一種半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，所述制造方法包括：提供形成有具有多個用于形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的溝槽圖案的硬掩膜層的半導(dǎo)體襯底；以硬掩膜層為掩膜，蝕刻半導(dǎo)體襯底以形成溝槽；在溝槽的側(cè)壁和底部形成襯里氧化層；沉積抗反射介電層，覆蓋硬掩膜層和襯里氧化層；沉積第一隔離材料層，覆蓋抗反射介電層的同時部分填充溝槽；回蝕刻第一隔離材料層，露出抗反射介電層的位于溝槽之外的部分；沉積第二隔離材料層，完全填充溝槽；執(zhí)行研磨直至露出硬掩膜層時終止，并去除硬掩膜層。根據(jù)本發(fā)明形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)頂部與半導(dǎo)體襯底之間不存在氧化物和硅材料的界面，可以避免實施阱區(qū)注入時形成的遮蔽淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的光刻膠層發(fā)生層離現(xiàn)象。
【專利說明】一種半導(dǎo)體器件及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種形成淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)的方法以及具有該淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。

【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體制造工藝中，所形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的性能對于最后形成的半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能而言至關(guān)重要。
[0003]現(xiàn)有的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的工藝通常包括以下步驟:首先，在半導(dǎo)體襯底上形成具有用于形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的溝槽圖案的硬掩膜層；接著，以硬掩膜層為掩膜，蝕刻半導(dǎo)體襯底，以形成溝槽；然后，在溝槽中填充氧化物(通常為HARP);接下來，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨以露出硬掩膜層；最后，去除硬掩膜層，再次執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨以使形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的的頂部與半導(dǎo)體襯底的表面平齊。
[0004]形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之后，在半導(dǎo)體襯底上形成圖案化的光刻膠層作為后續(xù)實施阱區(qū)注入的掩膜。如圖1所示，形成在半導(dǎo)體襯底100上的具有阱區(qū)圖案的光刻膠層102完全遮蔽淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101，僅露出需要實施阱區(qū)注入部分的半導(dǎo)體襯底100。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101的材料通常為HARP，半導(dǎo)體襯底100的材料通常為含硅的材料，當(dāng)對形成在半導(dǎo)體襯底100上的光刻膠層102實施圖案化工藝中的曝光處理時，位于半導(dǎo)體襯底100與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101之間的界面處103 (圖1中箭頭所指向的位置)的光刻膠層102出現(xiàn)層離現(xiàn)象，導(dǎo)致實施圖案化后的光刻膠層102中的阱區(qū)圖案的特征尺寸大于預(yù)定的特征尺寸，影響后續(xù)阱區(qū)注入的實施。
[0005]因此，需要提出一種方法，以解決上述問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有具有多個用于形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的溝槽的圖案的硬掩膜層；以所述硬掩膜層為掩膜，蝕刻所述半導(dǎo)體襯底以形成所述溝槽；在所述溝槽的側(cè)壁和底部形成襯里氧化層；沉積抗反射介電層，以覆蓋所述硬掩膜層和所述襯里氧化層；沉積第一隔離材料層，覆蓋所述抗反射介電層的同時部分填充所述溝槽，其中，所述第一隔離材料層的位于所述溝槽底部的部分的厚度小于所述溝槽的深度；回蝕刻所述第一隔離材料層，以露出所述抗反射介電層的位于所述溝槽之外的部分；沉積第二隔離材料層，覆蓋所述抗反射介電層的位于所述溝槽之外的部分以及經(jīng)過所述回蝕刻的第一隔離材料層的同時完全填充所述溝槽；執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨直至露出所述硬掩膜層，并去除所述硬掩膜層。
[0007]進(jìn)一步，采用熱氧化工藝對所述溝槽的側(cè)壁和底部進(jìn)行氧化以形成所述襯里氧化層。
[0008]進(jìn)一步，采用選擇性沉積工藝在所述溝槽的側(cè)壁和底部沉積所述襯里氧化層。
[0009]進(jìn)一步,所述抗反射介電層的材料為S1C或者S1N。
[0010]進(jìn)一步，所述抗反射介電層的厚度為20-300埃。
[0011]進(jìn)一步，所述第一隔離材料層和所述第二隔離材料層的材料為HARP。
