專(zhuān)利名稱(chēng)：雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法。
背景技術(shù)：
以絕緣體上硅(Silicon On hsulator，SOI)為襯底的集成電路具有低壓低功耗， 高速度，高集成度的特點(diǎn)，是半導(dǎo)體技術(shù)向納米級(jí)發(fā)展的主流工藝。雙極型晶體管是模擬集成電路中非常重要的器件單元，基于絕緣體上硅工藝的雙極型晶體管需要使用雙溝槽隔離 (Dual-STI)結(jié)構(gòu)，其需要特別的制作方法?，F(xiàn)有的形成雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法參考附圖1， 1A, IB 至附圖 5，5A，5B。參考圖1，1A，1B，其中，附圖1為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖1A，IB分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖；首先，提供半導(dǎo)體襯底，所述的半導(dǎo)體襯底為絕緣體上硅 (Silicon On Insulator，SOI)，包括襯底硅100，以及依次位于襯底硅100上的掩埋絕緣層 101，頂層硅102。所述的掩埋絕緣層101厚度例如為1500埃，頂層硅102厚度例如為1000 埃。隨后在所述頂層硅102上依次形成襯墊層103，硬掩膜層104，所述襯墊層103厚度例如為100埃，硬掩膜層104厚度例如為1100埃，材料例如為氮化硅。參考圖2，2A，2B，其中，附圖2為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖2A，2B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，以圖案化的第一掩膜層105為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層 104，襯墊層103以及頂層硅102至暴露出掩埋絕緣層101，形成第一溝槽，所述的第一溝槽在AA，BB方向的截面形狀分別為106A，106B。所述的第一溝槽深度大于1000埃。在刻蝕形成第一溝槽之后，在溝槽內(nèi)有部分掩埋絕緣層101需要被過(guò)刻蝕，在第一溝槽對(duì)應(yīng)位置剩余的掩埋絕緣層101的厚度例如為1300埃。參考圖3，3A，3B，其中，附圖3為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖3A，3B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，在所述的硬掩膜層上，以及第一溝槽內(nèi)形成完全覆蓋所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的光刻膠層，隨后，曝光，顯影所述光刻膠層，形成第二掩膜層圖案107，在AA 方向，第一溝槽與第二掩膜層圖案重疊部分里的光刻膠層被去除，形成光刻膠的開(kāi)口，在圖 BB方向，光刻膠層被完全去除，包括第一溝槽與第二掩膜層圖案重疊部分里光刻膠。隨后，以所述的第二掩膜層107為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層，至BB方向暴露出襯墊層103，形成所述的第二溝槽。在BB方向，第二溝槽109暴露出襯墊層103，第一溝槽和第二掩膜層圖案重疊部分，即光刻膠開(kāi)口暴露出的掩埋絕緣層101被大部分去除，形成附圖AA 方向的第二溝槽108A和BB方向的108B。形成第二溝槽工藝中采用的刻蝕氣體包括CHF3, 由于其對(duì)SiN=SW2的刻蝕選擇比通常只是稍大于1，掩埋絕緣層101將變得很薄，例如200 埃。參考圖4，4A，4B，其中，附圖4為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖4A，4B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，沿第二溝槽繼續(xù)刻蝕所述襯墊層至BB方向暴露出頂層硅，最終形成的第二溝槽的深度例如為400埃。由于刻蝕劑對(duì)掩埋絕緣層101繼續(xù)刻蝕，直至襯底硅100，導(dǎo)致SOI器件被刻穿。
參考圖5，5A，5B，去除所述的光刻膠圖案107，其中，附圖5為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖5A，5B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖。從附圖中可以看出，在AA 方向和BB方向，在刻蝕形成第一溝槽和第二溝槽的工藝中被重復(fù)刻蝕的部分IlOA和110B，
掩埋絕緣層被刻穿。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是在現(xiàn)有的雙溝槽的刻蝕工藝中，在刻蝕形成第一溝槽和第二溝槽的工藝中被重復(fù)刻蝕的部分，掩埋絕緣層被刻穿的缺陷。一種雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供包括襯底硅，掩埋絕緣層和頂層硅的 SOI，在頂層硅上形成襯墊層，硬掩膜層和第一掩膜層；以圖案化第一掩膜層為掩膜，刻蝕硬掩膜層，，襯墊層和部分頂層硅至設(shè)定深度，形成第一開(kāi)口 ；去除第一掩膜層，在所述硬掩膜層上以及第一開(kāi)口內(nèi)形成犧牲層；去除部分犧牲層至暴露出硬掩膜層；在所述硬掩膜層以及犧牲層上形成圖案化的第二掩膜層，以圖案化的第二掩膜層為掩膜，刻蝕硬掩膜層至暴露出襯墊層，形成第二開(kāi)口，第二開(kāi)口區(qū)域與第一開(kāi)口區(qū)域部分重疊；去除所述第二掩膜層以及犧牲層；以硬掩膜層為掩膜，同時(shí)刻蝕第一開(kāi)口和第二開(kāi)口，形成設(shè)定深度的第一溝槽和第二溝槽，其中，第一溝槽暴露出掩埋絕緣層，第二溝槽暴露出頂層硅。采用本發(fā)明所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，形成第一開(kāi)口之后，在第一開(kāi)口內(nèi)填充犧牲層，避免了在刻蝕形成第二溝槽的工藝中繼續(xù)刻蝕第一開(kāi)口暴露出的掩埋絕緣層，致使第一溝槽和第二溝槽重疊區(qū)域的掩埋絕緣層被刻穿的缺陷。


