專利名稱：淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展方向為增加密度與縮小元件。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)用以將形 成在硅基底上的元件與其他元件隔離。隨著半導(dǎo)體制作技術(shù)的進步，淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation, STI)技術(shù)已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件制作所采用的如局部硅氧化 法(LOCOS)等其他隔離方法。圖1至圖4，顯示了采用現(xiàn)有制作方法制作淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的過程示意圖。所述 現(xiàn)有制作方法包括首先，在高溫氧化爐管內(nèi)氧化硅晶圓，在硅襯底100上形成襯墊氧化 層(Pad Oxide) 101和氮化硅層(Nitride) 102，再進行淺溝槽蝕刻，在硅襯底內(nèi)形成淺溝槽 103，如圖1所示；之后，在淺溝槽103的底部及側(cè)壁以例如為原位蒸汽生成工藝(ISSG)的 熱氧化工藝形成襯底氧化層(Liner) 104，并以例如低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)工藝或高濃 度等離子-化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)工藝在所述襯底氧化層104上形成用于填充淺溝槽 的填充氧化層105，如圖2所示；接著，以例如為化學(xué)機械研磨(CMP)技術(shù)去除表面多出的 材料，并以氮化硅層102作為研磨終止層，留下一平坦的表面，如圖3所示；最后再以例如 熱磷酸和氫氟酸分別將氮化硅層102和襯墊氧化層101去除，如圖4所示。有關(guān)淺溝槽隔 離結(jié)構(gòu)的制作技術(shù)，可以在例如公開號為CN101211816A、名稱為“淺溝槽隔離成形方法”的 中國發(fā)明專利，以及專利號為US6，444，M1B1、名稱為“在制作淺溝槽隔離的預(yù)氧化階段行 禾呈襯底氧化層的方法(Method for forming lining oxide in shallow trenchisolation incorporating pre-annealing st印)”美國發(fā)明專利找到更多的相關(guān)資料。由于現(xiàn)有技術(shù)中，去除氮化硅層102和襯墊氧化層101采用的是濕法刻蝕工藝，例 如應(yīng)用熱磷酸刻蝕氮化硅層102時，由于熱磷酸對含氮離子的氮化硅層102的刻蝕速率要 遠大于對填充氧化層105 (材料為氧化硅)的刻蝕速率，因此在去除氮化硅層102和襯墊氧 化層101之后，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的階高(st印height)，S卩淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的填充氧 化層105與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的側(cè)旁的硅襯底100表面的高度落差(在如圖4以H標(biāo)示)，較 大。較大的階高會產(chǎn)生漏電流，降低淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離特性，從而導(dǎo)致最終形成的半導(dǎo) 體器件的質(zhì)量下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，避免了現(xiàn)有技術(shù)中由 于階高較大而產(chǎn)生漏電流，降低淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離特性的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，包括提供半導(dǎo)體 襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有襯墊氧化層、氮化硅層和淺溝槽；在所述淺溝槽內(nèi)形 成襯底氧化層；在所述襯底氧化層上形成用于填充淺溝槽的填充氧化層；去除部分的填充 氧化層直至暴露出所述氮化硅層；至少對所述填充氧化層進行氮離子注入；去除所述氮化硅層和注入有氮離子的部分的所述填充氧化層；去除所述襯墊氧化層?？蛇x地，形成所述襯底氧化層的方法為熱氧化工藝。可選地，所述形成填充氧化層的方法為低壓化學(xué)氣相淀積工藝、次常壓化學(xué)汽相 沉積工藝或高濃度等離子-化學(xué)氣相沉積工藝?？蛇x地，去除部分的填充氧化層直至暴露出所述氮化硅層的方法為化學(xué)機械研磨 工藝。可選地，所述至少對所述填充氧化層進行氮離子注入的工藝參數(shù)包括氮離子的 注入能量為Iev至20Kev，注入劑量為lE15/cm2至lE16/cm2?？蛇x地，氮離子的注入能量為8Kev，注入劑量為2E15/cm2。可選地，氮離子注入的方向與所述半導(dǎo)體襯底成15度至90度?？