專利名稱：淺溝槽隔離區(qū)的形成方法及nmos晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種淺溝槽隔離區(qū)的形成方法及一種
NM0S晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造技術(shù)中，為了使在半導(dǎo)體襯底上制造的不同的半導(dǎo)體器件之間電絕 緣，通常在半導(dǎo)體襯底上的不同的半導(dǎo)體器件之間形成淺溝槽隔離區(qū)(STI)。 STI的形成方 法通常包括首先在半導(dǎo)體襯底上刻蝕溝槽，在溝槽內(nèi)填充絕緣介質(zhì)，直到溝槽內(nèi)填充滿， 然后進行快速熱處理(RTP)使絕緣介質(zhì)層更致密，使溝槽內(nèi)的絕緣介質(zhì)內(nèi)的應(yīng)力均勻分 布；接著進行平坦化，去除半導(dǎo)體襯底上的絕緣介質(zhì)和溝槽頂部的絕緣介質(zhì)，直到露出半導(dǎo) 體襯底，使半導(dǎo)體襯底和溝槽頂部處于同一平面，從而形成STI 。 例如在
公開日為2007年6月13日，公告號為CN1979798，名稱為實現(xiàn)STI的工 藝方法的中國專利申請中，公開了一種實現(xiàn)STI的工藝方法。如圖3所示，采用現(xiàn)有的STI 工藝，至少包括以下步驟淺溝槽10刻蝕、高密度等離子體膜20淀積、CMP研磨；其中，在高 密度等離子體膜淀積之后，追加成長一層平坦化的膜層30，然后再進行熱處理，進行熱處理 后再實施CMP研磨。 然而隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)中，半導(dǎo)體器件的尺寸逐漸減小，柵極的臨界尺寸逐漸 減小，柵極變得越來越短越來越窄，柵極下半導(dǎo)體襯底中源極區(qū)和漏極區(qū)之間的導(dǎo)電溝道 也變得越來越短和越來越窄，然而在對利用上述方法制造的半導(dǎo)體器件的測試中發(fā)現(xiàn)隨著 器件尺寸的縮小，從MOS器件的漏極區(qū)流向半導(dǎo)體襯底的漏電流逐漸增大，圖1和圖2為對 采用現(xiàn)有技術(shù)制造的NMOS器件進行測試的實驗數(shù)據(jù)，圖1中橫坐標(biāo)為導(dǎo)電溝道長度方向的 有源區(qū)(AA)總寬度，縱坐標(biāo)為NM0S器件的漏極區(qū)流向基體的漏電流，曲線720為利用現(xiàn)有 技術(shù)的方法制造的NMOS器件。圖2中橫坐標(biāo)為導(dǎo)電溝道寬度方向的有源區(qū)(AA)總寬度， 縱坐標(biāo)為NMOS器件的漏極區(qū)流向半導(dǎo)體襯底的漏電流，曲線820為利用現(xiàn)有技術(shù)的方法制 造的NMOS器件。通過測試發(fā)現(xiàn)采用現(xiàn)有技術(shù)制造的NMOS器件的漏極區(qū)流向半導(dǎo)體襯底的 漏電流很大，尤其在導(dǎo)電溝道長度小于0. 06um，導(dǎo)電溝道寬度小于0. 5um的NMOS器件中更 為明顯，所述漏電流使得MOS器件的性能變差。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種淺溝槽隔離區(qū)的形成方法，減小了MOS器 件源極區(qū)或漏極區(qū)流向半導(dǎo)體襯底的漏電流，提高了半導(dǎo)體器件的性能。 本發(fā)明的一種淺溝槽隔離區(qū)的形成方法，包括步驟提供半導(dǎo)體襯底；對半導(dǎo)體 襯底刻蝕形成溝槽；在溝槽內(nèi)填充絕緣物質(zhì)；進行退火，退火溫度小于1000度；進行平坦 化，露出半導(dǎo)體襯底。 可選的，退火溫度為0度至500度。 可選的，在溝槽內(nèi)填充絕緣物質(zhì)步驟包括形成覆蓋溝槽側(cè)壁和底面的溝槽襯墊氧化物層；淀積填充氧化物層，直到溝槽被填充氧化物層覆蓋。 可選的，所述淀積填充氧化物層利用低壓化學(xué)氣相淀積。 相應(yīng)的本發(fā)明還提供了一種NM0S晶體管的制造方法，包括步驟 提供半導(dǎo)體襯底； 對半導(dǎo)體襯底刻蝕形成溝槽； 在溝槽內(nèi)填充絕緣物質(zhì)； 在1000度以下進行退火； 進行平坦化，露出半導(dǎo)體襯底， 在半導(dǎo)體襯底上形成柵極，在柵極兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成源極區(qū)和漏極區(qū)。