[0012]進(jìn)一步，所述第一隔離材料層的厚度為50-500埃，所述第二隔離材料層的厚度為2000-10000 埃。
[0013]進(jìn)一步,采用Siconi蝕刻工藝實施所述回蝕刻,所述Siconi蝕刻工藝的蝕刻氣體包括NH3和NF3。
[0014]進(jìn)一步，所述回蝕刻去除的所述第一隔離材料層位于所述溝槽之內(nèi)的部分的厚度為 20-200 埃。
[0015]進(jìn)一步，執(zhí)行所述研磨之前，還包括執(zhí)行退火的步驟，以使所述第二隔離材料層和所述經(jīng)過回蝕刻的第一隔離材料層致密化。
[0016]進(jìn)一步，去除所述硬掩膜層之后，還包括以下步驟:在所述半導(dǎo)體襯底上形成具有阱區(qū)圖案的光刻膠層，以完全遮蔽所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；以所述光刻膠層為掩膜，實施阱區(qū)注入以在所述半導(dǎo)體襯底中形成阱區(qū)；采用灰化工藝去除所述光刻膠層。
[0017]本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底和形成在所述半導(dǎo)體襯底中的多個淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)由自下而上層疊的襯里氧化層、抗反射介電層、第一隔離材料層和第二隔離材料層構(gòu)成。
[0018]進(jìn)一步,所述抗反射介電層的材料為S1C或者S1N。
[0019]進(jìn)一步，所述第一隔離材料層和所述第二隔離材料層的材料為HARP，且所述第一隔離材料層與所述第二隔離材料層的致密度不同。
[0020]與通過現(xiàn)有工藝形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)相比，根據(jù)本發(fā)明形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)頂部與半導(dǎo)體襯底之間不存在氧化物和硅材料的界面，可以避免實施阱區(qū)注入時形成的完全遮蔽淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的光刻膠層發(fā)生層離現(xiàn)象。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。
[0022]附圖中:
[0023]圖1為形成的完全遮蔽根據(jù)現(xiàn)有工藝制作的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的光刻膠層出現(xiàn)層離現(xiàn)象的示意性剖面圖；
[0024]圖2A-圖2F為根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的方法依次實施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖；
[0025]圖3為根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的方法依次實施的步驟的流程圖。

【具體實施方式】
[0026]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0027]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0028]應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0029][示例性實施例]
[0030]下面，參照圖2A-圖2F和圖3來描述根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的方法形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的詳細(xì)步驟。
[0031]參照圖2A-圖2F，其中示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的方法依次實施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖。
[0032]首先，如圖2A所示，提供半導(dǎo)體襯底200，半導(dǎo)體襯底200的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅、絕緣體上硅(SOI )、絕緣體上層疊硅(SSOI)、絕緣體上層疊鍺化硅(S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化硅(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)等。作為示例，在本實施例中，半導(dǎo)體襯底200的構(gòu)成材料選用單晶硅。
[0033]在半導(dǎo)體襯底200中形成有溝槽202，其形成過程通常包括以下步驟:在半導(dǎo)體襯底200上形成硬掩膜層201，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的各種適宜的工藝技術(shù)形成硬掩膜層201，例如化學(xué)氣相沉積工藝，硬掩膜層201的材料優(yōu)選氮化硅；圖案化硬掩膜層201，以在硬掩膜層201中形成構(gòu)成溝槽202的圖案的開口，該過程包括:在硬掩膜層201上形成具有溝槽202的圖案的光刻膠層，以所述光刻膠層為掩膜，蝕刻硬掩膜層201直至露出半導(dǎo)體襯底200，采用灰化工藝去除所述光刻膠層；以圖案化的硬掩膜層201為掩膜，在半導(dǎo)體襯底200中蝕刻出溝槽202。
[0034]需要說明的是，形成硬掩膜層201之前，可以先形成一層薄層氧化物作為緩沖層，以釋放硬掩膜層201和半導(dǎo)體襯底200之間的應(yīng)力，為了簡化，圖中未予示出。
