專利名稱：淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元器件的制造技術(shù)，尤其是指一種淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體元器件的特征尺寸(CD)越來越小，半導(dǎo)體襯底的單位面積上有源器件的密度越來越高，各有源器件之間的距離也越來越小，從而使得 各個器件之間的絕緣隔離保護(hù)也變得更加重要。其中，淺溝槽隔離(STI，Shallow Trench Isolation)技術(shù)是最常用的用于深度亞微粒集成電路(IC)制造的隔離技術(shù)，而實(shí)際的應(yīng) 用情況已經(jīng)證明，在STI技術(shù)中，STI結(jié)構(gòu)的頂角形狀對于元器件的整體性能有很大的影 響。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1(a)所示，首先在半導(dǎo)體 襯底100上依次分別形成墊氧化層(Pad Oxide) 102、氮化硅層104和光刻膠層106，然后 通過曝光顯影工藝，定義淺溝槽圖形，并以光刻膠層106為掩膜，用干法刻蝕法刻蝕氮化硅 (SiN)層104、墊氧化層102和半導(dǎo)體襯底100，從而形成淺溝槽108。接著，通過用高密度 等離子體化學(xué)氣相沉積法(HDPCVD)或高深寬比工藝(HARP)在氮化硅層104上形成絕緣層 110，且所述絕緣層110將所述淺溝槽108填充滿，如圖1(b)所示。然后，對絕緣層110進(jìn) 行平坦化處理，例如，采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝(CMP)清除氮化硅層104上的絕緣層110 ；去 除氮化硅層104和墊氧化層102，最終形成STI結(jié)構(gòu)，如圖1(c)所示。由于上述STI結(jié)構(gòu) 的兩個頂角暴露在外，因此在以后的多次濕法處理中(例如，去除氮化硅層104和墊氧化層 102的工藝一般采用濕法刻蝕工藝)，上述STI結(jié)構(gòu)中的頂角會被腐蝕溶液刻蝕掉一部分， 從而形成凹坑(divot) 112，該凹坑還將使得在上述STI結(jié)構(gòu)上形成的隧道氧化層(Tunnel Oxiede)的厚度在水平方向上的不均勻，如圖1(d)所示。上述凹坑將可能引起電流泄露 (Current Leakage)或扭結(jié)效應(yīng)(Kink Effect)，從而對半導(dǎo)體元器件的電學(xué)性能造成較大 的不利影響。例如，對于非易失性存儲設(shè)備來說，即使是非常小的電流泄露也將極大得降低 該非易失性存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)保持性和循環(huán)耐用性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，從而減 小所形成的凹坑對半導(dǎo)體元器件的電學(xué)性能的不利影響。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明中的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，該方法包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成墊氧化層、氮化硅層和光刻膠層，在進(jìn)行曝光顯影工藝 后，以光刻膠層為掩膜對氮化硅層、墊氧化層和半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，形成淺溝槽；對氮化硅層進(jìn)行回蝕；使用現(xiàn)場蒸汽生成工藝在淺溝槽內(nèi)壁以及由于所述回蝕而暴露在外的有源區(qū)上形成襯氧化層；向淺溝槽內(nèi)填充絕緣層，去除氮化硅層和墊氧化層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。所述對氮化硅層進(jìn)行回蝕包括使用磷酸溶液對所述氮化硅層進(jìn)行回蝕。在對氮化硅層進(jìn)行回蝕時，所述回蝕的寬度為50 200埃。在對氮化硅層進(jìn)行回蝕時，所述回蝕的寬度為150埃。所述使用現(xiàn)場蒸汽生成工藝在淺溝槽內(nèi)壁以及由于所述回蝕而暴露在外的有源 區(qū)上形成襯氧化層包括使用現(xiàn)場蒸汽生成工藝在淺溝槽內(nèi)壁以及由于所述回蝕而暴露在外的有源區(qū)上 形成第一襯氧化層；進(jìn)行清洗后，再使用現(xiàn)場蒸汽生成工藝在第一襯氧化層上形成第二襯 氧化層。所述第一襯氧化層和所述第二襯氧化層的厚度之和為100 200埃。所述第一襯氧化層和所述第二襯氧化層的厚度之和為150埃。所述第一襯氧化層的厚度為50埃；所述第二襯氧化層的厚度為100埃。所述第一襯氧化層的厚度為100埃；所述第二襯氧化層的厚度為50埃。在所述形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之后還包括形成一個犧牲氧化層，對所形成的犧牲氧化層進(jìn)行過蝕刻；形成一層隧道氧化層。綜上可知，本發(fā)明中提供了一種淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制造方法。在所述淺溝道隔離 結(jié)構(gòu)的制造方法中，由于先對氮化硅層進(jìn)行了回蝕，使得有源區(qū)(AA，Active Area)的兩端 暴露在外，因此在后續(xù)進(jìn)行去除氮化硅層和墊氧化層操作時，所形成的凹坑比較淺；同時， 由于通過現(xiàn)場蒸汽生成工藝在STI結(jié)構(gòu)的頂角上形成了襯氧化層，有利于在STI結(jié)構(gòu)上形 成對稱的圓形頂角，同時還增加了該圓形頂角上的氧化層的厚度，從而減小了所述凹坑對 半導(dǎo)體元器件的電學(xué)性能的不利影響。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為本發(fā)明中淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制造方法的流程示意圖。