可選的，柵極的寬度小于或等于65nm。
可選的，退火溫度為0度至500度。 可選的，在溝槽內(nèi)填充絕緣物質(zhì)步驟包括形成覆蓋溝槽側(cè)壁和底面的溝槽襯墊 氧化物層；淀積填充氧化物層，直到溝槽被填充氧化物層覆蓋。
可選的，所述淀積填充氧化物層利用低壓化學(xué)氣相淀積。
上述技術(shù)方案的優(yōu)點是 上述一個技術(shù)方案在溝槽內(nèi)填充絕緣介質(zhì)步驟后的退火步驟中，調(diào)整退火的溫 度，從而減小溝槽內(nèi)的絕緣介質(zhì)對溝槽側(cè)壁的壓應(yīng)力，從而減小了從漏極區(qū)流向半導(dǎo)體襯 底的漏電流，因此提高了半導(dǎo)體器件的性能。
圖1至圖2為利用現(xiàn)有方法制造的畫OS晶體管的試驗數(shù)據(jù)圖。
圖3為現(xiàn)有技術(shù)中一種STI的形成方法；
圖4為本發(fā)明的淺溝槽隔離區(qū)的形成方法實施例的流程圖；
圖5至圖7為本發(fā)明的淺溝槽隔離區(qū)的形成方法實施例的示意圖；
圖8為本發(fā)明的NMOS晶體管的制造方法實施例的流程圖；
圖9為本發(fā)明形成的NMOS晶體管結(jié)構(gòu)示意圖； 圖10至圖11為利用本發(fā)明的淺溝槽隔離區(qū)的形成方法制造的NMOS晶體管和利 用現(xiàn)有方法制造的NMOS晶體管的測試比較圖。
具體實施例方式
通常在STI的形成過程中，在溝槽內(nèi)填充完絕緣介質(zhì)之后，會對絕緣介質(zhì)進行退 火處理，使溝槽內(nèi)的絕緣介質(zhì)更致密，并減小應(yīng)力在絕緣介質(zhì)內(nèi)的不均勻分布。但是由于 退火可以使絕緣介質(zhì)更致密，因此經(jīng)過發(fā)明人的測試，認(rèn)為絕緣介質(zhì)變得更致密的同時也 增大了對溝槽側(cè)壁的壓應(yīng)力。因為在兩個相鄰溝槽之間的區(qū)域為有源區(qū)，用來制造MOS器 件，因此絕緣介質(zhì)對溝槽側(cè)壁的壓應(yīng)力增大，也就是對有源區(qū)的壓應(yīng)力增大，從而使得有源 區(qū)和半導(dǎo)體襯底之間的壓應(yīng)力增大，NMOS器件的漏極區(qū)流向半導(dǎo)體襯底的漏電流也增大。 在大尺寸的MOS器件中，例如柵臨界尺寸為90nm及以上的MOS器件，因為源極區(qū)和漏極區(qū) 之間的導(dǎo)電溝道較寬、較長，但是隨著半導(dǎo)體器件的尺寸逐漸減小，柵極的臨界尺寸逐漸減 小，柵極變得越來越短越來越窄，導(dǎo)電溝道也變得越來越短和越來越窄，從而通過實驗發(fā)現(xiàn)，M0S器件的漏極區(qū)流向半導(dǎo)體襯底的漏電流逐漸增大，從圖1和圖2可以看出，當(dāng)柵臨界 尺寸小于或等于65nm時NMOS器件的漏極區(qū)流向半導(dǎo)體襯底的漏電流很大，從而使MOS器 件特性變差。
因此本發(fā)明提供了一種淺溝槽隔離區(qū)的形成方法，包括步驟提供半導(dǎo)體襯底；
對半導(dǎo)體襯底刻蝕形成溝槽；在溝槽內(nèi)填充絕緣物質(zhì)；進行退火，退火溫度小于1000度；進
行平坦化，露出半導(dǎo)體襯底。 其中，退火溫度為0度至500度。
其中，在溝槽內(nèi)填充絕緣物質(zhì)步驟包括 形成覆蓋溝槽側(cè)壁和底面的溝槽襯墊氧化物層； 淀積填充氧化物層，直到溝槽被填充氧化物層覆蓋。 其中，所述淀積填充氧化物層利用低壓化學(xué)氣相淀積。 —種NMOS晶體管的制造方法，包括步驟 提供半導(dǎo)體襯底； 對半導(dǎo)體襯底刻蝕形成溝槽； 在溝槽內(nèi)填充絕緣物質(zhì)； 在1000度以下進行退火； 進行平坦化，露出半導(dǎo)體襯底， 在半導(dǎo)體襯底上形成柵極，在柵極兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成源極區(qū)和漏極區(qū)。 其中，柵極的寬度小于或等于65nm。 其中，退火溫度為0度至500度。 其中，在溝槽內(nèi)填充絕緣物質(zhì)步驟包括 形成覆蓋溝槽側(cè)壁和底面的溝槽襯墊氧化物層； 淀積填充氧化物層，直到溝槽被填充氧化物層覆蓋。 其中，所述淀積填充氧化物層利用低壓化學(xué)氣相淀積。 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。由于本發(fā)明涉及STI的填
