專利名稱：淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造工藝向小線寬的工藝節(jié)點(diǎn)發(fā)展，半導(dǎo)體器件間的隔離工藝也已由早期的局部氧化(Local Oxidation of Silicon,LOCOS)工藝發(fā)展到淺溝槽隔離(ShallowTrench Isolation, STI)工藝。由于淺溝槽隔離工藝直接影響到半導(dǎo)體襯底上的半導(dǎo)體器件之間的漏電流以及其它電學(xué)性能，因而業(yè)界總是通過(guò)各種方法來(lái)提高淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的性能。請(qǐng)參考圖IA至圖1F，其為現(xiàn)有的一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法的各步驟相應(yīng)結(jié) 構(gòu)的剖面示意圖。如圖IA所示，在半導(dǎo)體襯底110上形成襯墊氧化硅(pad oxide) 120和襯墊氮化娃(pad nitride) 130,其中襯墊氧化娃120作為半導(dǎo)體襯底110的保護(hù)層,襯墊氮化娃130作為后續(xù)刻蝕和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝的阻擋層；如圖IB所示，刻蝕所述襯墊氧化硅130、襯墊氮化硅120和部分半導(dǎo)體襯底110，以在所述半導(dǎo)體襯底110中形成隔離溝槽110a，所述隔離溝槽110&的深度一般在30011111 700nm之間；如圖IC所示，利用熱氧化法在所述隔離溝槽IlOa的內(nèi)壁上形成氧化硅保護(hù)層140，以修復(fù)刻蝕工藝對(duì)半導(dǎo)體襯底110造成的損傷，并圓化隔離溝槽IlOa底部的尖角(corner rounding),在該熱氧化過(guò)程中，襯墊氧化娃130上也會(huì)形成部分厚度的氧化娃保護(hù)層；如圖ID所示,利用化學(xué)氣相淀積(chemical vapor deposition,CVD)工藝形成氧化硅填充層150以填充隔離溝槽110a，由于化學(xué)氣相淀積工藝的特性，在向隔離溝槽IlOa淀積氧化硅的同時(shí)也會(huì)在氧化硅保護(hù)層140表面淀積相當(dāng)厚度的氧化硅；如圖IE所示，需要利用化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical-mechanical polishing,CMP)技術(shù)研磨去除襯墊氮化硅130表面淀積的氧化硅，并且停止在襯墊氮化硅130之上，最終形成一平坦的表面；如圖IF所示，最后，通過(guò)濕法刻蝕工藝將襯墊氧化硅130以及襯墊氧化硅130下方的襯墊氮化硅120去除，直至露出半導(dǎo)體襯底110的表面，至此，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)完全形成。然而，上述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法雖然能提高器件的性能和集成度，但是通過(guò)濕法刻蝕工藝去除襯墊氧化硅130以及襯墊氧化硅130下方的襯墊氮化硅120時(shí)，由于隔離溝槽IlOa邊緣的氧化硅的局部應(yīng)力和材質(zhì)的差異，且濕法刻蝕工藝具有各向同性的特性，導(dǎo)致對(duì)不同的氧化硅具有不同的刻蝕速率等原因，從而導(dǎo)致出現(xiàn)隔離溝槽邊緣出現(xiàn)凹陷(divot)現(xiàn)象(如圖IF中虛線所示區(qū)域)，該隔離溝槽邊緣凹陷現(xiàn)象將會(huì)對(duì)器件造成很多負(fù)面效應(yīng)，如門電壓降低，漏電流增加等。
