專利名稱：淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及半導體制程技術(shù)領域，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。現(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，然后再進行刻蝕，對部分凹進區(qū)域進行氧化生長氧化硅。 有源器件在氮化硅所確定的區(qū)域生成。但是，局部氧化隔離存在氮化硅邊緣 生長的"鳥嘴"(bird，sbeak)現(xiàn)象，如圖l所示，這是由于在氧化的過程中氮化硅 和硅之間的熱膨脹性能不同造成的。這個"鳥嘴"占用了實際的空間，增大了電 路的體積。局部氧化隔離技術(shù)在氧化過程中還會對晶片產(chǎn)生應力破壞。因此 LOCOS工藝只適用于大尺寸器件的設計和制造。隨著半導體工藝進入深亞微米時代，0.18jim以下的器件例如MOS電路的 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。圖2a至2f為依據(jù)傳統(tǒng)方法形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法剖面示意圖。首 先，參考圖2a,在半導體基板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至半導體基板100;參考圖2b,以腐蝕阻擋層120為 掩模，蝕刻半導體基板100至一設定深度，形成淺溝槽130。 接著，參考圖2c,在溝槽130的表面上形成襯氧化層140，襯氧化層140 可以是二氧化硅等絕緣材料；參考圖2d,將絕緣物質(zhì)(如二氧化硅)填入溝槽130中，并覆蓋襯氧化層140側(cè)壁和整個腐蝕阻擋層120，形成隔離氧化層150; 然后，參考圖2e,對填入的隔離氧化層150進行平坦化處理，如采用化學機 械拋光工藝清除腐蝕阻擋層120上的隔離氧化層150,最后，參考圖2f，去除 腐蝕阻擋層120和墊氧化層]IO,去除墊氧化層110的工藝一^:采用濕法蝕刻， 由于濕法蝕刻是等向性的，也會將溝槽130側(cè)壁的絕緣物質(zhì)蝕刻掉一些，結(jié) 果，形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)如圖2f所示，在溝槽130的側(cè)壁形成凹陷160。此凹陷會累積電荷，繼之在集成電路中造成元件的次臨限漏電流 (sub-threshold leakage current)，此即所謂的頸結(jié)歲文應(kink effect)，進而佳J尋元 件的可靠度與良率降低。而且，此凹陷在進行字線腐蝕時使殘留物殘留在該 部分，妨害元件穩(wěn)定地執(zhí)行動作，而且由于在該區(qū)域發(fā)生的邊緣電場(Fringing Electric Field),引起晶體管曲線頂點(Hump)出現(xiàn)，使亞閾值電流(Sub-threshold current)變大，并發(fā)生反向窄寬度效應(Inverse Narrow Width Effect),使元件 特性惡化。申請?zhí)枮镃N03825402的中國專利申請文件提供了一種解決上述溝槽側(cè)壁 凹陷問題的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，參考圖3a所示，在硅基板60的上部 形成墊氧化物62。第一層氮化物層64沉積在墊氧化層62的上部，隨后是第二 層氧化硅層66的沉積，以及第二層氮化硅層68的沉積隨后，通過非等向蝕刻 形成溝槽70;參考圖3b所示，以等向方式將溝槽70暴露在氧化蝕刻助劑中， 側(cè)蝕墊氧化物層62和第二層氧化層66，參考圖3c所示，在露出的硅基板60表 面上形成氧化物襯層76，隨后，如圖3d中所示，在溝槽70內(nèi)以及第二層氮化 硅層68上沉積氧化物材料，并通過化學機械研磨(CMP)工藝將第二層氮化硅層 68上的氧化物層拋光掉，參考圖3e所示，依次去除第二層氮化物層68和第二 氧化硅層66,并暴露出第一氮化物層64，最后，去除第一氮化物層64和塾氧
化物62，形成圖3e所示的結(jié)構(gòu)。
<旦是，上述形成隔離溝槽的方法工藝復雜， 而且在去除墊氧化物62的過程中同樣不能避免溝槽70側(cè)壁的過刻蝕。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) 會在溝槽側(cè)壁產(chǎn)生凹陷。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、墊氧化層和半導體基板.形成溝槽；在溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層；形成填滿溝槽并覆蓋墊氧化層側(cè)壁和腐蝕阻擋層的隔離氧化層； 平坦化所述隔離氧化層至曝露出腐蝕阻擋層； 依次去除半導體基板上的腐蝕阻擋層和墊氧化層； 在半導體基板和隔離氧化層上形成旋制氧化層，填滿溝槽隔離結(jié)構(gòu)側(cè)壁 的凹陷；去除旋制氧化層，直至曝露出半導體基板和隔離氧化層。 