專利名稱：淺溝槽隔離的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)，尤其涉及一種淺溝槽隔離的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著微電子工藝進入深亞微米階段后，為實現(xiàn)高密度、高性能的大規(guī)模集成電路，半導(dǎo)體器件之間的隔離工藝變得越來越重要。現(xiàn)有技術(shù)一般采用淺溝槽隔離技術(shù)(STI，Shallow Trench Isolation)來實現(xiàn)有源器件的隔離，如 CMOS (Complementary MetalOxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導(dǎo)體)器件中，NMOS (N-Mental-Oxide-Semiconductor, N型金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管和PMOS (P-Mental-Oxide-Semiconductor, P型金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管之間的隔離層均采用STI工藝形成。如圖Ia所示，現(xiàn)有的STI工藝流程通常是在半導(dǎo)體襯底上，如在Si襯底I上形成·襯墊氧化層2，并在氧化襯墊層上沉積一層氮化物3，如氮化硅(SiN);在SiN層3上形成掩膜層，進行第一次光刻來圖案化掩膜層，圖案化的掩膜層對應(yīng)淺溝槽位置的半導(dǎo)體襯底，通過掩膜層對半導(dǎo)體襯底進行刻蝕，形成淺溝槽4，剝離光刻膠，或者在SiN層3上形成圖案化的刻蝕傳導(dǎo)層，通過刻蝕形成淺溝槽4 ;在淺溝槽4中生長一層襯墊氧化層；接著用亞常壓化學(xué)氣相沉積(SACVD)結(jié)合高深寬比工藝(HARP)填充氧化物，然后在高溫下致密化；最后用化學(xué)機械拋光(CMP, Chemical Mechanical Polish)去除不需要的氧化物以平坦化。在現(xiàn)有的STI刻蝕工藝中，尤其是在使用干法刻蝕形成寬度較寬的隔離時，刻蝕出的淺溝槽底部通常成方形，并且由于在圖案化掩膜層時掩膜邊緣不平整以及刻蝕條件等原因，會導(dǎo)致刻蝕出來的淺溝槽側(cè)壁5變得粗糙，如圖Ib(圖Ia的俯視圖)所示。淺溝槽側(cè)壁粗糙會使得集成電路，如CMOS集成電路漏電流的增加以及截止電壓降低，嚴重影響器件以及集成電路的性能；再者，粗糙的側(cè)壁以及方形的淺溝槽底部也會使得STI在填充氧化物時容易產(chǎn)生鎖眼(keyhole)或空洞，并在后續(xù)的高溫致密化過程中產(chǎn)生裂縫，也同樣影響器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種淺溝槽隔離的制造方法，解決現(xiàn)有STI側(cè)壁粗糙導(dǎo)致的器件性能下降的問題。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種淺溝槽隔離的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成掩膜層；圖案化所述掩膜層；利用圖案化的掩膜層刻蝕襯底形成淺溝槽；對刻蝕后的襯底進行氫氣退火；在退火后的淺溝槽中生長一層襯墊氧化層；在生長了襯墊氧化層的淺溝槽中沉積氧化物；進行化學(xué)機械拋光。進一步，所述襯底為單晶硅。進一步，在半導(dǎo)體襯底上依次沉積一層襯墊氧化層和氮化物層，并在所述氮化物層上形成掩膜層。進一步，所述襯墊氧化層為SiO2，或N摻雜的SiO2，所述氮化物層為SiN。
進一步，所述掩膜層為圖案化的單層光刻膠或圖案化的刻蝕傳導(dǎo)層；所述刻蝕傳導(dǎo)層包括在襯底上依次沉積的含硅抗反射涂層、低溫氧化物層以及無定型碳層。進一步，采用干法刻蝕所述襯底形成淺溝槽。進一步，所述干法刻蝕的工藝參數(shù)包括使用包括HBr、Cl2、CH2F2、O2中的一種或一種以上刻蝕氣體，在10-50mTorr的壓力下，射頻功率為600-1500W。進一步，所述氫氣退火的工藝條件包括溫度小于1100攝氏度，退火時間1-60分鐘，氣氛氣壓小于I標準大氣壓；優(yōu)選的，所述氫氣退火的溫度為900攝氏度，時間為5分鐘，氣氛氣壓小于lOOTorr。本發(fā)明的有益效果是刻蝕后的淺溝槽側(cè)壁會比較粗糙，粗糙側(cè)壁由于表面積的增大其表面能比較高，且并不穩(wěn)定，通過氫氣退火，可有效的使襯底元素原子在高溫下進行熱運動而遷移，在不損失體積的前提下，遷移的原子會使得粗糙表面平滑，由不穩(wěn)定的高表面能變成穩(wěn)定的低表面能狀態(tài)，降低了側(cè)壁的粗糙程度；并且，對淺溝槽進行氫氣退火后， 由于原子的遷移也會使得方形的淺溝槽底部會變得平滑，形成圓形邊角，趨近于U型形貌，避免后續(xù)通過高深寬比工藝沉積氧化物容易形成鎖孔、空洞的問題。