圖3為本發(fā)明中淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制造方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)表達(dá)得更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及具體 實(shí)施例對本發(fā)明再作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖2為本發(fā)明中淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制造方法的流程示意圖。如圖2所示，本發(fā)明 中所提供的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制造方法包括如下所述的步驟步驟201，在半導(dǎo)體襯底上依次形成墊氧化層、氮化硅層和光刻膠層，在進(jìn)行曝光 顯影工藝后，以光刻膠層為掩膜對氮化硅層、墊氧化層和半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，形成淺溝槽。圖3為本發(fā)明中淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制造方法的示意圖。如圖3(a)所示，在本步驟 中，將首先在半導(dǎo)體襯底300上依次分別形成墊氧化層302、氮化硅層304和光刻膠層306，其中，所述半導(dǎo)體襯底300可以是硅基底或其它絕緣體材料，所述墊氧化層302的材料為 SiO2,所述氮化硅層304的材料為氮化硅；然后通過曝光顯影工藝，定義淺溝槽圖形，并以光 刻膠層306為掩膜，用干法刻蝕法刻蝕氮化硅層304、墊氧化層302和半導(dǎo)體襯底300，從而 形成淺溝槽310。在形成淺溝槽310后，如圖3(b)所示，可通過灰化處理過程去除光刻膠層 306，然后再用濕法刻蝕法去除殘留的光刻膠層306。步驟202，對氮化硅層進(jìn)行回蝕。如圖3(b)所示，在本步驟中，將對氮化硅層304進(jìn)行回蝕，使得氮化硅層304每側(cè)的寬度增大L，即回蝕的寬度為L。其中，所述的L的取值范圍為50 200A，較佳的，L為 150A ；在進(jìn)行上述回蝕時，可使用磷酸溶液進(jìn)行回蝕。在進(jìn)行上述回蝕后，可使得有源區(qū)(AA，Active Area)的兩端可以暴露在外，以便 于進(jìn)行后續(xù)的操作。步驟203，使用現(xiàn)場蒸汽生成(ISSG，In-Situ Steam Generation)工藝在淺溝槽 內(nèi)壁以及由于所述回蝕而暴露在外的有源區(qū)上形成襯氧化層(LinerOxide)。所述ISSG工藝是一種利用氣體在低壓環(huán)境中燃燒所產(chǎn)生的自由基來進(jìn)行相關(guān)反 應(yīng)，從而形成所需要的薄膜層的方法。例如，將N2O氣體與H2氣體同時置于低壓高溫的快速 熱處理反應(yīng)室(rapid thermal process chamber)中，N2O 與 H2 將產(chǎn)生 Ν(Γ、(Γ、0Γ 等自由 基，上述自由基可與硅基材的硅原子進(jìn)行反應(yīng)而形成氮氧化物層(Si02_xNx)，從而可在較短 的時間內(nèi)形成超薄高密度的薄膜層。如圖3(b)所示，在本步驟中，在進(jìn)行上述回蝕之后，可先使用ISSG工藝在淺溝槽 內(nèi)壁(即淺溝槽310的底部和側(cè)壁)以及由于上述回蝕而暴露在外的AA上形成第一襯氧 化層308 ；進(jìn)行清洗后，再使用ISSG工藝在第一襯氧化層308上形成第二襯氧化層309。所 述第一襯氧化層308和第二的襯氧化層309的厚度分別為M1和M2,且所述M1和M2的數(shù)值 可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行設(shè)定。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述M1與禮的和為100 200A ； 所述M1和禮的取值范圍可以為50 100A ；較佳的，所述M1與M2的和為150A，例如，所述 M1為50A,所述M2為100A ；或者，所述M1為100A,所述M2為50A。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，也可以通過一次ISSG工藝形成厚度為(MfM2)的襯氧化 層。但是，由于在實(shí)際的試驗測試過程中，通過一次ISSG工藝所形成的一層襯氧化層的厚 度很難達(dá)到150A，且一次形成過厚的襯氧化層也會帶來一些其它的不利影響，例如，一次形 成的襯氧化層所形成的AA區(qū)域的轉(zhuǎn)角形狀比通過兩層襯氧化層所形成的AA區(qū)域的轉(zhuǎn)角形 狀差，所以，在本申請的技術(shù)方案中，將通過ISSG工藝分別形成上述的兩層厚度分別為M1 和禮的襯氧化層。步驟204，向淺溝槽內(nèi)填充絕緣層，去除氮化硅層和墊氧化層，形成淺溝槽隔離結(jié) 構(gòu)。如圖3 (c)所示，在本步驟中，將通過用HDPCVD或HARP在氮化硅層304上形成絕 緣層312，且絕緣層312將所述淺溝槽310填充滿，所述絕緣層312的材料為二氧化硅。此外，在本步驟中，如圖3(d)所示，還將對絕緣層312進(jìn)行平坦化處理，例如，采用 CMP工藝清除氮化硅層304上的絕緣層312 ；去除氮化硅層304和墊氧化層302，從而形成 所需的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，還可在去除墊氧化層302之后，再形成一個厚度為N1埃的犧牲氧化層(SAC Oxide)(圖3中未示出)，用于在后續(xù)的離子注入過程中保護(hù)AA表面和防止離子的隧穿效應(yīng)。所述N1的數(shù)值可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，較佳的，所述N1 = 50 ； 然后對所形成的犧牲氧化層進(jìn)行過蝕刻，以確保所述犧牲氧化層被完全去除。