為了消除或改善隔離溝槽邊緣凹陷現(xiàn)象，業(yè)界還采用另外一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法，該方法是將隔離溝槽內(nèi)壁的保護(hù)層由單層的氧化硅保護(hù)層改為雙層的保護(hù)層結(jié)構(gòu)，具體參考圖2A至圖2F。如圖2A所示，在半導(dǎo)體襯底210上形成襯墊氧化硅220和襯墊氮化硅230 ；如圖2B所示,刻蝕所述襯墊氧化硅230、襯墊氮化硅220和部分半導(dǎo)體襯底210，以在所述半導(dǎo)體襯底210中形成隔離溝槽210a ；如圖2C所示，利用熱氧化法在隔離溝槽210a的內(nèi)壁以及襯墊氮化硅230上形成氧化硅保護(hù)層240，接著再淀積一層氮化硅保護(hù)層260，從而形成氧化硅/氧化硅雙保護(hù)層(oxide/nitride double liner)結(jié)構(gòu)；如圖2D所示，然后，利用化學(xué)氣相淀積工藝形成氧化硅填充層250以填充隔離溝槽210a，在向隔離溝槽210a淀積氧化硅的同時(shí)也會(huì)在氮化硅保護(hù)層260表面淀積相當(dāng)厚度的氧化硅，即，在襯墊氮化硅230上形成有氧化硅保護(hù)層240、氮化硅保護(hù)層260以及氧化硅·填充層250的三層薄膜結(jié)構(gòu)；如圖2E所示，接著，需要利用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)研磨去除氮化硅保護(hù)層260表面淀積的氧化硅，并停止在氮化硅保護(hù)層260之上，最終形成一平坦的表面；然而，由于CMP工藝為達(dá)到較高的平坦度并保護(hù)下面的半導(dǎo)體襯底，都采用具有較高的氧化硅對(duì)氮化硅的研磨速率比的研磨液，這樣研磨結(jié)束時(shí)就會(huì)停在最上層的氮化硅保護(hù)層260上，為此，需要額外的濕法刻蝕步驟依次去除氮化硅保護(hù)層260、氧化硅保護(hù)層240、襯墊氮化硅230和襯墊氧化硅220 (如圖2F所示)，這就導(dǎo)致該濕法刻蝕工藝難度增大，即影響改善隔離溝槽邊緣凹陷的效果，又不利于晶圓表面的平坦度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法，以改善隔離溝槽邊緣凹陷的效果，并提高晶圓表面的平坦度。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成襯墊氧化硅和襯墊氮化硅，并刻蝕所述襯墊氧化硅、襯墊氮化硅和部分半導(dǎo)體襯底，形成隔離溝槽；利用熱氧化法在隔離溝槽的內(nèi)壁以及襯墊氮化硅上形成氧化硅保護(hù)層；形成自平坦填充物以填充所述隔離溝槽并覆蓋氧化硅保護(hù)層的表面；利用干法刻蝕工藝去除襯墊氮化硅上的自平坦填充物以及氧化硅保護(hù)層；利用濕法刻蝕工藝去除隔離溝槽內(nèi)的自平坦填充物；在隔離溝槽的內(nèi)壁以及襯墊氮化硅上形成氮化硅保護(hù)層；形成氧化硅填充層以填充隔離溝槽并覆蓋氮化硅保護(hù)層的表面；利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除氮化硅保護(hù)層上的氧化硅填充層；利用濕法刻蝕工藝依次去除氮化硅保護(hù)層、襯墊氮化硅和襯墊氧化硅，直至暴露所述半導(dǎo)體襯底的表面?？蛇x的，在所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法中，所述自平坦填充物為光刻膠或抗反射層材料?？蛇x的，在所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法中，利用旋涂的方式形成所述自平坦填充物?？蛇x的，在所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法中，所述干法刻蝕工藝對(duì)氧化硅和氮化硅的刻蝕速率比為2 : I 50 : I?？蛇x的，在所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法中，所述干法刻蝕工藝的刻蝕氣體為C4F6和02，所述C4F6和02的氣體比例為10 : I I : 10，所述C4F6的氣體流量為Isccm IOOsccm,所述02的氣體流量為Isccm IOOsccm,腔室壓力為Imtorr lOOmtorr?？蛇x的，在所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法中，所述濕法刻蝕工藝采用SPM溶液去除所述隔離溝槽內(nèi)的自平坦填充物。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在形成氮化硅保護(hù)層之前，先形成自平坦填充物，再利用干法刻蝕工藝去除襯墊氮化硅上的自平坦填充物以及氧化硅保護(hù)層，并利用濕法刻蝕工藝去除隔離溝槽內(nèi)的自平坦填充物，從而確保利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除氧化硅填充層之 后，僅需要利用濕法刻蝕工藝去除氮化硅保護(hù)層、襯墊氮化硅和襯墊氧化硅，即，在該濕法刻蝕工藝中僅需要依次去除氮化硅和氧化硅即可，降低了該濕法刻蝕工藝的難度，可有效改善隔離溝槽邊緣凹陷的效果，并提高晶圓表面的平坦度。


