微 鏡圖5為現(xiàn)有技術(shù)形成的圖4分布的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)溝槽側(cè)壁出現(xiàn)孔洞的 截面掃描電子顯微鏡圖6a至圖6g為本發(fā)明淺溝槽隔離工藝形成的STI結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意
圖7為本發(fā)明形成的消除了淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的截面掃描電子顯微鏡圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括如下步驟 在半導(dǎo)體基板上依次形成墊氧化層和腐蝕阻擋層，并依次定義腐蝕阻擋 層、墊氧化層和半導(dǎo)體基板，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成溝槽； 在溝槽內(nèi)表面形成村氧化層；
采用第 一 高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝在溝槽內(nèi)部以及墊氧化層側(cè) 壁和腐蝕阻擋層表面形成第 一絕緣襯層；
采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法形成覆蓋第一絕緣襯層并填滿溝槽 的隔離絕緣層；
平坦化所述隔離絕緣層至曝露出腐蝕阻擋層； 依次去除半導(dǎo)體基板上的腐蝕阻擋層和墊氧化層；
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。
首先，參考圖6a，在半導(dǎo)體基板400上形成墊氧化層410和腐蝕阻擋層420， 之后，在腐蝕阻擋層420上噴涂光刻膠，并利用曝光、顯影等工藝形成光刻膠 開口。其中在半導(dǎo)體基板400上與光刻膠開口位置對(duì)應(yīng)的區(qū)域?yàn)楦綦x區(qū)，其余 為有源區(qū)，再以光刻膠為掩膜，采用非等向性蝕刻法蝕刻腐蝕阻擋層420和墊 氧化層410,直至露出半導(dǎo)體基板400上預(yù)形成隔離溝槽的區(qū)域，最后去除腐 蝕阻擋層420上的光刻膠層。
所述的半導(dǎo)體基板400為硅或者絕緣體上硅。所述的墊氧化層410的材料 可以是二氧化硅等， 一般采用熱氧化的工藝形成。所述的墊氧化層410的材料 還可以是氮氧化硅層， 一般采用低壓化學(xué)氣相沉積或者等離子體輔助化學(xué)氣 相沉積法形成。所述的腐蝕阻擋層420的材料例如是氮化硅， 一般采用化學(xué)氣 相沉積法沉積在墊氧化層410上。
參考圖6b，以腐蝕阻擋層420為掩模，蝕刻半導(dǎo)體基板400至一設(shè)定深度， 形成溝槽430。蝕刻半導(dǎo)體基板400的工藝可以是非等向性蝕刻法，如反應(yīng)性 離子蝕刻法(reactive ion etching, RIR)。 一般情況下，形成的溝槽430的深 度為0.1um至1.5um。
參考圖6c，在溝槽430的內(nèi)表面形成襯氧化層440，襯氧化層440的材 料可以是二氧化硅等；形成襯氧化層440的方法是熱氧化法。
參考圖6d，采用第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝在溝槽430內(nèi)部 以及墊氧化層440側(cè)壁和腐蝕阻擋層420表面形成第一絕緣襯層460，其中， 第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝的蝕刻/沉積比為0.08至0.12,達(dá)到上 述蝕刻/沉積比的方法，主要通過控制高頻射頻的功率大小來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還需要控制低頻射頻的功率、沉積用的原料氣體的流量以及刻蝕氣體的流量來實(shí) 現(xiàn)。所述的第一絕緣襯層460的材料如氧化硅等。
在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，采用氧化硅為第一絕緣襯層460，第一高密 度等離子體化學(xué)氣相沉積法的操作條件為采用硅曱烷(SiH4)、氧氣(02) 作為原料氣體，控制硅曱烷的流量在45sccm至55sccm之間，氧氣的流量在 75sccm至95sccm之間，通入氦氣(He )以及氬氣(H2)作為刻蝕氣體，控制 氦氣的流量在400sccm至600sccm之間，氬氣的流量在300sccm至500sccm之 間，并調(diào)整高頻射頻為1800W至2200W,低頻射頻為4000W至5000W。在沉 積時(shí)間為6秒至10秒的情況下，形成的第一絕緣襯層460的厚度為160埃至 240埃。
所述第一絕緣襯層460的作用在于用較高的蝕刻/沉積比較好的填充半導(dǎo) 體基板400與墊氧化層410的交界處，避免產(chǎn)生孔洞。
參考附圖6e，采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法形成覆蓋第一絕緣襯 層460并填滿溝槽的隔離絕緣層450。其中，形成隔離絕緣層的工藝為包括如 下步驟采用蝕刻/沉積比為0.025至0.045的第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉 積工藝形成覆蓋第 一絕緣襯層第 一 隔離絕緣層；采用干刻蝕法刻蝕第 一 隔離 絕緣層；采用蝕刻/沉積比為0.10至0.14的第三高密度等離子體化學(xué)氣相沉積 工藝形成覆蓋第 一絕緣襯層并填滿溝槽的隔離絕緣層。所述第 一隔離絕緣層 以及隔離絕緣層的材料例如為氧化硅等。
所述第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝的操作條件為采用硅曱烷 (SiH4)、氧氣(02)作為原料氣體，控制硅甲烷的流量在40sccm至60sccm 之間，氧氣的流量在75sccm至95sccm之間，通入氦氣以及氫氣作為刻蝕氣體， 控制氦氣的流量在400sccm至600sccm之間，氫氣的流量300sccm至500sccm 之間，并調(diào)整高頻射頻為IOOOW至1200W，低頻射頻為4000W至5000W，在 上述的操:作條件下，沉積時(shí)間為20秒至30秒。
由于上述^t乘作條件的刻蝕/沉積比在0,10至0.14,即是具有較高的蝕刻能 力，因此在進(jìn)行第一隔離絕緣層的沉積時(shí)，能夠?qū)⑿纬稍跍喜蹅?cè)壁頂端的部 分沉積物剝落，而不會(huì)使側(cè)壁的沉積物很快的堵塞溝槽開口處，但是，沉積 一段時(shí)間之后，溝槽開口處的第 一 隔離絕緣層的沉積量仍然大于溝槽底部的 沉積量，為了使第一隔離絕緣層在溝槽內(nèi)壁均勻沉積，防止溝槽內(nèi)產(chǎn)生孔洞， 在沉積時(shí)間為20秒30秒的情況下，刻蝕溝槽開口處的第一隔離絕緣層，使 溝槽的開口打開。