圖Ia為現(xiàn)有STI制造工藝形成的STI結(jié)構(gòu)截面圖；圖Ib為圖Ia的俯視圖；圖2為本發(fā)明STI制造方法流程圖；圖3a為本發(fā)明STI制造方法形成的STI結(jié)構(gòu)截面圖；圖3b為圖3a的俯視圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明中，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，在制造STI結(jié)構(gòu)的過程中，在刻蝕形成淺溝槽后對襯底進行氫氣退火處理，使得粗糙的淺溝槽側(cè)壁變得平滑且淺溝槽底部轉(zhuǎn)角也成圓形邊角，進而提高半導(dǎo)體器件及集成電路的性能。如圖2并結(jié)合圖3a和圖3b所示，作為本發(fā)明的一種實施例，在Si襯底21上形成淺溝槽隔離時，首先在Si襯底上形成一層襯墊氧化層22，并在襯墊氧化層22上沉積一層氮化硅，襯墊氧化層優(yōu)選為SiO2，或N摻雜的SiO2 ;在氮化硅層上涂覆一層光刻膠并圖案化光刻膠作為掩膜層，或在氮化硅層上依次沉積含硅抗反射涂層(Si-Barc)、低溫氧化物層(LTO)以及無定型碳層(amorphous carbon)形成刻蝕傳導(dǎo)層，并對該刻蝕傳導(dǎo)層圖案化形成掩膜層；利用干法刻蝕通過掩膜層對露出對應(yīng)淺溝槽位置的半導(dǎo)體襯底進行刻蝕，形成淺溝槽24，可以在使用包含HBr/Cl2/CH2F2/02的一種或幾種刻蝕氣體，在03_50mTorr的壓力，射頻功率為600-1500W的條件下進行等離子體刻蝕；在刻蝕完成后對整個硅襯底21進行氫氣退火處理，退火處理可以在溫度小于1100攝氏度，退火時間1-60分鐘，氣氛氣壓小于I標準大氣壓的條件下進行，優(yōu)選氫氣退火的溫度為900攝氏度，時間為5分鐘,氣氛氣壓小于IOOTorr ;在氫氣退火完成后，在淺溝槽內(nèi)生長一層襯墊氧化層，并在淺溝槽中通過高深寬比工藝，如利用亞常壓化學(xué)氣相沉積形成填充氧化物；在高溫下致密化填充物后，利用化學(xué)機械拋光去除不需要的氧化物。圖3a和圖3b為氫氣退火后的淺溝槽形貌示意圖，對于硅襯底而言，通過氫氣退火，可有效的使硅原子在高溫下進行熱運動而遷移，在不損失體積的前提下，遷移的硅會使得粗糙表面平滑，由不穩(wěn)定的高表面能變成穩(wěn)定的低表面能狀態(tài)，降低了側(cè)壁的粗糙程度；并且，對淺溝槽進行氫氣退火后，由于硅原子的遷移也會使得方形的淺溝槽底部會變得平滑，形成圓形邊角，趨近于U型形貌，避免后續(xù)通過高深寬比工藝沉積氧化物容易形成鎖孔、空洞的問題；另外，通過氫氣退火，也可消除硅襯底中的原生缺陷，并消除硅襯底的內(nèi)應(yīng)力，可進一步提聞半導(dǎo)體器件和集成電路的性能。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi) 。
權(quán)利要求
1.一種淺溝槽隔離的制造方法，包括 在半導(dǎo)體襯底上形成掩膜層； 圖案化所述掩膜層； 利用圖案化的掩膜層刻蝕襯底形成淺溝槽； 對刻蝕后的襯底進行氫氣退火； 在退火后的淺溝槽中生長一層襯墊氧化層； 在生長了襯墊氧化層的淺溝槽中沉積氧化物； 進行化學(xué)機械拋光。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述襯底為單晶硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在半導(dǎo)體襯底上依次沉積一層襯墊氧化層和氮化物層，并在所述氮化物層上形成掩膜層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述襯墊氧化層為SiO2,或N摻雜的SiO2,所述氮化物層為SiN。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的方法，其特征在于，所述掩膜層為圖案化的單層光刻膠或圖案化的刻蝕傳導(dǎo)層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述刻蝕傳導(dǎo)層包括在襯底上依次沉積的含硅抗反射涂層、低溫氧化物層以及無定型碳層。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，采用干法刻蝕所述襯底形成淺溝槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述干法刻蝕的工藝參數(shù)包括使用包括HBr、Cl2, CH2F2, O2中的一種或一種以上刻蝕氣體，在10-50mTorr的壓力下，射頻功率為600-1500W。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至4、7或8任意一項所述的方法，其特征在于，所述氫氣退火的工藝條件包括溫度小于1100攝氏度，退火時間1-60分鐘，氣氛氣壓小于I標準大氣壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述氫氣退火的溫度為900攝氏度，時間為5分鐘，氣氛氣壓小于lOOTorr。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種淺溝槽隔離的制造方法，在刻蝕襯底形成淺溝槽后，對襯底進行一定條件下的氫氣氣氛下的退火工藝，促使襯底元素原子在高溫下進行熱運動遷移，使得粗糙的淺溝槽側(cè)壁和方形的淺溝槽轉(zhuǎn)角變得平滑，減少了應(yīng)用淺溝槽隔離的半導(dǎo)體器件的漏電流，提高了半導(dǎo)體器件及集成電路的性能。
文檔編號H01L21/762GK102867774SQ20111018810
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者王冬江, 胡敏達, 張海洋 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司