專利名稱：一種無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，集成電路制造工藝已經(jīng)深入深亞微米時(shí)代。淺溝槽隔離 (Shallow Trench Isolation)技術(shù)，由于其具有優(yōu)異的隔離性能和平坦的表面形狀以及良好的抗鎖性能等，已經(jīng)成為一種廣泛應(yīng)用于CMOS器件制造過程中的器件隔離技術(shù)。在現(xiàn)代 CMOS器件的制造中，隨著器件關(guān)鍵尺寸不斷地按照比例縮小，淺溝槽隔離的深寬比也變得越來越大。在半導(dǎo)體集成電路工藝中，傳統(tǒng)的隔離技術(shù)是自對(duì)準(zhǔn)場氧化隔離技術(shù)，即以硬掩膜掩蔽有源區(qū)，將場區(qū)的襯底硅暴露，然后用熱氧化的方法，產(chǎn)生隔離區(qū)氧化硅。這種方法簡單，實(shí)用性強(qiáng)，所用生產(chǎn)工藝成熟，缺點(diǎn)是會(huì)在有源區(qū)邊界形成‘鳥嘴’區(qū)，成為深亞微米工藝的發(fā)展中提高集程度的瓶頸。實(shí)踐中，‘鳥嘴’的尺寸很難減少到0.1 μπι以下。因此， 當(dāng)微電子工藝的特征尺寸減小到0. 25 μ m，場氧化工藝逐漸被淺溝槽隔離技術(shù)(STI)工藝所代替。用硬掩膜的保護(hù)有源區(qū)，將場區(qū)刻槽，再用化學(xué)氣相沉積法(如高密度等離子體淀積技術(shù)(HDP)或者高深寬比絕緣淀積技術(shù)(HARP))等在溝槽中形成隔離介質(zhì)，淺溝槽隔離工藝的優(yōu)點(diǎn)是可以最有效的利用有源區(qū)的線寬，提高集程度。結(jié)合化學(xué)機(jī)械拋光工藝的淺溝槽隔離技術(shù)可以做到極高的表面平坦化，增加后道布線的層數(shù)。但是，淺溝槽隔離工藝也存在著工藝過程復(fù)雜，不易控制的缺點(diǎn)。例如，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的氧化硅過磨削(Dishing) 和有源區(qū)硬掩膜過磨削(Erosion)問題。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的氧化硅過磨削(Dishing)問題主要是由于圖形密度的差異，導(dǎo)致化學(xué)機(jī)械拋光工藝在不同圖形區(qū)域的磨削速率不同，也即，在有源區(qū)圖形密度較大的區(qū)域相對(duì)于圖形密度較小的區(qū)域的磨削速度較低。因此，當(dāng)有源區(qū)圖形密度較低的區(qū)域的有源區(qū)上淺槽隔離氧化硅已經(jīng)磨削完成，但圖形密度較高的區(qū)域?qū)⒂醒趸铓埩簟榱饲宄龤埩粞趸?，化學(xué)機(jī)械拋光工藝需要一定時(shí)間的過磨削。這種過磨削會(huì)造成隔離槽中的氧化硅損失，溝槽槽寬度增加等問題。上述的問題會(huì)導(dǎo)致氧化硅的平面低于有源區(qū)的平面，也即產(chǎn)生了過磨削現(xiàn)象。產(chǎn)生淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的有源區(qū)硬掩膜過磨削(Erosion)問題是由于在CMP工藝中，為保護(hù)有源區(qū)不受影響，需在有源區(qū)淀積硬掩膜層。雖然工藝中采用的漿料對(duì)硬掩膜有選擇性，但由于工藝過程中的機(jī)械作用，硬掩膜層也會(huì)有磨削現(xiàn)象，特別是如前所述的過磨削現(xiàn)象。因硬掩膜層需要支持整個(gè)過磨削過程， 損失較為嚴(yán)重，尤其是在有源區(qū)圖形密度低的區(qū)域，有源區(qū)邊緣的過磨削可能會(huì)到導(dǎo)致器件的出現(xiàn)相應(yīng)的缺陷，這也是有源區(qū)硬掩膜過磨削現(xiàn)象。上述的兩種現(xiàn)象，都將導(dǎo)致隔離槽中的氧化硅降低，造成有源區(qū)邊緣暴露，門電壓降低，漏電增加，即導(dǎo)致所謂的‘Hump’效應(yīng)的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，其可有效簡化淺溝
