專利名稱：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 Insulator，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，是半導(dǎo)體技術(shù)向納米級發(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為掩模，刻蝕所述硬掩模層 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需要被過刻蝕，在第一溝槽對應(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，形成第二掩模層圖案107，在AA 方向，第一溝槽與第二掩模層圖案重疊部分里的光刻膠層被去除，形成光刻膠的開口，在圖 BB方向，光刻膠層被完全去除，包括第一溝槽與第二掩模層圖案重疊部分里光刻膠。隨后，以所述的第二掩模層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，第一溝槽和第二掩模層圖案重疊部分，即光刻膠開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SiN=SiO2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，掩埋絕緣層被刻穿。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是在現(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；以圖案化的第一掩膜層為掩膜，刻蝕硬掩膜層，襯墊層和頂層硅至暴露出掩埋絕緣層，形成第一開口 ；去除第一掩膜層，在所述硬掩膜層上以及第一開口內(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，形成第二開口，第二開口區(qū)域與第一開口區(qū)域部分
重疊；刻蝕第二開口內(nèi)的襯墊層以及部分頂層硅達到設(shè)定深度；去除所述第二掩膜層，硬掩膜層以及犧牲層，形成第一溝槽和第二溝槽。采用本發(fā)明所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，形成第一開口之后，在第一開口內(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11為本發(fā)明具體實施方式
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IlA為圖6至圖11沿AA方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6B至圖IlB為圖6至圖11沿BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。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的工藝例如為熱氧化和化學(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，以圖案化的第二掩膜層205為掩模，刻蝕所述硬掩模層 204，襯墊層203以及頂層硅202至暴露出掩埋絕緣層201，形成第一開口。在刻蝕形成第一開口之后，在第一開口內(nèi)有部分掩埋絕緣層201需要被過刻蝕，如圖7中206A和260B。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，在所述的硬掩模層204上，以及第一開口內(nèi)形成完全覆蓋所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的犧牲層(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-reflectioncoating ；BARC)，所述犧牲層為光刻膠層或者BARC時，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， 采用低溫化學(xué)氣相沉積工藝制作。去除部分犧牲層至暴露出硬掩膜層204，當(dāng)所述的犧牲層為光刻膠層或BARC時， 采用干法刻蝕工藝刻蝕所述的犧牲層至暴露出硬掩膜層204。執(zhí)行完畢所述工藝，只有第一開口內(nèi)填充有所述的犧牲層，如圖207A和207B，用于在后續(xù)刻蝕第二開口的工藝中保護第一開口不會被繼續(xù)刻蝕，從而避免形成第二溝槽之后，第一開口被刻穿至襯墊層。所述犧牲層為氧化物層時，采用化學(xué)機械研磨工藝去除部分犧牲層至暴露出硬掩膜層204。所述的犧牲層材料不同時，第一開口與第二開口重疊的部分犧牲層被去除的程度不同，當(dāng)犧牲層為BARC時，犧牲層被去除的比較少，當(dāng)所述的犧牲層為氧化物層時，犧牲層被去除的較多，但刻蝕工藝停止在襯墊層203時，犧牲層不會被完全去除。參考圖9，9A，9B，其中，附圖10為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖10A，IOB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207A和207B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， 形成第二開口 ；參考附圖9A，9B，在圖AA方向，第二開口與部分第一開口重疊，在第一開口與第二開口重疊的部分209A，第一開口內(nèi)填充的犧牲層起到保護作用，因此，形成第二開口之后，重疊部分的犧牲層被部分去除。在BB方向，第二開口和第一開口沒有重疊的部分，硬掩膜層204被刻蝕至暴露出襯墊層203，形成第二開口 210，第二開口和第一開口重疊的位置，部分犧牲層被去除，形成第二開口 209B，犧牲層下的掩埋絕緣層被保護。形成第二開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，IOB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，以所述的第二掩膜層208為掩膜，繼續(xù)刻蝕第二開口暴露出的襯墊層203至暴露出頂層硅，形成第二溝槽，在圖AA方向，在第一開口與第二開口重疊的部分，第一開口內(nèi)填充的犧牲層依然起到保護作用，如圖209A，在BB方向，襯墊層 203被去除至暴露出頂層硅，如圖211，與第一開口重疊部分209B中暴露出的犧牲層被部分去除，犧牲層下的掩埋絕緣層被保護。
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，去除所述的第二掩膜層208和犧牲層，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。參考附圖11A，11B由于犧牲層的保護，在刻蝕第二溝槽的工藝中，第一開口內(nèi)填充的犧牲層起到保護第一開口不被繼續(xù)刻蝕的作用，因此，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，都不會發(fā)生掩埋絕緣層被擊穿的現(xiàn)象。雖然本發(fā)明已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(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；以圖案化的第一掩膜層為掩膜，刻蝕硬掩膜層，襯墊層和頂層硅至暴露出掩埋絕緣層， 形成第一開口；去除第一掩膜層，在所述硬掩膜層上以及第一開口內(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，形成第二開口，第二開口區(qū)域與第一開口區(qū)域部分重疊；刻蝕第二開口內(nèi)的襯墊層以及部分頂層硅達到設(shè)定深度； 去除所述第二掩膜層，硬掩膜層以及犧牲層，形成第一溝槽和第二溝槽。
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，所述犧牲層為氧化硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2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。
4.根據(jù)權(quán)利要求2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第一掩膜層的工藝為化學(xué)機械拋光工藝。
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 BARC 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BARC層采用旋涂并烘烤的工藝形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求2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。
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，硬掩膜層和第一掩模層；以圖案化第一掩膜層為掩模，刻蝕硬掩模層，襯墊層和頂層硅至暴露出掩埋絕緣層，形成第一開口；去除第一掩模層，在所述硬掩膜層上以及第一開口內(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口，第二開口區(qū)域與第一開口區(qū)域部分重疊；刻蝕襯墊層以及部分頂層硅達到第二溝槽設(shè)定深度；去除所述第一掩模層，硬掩膜層以及犧牲層。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H01L21/76GK102201359SQ201110142058
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者高超 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司