圖1至圖5為現(xiàn)有的雙溝槽隔離工藝各步驟器件結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖IA至圖5A為圖1至圖5沿AA方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖IB至圖5B為圖1至圖5沿BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6至圖12為本發(fā)明具體實(shí)施方式
所述的的雙溝槽隔離工藝各步驟器件結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖6A至圖12A為圖6至圖12沿AA方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6B至圖12B為圖6至圖12沿BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。參考圖6，6A，6B，其中，附圖6為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖6A，6B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖；首先，提供半導(dǎo)體襯底，所述的半導(dǎo)體襯底為絕緣體上硅 (Silicon On Insulator，SOI)，包括襯底硅200，以及依次位于襯底硅200上的掩埋絕緣層 201，頂層硅202。所述的掩埋絕緣層201材料例如為氧化硅，厚度例如為1500埃，頂層硅 202厚度例如為1000埃。隨后在所述頂層硅202上依次形成襯墊層203，硬掩膜層204，所述襯墊層203材料例如為氧化硅，厚度例如為100埃，硬掩膜層204材料例如為氮化硅，厚度例如為1100埃。形成襯墊層203和硬掩膜層204的工藝?yán)鐬闊嵫趸突瘜W(xué)氣相沉積工藝。
參考圖7，7A，7B，其中，附圖7為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖7A，7B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，刻蝕所述硬掩膜層204，襯墊層203以及部分頂層硅202 至設(shè)定深度，形成第一開(kāi)口?？涛g所述硬掩膜層204，襯墊層203以及部分頂層硅202的刻蝕氣體包括CHF3, Cl2等。刻蝕之后剩余的頂層硅的厚度應(yīng)為第二溝槽的最終深度，例如為 400 埃。參考圖8，8A，8B，其中，附圖8為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖8A，8B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，在所述的硬掩膜層204上，以及第一開(kāi)口內(nèi)形成完全覆蓋所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的犧牲層207 (sacrificial layer)，所述的犧牲層例如為光刻膠層，氧化物層或者底層抗反射涂層(bottom anti-reflection coating ;BARC)，所述犧牲層為光刻膠層或者BARC時(shí)，可以采用旋涂，并烘干的方法制作。所述犧牲層為氧化物層，例如為氧化硅時(shí)，采用低溫化學(xué)氣相沉積工藝制作。去除部分犧牲層207至暴露出硬掩膜層204，當(dāng)所述的犧牲層為BARC時(shí)，采用干法刻蝕工藝刻蝕所述的犧牲層207至暴露出硬掩膜層204。執(zhí)行完畢所述工藝，只有第一開(kāi)口內(nèi)填充有所述的犧牲層，用于在后續(xù)刻蝕第二開(kāi)口的工藝中保護(hù)第一開(kāi)口不會(huì)被繼續(xù)刻蝕，從而避免形成第二溝槽之后，第一開(kāi)口被刻穿至襯墊層。當(dāng)所述犧牲層為氧化物層時(shí)， 采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除部分犧牲層207至暴露出硬掩膜層204。參考圖9，9A，9B，其中，附圖9為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖9A，9B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，在所述的硬掩膜層204以及犧牲層207上形成第二掩膜層208，所述的第二掩膜層208例如為采用旋涂工藝形成的光刻膠層，隨后，曝光，顯影所述光刻膠層，形成光刻膠圖案。之后，以所述的第二掩膜層208為掩膜，刻蝕硬掩膜層204至暴露出襯墊層203，形成第二開(kāi)口，參考附圖9A，9B，在圖AA方向，第二開(kāi)口與第一開(kāi)口重疊的部分，第一開(kāi)口內(nèi)填充的犧牲層起到保護(hù)作用，因此，形成第二開(kāi)口之后，重疊部分的犧牲層被部分去除，如圖209A，209B。在BB方向，第一開(kāi)口和第二開(kāi)口無(wú)重疊的部分，硬掩膜層204被刻蝕至暴露出襯墊層203，形成第二開(kāi)口 210。形成第二開(kāi)口工藝中采用的刻蝕氣體包括CHF3, Cl2等。參考圖10，10A, 10B，其中，附圖10為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖10A，10B0分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BBO方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，去除所述的第二掩膜層208和犧牲層207。