3槽隔離工藝，防止有源區(qū)在化學(xué)機(jī)械拋光過程中出現(xiàn)過磨削現(xiàn)象，提高半導(dǎo)體的性能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，其中，包括以下的步驟 步驟Sl 提供一硅襯底，所述硅襯底上淀積一層鈍化保護(hù)層； 步驟S2 刻蝕所述鈍化保護(hù)層和所述硅襯底，形成位于所述鈍化保護(hù)層中的通孔和位于所述硅襯底中的溝槽；
步驟S3:在所述硅襯底的溝槽中插入高度與溝槽的高度相同的平衡密度輔助圖形，使得平衡密度輔助圖形上表面與鈍化保護(hù)層上表面保持在同一水平線上；
步驟S4 在所述鈍化保護(hù)層以及所述硅襯底中的溝槽內(nèi)淀積一層絕緣薄膜； 步驟S5 形成位于淺溝槽內(nèi)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，以及位于所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)的有源區(qū)；
其中，S<X<V2a，S為本技術(shù)節(jié)點(diǎn)有源區(qū)允許的最小間距，X為平衡密度輔助圖形與有源區(qū)之間的距離，a為所淀積的絕緣薄膜的厚度。上述的無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，其中，所述的步驟S5中采用高深寬比絕緣淀積技術(shù)在所述硅襯底和所述硅襯底的溝槽中淀積一層絕緣薄膜。上述的無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，其中，所述的絕緣薄膜為二氧化硅薄膜。本發(fā)明的一種無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，通過在位于有源區(qū)之間的溝槽中插入平衡密度控制圖形，而后再在其上淀積一層絕緣薄膜，在簡化傳統(tǒng)的淺溝槽隔離工藝的同時(shí)，可以避免有源區(qū)在化學(xué)機(jī)械拋光過程中出現(xiàn)過磨削現(xiàn)象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，工藝過程簡單易控制。


圖1為本發(fā)明的一種無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝的流程圖2A-2E為圖1所示的種無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝的各個(gè)步驟所形成的剖面結(jié)構(gòu)示意圖3為基于有源區(qū)域圖形的高深寬比絕緣淀積技術(shù)的計(jì)算示意圖； 圖4為兩個(gè)有源區(qū)縮小間距導(dǎo)致高深寬比絕緣淀積技術(shù)所淀積的二氧化硅薄膜開始重合的示意圖5為兩個(gè)器件有源區(qū)縮小間距導(dǎo)致高深寬比絕緣淀積技術(shù)所淀積的二氧化硅薄膜接近水平的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明的一種無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。正是基于現(xiàn)有技術(shù)中的淺溝槽隔離技術(shù)而提出了本發(fā)明的各種具體的實(shí)施方式。如圖1以及2A-2E所示，本發(fā)明的淺溝槽隔離工藝，其包括以下的步驟 一種無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，其特征在于，包括以下的步驟
步驟Sl 提供一硅襯底110，在硅襯底上淀積一層鈍化保護(hù)層120 ；步驟S2 刻蝕鈍化保護(hù)層120和硅襯底110，形成位于鈍化保護(hù)層120中的通孔和位于硅襯底110中的溝槽IlOa和IlOb ；
步驟S3 在硅襯底110的溝槽IlOa和IlOb中插入相同的平衡密度輔助圖形IlOc和 110d，使得平衡密度輔助圖形IlOc和IlOd (平衡密度輔助圖形IlOc和IlOd只是作為示例，其還可以包括有其他的平衡密度輔助圖形的)的上表面與鈍化保護(hù)層120的上表面保持在同一水平線上；
步驟S4 在鈍化保護(hù)層120之上以及帶有平衡密度輔助圖形1 IOc和1 IOd溝槽1 IOa和 IlOb內(nèi)淀積一層二氧化硅薄膜130 ；
步驟S5 形成位于溝槽IlOa和IlOb內(nèi)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)130a和130b，以及位于淺溝槽兩側(cè)的有源區(qū)；