其中，所述旋制氧化層材料為二氧化硅。其中，所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，半導體基板和隔離氧化層上形 成旋制氧化層后，需進行退火處理。其中，所述溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，退火后形成的旋制氧化層的厚度 為300埃至1000埃，優(yōu)選的厚度為300埃至500埃。其中，所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，去除旋制氧化層的工藝包含如 下步驟采用千刻蝕法去除部分旋制氧化層，直至剩余的旋制氧化層的厚度為100 埃至200埃；采用濕刻蝕法去除剩余的旋制氧化層，直至曝露出半導體基板和隔離氧
化層。其中，所述干蝕刻法為反應性離子蝕刻法(reactive ion etching, RIR)。 其中，所述濕蝕刻法為使用氫氟酸溶液對旋制氧化層進行濕蝕刻，去除 剩余的旋制氧化層，直至曝露出半導體基板和隔離氧化層。 其中，所述半導體基板為硅或者絕緣體上硅。其中，所述的墊氧化層為二氧化硅或者氮氧化硅，所述的腐蝕阻擋層為 氮化硅。其中，所述的隔離氧化層材料為二氧化硅。 其中，所述去除腐蝕阻擋層和墊氧化層的工藝為濕蝕刻法。 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 1 、本發(fā)明在采用傳統(tǒng)工藝形成溝槽側(cè)壁含有凹陷的溝槽隔離結(jié)構(gòu)之后， 采用旋制氧化工藝在半導體基本和隔離填充層上形成旋制氧化層，由于旋制 氧化工藝形成的旋制氧化層在填充溝槽側(cè)壁的凹陷之后仍然具有比較平坦的 表面，因此，采用干蝕刻和濕蝕刻工藝之后形成的溝槽隔離結(jié)構(gòu)仍然具有平 坦的表面，并且克服了溝槽側(cè)壁凹陷的缺陷。2、 本發(fā)明在采用傳統(tǒng)工藝形成溝槽側(cè)壁含有凹陷的溝槽隔離結(jié)構(gòu)之后， 形成的旋制氧化層的厚度在300埃至1000埃，優(yōu)選300埃至500埃，不僅保 證旋制氧化層填滿溝槽側(cè)壁的凹陷，而且在隨后采用刻蝕工藝去除旋制氧化 層后，使半導體基板和溝槽隔離結(jié)構(gòu)仍然具有平坦的表面。3、 本發(fā)明刻蝕去除旋制氧化層的工藝分兩步進行，首先采用干蝕刻法， 蝕刻部分旋制氧化層，蝕刻之后，剩余的旋制氧化層的厚度為100埃至200 埃，然后，經(jīng)由濕蝕刻法去除剩余的旋制氧化層，保證去除旋制氧化層的工 藝過程不會損害有源區(qū)單晶硅表面。


圖1為在氮化硅邊緣生長的"鳥嘴"(bird，sbeak)現(xiàn)象的示意圖；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；圖3a至圖3e為另一現(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；圖4a至圖4i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。
具體實施方式
本發(fā)明提供 一 種溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，在本發(fā)明的 一 具體實施例中， 包括如下步驟在半導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、墊氧化層和半導體基板，形成溝槽； 在溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層；形成填滿溝槽并覆蓋墊氧化層側(cè)壁和腐蝕阻擋層的隔離氧化層； 平坦化所述隔離氧化層至曝露出腐蝕阻擋層；依次去除半導體基板上的腐蝕阻擋層和墊氧化層；去除腐蝕阻擋層和墊 氧化層之后，在溝槽的側(cè)壁會產(chǎn)生凹陷，為了填充溝槽側(cè)壁的凹陷，本發(fā)明 又進行了下列步驟在半導體基板和隔離氧化層上形成旋制氧化層，填滿溝槽隔離結(jié)構(gòu)側(cè)壁 的凹陷，并對旋制氧化層進行退火處理；之后，去除旋制氧化層，直至曝露出半導體基板和隔離氧化層，去除旋 制氧化層的工藝可分兩步完成，首先，采用干法刻蝕至剩余的旋制氧化層的厚度為100埃至200埃，然后采用濕法刻蝕工藝去除剩余的旋制氧化層，直至曝露出半導體基板和隔離氧化層。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。 首先，參考圖4a,在半導體基板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。其中在半導體基板400上與光刻膠開口位置對應的區(qū)域為隔離區(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，直至露出半導體基板400上預形成隔離溝槽的區(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， 一般采用低壓化學氣相沉積或者等離子體輔助化學氣 相沉積法形成。