充過程，因而下面的描述中，除STI填充步驟以外的工藝步驟僅僅是為了配合說明本發(fā)明
的方法而引入的，并不能構(gòu)成對本發(fā)明的保護范圍的限制，而且，下面所描述的除STI填充
以外的工藝步驟并不僅僅限于下面的描述，也可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所習(xí)知的其它工藝。 實施例一 參考圖4至圖7。 S110 :提供半導(dǎo)體襯底100。 提供半導(dǎo)體襯底IOO，所述半導(dǎo)體襯底100可以是單晶硅、多晶硅或非晶硅；所述 半導(dǎo)體襯底100也可以是硅、鍺、砷化鎵或硅鍺化合物；該半導(dǎo)體襯底100還可以具有外延 層或絕緣層上硅結(jié)構(gòu)；所述的半導(dǎo)體襯底100還可以是其它半導(dǎo)體材料，這里不再一一列舉。 在半導(dǎo)體襯底IOO上具有介質(zhì)層IOI，該介質(zhì)層101由在半導(dǎo)體襯底IOO上依次形 成的氧化硅襯墊層102和氮化硅層103構(gòu)成，其中氮化硅層103也可以是氮化硅或氮氧化 硅的混合物。氧化硅襯墊層102作為半導(dǎo)體襯底100和氮化硅層103之間的過渡層，其厚 度可以為50埃-100埃。氮化硅層103具有較高的致密程度，可以作為后續(xù)的化學(xué)機械研磨(CMP)的研磨停止層。圖案化上述氮化硅層103以露出對應(yīng)溝槽位置的半導(dǎo)體襯底100。
S120 :對半導(dǎo)體襯底刻蝕形成溝槽104。 利用氮化硅層103作為掩膜在襯底100中刻蝕出溝槽104。可以利用在半導(dǎo)體襯 底100上旋涂光刻膠層，然后圖案化光刻膠層，露出對應(yīng)溝槽104的位置的半導(dǎo)體襯底100， 利用圖案化的光刻膠層作為掩膜在襯底100中刻蝕出溝槽104。 所述刻蝕可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法進行刻蝕，例如利用等離子干法刻 蝕。 S130 :在溝槽104內(nèi)填充絕緣物質(zhì)108。 在該步驟中還可以包括，首先形成覆蓋溝槽104側(cè)壁和底面的溝槽襯墊氧化物層 106，可以采用下列方法清洗去除溝槽104內(nèi)的氧化物，然后置于高溫氧化設(shè)備內(nèi)，在溝槽 104側(cè)壁及底部生長一層襯墊氧化層106，厚度為50埃-150埃，該襯墊氧化層106作為絕 緣物質(zhì)108和溝槽104側(cè)壁以及底部之間的過渡層，從而使溝槽104和絕緣物質(zhì)108之間 可以更好的連接。 在半導(dǎo)體襯底表面以及溝槽內(nèi)淀積絕緣物質(zhì)108，直到溝槽104全部被填充滿。本 發(fā)明中利用低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)、等離子體氣相淀積(PCVD)方法，絕緣物質(zhì)108可 以為氧化硅。例如在本發(fā)明的一個實施例中，采用LPCVD的方法，工藝參數(shù)為反應(yīng)腔壓強 為1 X 102Pa，反應(yīng)溫度為600度-800度。在上述工藝參數(shù)下熱分解TEOS，從而生成二氧化 硅(Si02)。因為LPCVD較高壓化學(xué)氣相淀積(HPCVD)生成的絕緣物質(zhì)108密度小，因此溝 槽104內(nèi)的絕緣物質(zhì)108對溝槽104側(cè)壁的壓應(yīng)力較小。因為在兩個相鄰溝槽104之間的 區(qū)域為有源區(qū)，用來制造MOS器件，因此減小了溝槽104對溝槽側(cè)壁，也就是有源區(qū)的壓應(yīng) 力。 S140 :在1000度以下進行退火。 淀積絕緣物質(zhì)108之后在1000度以下，例如800度、500度、300度、200度、100度、 50度、30度進行退火，可以利用快速退火、爐子熱退火等。在本實施例中利用快速熱退火， 工藝參數(shù)為退火溫度為0度-100度，時間為0-10分鐘。