淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，通過(guò)SACVD工藝形成第一氧化層后，執(zhí)行干法刻蝕工藝消除第一氧化層的脆弱面，然后再通過(guò)SACVD工藝形成第二氧化層，由此形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離效果好，包含淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性好，不易發(fā)生漏電、擊穿。
【專利說(shuō)明】淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體工藝進(jìn)入深亞微米時(shí)代，0.18微米以下的元件(例如CMOS集成電路的有源區(qū)之間)大多采用淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)進(jìn)行橫向隔離來(lái)制作。而隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的不斷減小，用于器件隔離的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的尺寸也變小，相應(yīng)的，用于形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離溝槽的深寬比變大。
[0003]在現(xiàn)有的先進(jìn)制造工藝中，從45納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，其淺溝槽隔離工藝已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模使用亞大氣壓化學(xué)氣相沉積(SACVD)工藝進(jìn)行溝槽氧化物填充，并配合后續(xù)的熱處理工藝達(dá)到無(wú)空隙填充。但是相對(duì)于傳統(tǒng)的高密度等離子體(HDPCVD)工藝，雖然SACVD工藝的填充能力得到了大幅提升，但是應(yīng)用該工藝的同時(shí)，也產(chǎn)生了新的整合難題:在溝槽的氧化物中間位置會(huì)形成一個(gè)脆弱面(如圖1中虛線圈所示)，該脆弱面非常容易受到后續(xù)濕法工藝的侵蝕，從而使后續(xù)工藝的均勻性控制很困難，導(dǎo)致淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能不佳，包含淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件易發(fā)生漏電，嚴(yán)重影響了包含淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性。
[0004]因此，如何避免在所形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)形成脆弱面，提高所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能，就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，避免在所形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)形成脆弱面，提高所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能，進(jìn)而提高所形成半導(dǎo)體器件的性能。
[0006]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)的形成方法，包括:
[0007]提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有若干隔離溝槽；
[0008]通過(guò)SACVD工藝在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一氧化層，所述第一氧化層填滿所述隔離溝槽；
[0009]執(zhí)行干法回刻蝕工藝，在所述第一氧化層中形成一凹口 ；
[0010]通過(guò)SACVD工藝在所述第一氧化層上形成第二氧化層；以及
[0011]平坦化所述第一氧化層和第二氧化層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
[0012]可選的，在所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法中，所述干法回刻蝕工藝的刻蝕氣體為H2、He和NF3的混合氣體。
[0013]可選的，在所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法中，所述干法回刻蝕工藝的射頻功率為500?2000W。
[0014]可選的，在所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法中，所述干法回刻蝕工藝的H2流量為 200 ?1500sccm, He 流量為 50 ?300sccm, NF3 流量為 100 ?lOOOsccm。[0015]可選的，在所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法中，所述干法回刻蝕工藝的時(shí)間為2 ?IOs0
[0016]可選的，在所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法中，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成若干隔離溝槽的方法包括:
[0017]在半導(dǎo)體襯底上形成刻蝕停止層和硬掩膜層；
[0018]刻蝕所述硬掩膜層和刻蝕停止層，形成貫穿所述硬掩膜層和刻蝕停止層厚度的開(kāi)口，所述開(kāi)口的形狀與隔離溝槽的形狀對(duì)應(yīng)；以及
[0019]以所述硬掩膜層和刻蝕停止層為掩模，沿開(kāi)口刻蝕所述半導(dǎo)體襯底，形成若干隔離溝槽。
[0020]可選的，在所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法中，所述刻蝕停止層為氧化硅，所述硬掩膜層為氮化硅。
[0021]可選的，在所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法中，形成隔離溝槽后，還包括:通過(guò)熱氧化工藝在所述隔離溝槽的底部和側(cè)壁形成襯墊氧化層。
[0022]可選的，在所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法中，平坦化所述第一氧化層和第二氧化層之后，利用熱磷酸去除所述硬掩膜層。