所述的腐蝕阻擋層420的材料例如是氮化硅， 一般采用化學氣 相沉積法沉積在墊氧化層41 ()上。參考圖4b，以腐蝕阻擋層420為掩模，蝕刻半導體基板400至一設定深度， 形成溝槽430。蝕刻半導體基板400的工藝可以是非等向性蝕刻法，如反應性 離子蝕刻法(reactive ion etching, RIR) 。 一4殳情況下，形成的溝槽430的深 度為0.1um至1.5um。參考圖4c,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的方法可以是熱氧化法。參考圖4d，將絕緣物質(zhì)填入溝槽430中，而形成隔離氧化層450，所述 隔離氧化層的材料可以是二氧化硅等，隔離氧化層450填滿溝槽430并且覆 蓋整個墊氧化層410以及腐蝕阻擋層420，如圖4d所示。在溝槽430內(nèi)以及 腐蝕阻擋層上沉積隔離氧化層450的工藝可以采用化學氣相沉積法，比較優(yōu) 化的技術(shù)方案例如以氧氣(02)和曱硅烷(silane;SiH4)為反應氣體，以高密度等離 子化學氣相;兄積法(HDPCVD; high-density plasma chemical vapor deposition)， 在溝槽430內(nèi)以及腐蝕阻擋層420的表面上沉積一層二氧化硅絕緣層。然后，參考圖4e，對填入的隔離氧化層450進行平坦化處理，所述的平
坦化工藝例如化學枳4成4燭光法，直至曝露出腐蝕阻擋層420,所述的平坦化工 藝也可以采用化學機械拋光法拋光至隔離氧化層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的工藝例如采用含有五價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，例如采用氬氟酸溶液進行刻蝕。由于濕法蝕刻 是等向性的，在采用氫氟酸溶液去除墊氧化層410時，也會將溝槽430側(cè)壁 與半導體基板接觸的絕緣物質(zhì)蝕刻掉一些，結(jié)果，形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)如 圖4f所示，在溝槽430的側(cè)壁形成凹陷470。參考圖4g,在半導體基板400和隔離氧化層450上形成旋制氧化層460。本 發(fā)明優(yōu)選旋制氧化層的材料為二氧化硅。旋制氧化層(Spin on Glass )的形成 工藝是利用旋轉(zhuǎn)的晶圓，將含有硅化物的溶液均勻地平涂在晶圓上，再利用 加熱方式將硅化物與溶劑驅(qū)離，使固體硅化物硬化成穩(wěn)定的非晶相氧化硅的 一種工藝。本發(fā)明的一個具體實施例中，將含有附圖4f所示結(jié)構(gòu)的晶圓旋轉(zhuǎn)，然后將 濃度為15% ~25%的二氧化硅的曱醇溶液均勻的平涂在晶圓上，依靠晶圓的 高速旋轉(zhuǎn)，在晶圓表面形成厚度均勻的含有曱醇溶劑的二氧化硅膜層，之后， 為了使形成的旋制氧化層460更加致密，在850攝氏度至1050攝氏度的高溫下 退火處理，在高溫退火的過程中，曱醇蒸發(fā)，并在晶圓表面形成一層固態(tài)的 厚度均勻的二氧化硅膜層。在高溫退火過程中旋制氧化層的厚度會縮水變小， 本發(fā)明要求退火后形成的旋制氧化層的厚度為300埃至1 OOO埃，以保證填滿溝 槽側(cè)壁的凹陷以及在隨后刻蝕去除旋制氧化層的過程中不會損傷到半導體基 板的表面并且保證在刻蝕去除旋制氧化層之后隔離氧化層表面的平整度。由于本發(fā)明采用液態(tài)的硅化物溶液，并采用旋轉(zhuǎn)噴涂的方式形成旋制氧 化層460，因此，形成的旋制氧化層460在完全填充溝槽430側(cè)壁形成的凹陷之
后，還能夠保持在半導體基板400和隔離氧化層450表面上形成的旋制氧化層 460表面的平坦度。本發(fā)明形成的旋制氧化層460的厚度在300埃至1 OOO埃，較好的是300埃至 500埃，本發(fā)明的一些實施例中，形成的旋制氧化層的厚度分別為400埃，600 埃，700埃，800埃，900埃等。參考圖4h，退火之后，進行去除旋制氧化層460的制程，直至曝露出半 導體基板400和隔離氧化層450。在本發(fā)明中，去除旋制氧化層460的一個優(yōu) 選的工藝可以分為兩步進行，首先，采用干蝕刻工藝去除部分的旋制氧化層 460，形成如圖4h所示的結(jié)構(gòu)，剩余的旋制氧化層為460a，厚度為100埃至 200埃，可以保證采用干蝕刻的工藝不會損傷半導體基板400的表面，然后， 采用濕刻蝕法去除高于半導體基板400的旋制氧化層460a,形成如圖4i所示 的結(jié)構(gòu)，剩余的旋制氧化層。所述的采用干蝕刻法去除部分的旋制氧化層460的工藝，例如采用氧等 離子體刻蝕的工藝進行刻蝕，進行刻蝕后，如圖4h所示，剩余的旋制氧化層 460a的厚度為100埃至200埃，在本發(fā)明的一些具體實施例中，干刻蝕旋制 氧化層460之后剩余的旋制氧化層的厚度分別為120埃，140埃，150埃，180 埃等。由于干蝕刻工藝之前形成的旋制氧化層460的表面為平面結(jié)構(gòu)，因此， 千蝕刻之后剩余的旋制氧化層460a的表面仍然為平坦的結(jié)構(gòu)。所述的采用濕刻蝕法去除剩余的旋制氧化層460a的工藝例如使用氫氟酸 溶液對二氧化硅進行濕蝕刻法。進行濕刻蝕之后，形成如圖4i所示的結(jié)構(gòu)， 僅僅在溝槽430側(cè)壁形成的凹陷區(qū)域填充有旋制氧化層460b。本發(fā)明在采用傳統(tǒng)工藝形成溝槽側(cè)壁含有凹陷的溝槽隔離結(jié)構(gòu)之后，采 用旋制氧化工藝在半導體基本和隔離填充層上形成旋制氧化層，由于旋制氧 化工藝形成的旋制氧化層在填充溝槽側(cè)壁的凹陷之后仍然具有比較平坦的表 面，因此，采用干蝕刻和濕蝕刻工藝去除旋制氧化層之后形成的溝槽隔離結(jié)