參考圖11，11A，11B，其中，附圖11為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖11A，IlB分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，以所述的硬掩膜層204為掩膜，繼續(xù)刻蝕第一開(kāi)口以及第二開(kāi)口，至第一開(kāi)口暴露出掩埋絕緣層，形成第一溝槽，第二開(kāi)口暴露出頂層硅，形成第二溝槽。在圖AA方向，在第一開(kāi)口與第二開(kāi)口重疊的部分，由于第一開(kāi)口內(nèi)有部分頂層硅未被去除，因此，執(zhí)行本步驟的刻蝕工藝形成第二溝槽之后，第一開(kāi)口內(nèi)剩余的頂層硅被完全去除，并過(guò)刻蝕掩埋絕緣層，但不會(huì)發(fā)生掩埋絕緣層被刻穿的現(xiàn)象，在圖BB方向，第二溝槽刻蝕至暴露出頂層硅，達(dá)到設(shè)定的第二溝槽的深度。參考圖12，12A，12B，其中，附圖12為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖12A，12B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，去除所述的硬掩膜層204，形成第一溝槽和第二溝槽。所述的第一溝槽的深度大于等于1000埃，優(yōu)選的第一溝槽的深度為1000埃，第二溝槽的深度例如為400埃。第一溝槽和第二溝槽重疊部分未被過(guò)刻蝕。這是由于在刻蝕第二溝槽硬掩膜層時(shí)，第一開(kāi)口內(nèi)填充的犧牲層起到保護(hù)第一開(kāi)口不被繼續(xù)刻蝕的作用。采用本實(shí)施例所述的工藝，由于犧牲層的存在，以及在刻蝕形成第一開(kāi)口的過(guò)程中保留部分頂層硅，使后續(xù)刻蝕形成第二溝槽之后，第一溝槽以及第一溝槽和第二溝槽重疊的區(qū)域，都不會(huì)發(fā)生掩埋絕緣層被刻穿的現(xiàn)象。 雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)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(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括如下步驟提供包括襯底硅，掩埋絕緣層和頂層硅的絕緣體上硅，在所述的頂層硅上依次形成襯墊層，硬掩膜層和第一掩膜層；以圖案化第一掩膜層為掩膜，刻蝕硬掩膜層，襯墊層和部分頂層硅至設(shè)定深度，形成第一開(kāi)口 ；去除第一掩膜層，在所述硬掩膜層上以及第一開(kāi)口內(nèi)形成犧牲層；去除部分犧牲層至暴露出硬掩膜層；在所述硬掩膜層以及犧牲層上形成圖案化的第二掩膜層，以圖案化的第二掩膜層為掩膜，刻蝕硬掩膜層至暴露出襯墊層，形成第二開(kāi)口，第二開(kāi)口區(qū)域與第一開(kāi)口區(qū)域部分重疊；去除所述第二掩膜層以及犧牲層；以硬掩膜層為掩膜，同時(shí)刻蝕第一開(kāi)口和第二開(kāi)口，形成設(shè)定深度的第一溝槽和第二溝槽，其中，第一溝槽暴露出掩埋絕緣層，第二溝槽暴露出頂層硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，刻蝕硬掩膜層，襯墊層和部分頂層硅，形成第一開(kāi)口后剩余的頂層硅的厚度應(yīng)為第二溝槽的最終深度，為400埃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，刻蝕硬掩膜層，襯墊層和頂層硅形成第一開(kāi)口的刻蝕氣體包括CHF3, Cl2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，刻蝕硬掩膜層和襯墊層形成第二開(kāi)口的刻蝕氣體包括CHF3, Cl20
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述犧牲層為氧化硅層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述氧化硅層采用低溫化學(xué)氣相沉積法形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，去除部分犧牲層至暴露出硬掩膜層的工藝為化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述犧牲層為 BARC 層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述BARC層采用旋涂并烘烤的工藝形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，去除部分犧牲層至暴露出硬掩膜層的工藝為干法刻蝕工藝。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述的第一溝槽的深度為1000埃，第二溝槽的深度為400埃。
全文摘要
一種雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法包括提供包括襯底硅，掩埋絕緣層和頂層硅的SOI，在頂層硅上形成襯墊層，硬掩膜層和第一掩膜層；以圖案化第一掩膜層為掩膜，刻蝕硬掩膜層，襯墊層和部分頂層硅至設(shè)定深度，形成第一開(kāi)口；去除第一掩膜層，在所述硬掩膜層上以及第一開(kāi)口內(nèi)形成犧牲層；去除部分犧牲層至暴露出硬掩膜層；在所述硬掩膜層以及犧牲層上形成圖案化的第二掩膜層，以圖案化的第二掩膜層為掩膜，刻蝕硬掩膜層至暴露出襯墊層，形成第二開(kāi)口，第二開(kāi)口區(qū)域與第一開(kāi)口區(qū)域部分重疊；去除所述第二掩膜層以及犧牲層；以硬掩膜層為掩膜，同時(shí)刻蝕第一開(kāi)口和第二開(kāi)口，形成設(shè)定深度的第一溝槽和第二溝槽，其中，第一溝槽暴露出掩埋絕緣層，第二溝槽暴露出頂層硅。所述方法避免了第一溝槽和第二溝槽重疊區(qū)域的掩埋絕緣層被刻穿的缺陷。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102254854SQ20111021859
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者高超 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司