本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法。

背景技術(shù)：

隨著集成電路高密度的發(fā)展趨勢(shì)，構(gòu)成電路的器件更緊密地放置在芯片中以適應(yīng)芯片的可用空間。相應(yīng)地，半導(dǎo)體襯底單位面積上有源器件的密度不斷增加，因此器件之間的有效絕緣隔離變得更加重要。

淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation，STI)技術(shù)具有良好的隔離效果(例如：工藝隔離效果和電性隔離效果)，淺溝槽隔離技術(shù)還具有減少占用晶圓表面的面積、增加器件的集成度等優(yōu)點(diǎn)。因此，隨著集成電路尺寸的減小，器件有源區(qū)之間的隔離現(xiàn)主要采用淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。

但是，現(xiàn)有技術(shù)形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的平坦度有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，提高淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的平坦度。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法。包括如下步驟：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有研磨停止層；在所述研磨停止層表面形成研磨緩沖層；依次刻蝕所述研磨緩沖層、研磨停止層和半導(dǎo)體襯底，在所述研磨緩沖層、研磨停止層和半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成淺溝槽；向所述淺溝槽內(nèi)填充絕緣材料；通過(guò)平坦化工藝使所述淺溝槽內(nèi)的絕緣材料的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度值并去除所述研磨緩沖層，所述平坦化工藝中研磨緩沖層的研磨速率大于絕緣材料的研磨速率；去除所述研磨停止層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。

可選的，所述研磨停止層的材料為氮化硅。

可選的，所述研磨停止層的厚度為至

可選的，所述研磨緩沖層的材料為多晶硅。

可選的，形成所述研磨緩沖層的工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。

可選的，所述化學(xué)氣相沉積工藝的工藝參數(shù)包括：以SiH₄作為硅源氣體，以Ar或H₂作為雜質(zhì)氣體，工藝溫度為550℃至770℃，壓強(qiáng)為100mtorr至1Torr，硅源氣體的流量1sccm至300sccm。

可選的，所述研磨緩沖層的厚度為至

可選的，所述絕緣材料的材料為氧化硅。

可選的，在所述半導(dǎo)體襯底上形成研磨停止層之前，提供所述半導(dǎo)體襯底的步驟還包括：在所述半導(dǎo)體襯底表面形成襯墊氧化層；形成所述淺溝槽的步驟包括：在所述研磨緩沖層表面形成第一圖形層，所述第一圖形層內(nèi)定義有淺溝槽圖形；以所述第一圖形層為掩膜，沿所述淺溝槽圖形依次刻蝕所述研磨緩沖層、研磨停止層、襯墊氧化層和半導(dǎo)體襯底，在所述研磨緩沖層、襯墊氧化層、研磨停止層和半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成淺溝槽；去除所述第一圖形層。

可選的，所述襯墊氧化層的材料為氧化硅。

可選的，所述襯墊氧化層的厚度為至

可選的，所述淺溝槽的深度為至

可選的，向所述淺溝槽內(nèi)填充絕緣材料的工藝為高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝。

可選的，向所述淺溝槽內(nèi)填充絕緣材料后，所述淺溝槽內(nèi)的絕緣材料的厚度為至

可選的，所述平坦化工藝為化學(xué)機(jī)械研磨工藝。

可選的，所述化學(xué)機(jī)械研磨工藝的步驟包括：對(duì)所述絕緣材料進(jìn)行第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝，去除部分所述絕緣材料，剩余所述絕緣材料覆蓋所述研磨緩沖層；對(duì)所述研磨緩沖層和剩余所述絕緣材料進(jìn)行第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝，直至去除所述研磨緩沖層并露出所述研磨停止層表面；進(jìn)行第三化學(xué)機(jī)械研磨工藝，去除部分所述絕緣層材料直至所述淺溝槽內(nèi)的絕緣材料的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度值。

可選的，去除所述研磨停止層的工藝為濕法刻蝕工藝。

可選的，所述濕法刻蝕工藝所采用的溶液為磷酸溶液。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明先在半導(dǎo)體襯底表面形成研磨緩沖層，后續(xù)對(duì)淺溝槽內(nèi)填充的絕緣材料進(jìn)行平坦化工藝時(shí)，由于所述研磨緩沖層的研磨速率大于絕緣材料的研磨速率，對(duì)所述研磨緩沖層和所述絕緣材料進(jìn)行平坦化工藝直至露出所述研磨停止層表面后，所述絕緣材料頂部高于所述研磨停止層頂部，且高于所述研磨停止層頂部的絕緣材料的形貌為駝峰形，而所述絕緣材料的研磨速率大于所述研磨停止層的研磨速率，繼續(xù)對(duì)所述絕緣材料進(jìn)行平坦化工藝時(shí)，所述絕緣材料的形貌向凹陷發(fā)展，與所述絕緣材料的駝峰形形貌相互補(bǔ)償，因此通過(guò)平坦化工藝使所述絕緣材料的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度值后，所述淺溝槽內(nèi)的絕緣材料形貌凹陷的現(xiàn)象可以得到改善，從而提高了所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的平坦度。