其中，S<X<V2a，S為本技術(shù)節(jié)點(diǎn)有源區(qū)允許的最小間距，X為平衡密度輔助圖形與有源區(qū)之間的距離，a為所淀積的絕緣薄膜的厚度。如圖3至圖5所示，通過采用本發(fā)明的一種無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，也即是在通過在溝槽中插入平衡密度控制圖形，并控制平衡密度控制圖形IlOc和IlOd與有源區(qū)之間的距離，使得所淀積的二氧化硅薄膜130基本接近水平，并不會(huì)出現(xiàn)高低不平的現(xiàn)象，因此，可以避免傳統(tǒng)的淺溝槽隔離工藝中所采用的化學(xué)機(jī)械拋光工藝
綜上所述，本發(fā)明的一種無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，通過在位于有源區(qū)之間的溝槽中插入平衡密度控制圖形，而后再在其上淀積一層絕緣薄膜，在簡化傳統(tǒng)的淺溝槽隔離工藝的同時(shí)，可以避免有源區(qū)在化學(xué)機(jī)械拋光過程中出現(xiàn)過磨削現(xiàn)象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，工藝過程簡單易控制。應(yīng)當(dāng)指出的是，上述內(nèi)容只是本發(fā)明的最佳實(shí)施方式的列舉，其中未盡詳細(xì)描述的部分，應(yīng)該理解為用本技術(shù)領(lǐng)域的一般方式予以實(shí)施。同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來說，在不偏離本發(fā)明的精神范疇內(nèi)對(duì)本發(fā)明所做的等效變換和修飾，都將落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，其特征在于，包括以下的步驟 步驟Sl 提供一硅襯底，所述硅襯底上淀積一層鈍化保護(hù)層；步驟S2 刻蝕所述鈍化保護(hù)層和所述硅襯底，形成位于所述鈍化保護(hù)層中的通孔和位于所述硅襯底中的溝槽；步驟S3:在所述硅襯底的溝槽中插入高度與溝槽的高度相同的平衡密度輔助圖形，使得平衡密度輔助圖形的上表面與鈍化保護(hù)層的上表面保持在同一水平線上； 步驟S4 在所述鈍化保護(hù)層以及所述硅襯底中的溝槽內(nèi)淀積一層絕緣薄膜； 步驟S5 形成位于淺溝槽內(nèi)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，以及位于所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)的有源區(qū)；其中，S<X<V2a，S為本技術(shù)節(jié)點(diǎn)有源區(qū)允許的最小間距，X為平衡密度輔助圖形與有源區(qū)之間的距離，a為所淀積的絕緣薄膜的厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，其特征在于，所述的步驟 S5中采用高深寬比絕緣淀積技術(shù)在所述硅襯底和所述硅襯底的溝槽中淀積一層絕緣薄膜。
3.如權(quán)利要求1所述的無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，其特征在于，所述的絕緣薄膜為二氧化硅薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，其通過在位于有源區(qū)之間的溝槽中插入平衡密度控制圖形，而后再在其上淀積一層絕緣薄膜，在簡化傳統(tǒng)的淺溝槽隔離工藝的同時(shí)，可以避免有源區(qū)在化學(xué)機(jī)械拋光過程中出現(xiàn)過磨削現(xiàn)象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了無化學(xué)機(jī)械拋光的淺溝槽隔離工藝，工藝過程簡單易控制。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102427050SQ20111025026
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者張旭昇, 朱駿 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司