蛇x地，去除所述氮化硅層和注入有氮離子的部分的所述填充氧化層的方法為濕 法刻蝕工藝?？蛇x地，所述濕法刻蝕工藝為熱磷酸刻蝕?？蛇x地，去除所述襯墊氧化層的方法為氫氟酸刻蝕工藝。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案在制作淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)工藝中在去除氮化硅層 和襯墊氧化層之前額外增加了對填充氧化層進行氮離子注入的工藝步驟，使得所述填充氧 化層的表層區(qū)域注入有氮離子，利用后續(xù)去除氮化硅層的工藝步驟中對氮離子的強刻蝕 性，增加對填充氧化層的刻蝕速率，相對更多地去除掉部分的填充氧化層，使得淺溝槽隔離 結(jié)構(gòu)的階高得以降低，提高半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能，進而提升半導(dǎo)體產(chǎn)品的良率。


圖1至圖4為現(xiàn)有技術(shù)中淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明在一實施方式中淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖；圖6至圖12為根據(jù)圖5流程制作淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在制作淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)時，由于氮化硅層的刻蝕速率要大于對填充 氧化層(材料為氧化硅)的刻蝕速率，因此在去除氮化硅層和襯墊氧化層之后，所述淺溝槽 隔離結(jié)構(gòu)的階高較大，會引起漏電流，降低淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離特性，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體器 件的電學(xué)性能下降。因此，在制作半導(dǎo)體器件時，為防止上述缺陷對產(chǎn)品良率的影響。本發(fā)明提供一種 淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有襯墊 氧化層、氮化硅層和淺溝槽；在所述淺溝槽內(nèi)形成襯底氧化層；在所述襯底氧化層上形成 用于填充淺溝槽的填充氧化層；去除部分的填充氧化層直至暴露出所述氮化硅層；至少對 所述填充氧化層進行氮離子注入；去除所述氮化硅層和注入有氮離子的部分的所述填充氧 化層；去除襯墊氧化層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明額外增加了對填充氧化層進行氮離子注入 的工藝步驟，增加對填充氧化層的刻蝕速率，相對更多地去除掉部分的填充氧化層，使得淺 溝槽隔離結(jié)構(gòu)的階高得以降低，提高半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能，進而提升半導(dǎo)體產(chǎn)品的良率。為此，如圖5所示，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法包括如下步驟
S100，提供半導(dǎo)體襯底，在襯底上依次形成有襯墊氧化層、氮化硅層和淺溝槽；S102，在淺溝槽內(nèi)形成襯底氧化層；S104，在襯底氧化層上形成用于填充淺溝槽的填充氧化層；S106,去除部分的填充氧化層直至暴露出氮化硅層；S108，對填充氧化層和氮化硅層進行氮離子注入；S110，去除氮化硅層和注入有氮離子的部分的填充氧化層；Sl 12，去除襯墊氧化層。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進行詳細說明。執(zhí)行步驟S100，提供半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底200上依序形成襯墊氧化層201、 氮化硅層202和淺溝槽203，形成如圖6所示的結(jié)構(gòu)。其中，所述半導(dǎo)體襯底200為形成有半導(dǎo)體器件的硅、形成有半導(dǎo)體器件的絕緣 體上硅(SOI)、或者為形成有半導(dǎo)體器件的II-VI或者III-V族化合物半導(dǎo)體。在半導(dǎo)體襯底200上形成襯墊氧化層201，襯墊氧化層201的材料一般為氧化硅。 在現(xiàn)有技術(shù)中，形成襯墊氧化層201的工藝是熱氧化法，即在高溫環(huán)境下，將半導(dǎo)體襯底 200暴露在含氧環(huán)境中。該工藝通常在爐管中實現(xiàn)。通常形成的襯墊氧化層201的厚度都 在幾十埃左右，例如約50埃至250埃厚。因形成襯墊氧化層201的工藝已為本領(lǐng)域技術(shù)人 員所熟知，故在此不再贅述。在襯墊氧化層201上形成氮化硅層202，氮化硅層202的材料為氮化硅。在現(xiàn)有技 術(shù)中，形成氮化硅層202的方法例如是化學(xué)氣相淀積工藝(CVD)。在本實施例中，形成的氮 化硅層202的厚度大約為1000埃至2000埃。因形成氮化硅層202的工藝已為本領(lǐng)域技術(shù) 人員所熟知，故在此不再贅述。