進(jìn)一步，通過(guò)改善絕緣材料形貌凹陷的現(xiàn)象，提高所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的平坦度，相應(yīng)增大了所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面至半導(dǎo)體襯底表面的高度差，從而提升了所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)對(duì)器件之間相互隔離的效果，進(jìn)而使器件漏電的問(wèn)題得到改善。

附圖說(shuō)明

圖1至圖3是現(xiàn)有技術(shù)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法一實(shí)施例中各步驟對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4至圖10是本發(fā)明淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法一實(shí)施例中各步驟對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)有技術(shù)形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的平坦度較低，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法分析其原因。參考圖1至圖3，示出了現(xiàn)有技術(shù)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法一實(shí)施例中各步驟對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖。所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法包括以下步驟：

如圖1所示，提供半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100上依次形成襯 墊氧化層101和研磨停止層102。如圖2所示，依次刻蝕所述研磨停止層102、襯墊氧化層101和半導(dǎo)體襯底100，在所述研磨停止層102、襯墊氧化層101和半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成淺溝槽110。結(jié)合參考圖3，在所述淺溝槽110(如圖2所示)內(nèi)填充滿絕緣材料，所述絕緣材料還覆蓋所述研磨停止層102(如圖2所示)表面，平坦化所述絕緣材料直至所述溝槽110內(nèi)的絕緣材料的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度值之后去除所述研磨停止層102，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)111。

但是現(xiàn)有技術(shù)形成的溝槽隔離結(jié)構(gòu)111的平坦度較差，所述溝槽隔離結(jié)構(gòu)111的表面容易發(fā)生凹陷現(xiàn)象(如圖3所示)。原因在于：絕緣材料的研磨速率大于研磨停止層102的研磨速率，相應(yīng)的，在平坦化過(guò)程中，絕緣材料的厚度減少速率比研磨停止層102的厚度減少速率快。因此平坦化工藝結(jié)束后，淺溝槽110(如圖2所示)內(nèi)的絕緣材料容易發(fā)生凹陷，從而降低了溝槽隔離結(jié)構(gòu)111的平坦度。

此外，由于淺溝槽110(如圖2所示)內(nèi)的絕緣材料的凹陷現(xiàn)象還會(huì)降低溝槽隔離結(jié)構(gòu)111表面至半導(dǎo)體襯底100表面的高度差，進(jìn)而影響所述溝槽隔離結(jié)構(gòu)111對(duì)器件之間相互隔離的效果，容易對(duì)器件的漏電等電學(xué)性能產(chǎn)生不良影響。

為了解決所述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有研磨停止層；在所述研磨停止層表面形成研磨緩沖層；依次刻蝕所述研磨緩沖層、研磨停止層和半導(dǎo)體襯底，在所述研磨緩沖層、研磨停止層和半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成淺溝槽；向所述淺溝槽內(nèi)填充絕緣材料；通過(guò)平坦化工藝使所述淺溝槽內(nèi)的絕緣材料的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度值并去除所述研磨緩沖層，所述平坦化工藝中研磨緩沖層的研磨速率大于絕緣材料的研磨速率；去除所述研磨停止層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明在半導(dǎo)體襯底表面形成研磨緩沖層，后續(xù)對(duì)淺溝槽內(nèi)填充的絕緣材料進(jìn)行平坦化工藝時(shí)，由于所述研磨緩沖層的研磨速率大于絕緣材料的研磨速率，對(duì)所述研磨緩沖層和所述絕緣材料進(jìn)行平坦化工藝直至露出所述研磨停止層表面后，所述絕緣材料頂部高于所述研磨停止層頂部，且高于所述研磨停止層頂部的絕緣材料的形貌為駝峰形，而所述絕緣材料的研磨速率大 于所述研磨停止層的研磨速率，繼續(xù)對(duì)所述絕緣材料進(jìn)行平坦化工藝時(shí)，所述絕緣材料的形貌向凹陷發(fā)展，與所述絕緣材料的駝峰形形貌相互補(bǔ)償，因此通過(guò)平坦化工藝使所述絕緣材料的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度值后，所述淺溝槽內(nèi)的絕緣材料形貌凹陷的現(xiàn)象可以得到改善，從而提高了所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的平坦度。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。

圖4至圖10是本發(fā)明淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法一實(shí)施例中各步驟對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖。