所述過蝕刻， 即除了去除犧牲氧化物外，還需再往下蝕刻一定的厚度N2埃。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所 述隊的數(shù)值可根據(jù)應(yīng)用情況進(jìn)行設(shè)定，較佳的，所述N2 = NflO ；最后，再形成一層厚度為N3 埃的隧道氧化層(Tunnel Oxiede)(圖3中未示出)，從而形成所需的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。其 中，所述N3的數(shù)值可根據(jù)應(yīng)用情況進(jìn)行設(shè)定，較佳的，所述N3 = 90。從圖3(d)中以及實(shí)際的試驗數(shù)據(jù)中可以看出，在所形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)中，所 形成的凹坑(divot)314的深度比較淺，所以后續(xù)所形成的隧道氧化層的厚度也將比較均 勻(圖3中未示出)。在上述的淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制造方法中，由于先對氮化硅層進(jìn)行了回蝕，使得AA 的兩端暴露在外，因此在后續(xù)進(jìn)行去除氮化硅層和墊氧化層操作時，所形成的凹坑比較淺； 同時，由于通過ISSG工藝在STI結(jié)構(gòu)的頂角上形成了襯氧化層，有利于在STI結(jié)構(gòu)上形成 對稱的圓形頂角，同時還增加了該圓形頂角上的氧化層的厚度；此外，還可使得后續(xù)所形成 的隧道氧化層的厚度也比較均勻，從而使得半導(dǎo)體元器件的性能可得到較大的提高。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該方法包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成墊氧化層、氮化硅層和光刻膠層，在進(jìn)行曝光顯影工藝后，以光刻膠層為掩膜對氮化硅層、墊氧化層和半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，形成淺溝槽；對氮化硅層進(jìn)行回蝕；使用現(xiàn)場蒸汽生成工藝在淺溝槽內(nèi)壁以及由于所述回蝕而暴露在外的有源區(qū)上形成襯氧化層；向淺溝槽內(nèi)填充絕緣層，去除氮化硅層和墊氧化層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對氮化硅層進(jìn)行回蝕包括 使用磷酸溶液對所述氮化硅層進(jìn)行回蝕。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在對氮化硅層進(jìn)行回蝕時，所述回蝕的寬度為50 200埃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于 在對氮化硅層進(jìn)行回蝕時，所述回蝕的寬度為150埃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用現(xiàn)場蒸汽生成工藝在淺溝槽內(nèi) 壁以及由于所述回蝕而暴露在外的有源區(qū)上形成襯氧化層包括使用現(xiàn)場蒸汽生成工藝在淺溝槽內(nèi)壁以及由于所述回蝕而暴露在外的有源區(qū)上形成 第一襯氧化層；進(jìn)行清洗后，再使用現(xiàn)場蒸汽生成工藝在第一襯氧化層上形成第二襯氧化層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述第一襯氧化層和所述第二襯氧化層的厚度之和為100 200埃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述第一襯氧化層和所述第二襯氧化層的厚度之和為150埃。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述第一襯氧化層的厚度為50埃；所述第二襯氧化層的厚度為100埃。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述第一襯氧化層的厚度為100埃；所述第二襯氧化層的厚度為50埃。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在所述形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之后還包括形成一個犧牲氧化層，對所形成的犧牲氧化層進(jìn)行過蝕刻；形成一層隧道氧化層。
全文摘要
本發(fā)明中公開了一種淺溝道隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，該方法包括在半導(dǎo)體襯底上依次形成墊氧化層、氮化硅層和光刻膠層，在進(jìn)行曝光顯影工藝后，以光刻膠層為掩膜對氮化硅層、墊氧化層和半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，形成淺溝槽；對氮化硅層進(jìn)行回蝕；使用現(xiàn)場蒸汽生成工藝在淺溝槽內(nèi)壁以及由于所述回蝕而暴露在外的有源區(qū)上形成襯氧化層；向淺溝槽內(nèi)填充絕緣層，去除氮化硅層和墊氧化層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。通過使用上述的方法，有利于在STI結(jié)構(gòu)上形成對稱的圓形頂角，同時還增加了該圓形頂角上的氧化層的厚度，從而減小了所述凹坑對半導(dǎo)體元器件的電學(xué)性能的不利影響。
文檔編號H01L21/762GK101826484SQ200910046888
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者吳佳特, 龐軍玲, 李紹彬, 胡建強(qiáng) 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司