圖IA IF為現(xiàn)有的一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法的器件的剖面示意圖；圖2A 2F為現(xiàn)有的另一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法的器件的剖面示意圖；圖3為本發(fā)明的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法的流程圖；圖4A 4F為本發(fā)明的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法的器件的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式在背景技術(shù)中已經(jīng)提及，在氧化硅/氧化硅雙保護(hù)層(oxide/nitride doubleliner)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造過(guò)程中，由于CMP工藝為達(dá)到較高的平坦度并保護(hù)下面的半導(dǎo)體襯底，都采用具有較高的氧化娃對(duì)氮化娃的研磨速率比的研磨液(slurry),這樣研磨結(jié)束時(shí)就會(huì)停在最上層的氮化硅保護(hù)層上，為此，需要額外的濕法刻蝕步驟依次去除氮化硅保護(hù)層、氧化硅保護(hù)層、襯墊氮化硅和襯墊氧化硅，導(dǎo)致該濕法刻蝕工藝難度增大，這樣即影響改善隔離溝槽邊緣凹陷的效果，又不利于晶圓表面的平坦度。為此，本發(fā)明在形成氮化硅保護(hù)層之前，先形成自平坦填充物，再利用干法刻蝕工藝去除襯墊氮化硅上的自平坦填充物以及氧化硅保護(hù)層，利用濕法刻蝕工藝去除隔離溝槽內(nèi)的自平坦填充物，從而確保利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除氧化硅填充層之后，僅需要利用濕法刻蝕工藝去除氮化硅保護(hù)層、襯墊氮化硅和襯墊氧化硅，即，在該濕法刻蝕工藝中僅需要依次去除氮化硅和氧化硅即可，降低了該濕法刻蝕工藝的難度，可有效改善隔離溝槽邊緣凹陷的效果，并提高晶圓表面的平坦度。具體請(qǐng)參考圖3，其為本發(fā)明的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法的流程圖，所述方法包括如下步驟步驟S31 :在半導(dǎo)體襯底上形成襯墊氧化硅和襯墊氮化硅，并刻蝕所述襯墊氧化娃、襯墊氮化娃和部分半導(dǎo)體襯底，形成隔離溝槽；步驟S32 :利用熱氧化法在所述隔離溝槽的內(nèi)壁以及襯墊氮化硅上形成氧化硅保護(hù)層；步驟S33 :形成自平坦填充物以填充隔離溝槽并覆蓋氧化硅保護(hù)層的表面；步驟S34 :利用干法刻蝕工藝去除襯墊氮化硅上的自平坦填充物以及所述氧化硅保護(hù)層；步驟S35 :利用濕法刻蝕工藝去除隔離溝槽內(nèi)的自平坦填充物；步驟S36 :在隔離溝槽的內(nèi)壁以及襯墊氮化硅上形成氮化硅保護(hù)層；步驟S37 :形成氧化硅填充層以填充隔離溝槽并覆蓋氮化硅保護(hù)層的表面；步驟S38 :利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除氮化硅保護(hù)層上的氧化硅填充層；
步驟S39 :利用濕法刻蝕工藝依次去除氮化硅保護(hù)層、襯墊氮化硅和襯墊氧化硅，直至暴露所述半導(dǎo)體襯底的表面。下面結(jié)合附圖4A 4F對(duì)本發(fā)明提出的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。如圖4A所示，首先，在半導(dǎo)體襯底410上形成襯墊氧化硅(pad oxide)420和襯墊氮化娃(pad nitride) 430。所述半導(dǎo)體襯底410的材質(zhì)可以是單晶娃、多晶娃或非晶娃，當(dāng)然所述半導(dǎo)體襯底410也可以包括絕緣層上硅結(jié)構(gòu)或硅鍺化合物。所述襯墊氧化硅420的厚度例如為50埃 2000埃，所述襯墊氧化硅420作為半導(dǎo)體襯底410的保護(hù)層。所述襯墊氮化硅430的厚度例如為50埃 2000埃，所述襯墊氮化硅430作為后續(xù)刻蝕和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝的阻擋層。