[0035]接下來，在溝槽202的側(cè)壁和底部形成襯里氧化層203。在本實施例中，采用熱氧化工藝或選擇性沉積工藝形成襯里氧化層203。
[0036]接著，如圖2B所示，形成抗反射介電層204，以覆蓋硬掩膜層201和襯里氧化層203。采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的各種適宜的工藝技術(shù)形成抗反射介電層204，例如化學(xué)氣相沉積工藝?？狗瓷浣殡妼?04的材料優(yōu)選S1C或者S1N，抗反射介電層204的厚度為20-300 埃。
[0037]接著，如圖2C所示，形成第一隔離材料層205，覆蓋抗反射介電層204的同時部分填充溝槽202，其中，第一隔離材料層205的位于溝槽202底部的部分的厚度小于溝槽202的深度。第一隔離材料層205的材料通常為氧化物，本實施例中，第一隔離材料層205的材料為HARP (—種本領(lǐng)域技術(shù)人員通常采用的氧化物)。采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的各種適宜的工藝技術(shù)形成第一隔離材料層205，例如共形沉積工藝，以使形成的第一隔離材料層205的位于溝槽202的側(cè)壁和底部的部分具有均一的厚度。形成的第一隔離材料層205的厚度為50-500埃。
[0038]接著，如圖2D所示，回蝕刻第一隔離材料層205，以露出抗反射介電層204的位于溝槽202之外的部分。在本實施例中，采用Siconi蝕刻工藝實施所述回蝕刻，以保證蝕刻氣體對位于溝槽202的側(cè)壁和底部的第一隔離材料層205的蝕刻速率接近相同，所述Siconi蝕刻工藝的蝕刻氣體主要有NH3和NF3。所述回蝕刻去除的第一隔離材料層205位于溝槽202之內(nèi)的部分的厚度為20-200埃。
[0039]接著，如圖2E所示，形成第二隔離材料層205’，覆蓋抗反射介電層204的位于溝槽202之外的部分以及經(jīng)過所述回蝕刻的第一隔離材料層205的同時完全填充溝槽202。用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的各種適宜的工藝技術(shù)形成第二隔離材料層205’，例如化學(xué)氣相沉積工藝。形成的第二隔離材料層205’的厚度為2000-10000埃。
[0040]然后，執(zhí)行退火，以使形成的第二隔離材料層205’和經(jīng)過所述回蝕刻的第一隔離材料層205致密化，提升其機(jī)械強(qiáng)度。由于形成第二隔離材料層205’和第一隔離材料層205時所分別采用的沉積工藝的工藝條件不同，導(dǎo)致沉積速率不同，因此，所述退火之后，第二隔離材料層205’和經(jīng)過所述回蝕刻的第一隔離材料層205的致密度不同。(您好，由于溝槽202的特征尺寸很小，因此，在其中填充隔離材料都是分多次沉積完成的，每次沉積的速率不同，進(jìn)而造成上述致密度的不同，這是本領(lǐng)域人員公知的。)
[0041]接著，如圖2F所示，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨直至露出硬掩膜層201，并去除硬掩膜層201，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)206。在本實施例中，采用濕法蝕刻工藝去除硬掩膜層201。
[0042]至此，完成了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的方法實施的工藝步驟，形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)206由自下而上層疊的襯里氧化層203、抗反射介電層204、第一隔離材料層205和第二隔離材料層205’構(gòu)成。接下來，可以通過后續(xù)工藝完成整個半導(dǎo)體器件的制作，包括:在半導(dǎo)體襯底200上形成具有阱區(qū)圖案的光刻膠層，完全遮蔽淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)206 ;以所述光刻膠層為掩膜，實施阱區(qū)注入以在半導(dǎo)體襯底200中形成阱區(qū)；采用灰化工藝去除所述光刻膠層；在所述阱區(qū)的中央部分的上方形成柵極結(jié)構(gòu)，作為示例，所述柵極結(jié)構(gòu)包括自下而上依次層疊的柵極介電層、柵極材料層和柵極硬掩蔽層。
[0043]在上述示范性實施例中，為了簡化，僅示出一個淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)206。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉的是，本發(fā)明示例性實施例的方法同樣適用于在半導(dǎo)體襯底200上形成與圖2F所示出的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的結(jié)構(gòu)相同的多個淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，且所述多個淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的高度相同、寬度相同或者不同。與通過現(xiàn)有工藝形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101相比，根據(jù)本發(fā)明形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的頂部與半導(dǎo)體襯底200之間不存在氧化物和硅材料的界面，可以避免實施阱區(qū)注入時形成的完全遮蔽淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的光刻膠層發(fā)生層離現(xiàn)象。