襯墊氧化層201和氮化硅層202內(nèi)形成有暴露半導(dǎo)體襯底200的開口。接著，進行蝕刻以形成淺溝槽203，淺溝槽203是用于對半導(dǎo)體襯底200所形成的 柵極結(jié)構(gòu)(未予以圖示)進行電隔離。在現(xiàn)有技術(shù)中，形成淺溝槽203的方法是微影蝕刻 工藝，具體來講，是通過非等向性蝕刻，并且以含有HBr、Cl與CF4*反應(yīng)氣體而形成的。形 成的淺溝槽203的深度一般為0. 3毫米至0. 5毫米。因形成淺溝槽203的工藝已為本領(lǐng)域 技術(shù)人員所熟知，故在此不再贅述。接著執(zhí)行步驟S102，在淺溝槽203內(nèi)形成襯底氧化層204，形成如圖7所示的結(jié)構(gòu)。襯底氧化層204是形成在淺溝槽203的底部和側(cè)壁上，襯底氧化層204的材料為 氧化硅，其厚度為30埃至200埃。在現(xiàn)有技術(shù)中，形成襯底氧化層204的方法也可以利用 熱氧化法、優(yōu)選為原位蒸汽生長(Situ Steam Generation, ISSG)工藝，來實現(xiàn)。因該ISSG 工藝已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。需說明的是，在步驟S102中形成襯底氧化層204時采用的是熱氧化法，故在處理 過程中，特別是在高溫情形下，淺溝槽203的應(yīng)力能得到進一步的釋放，淺溝槽203的各轉(zhuǎn) 角圓化效果更為明顯，使得最終形成的襯底氧化層204厚度均勻，且在對應(yīng)淺溝槽203的各 轉(zhuǎn)角處的那部分同樣是圓滑過渡，而可避免出現(xiàn)之前的尖銳狀。接著執(zhí)行步驟S104，在襯底氧化層204上形成用于填充淺溝槽203的填充氧化層 205，形成如圖8所示的結(jié)構(gòu)。
填充氧化層205的材料為氧化硅。在現(xiàn)有技術(shù)中，形成填充氧化層205的方法 可以是低壓化學(xué)氣相淀積(Low-Pressure CVD, LPCVD)工藝、次常壓化學(xué)汽相沉積工藝 (Sub-Atmosphere CVD，SACVD)或高濃度等離子-化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)工藝。優(yōu)選地， 可以是例如以SiH4、02*Ar的混合氣體作為等離子化的氣體源的HDP-CVD工藝對溝槽進行 填充，因該HDP-CVD工藝的具體實施方法已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。接著，執(zhí)行步驟S106，去除部分的填充氧化層205直至暴露出氮化硅層204，形成 如圖9所示的結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)有技術(shù)中，去除部分的填充氧化層205的工藝可以為化學(xué)機械拋 光工藝(Chemical Mechanical Polishing，CMP)，因該CMP工藝的具體實施方法已為本領(lǐng) 域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。接著執(zhí)行步驟S108，如圖10所示，對填充氧化層205和氮化硅層204進行氮離子 注入。在本實施例中，氮離子的注入能量為lev至20Kev，注入劑量為lE15/cm2至1E16/ cm2。優(yōu)選地，氮離子的注入能量為8Kev，注入劑量為2E15/cm2。另外，所述離子注入可以采用與半導(dǎo)體襯底200成一定夾角α的傾斜注入，注入 夾角α可以為15度至90度。通過上述步驟S108，使得填充氧化層205的表層部分注入有氮離子。接著執(zhí)行步驟S110，去除氮化硅層204和注入有氮離子的部分的填充氧化層205， 形成如圖11所示的結(jié)構(gòu)。在本實施例中，去除工藝可以采用例如為熱磷酸(HPO)刻蝕的濕 法刻蝕工藝，所述熱磷酸刻蝕工藝中使用的熱磷酸溶液的溫度為150°C至200°C。所述熱磷 酸溶液的選擇應(yīng)參考濕度、干燥條件及氮化硅層204的厚度等因素。該熱磷酸刻蝕工藝的 具體實施方法已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。易知，一般而言，熱磷酸對含氮離子的氮化硅層的刻蝕速率要大于對為氧化硅的 填充氧化層205的刻蝕速率，而由于在本實施例的步驟S108中，在填充氧化層205的表層 部分注入有氮離子，因此，相比于現(xiàn)有技術(shù)，在步驟SlO中，采用熱磷酸溶液進行刻蝕時，能 增加對表層注入有氮離子的填充氧化層205刻蝕速率，得以相對更多地去除掉部分的填充 氧化層205，使得填充氧化層205與襯墊氧化層201的高度差相比于現(xiàn)有技術(shù)要相對降低。接著執(zhí)行步驟S112，去除襯墊氧化層201。形成如圖12所示的結(jié)構(gòu)。在本實施 例中，去除襯墊氧化層201的方法可以采用濕法刻蝕工藝，例如可通過稀釋水溶性氫氟酸 (HF)溶液來腐蝕并去除。所述氫氟酸溶液的選擇應(yīng)參考濕度、干燥條件及襯墊氧化層201 的厚度等因素。通過稀釋水溶性氫氟酸溶液清洗技術(shù)能更好地保證硅片表面的微粗糙度， 在處理過程中不會產(chǎn)生額外的雜質(zhì)。