構(gòu)仍然具有平坦的表面，并且克力良了溝槽側(cè)壁產(chǎn)生凹陷的缺陷。雖然本發(fā)明己以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本 領域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改， 因此本發(fā)明的保護范圍應當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括如下步驟在半導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、墊氧化層和半導體基板，形成溝槽；在溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層；形成填滿溝槽并覆蓋墊氧化層側(cè)壁和腐蝕阻擋層的隔離氧化層；平坦化所述隔離氧化層至曝露出腐蝕阻擋層；依次去除半導體基板上的腐蝕阻擋層和墊氧化層；其特征在于，在半導體基板和隔離氧化層上形成旋制氧化層，填滿溝槽隔離結(jié)構(gòu)側(cè)壁的凹陷；去除旋制氧化層，直至曝露出半導體基板和隔離氧化層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述旋制 氧化層材料為二氧化硅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，半導體基 板和隔離氧化層上形成旋制氧化層后，需進行退火處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，退火后所 述旋制氧化層的厚度為300埃至1000埃。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，退火后所 述旋制氧化層的厚度為300埃至500埃。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在 于，去除旋制氧化層的工藝包含如下步驟采用干刻蝕法去除部分旋制氧化層，直至剩余的旋制氧化層的厚度 為100埃至200埃；采用濕刻蝕法去除剩余的旋制氧化層，直至曝露出半導體基板和隔 離氧化層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述干蝕 刻法為為反應'l"生離子々蟲刻法。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述濕蝕 刻法為使用氫氟酸溶液對旋制氧化層進行蝕刻。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述半導 體基板為硅或者絕緣體上硅。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述的墊 氧化層為二氧化硅或者氮氧化硅，所述的腐蝕阻擋層為氮化硅。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述的隔 離氧化層材料為二氧化硅。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，去除腐蝕 阻擋層和墊氧化層的工藝為濕蝕刻法。
全文摘要
一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括如下步驟在半導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、墊氧化層和半導體基板，形成溝槽；在溝槽表面形成襯氧化層；形成填滿溝槽并覆蓋墊氧化層側(cè)壁和腐蝕阻擋層的隔離氧化層；平坦化隔離氧化層，直至曝露出腐蝕阻擋層表面；依次去除半導體基板上的腐蝕阻擋層和墊氧化層；在半導體基板和隔離氧化層上形成旋制氧化層，填滿溝槽隔離結(jié)構(gòu)側(cè)壁的凹陷；去除旋制氧化層，直至曝露出半導體基板和隔離氧化層。本發(fā)明的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法避免了形成的溝槽側(cè)壁凹陷的缺陷。
文檔編號H01L21/762GK101154616SQ200610116858
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)明者朱賽亞, 健 翁, 辜良智, 魏崢穎 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司