退火步驟可以調(diào)整絕緣物質(zhì)108 的分子的分布，使絕緣物質(zhì)108更致密，應(yīng)力分布更均勻，但是過高的退火溫度使得絕緣物 質(zhì)108的致密程度過大，因此使得溝槽104內(nèi)的絕緣物質(zhì)108對溝槽104側(cè)壁的壓應(yīng)力也 很大。因為在兩個相鄰溝槽104之間的區(qū)域為有源區(qū)，用來制造M0S器件，因此也就增大了 溝槽104對有源區(qū)的壓應(yīng)力。所以實施例中采用了較低的退火溫度，從而使絕緣物質(zhì)108 的致密程度降低，從而減小了溝槽104對有源區(qū)的壓應(yīng)力。 —般來說，對于NMOS晶體管，在漏極區(qū)和半導(dǎo)體襯底之間存在漏電流，而有漏極 區(qū)和半導(dǎo)體襯底之間的壓應(yīng)力會增加所述漏電流，因此本發(fā)明通過減小溝槽104對有源區(qū) 的壓應(yīng)力，從而也就減小了漏極區(qū)和半導(dǎo)體襯底之間的壓應(yīng)力，使得NMOS器件的漏極區(qū)流 向半導(dǎo)體襯底內(nèi)的漏電流減小。
S150 :進行平坦化，露出半導(dǎo)體襯底。 對具有絕緣物質(zhì)108的半導(dǎo)體襯底100進行化學(xué)機械研磨(CMP)，去掉半導(dǎo)體襯 底100上的絕緣物質(zhì)108、氧化硅襯墊層102和氮化硅層103，露出半導(dǎo)體襯底100，使溝槽 108的頂部和半導(dǎo)體襯底100齊平。該步驟可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法進行。
除此之外，發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)如果取消退火的步驟，也可以減小STI的溝槽對側(cè)壁的壓應(yīng)力，從而減小柵極的漏電流。 實施例二 參考圖8至圖9。 NMOS晶體管的制造方法的實施例包括S110-S140的形成STI的步驟，因此不再贅 述，除此之外還包括步驟 S160 :在半導(dǎo)體襯底100上形成柵極110，在柵極110兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成源 極區(qū)112和漏極區(qū)114。 該步驟可以采用本領(lǐng)與技術(shù)人員熟知的方法，例如在半導(dǎo)體襯底100上，兩個相 鄰STI之間的部分形成柵氧層和柵氧層上的柵層，對柵層和柵氧層進行刻蝕，形成柵極 110。利用離子注入的方式形成源極區(qū)112和漏極區(qū)114。從而形成圖8所示的NMOS晶體管。 隨著半導(dǎo)體器件的尺寸逐漸減小，柵極110的臨界尺寸逐漸減小，例如對于65nm 工藝，柵極110的長度為65nm。然而對于柵極110的長度為65nm或小于65nm的M0S器件， 柵極110下的導(dǎo)電溝道116的長度也縮小到了小于或等于0. 06um。然而隨著導(dǎo)電溝道116 的縮短，尤其對于65nm及以下工藝的NMOS晶體管來說，STI對有源區(qū)的應(yīng)力，使得MOS器 件的漏極區(qū)流向半導(dǎo)體襯底內(nèi)的漏電流增大。 圖10和圖11為對采用現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明制造的NMOS器件進行測試的實驗數(shù)據(jù)， 圖9中橫坐標(biāo)為導(dǎo)電溝道長度方向的有源區(qū)(AA)總寬度，縱坐標(biāo)為NMOS器件的漏極區(qū)流 向半導(dǎo)體襯底的漏電流，曲線710為利用本發(fā)明的方法制造的NMOS器件，曲線720為利用 現(xiàn)有技術(shù)的方法制造的NM0S器件。圖10中橫坐標(biāo)為導(dǎo)電溝道寬度方向的有源區(qū)(AA)總 寬度，縱坐標(biāo)為NMOS器件的漏極區(qū)流向半導(dǎo)體襯底的漏電流，曲線810為利用本發(fā)明的方 法制造的NMOS器件，曲線820為利用現(xiàn)有技術(shù)的方法制造的NMOS器件。通過測試發(fā)現(xiàn)采 用本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，制造的NMOS器件的NMOS器件漏極區(qū)流向半導(dǎo)體襯底的漏電流 大大下降，尤其在導(dǎo)電溝道長度小于0. 06um，導(dǎo)電溝道寬度小于0. 