該氫氟酸刻蝕工藝的具體實施方法已為本領(lǐng)域技術(shù)人 員所熟知，在此不再贅述。如圖12所示，在去除襯墊氧化層201之后，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的階高(在如圖 12中以H標(biāo)示)，即淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的填充氧化層與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的側(cè)旁的半導(dǎo)體襯底 200表面的高度落差，得以有效降低。綜上所述，本發(fā)明技術(shù)方案在制作淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)工藝中在去除氮化硅層和襯墊 氧化層之前額外增加了對填充氧化層進行氮離子注入的工藝步驟，使得所述填充氧化層的 表層區(qū)域注入有氮離子，利用后續(xù)去除氮化硅層的工藝步驟中對氮離子的強刻蝕性，增加 對填充氧化層的刻蝕速率，相對更多地去除掉部分的填充氧化層，使得淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的 階高得以降低，提高半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能，進而提升半導(dǎo)體產(chǎn)品的良率。
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(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有襯墊氧化層、氮化硅層和淺溝槽；在所述淺溝槽內(nèi)形成襯底氧化層；在所述襯底氧化層上形成用于填充淺溝槽的填充氧化層；去除部分的填充氧化層直至暴露出所述氮化硅層；至少對所述填充氧化層進行氮離子注入；去除所述氮化硅層和注入有氮離子的部分的所述填充氧化層；去除所述襯墊氧化層。
2.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，形成所述襯底氧化 層的方法為熱氧化工藝。
3.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述形成填充氧化 層的方法為低壓化學(xué)氣相淀積工藝、次常壓化學(xué)汽相沉積工藝或高濃度等離子-化學(xué)氣相 沉積工藝。
4.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，去除部分的填充氧 化層直至暴露出所述氮化硅層的方法為化學(xué)機械研磨工藝。
5.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述至少對所述填 充氧化層進行氮離子注入的工藝參數(shù)包括氮離子的注入能量為lev至20Kev，注入劑量 為 lE15/cm2 至 lE16/cm2。
6.如權(quán)利要求5所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，氮離子的注入能量 為8Kev，注入劑量為2E15/cm2。
7.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，氮離子注入的方向 與所述半導(dǎo)體襯底成15度至90度。
8.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，去除所述氮化硅層 和注入有氮離子的部分的所述填充氧化層的方法為濕法刻蝕工藝。
9.如權(quán)利要求7所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述濕法刻蝕工藝 為熱磷酸刻蝕工藝。
10.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，去除所述襯墊氧化 層的方法為氫氟酸刻蝕工藝。
全文摘要
一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有襯墊氧化層、氮化硅層和淺溝槽；在所述淺溝槽內(nèi)形成襯底氧化層；在所述襯底氧化層上形成用于填充淺溝槽的填充氧化層；去除部分的填充氧化層直至暴露出所述氮化硅層；至少對所述填充氧化層進行氮離子注入；去除所述氮化硅層和注入有氮離子的部分的所述填充氧化層；去除所述襯墊氧化層。通過本技術(shù)方案，增加含氮離子的填充氧化層的去除速率，使得淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的階高得以降低，提高半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能，提升半導(dǎo)體產(chǎn)品的良率。
文檔編號H01L21/762GK102122630SQ20101002257
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者何永根, 陳勇 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司