專(zhuān)利名稱(chēng)：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)體領(lǐng)域的制造技術(shù)，具體地說(shuō)，涉及一種淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation, STI)結(jié)構(gòu)的制造方法。
技術(shù)背景在半導(dǎo)體的制造領(lǐng)域，隨著半導(dǎo)體器件集成和小型化的發(fā)展，隔離半導(dǎo)體 器件的隔離結(jié)構(gòu)的大小也隨之減小。因此，目前STI成為0.25微米以下互補(bǔ)型 金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS )器件制 造的主流隔離工藝。由于STI結(jié)構(gòu)的制造工藝復(fù)雜，步驟繁多，不可避免的造 成硅片的有源區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力累積，從而影響器件的電學(xué)性能。圖1和圖2為 NMOS和PMOS器件的飽和電流隨溝道寬度變化的趨勢(shì)。在STI工藝導(dǎo)致的應(yīng) 力作用下，上述兩種類(lèi)型的MOS器件飽和電流都隨溝道變窄而下降達(dá)15%，產(chǎn) 生對(duì)溝道寬度的依賴(lài)，并嚴(yán)重影響器件的驅(qū)動(dòng)能力。研究結(jié)果顯示，STI應(yīng)力主要由溝槽介質(zhì)氧化物填充之前硅片的彎曲度導(dǎo) 致。硅片的彎曲是由于產(chǎn)生的應(yīng)力不平衡導(dǎo)致的，在STI制造過(guò)程中，在硅片 正面淀積墊氮化硅層的同時(shí)也在硅片的背面淀積。因此，盡管墊氮化硅層具有 很大的內(nèi)應(yīng)力，但因硅片的正、背面的應(yīng)力可以互相抵消，導(dǎo)致硅片仍然平整。 但是接下來(lái)的刻蝕溝槽的過(guò)程中，硅片正面的氮化硅層刻蝕成島狀，而背面的 氮化硅層仍然保持完整，這樣導(dǎo)致硅片中心向上凸起，硅表面的溝槽的容積被 拉大。常規(guī)的低溫退火工藝無(wú)法消除刻蝕產(chǎn)生的應(yīng)力使硅片恢復(fù)平整。在這種 情況下，在后續(xù)向溝槽內(nèi)填充介質(zhì)氧化物時(shí)，導(dǎo)致過(guò)量的介質(zhì)材料被填入溝槽。 在后續(xù)工藝中，硅片恢復(fù)原狀時(shí)，硅片有源區(qū)就會(huì)受到過(guò)量介質(zhì)氧化物的擠壓， 產(chǎn)生較大的應(yīng)力效應(yīng)，最終影響器件的電學(xué)性能。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其可有效地消除STI制造過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種新的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法。該制造方法包括a.首先在硅片的半導(dǎo)體襯底上依次淀積墊氧化層和墊氮化物 層；b.在墊氮化物層上涂光刻膠、曝光、顯影形成溝槽圖案；c.根據(jù)溝槽圖案， 以墊氮化物層為硬掩模，在半導(dǎo)體襯底上刻蝕形成溝槽；d.在溝槽的底部和側(cè) 壁氧化形成內(nèi)襯氧化物層；e.向溝槽內(nèi)填充介質(zhì)氧化物；所述制造方法在所述 步驟d之后和步驟e之前還包括進(jìn)行1150攝氏度以上的退火工藝。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的制造方法通過(guò)在淀積內(nèi)村氧化物層后進(jìn)行 高溫退火步驟，有效地消除了刻蝕步驟產(chǎn)生的應(yīng)力，減小甚至避免了硅片的彎 曲，避免了將過(guò)量介質(zhì)材料填充到溝槽內(nèi)，有效改善了 MOS器件的飽和電流對(duì) 溝道寬度的依賴(lài)性。