[0044]參照圖3，其中示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的方法形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的流程圖，用于簡要示出整個制造工藝的流程。
[0045]在步驟301中，提供形成有具有多個用于形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的溝槽圖案的硬掩膜層的半導(dǎo)體襯底，并以硬掩膜層為掩膜，蝕刻半導(dǎo)體襯底以形成溝槽；
[0046]在步驟302中，在溝槽的側(cè)壁和底部形成襯里氧化層；
[0047]在步驟303中，沉積抗反射介電層，以覆蓋硬掩膜層和襯里氧化層；
[0048]在步驟304中，沉積第一隔離材料層，覆蓋抗反射介電層的同時部分填充溝槽；
[0049]在步驟305中，回蝕刻第一隔離材料層，以露出抗反射介電層的位于溝槽之外的部分；
[0050]在步驟306中，沉積第二隔離材料層，覆蓋抗反射介電層的位于溝槽之外的部分以及經(jīng)過回蝕刻的第一隔離材料層的同時完全填充溝槽；
[0051]在步驟307中，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨直至露出硬掩膜層時終止，并去除硬掩膜層。
[0052]本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有具有多個用于形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的溝槽的圖案的硬掩膜層； 以所述硬掩膜層為掩膜，蝕刻所述半導(dǎo)體襯底以形成所述溝槽； 在所述溝槽的側(cè)壁和底部形成襯里氧化層； 沉積抗反射介電層，以覆蓋所述硬掩膜層和所述襯里氧化層； 沉積第一隔離材料層，覆蓋所述抗反射介電層的同時部分填充所述溝槽，其中，所述第一隔離材料層的位于所述溝槽底部的部分的厚度小于所述溝槽的深度； 回蝕刻所述第一隔離材料層，以露出所述抗反射介電層的位于所述溝槽之外的部分；沉積第二隔離材料層，覆蓋所述抗反射介電層的位于所述溝槽之外的部分以及經(jīng)過所述回蝕刻的第一隔離材料層的同時完全填充所述溝槽； 執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨直至露出所述硬掩膜層，并去除所述硬掩膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用熱氧化工藝對所述溝槽的側(cè)壁和底部進(jìn)行氧化以形成所述襯里氧化層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用選擇性沉積工藝在所述溝槽的側(cè)壁和底部沉積所述襯里氧化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗反射介電層的材料為S1C或者S1N，所述第一隔離材料層和所述第二隔離材料層的材料為HARP。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗反射介電層的厚度為20-300埃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一隔離材料層的厚度為50-500埃，所述第二隔離材料層的厚度為2000-10000埃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用Siconi蝕刻工藝實施所述回蝕刻，所述Siconi蝕刻工藝的蝕刻氣體包括NH3和NF3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述回蝕刻去除的所述第一隔離材料層位于所述溝槽之內(nèi)的部分的厚度為20-200埃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，執(zhí)行所述研磨之前，還包括執(zhí)行退火的步驟，以使所述第二隔離材料層和所述經(jīng)過回蝕刻的第一隔離材料層致密化。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，去除所述硬掩膜層之后，還包括以下步驟:在所述半導(dǎo)體襯底上形成具有阱區(qū)圖案的光刻膠層，以完全遮蔽所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；以所述光刻膠層為掩膜，實施阱區(qū)注入以在所述半導(dǎo)體襯底中形成阱區(qū)；采用灰化工藝去除所述光刻膠層。
11.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底和形成在所述半導(dǎo)體襯底中的多個淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)由自下而上層疊的襯里氧化層、抗反射介電層、第一隔離材料層和第二隔離材料層構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述抗反射介電層的材料為S1C 或者 S1N。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一隔離材料層和所述第二隔離材料層的材料為HARP，且所述第一隔離材料層與所述第二隔離材料層的致密度不同。
【文檔編號】H01L21/762GK104425350SQ201310411062
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】韓秋華 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司