[0023]可選的，在所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法中，平坦化所述第一氧化層和第二氧化層的方法為化學(xué)機(jī)械研磨工藝。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025]本發(fā)明通過(guò)SACVD工藝形成第一氧化層后，執(zhí)行干法回刻蝕工藝消除第一氧化層中的脆弱面，然后再通過(guò)SACVD工藝形成第二氧化層，由于第二氧化層無(wú)需填充深寬比較大的溝槽，因此不會(huì)形成脆弱面，由此形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離效果好，包含淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性好，不易發(fā)生漏電、擊穿。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是現(xiàn)有的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的脆弱面的示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法一個(gè)實(shí)施方式的流程示意圖；
[0028]圖3至圖7為本發(fā)明淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法一個(gè)實(shí)施例中所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]正如【背景技術(shù)】所述，隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的不斷減小，用于器件隔離的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的尺寸也變小，用于形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離溝槽的深寬比變大，通過(guò)SACVD工藝在隔離溝槽內(nèi)填充形成氧化層時(shí)易出現(xiàn)脆弱面，導(dǎo)致淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能不佳，包含淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件易發(fā)生漏電、穩(wěn)定性差。為此，本發(fā)明通過(guò)SACVD工藝形成第一氧化層后，執(zhí)行干法刻蝕工藝消除脆弱面，然后再通過(guò)SACVD工藝形成第二氧化層，然后再執(zhí)行平坦化工藝，由此形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離效果好，包含淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性好，不易發(fā)生漏電、擊穿。
[0030]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，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。[0031]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其它不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。
[0032]其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0033]參考圖2，為本發(fā)明淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法一個(gè)實(shí)施方式的流程示意圖，包括:
[0034]步驟SlOO:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有若干隔離溝槽；
[0035]步驟SllO:通過(guò)SACVD工藝在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一氧化層，所述第一氧化層填滿所述隔離溝槽；
[0036]步驟S120:執(zhí)行干法回刻蝕工藝，在所述第一氧化層中形成一凹口 ；
[0037]步驟S130:通過(guò)SACVD工藝在所述第一氧化層上形成第二氧化層；
[0038]步驟S140:平坦化所述第一氧化層和第二氧化層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
[0039]圖3?圖7示出了本發(fā)明淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法一個(gè)實(shí)施例中所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，參考圖3?圖7，通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0040]參考圖3，提供半導(dǎo)體襯底201，所述半導(dǎo)體襯底201中形成有若干隔離溝槽203。具體地，所述半導(dǎo)體襯底201的材料可以為娃、鍺娃或者絕緣體上娃(SOI)。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底201的材料為硅。在半導(dǎo)體襯底201中形成若干隔離溝槽203的方法包括:提供半導(dǎo)體襯底201 ;在所述半導(dǎo)體襯底201上形成刻蝕停止層(pad oxide)202和硬掩膜層204 ;刻蝕所述硬掩膜層204和刻蝕停止層202，形成貫穿所述硬掩膜層204和刻蝕停止層202厚度的開(kāi)口，所述開(kāi)口的形狀與隔離溝槽的形狀對(duì)應(yīng)；以所述硬掩膜層204和刻蝕停止層202為掩模，沿開(kāi)口刻蝕所述半導(dǎo)體襯底201，形成隔離溝槽203。所述硬掩膜層204為氮化硅，所述刻蝕停止層202為氧化硅(pad oxide)。形成所述刻蝕停止層202和硬掩膜層204的方法可為化學(xué)氣相沉積(CVD, Chemical Vapor Deposition)工藝。刻蝕所述半導(dǎo)體襯底201的方法可為干法刻蝕，所述干法刻蝕的刻蝕氣體為C12、HBr和02的混合氣體或者He和C04的混合氣體,壓強(qiáng)為IOmTorr?30mTorr,其具體刻蝕方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不做贅述。
[0041]繼續(xù)參考圖3，通過(guò)熱氧化工藝在所述隔離溝槽203的底部和側(cè)壁形成襯墊氧化層(liner oxide) 205，以修復(fù)刻蝕工藝對(duì)硅襯底的損傷。本實(shí)施例中，所述熱氧化工藝的反應(yīng)氣體為反式二氯乙烯(DCE, trans-dichloroethyIene )和氧氣(02 )的混合氣體,其中，反式二氯乙烯的流量為0.08slm?0.24slm,氧氣的流量為8slm?15slm ;所述熱氧化工藝的壓強(qiáng)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(1.013E5Pa)。