圖1和圖2為采用現(xiàn)有制造方法后NMOS和PMOS器件飽和電流隨溝道寬 度的變化趨勢(shì)。圖3至圖IO為硅片STI結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中部分截面示意圖。流溝道寬度的變化趨勢(shì)的比較圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)的制造方法的較佳實(shí)施例進(jìn) 行描述，以期進(jìn)一步理解其發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。請(qǐng)參閱圖3至圖10，典型的STI形成過(guò)程包括如下步驟a.首先在硅片的 半導(dǎo)體襯底1上依次淀積墊氧化層(oxide ) 2和墊氮化物層(nitride )3，如圖3; b.在氮化物層3上涂光刻膠、曝光、顯影形成溝槽圖案，以定義硅片的有源區(qū)， 如圖4; c.接著，根據(jù)形成的溝槽圖案，以墊氮化物層3為硬掩模，在半導(dǎo)體 襯底1上刻蝕形成溝槽4，如圖5; d.在溝槽4的底部和側(cè)壁氧化形成內(nèi)襯氧化 物層5,如圖6; e.向溝槽4內(nèi)填充介質(zhì)氧化物6,如圖7; f.對(duì)有源區(qū)進(jìn)行反 向刻蝕，如圖8; g.采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝，對(duì)硅片表面進(jìn)行平坦化步驟，如 圖9; h.去除殘余墊氮化物層，完成STI結(jié)構(gòu)，如圖10。本發(fā)明提出的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法是在上述步驟d之后和步驟e 之前增加一步1150攝氏度以上(包括1150攝氏度，全文同)的高溫退火工藝。 通過(guò)高溫退火工藝消除了在步驟c中墊氮氧化物層產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力，使得硅片 恢復(fù)平整，這樣在后續(xù)步驟e介質(zhì)氧化物的填充不會(huì)對(duì)硅片的有源區(qū)造成擠壓， 從而減輕STI應(yīng)力效應(yīng)造成的飽和電流對(duì)溝道寬度的依賴(lài)性。通過(guò)圖11和圖12 所示的比較圖可知，采用本發(fā)明的制造方法后NMOS和PMOS器件飽和電流對(duì) 溝道寬度的依賴(lài)性明顯改善。
權(quán)利要求
1.一種淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)的制造方法，其包括如下步驟a.首先在硅片的半導(dǎo)體襯底上依次淀積墊氧化層和墊氮化物層；b.在墊氮化物層上涂光刻膠、曝光、顯影形成溝槽圖案；c.根據(jù)溝槽圖案，以墊氮化物層為硬掩模，在半導(dǎo)體襯底上刻蝕形成溝槽；d.在溝槽的底部和側(cè)壁氧化形成內(nèi)襯氧化物層；e.向溝槽內(nèi)填充介質(zhì)氧化物；其特征在于，所述制造方法在所述步驟d之后和步驟e之前還包括進(jìn)行1150攝氏度以上的退火工藝。
2. 如權(quán)利要求1所述的STI結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述步驟a包括在 硅片的正面和背面分別淀積墊氧化層和墊氮化物層。
3. 如權(quán)利要求1所述的STI結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于所述制造方法在步 驟e之后還包括釆用化學(xué)機(jī)械拋光進(jìn)行平坦化步驟以及去除墊氮氧化物層的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，涉及半導(dǎo)體的制造領(lǐng)域。本發(fā)明制造方法包括a.首先在硅片的半導(dǎo)體襯底上依次淀積墊氧化層和墊氮化物層；b.在墊氮化物層上涂光刻膠、曝光、顯影形成溝槽圖案；c.根據(jù)溝槽圖案，以墊氮化物層為硬掩模，在半導(dǎo)體襯底上刻蝕形成溝槽；d.在溝槽的底部和側(cè)壁氧化形成內(nèi)襯氧化物層；e.向溝槽內(nèi)填充介質(zhì)氧化物；所述制造方法在所述步驟d之后和步驟e之前還包括進(jìn)行1150攝氏度以上的退火工藝。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)在淀積內(nèi)襯氧化物層后進(jìn)行高溫退火步驟，有效地消除了刻蝕步驟產(chǎn)生的應(yīng)力，避免了將過(guò)量介質(zhì)材料填充到溝槽內(nèi)，有效改善了MOS器件的飽和電流對(duì)溝道寬度的依賴(lài)性。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101226895SQ20071017273
公開(kāi)日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者俞柳江, 睿 李, 王慶東 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司