可利用化學(xué)氣相淀積工藝形成所述襯墊氧化硅420和襯墊氮化硅430。如圖4B所示，在半導(dǎo)體襯底410上形成圖形化的掩膜層，并以所述圖形化的掩膜層為掩膜，刻蝕所述襯墊氮化硅430、襯墊氧化硅420和部分半導(dǎo)體襯底410，以在所述半導(dǎo)體襯底410中形成隔離溝槽410a。較佳的，所述隔離溝槽410a的頂部的開口較大，可使得后續(xù)的填充工藝變得簡(jiǎn)單。如圖4C所示，利用熱氧化法在所述隔離溝槽410a的內(nèi)壁以及襯墊氮化硅430上形成氧化硅保護(hù)層440，以修復(fù)刻蝕工藝對(duì)半導(dǎo)體襯底410造成的損傷，并圓化隔離溝槽410a底部的尖角(corner rounding)。其中，所述熱氧化法可以是高溫爐管氧化、快速熱氧化、原位水蒸氣產(chǎn)生氧化法中的一種。如圖4D所示，接下來(lái)，形成自平坦填充物470，以填充隔離溝槽410a并覆蓋在所述氧化娃保護(hù)層440的表面。所述自平坦填充物470優(yōu)選為光刻膠(Photoresist)或抗反射層材料(ARC)，其具有一定自平坦化能力，使得所形成的自平坦填充物470的表面基本為平坦表面，并且其具有良好的填充性，不會(huì)產(chǎn)生空隙，有利于降低后續(xù)的干法刻蝕過(guò)程的工藝難度，此外光刻膠或抗反射層材料容易清洗去除。在本實(shí)施例中，可利用旋涂的方式形成所述自平坦填充物，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)要填充的隔離溝槽的深度選擇相應(yīng)的旋涂工藝參數(shù)，在此不予限定。如圖4E所示,接著,利用干法刻蝕(dry etch)工藝去除襯墊氮化娃430上方的自平坦填充物以及氧化硅保護(hù)層440，直至暴露出所述襯墊氮化硅430的表面。較佳的，所述干法刻蝕工藝具有較高的氧化硅對(duì)氮化硅的刻蝕速率比，使該干法刻蝕結(jié)束時(shí)停在襯墊氮化硅430上，并且，該干法刻蝕速率的選擇即需滿足器件區(qū)(active area, AA)上的自平坦填充物及氧化硅保護(hù)層被完全刻蝕去除，同時(shí)保證隔離溝槽410a內(nèi)的自平坦填充物不被刻蝕干凈，以對(duì)隔離溝槽410a的底部和側(cè)壁起到保護(hù)作用。在本實(shí)施例中，所述干法刻蝕工藝對(duì)氧化硅和氮化硅的刻蝕速率比優(yōu)選為2 I 50 I，刻蝕氣體為C4F6和02，所述C4F6和02的氣體比例為10 : I I : 10，所述C4F6的氣體流量為Isccm lOOsccm，所述02的氣體流量為Isccm IOOsccm,腔室壓力為Imtorr lOOmtorr。如圖4F所示，隨后，利用濕法刻蝕(wet etch)工藝去除隔離溝槽410a內(nèi)的自平坦填充物，即暴露出所述隔離溝槽410a。在本實(shí)例中，所述濕法刻蝕工藝采用SPM溶液去除所述隔離溝槽410a內(nèi)的自平坦填充物，所述SPM溶液由H2SO4 (硫酸)和H2O2 (雙氧水)組成，所述H2SO4與H2O2的體積比例如是6 I，溫度例如是100 130。。。如圖4G所示，接著，利用化學(xué)氣相淀積工藝在隔離溝槽410a的內(nèi)壁以及襯墊氮化硅430上形成氮化硅保護(hù)層460，從而在隔離溝槽410a內(nèi)形成氧化硅/氧化硅雙保護(hù)層(oxide/nitride double liner)結(jié)構(gòu),此時(shí),襯墊氧化娃420上只有氮化娃材料(襯墊氮化娃430和氮化娃保護(hù)層460)。
·
如圖4H所示，接著，利用化學(xué)氣相淀積工藝形成氧化硅填充層450以填充隔離溝槽410a，在向隔離溝槽4 IOa淀積氧化硅的同時(shí)也會(huì)在氮化硅保護(hù)層460表面淀積相當(dāng)厚度的氧化硅，此時(shí)，在襯墊氮化硅430上形成有氮化硅保護(hù)層460以及氧化硅填充層450兩層薄膜結(jié)構(gòu)。如圖41所示，接下來(lái)，利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除氮化硅保護(hù)層460表面淀積的氧化硅，為達(dá)到較高的平坦度并保護(hù)下面的半導(dǎo)體襯底，所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝采用具有較高的氧化硅對(duì)氮化硅的研磨速率比的研磨液，并停止在氮化硅保護(hù)層460之上，最終形成平坦的表面。