[0042]參考圖4，在所述刻蝕停止層205上形成第一氧化層207，所述第一氧化層207填滿底部和側(cè)壁形成有刻蝕停止層205的隔離溝槽203。本實(shí)施例中，所述第一氧化層207的材料為氧化硅，形成所述第一氧化層207的方法為SACVD工藝，所述SACVD工藝的反應(yīng)氣體為硅烷和氧氣的混合氣體，其具體形成工藝為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。經(jīng)本申請(qǐng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，利用SACVD工藝形成第一氧化層時(shí)，在溝槽的第一氧化層207中間位置會(huì)形成一個(gè)脆弱面207a，該脆弱面207a非常容易受到后續(xù)濕法工藝的侵蝕，從而使后續(xù)工藝的均勻性控制很困難，并導(dǎo)致淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能不佳，包含淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件易發(fā)生漏電，嚴(yán)重影響了包含淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性。
[0043]參考圖5，執(zhí)行干法回刻蝕工藝，所述干法回刻蝕工藝會(huì)去除掉一部分厚度的第一氧化層，并且，由于第一氧化層207中間具有一個(gè)脆弱面，經(jīng)過(guò)干法回刻蝕工藝后形成一個(gè)凹口 207b，所述凹口 207b為V形。本實(shí)施例中，采用LAMHDP SPEED Max(SPM-F)機(jī)臺(tái)，所述干法回刻蝕的刻蝕氣體為H2、He和NF3的混合氣體，射頻功率(RF power)為500?2000W，H2流量為200?1500sccm，He流量為50?300sccm，NF3流量為100?lOOOsccm，工藝時(shí)間為2?10s。
[0044]參考圖6，在所述第一氧化層207上形成第二氧化層208，形成所述第二氧化層208的方法為SACVD工藝，所述SACVD工藝的反應(yīng)氣體為硅烷和氧氣的混合氣體，其具體形成工藝為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。由于此次SACVD工藝并非是填充深寬比較大的溝槽，因而第二氧化層208中一般不會(huì)形成脆弱面。較佳的，形成第二氧化層208后執(zhí)行熱處理工藝，使SACVD工藝形成的第一氧化層207和第二氧化層208穩(wěn)定化和致密化。所述第一氧化層207和第二氧化層208的厚度可依具體的隔離溝槽的尺寸來(lái)確定，第一氧化層207的厚度至少要保證完全填充所述隔離溝槽，同樣，第二氧化層208的厚度要保證填平干法回刻蝕工藝形成的開(kāi)口，在此不再贅述。
[0045]參考圖7，平坦化所述第一氧化層207和第二氧化層208，至暴露出所述硬掩膜層204。本實(shí)施例中，通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨工藝平坦化所述第一氧化層207和第二氧化層208。
[0046]隨后，可利用熱磷酸去除所述硬掩膜層204，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)207b?？筛鶕?jù)具體器件要求選擇是否去除刻蝕停止層202。
[0047]綜上所述，本發(fā)明通過(guò)SACVD工藝形成第一氧化層后，執(zhí)行干法刻蝕工藝在第一氧化層中形成一凹口，消除所述脆弱面，然后再通過(guò)SACVD工藝形成第二氧化層，由于第二氧化層無(wú)需填充深寬比較大的溝槽，因此不會(huì)形成脆弱面，由此形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離效果好，包含淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性好，不易發(fā)生漏電、擊穿。
[0048]本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，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)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有若干隔離溝槽； 通過(guò)SACVD工藝在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一氧化層，所述第一氧化層填滿所述隔離溝槽； 執(zhí)行干法回刻蝕工藝，在所述第一氧化層中形成一凹口 ； 通過(guò)SACVD工藝在所述第一氧化層上形成第二氧化層；以及 平坦化所述第一氧化層和第二氧化層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述干法回刻蝕工藝的刻蝕氣體為H2、He和NF3的混合氣體。
3.如權(quán)利要求2所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述干法回刻蝕工藝的射頻功率為500?2000W。
4.如權(quán)利要求2所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述干法回刻蝕工藝的H2流量為200?1500sccm，He流量為50?300sccm，NF3流量為100?lOOOsccm。
5.如權(quán)利要求2所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述干法回刻蝕工藝的時(shí)間為2?10s。
6.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成若干隔離溝槽的方法包括: 在半導(dǎo)體襯底上形成刻蝕停止層和硬掩膜層； 刻蝕所述硬掩膜層和刻蝕停止層，形成貫穿所述硬掩膜層和刻蝕停止層厚度的開(kāi)口，所述開(kāi)口的形狀與隔離溝槽的形狀對(duì)應(yīng)；以及 以所述硬掩膜層和刻蝕停止層為掩模，沿開(kāi)口刻蝕所述半導(dǎo)體襯底，形成若干隔離溝槽。
7.如權(quán)利要求6所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述刻蝕停止層為氧化硅，所述硬掩膜層為氮化硅。
8.如權(quán)利要求6所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，形成隔離溝槽后，還包括:通過(guò)熱氧化工藝在所述隔離溝槽的底部和側(cè)壁形成襯墊氧化層。
9.如權(quán)利要求6所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，平坦化所述第一氧化層和第二氧化層之后，利用熱磷酸去除所述硬掩膜層。
10.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，平坦化所述第一氧化層和第二氧化層的方法為化學(xué)機(jī)械研磨工藝。
【文檔編號(hào)】H01L21/762GK103531521SQ201310491518
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】鄭春生, 張文廣, 陳玉文 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司