刻蝕第 一 隔離絕緣層的工藝采用干刻蝕法，仍然采用沉積第 一 隔離絕緣 層的刻蝕試劑，控制氦氣的流量在200sccm至400sccm之間，氫氣的流量 600sccm至1000sccm之間，并調(diào)整高頻射頻為2000W至4000W，低頻射頻 為4000W至5000W,刻蝕時(shí)間為60秒至100秒。
接著，繼續(xù)采用蝕刻/沉積比為0.10至0.14的第三高密度等離子體化學(xué)氣 相沉積工藝形成覆蓋第 一絕緣襯層并填滿溝槽的隔離絕緣層。具體搡作工藝 為采用硅曱烷(SiH4 )、氧氣(02 )作為原料氣體，控制硅甲烷的流量在40sccm 至60sccm之間，氧氣的流量在80sccm至100sccm之間，通入氦氣以及氫氣作 為刻蝕氣體，控制氦氣的流量在400sccm至600sccm之間，氫氣的流量300sccm 至400sccm之間，并調(diào)整高頻射頻為1500W至3000W,低頻射頻為4000W至 5000W，在上述的^:作條件下，沉積時(shí)間為75秒至95秒。
然后，參考圖6f，對(duì)填入的隔離絕緣層450進(jìn)行平坦化處理，所述的平 坦化工藝?yán)缁瘜W(xué)機(jī)械拋光法，直至曝露出腐蝕阻擋層420，所述的平坦化工 藝也可以采用化學(xué)機(jī)械拋光法拋光至隔離絕緣層450表面為一平坦結(jié)構(gòu)，然 后采用刻蝕工藝刻蝕至曝露腐蝕阻擋層420。
最后，參考圖4f，依次去除腐蝕阻擋層420和墊氧化層410。去除腐蝕阻 擋層420的工藝?yán)绮捎煤形鍍r(jià)熱磷酸溶液的濕蝕刻法。去除墊氧化層410 的工藝一般也采用濕蝕刻法，例如采用氫氟酸溶液進(jìn)行刻蝕。參考附圖7所示，為本發(fā)明提供的方法形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法形成的隔離溝槽的 截面結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡圖，從圖中可以看出，溝槽側(cè)壁與墊氧化層和腐 蝕阻擋層的界面沒有產(chǎn)生孔洞。
雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括如下步驟在半導(dǎo)體基板上依次形成墊氧化層和腐蝕阻擋層，并依次定義腐蝕阻擋層、墊氧化層和半導(dǎo)體基板，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成溝槽；在溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層；采用第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝在溝槽內(nèi)部以及墊氧化層側(cè)壁和腐蝕阻擋層表面形成第一絕緣襯層；形成覆蓋第一絕緣襯層并填滿溝槽的隔離絕緣層；平坦化所述隔離絕緣層至曝露出腐蝕阻擋層；依次去除半導(dǎo)體基板上的腐蝕阻擋層和墊氧化層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所 述第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝的蝕刻/沉積比為0.08至0.12。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所 述第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法的操作條件為高頻射頻為1800W至 2200W，低頻射頻為4000W至5000W。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所 述第一絕緣襯層的厚度為160A至240A。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所 述襯氧化層材料為氧化硅。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所 述墊氧化層為氧化硅，所述腐蝕阻擋層為氮化硅。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其 特征在于，形成隔離絕緣層的工藝為包括如下步驟采用蝕刻/沉積比為0.025至0.045的第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工 藝形成覆蓋第 一絕緣襯層第 一 隔離絕緣層； 采用干刻蝕法刻蝕第 一 隔離絕緣層；采用蝕刻/沉積比為0.10至0.14的第三高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝 形成覆蓋第 一絕緣襯層并填滿溝槽的隔離絕緣層。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所 述第 一 隔離絕緣層為氧化硅。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所 述隔離絕緣層為氧化硅。
全文摘要
淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括在半導(dǎo)體基板上依次形成墊氧化層和腐蝕阻擋層，并依次定義腐蝕阻擋層、墊氧化層和半導(dǎo)體基板，在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成溝槽；在溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層；采用第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝在溝槽內(nèi)部以及墊氧化層側(cè)壁和腐蝕阻擋層表面形成第一絕緣襯層；形成覆蓋第一絕緣襯層并填滿溝槽的隔離絕緣層；平坦化所述隔離絕緣層至曝露出腐蝕阻擋層；依次去除半導(dǎo)體基板上的腐蝕阻擋層和墊氧化層。本發(fā)明形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)可以避免在溝槽側(cè)壁與墊氧化層和腐蝕阻擋層的界面產(chǎn)生孔洞。
文檔編號(hào)H01L21/762GK101197304SQ20061011905
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月4日
發(fā)明者林競堯, 肖春光 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司