5um的NMOS器件中這種 改進更為明顯。 因此在本實施例中，將上述NMOS晶體管的制造方法應(yīng)用于柵極的長度小于或等 于65nm，柵極的寬度小于或等于650nm的NMOS晶體管的制造中，對于65nm及以下工藝的 NMOS晶體管取得了較好的改進，大大減小NMOS器件的漏極區(qū)流向半導(dǎo)體襯底的漏電流，提 高了NMOS晶體管的特性。 本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，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)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保 護范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種淺溝槽隔離區(qū)的形成方法，其特征在于，包括步驟提供半導(dǎo)體襯底；對半導(dǎo)體襯底刻蝕形成溝槽；在溝槽內(nèi)填充絕緣物質(zhì)；進行退火，退火溫度小于1000度；進行平坦化，露出半導(dǎo)體襯底。
2. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，退火溫度為0度至500度。
3. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，在溝槽內(nèi)填充絕緣物質(zhì)步驟包括 形成覆蓋溝槽側(cè)壁和底面的溝槽襯墊氧化物層；淀積填充氧化物層，直到溝槽被填充氧化物層覆蓋。
4. 如權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述淀積填充氧化物層利用低壓化學(xué) 氣相淀積。
5. —種NM0S晶體管的制造方法，其特征在于，包括步驟 提供半導(dǎo)體襯底； 對半導(dǎo)體襯底刻蝕形成溝槽； 在溝槽內(nèi)填充絕緣物質(zhì)；在1000度以下進行退火； 進行平坦化，露出半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上形成柵極，在柵極兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中形成源極區(qū)和漏極區(qū)。
6. 如權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于，柵極的寬度小于或等于65nm。
7. 如權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于，退火溫度為0度至500度。
8. 如權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于，在溝槽內(nèi)填充絕緣物質(zhì)步驟包括 形成覆蓋溝槽側(cè)壁和底面的溝槽襯墊氧化物層；淀積填充氧化物層，直到溝槽被填充氧化物層覆蓋。
9. 如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述淀積填充氧化物層利用低壓化學(xué) 氣相淀積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種淺溝槽隔離區(qū)的形成方法及一種NMOS晶體管的制造方法，該淺溝槽隔離區(qū)的形成方法包括步驟提供半導(dǎo)體襯底；對半導(dǎo)體襯底刻蝕形成溝槽；在溝槽內(nèi)填充絕緣物質(zhì)；進行退火，退火溫度小于1000度；進行平坦化，露出半導(dǎo)體襯底。本發(fā)明利用在溝槽內(nèi)填充絕緣物質(zhì)步驟后的退火步驟中，調(diào)整退火的溫度，從而減小填充絕緣物質(zhì)對溝槽側(cè)壁的壓應(yīng)力，從而也就減小了漏極區(qū)與導(dǎo)電溝道的壓應(yīng)力，使得MOS器件的漏極區(qū)流向半導(dǎo)體襯底的漏電流減小。
文檔編號H01L21/02GK101740460SQ20081022638
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者居建華 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司