最后，利用濕法刻蝕工藝去除氮化娃保護(hù)層460、襯墊氮化娃430和襯墊氧化娃420，直至暴露所述半導(dǎo)體襯底410的表面，直至形成了如圖4J所示的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。由于本發(fā)明在形成氮化硅保護(hù)層460之前，先形成自平坦填充物470，再去除自平坦填充物470以及襯墊氮化硅430上的氧化硅保護(hù)層，因此，利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除氧化硅填充層450之后，僅需要利用濕法刻蝕工藝依次去除氮化硅保護(hù)層460、襯墊氮化硅430和襯墊氧化硅420，降低了該濕法刻蝕工藝的難度，可有效改善隔離溝槽邊緣凹陷的效果，并提高晶圓表面的平坦度。對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，包括 在半導(dǎo)體襯底上形成襯墊氧化硅和襯墊氮化硅，并刻蝕所述襯墊氧化硅、襯墊氮化硅和部分半導(dǎo)體襯底，形成隔離溝槽； 利用熱氧化法在隔離溝槽的內(nèi)壁以及襯墊氮化硅上形成氧化硅保護(hù)層； 形成自平坦填充物以填充所述隔離溝槽并覆蓋氧化硅保護(hù)層的表面； 利用干法刻蝕工藝去除襯墊氮化硅上的自平坦填充物以及氧化硅保護(hù)層； 利用濕法刻蝕工藝去除隔離溝槽內(nèi)的自平坦填充物； 在隔離溝槽的內(nèi)壁以及襯墊氮化硅上形成氮化硅保護(hù)層； 形成氧化硅填充層以填充隔離溝槽并覆蓋氮化硅保護(hù)層的表面； 利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除氮化硅保護(hù)層上的氧化硅填充層； 利用濕法刻蝕工藝依次去除氮化硅保護(hù)層、襯墊氮化硅和襯墊氧化硅，直至暴露所述半導(dǎo)體襯底的表面。
2.如權(quán)利要求I所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，所述自平坦填充物為光刻膠或抗反射層材料。
3.如權(quán)利要求3所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，利用旋涂的方式形成所述自平坦填充物。
4.如權(quán)利要求I至3中任意一項(xiàng)所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，所述干法刻蝕工藝對(duì)氧化硅和氮化硅的刻蝕速率比為2 : I 50 : I
5.如權(quán)利要求4所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，所述干法刻蝕工藝的刻蝕氣體為C4F6和02，所述C4F6和02的氣體比例為10 : I I : 10，所述C4F6的氣體流量為Isccm IOOsccm,所述02的氣體流量為Isccm IOOsccm,腔室壓力為Imtorr IOOmtorr0
6.如權(quán)利要求I所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法，其特征在于，所述濕法刻蝕工藝采用SPM溶液去除所述隔離溝槽內(nèi)的自平坦填充物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法，該方法在形成氮化硅保護(hù)層之前，先形成自平坦填充物，然后利用干法刻蝕工藝去除襯墊氮化硅上的自平坦填充物以及氧化硅保護(hù)層，并利用濕法刻蝕工藝去除隔離溝槽內(nèi)的自平坦填充物，從而使得利用化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除氧化硅填充層之后，僅需要利用濕法刻蝕工藝去除氮化硅保護(hù)層、襯墊氮化硅和襯墊氧化硅，即，在該濕法刻蝕工藝中僅需要依次去除氮化硅和氧化硅，降低了該濕法刻蝕工藝的難度，可有效改善隔離溝槽邊緣凹陷的效果，并提高晶圓表面的平坦度。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102969265SQ20111025576
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者方精訓(xùn), 鄧鐳 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司