參考圖4，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200上形成有研磨停止層202。

所述襯底200的材料為硅、鍺、鍺化硅、碳化硅、砷化鎵或鎵化銦，所述襯底200還能夠?yàn)榻^緣體上的硅襯底或者絕緣體上的鍺襯底。本實(shí)施例中，所述襯底200為硅襯底。

所述研磨停止層202作為后續(xù)研磨淺溝槽內(nèi)的絕緣材料的研磨停止位置。

本實(shí)施例中，所述研磨停止層202的材料為氮化硅，所述研磨停止層202的厚度為至形成所述研磨停止層202的工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。

需要說(shuō)明的是，在所述半導(dǎo)體襯底200上形成研磨停止層202之前，提供所述半導(dǎo)體襯底200的步驟還包括：在所述半導(dǎo)體襯底200表面形成襯墊氧化層201。

由于所述研磨停止層202的應(yīng)力較大，在所述半導(dǎo)體襯底200上形成所述研磨停止層202時(shí)，容易在所述半導(dǎo)體襯底200表面造成位錯(cuò)，所述襯墊氧化層201用于為形成所述研磨停止層202時(shí)提供緩沖作用，避免直接在所述半導(dǎo)體襯底200上形成所述研磨停止層202時(shí)產(chǎn)生位錯(cuò)的問(wèn)題；此外，所述襯墊氧化層201還可以作為后續(xù)去除所述研磨停止層202步驟中的停止層。

本實(shí)施例中，所述襯墊氧化層201的材料為氧化硅，所述襯墊氧化層201 的厚度為至所述襯墊氧化層201可以為采用熱氧化工藝形成，所述熱氧化工藝可采用氧化爐執(zhí)行。

參考圖5，在所述研磨停止層202表面形成研磨緩沖層203。

所述研磨緩沖層203在后續(xù)對(duì)淺溝槽內(nèi)的絕緣材料進(jìn)行平坦化工藝時(shí)起到緩沖作用，使去除所述研磨緩沖層203后的絕緣材料的形貌呈駝峰形。

本實(shí)施例中，所述研磨緩沖層203的材料為多晶硅，形成所述研磨緩沖層203的工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。所述化學(xué)氣相沉積工藝的工藝參數(shù)包括：以SiH₄作為硅源氣體，以Ar或H₂作為雜質(zhì)氣體，工藝溫度為550℃至770℃，壓強(qiáng)為100mtorr至1Torr，硅源氣體的流量1sccm至300sccm。

所述研磨緩沖層203的研磨速率大于后續(xù)在淺溝槽內(nèi)填充的絕緣材料的研磨速率，也就是說(shuō)，所述研磨緩沖層203的厚度減少速率比所述絕緣材料的厚度減少速率快，因此，對(duì)所述研磨緩沖層203和所述絕緣材料進(jìn)行平坦化工藝直至露出所述研磨停止層202后，淺溝槽內(nèi)的絕緣材料的頂部表面高于所述研磨停止層202的頂部表面，且所述絕緣材料的形貌呈駝峰形，而繼續(xù)對(duì)絕緣材料進(jìn)行平坦化工藝時(shí)，絕緣材料的形貌向凹陷發(fā)展，與駝峰形的形貌相互補(bǔ)償，從而使平坦化工藝完成后淺溝槽內(nèi)的絕緣材料的平坦度較好。

需要說(shuō)明的是，所述研磨緩沖層203的厚度不能過(guò)厚，也不能過(guò)薄。如果所述研磨緩沖層203的厚度過(guò)厚，對(duì)所述研磨緩沖層203和所述絕緣材料進(jìn)行平坦化工藝直至露出所述研磨停止層202后，淺溝槽內(nèi)的絕緣材料高出所述研磨停止層202的厚度過(guò)多且駝峰形形貌過(guò)于嚴(yán)重，從而會(huì)增加后續(xù)對(duì)淺溝槽內(nèi)的絕緣材料進(jìn)行平坦化工藝直至淺溝槽內(nèi)的絕緣材料達(dá)到目標(biāo)厚度值的工藝時(shí)間，甚至難以形成滿足目標(biāo)厚度值的絕緣材料；如果所述研磨緩沖層203的厚度過(guò)薄，所述研磨緩沖層203在后續(xù)對(duì)淺溝槽內(nèi)的絕緣材料進(jìn)行平坦化工藝時(shí)起到的緩沖作用不明顯，即對(duì)所述研磨緩沖層203和所述絕緣材料進(jìn)行平坦化工藝直至露出所述研磨停止層202后，絕緣材料的駝峰形形貌不明顯，從而容易導(dǎo)致平坦化工藝完成后溝槽內(nèi)的絕緣材料發(fā)生凹陷。為此，本實(shí)施例中，所述研磨緩沖層203的厚度為至

參考圖6，依次刻蝕所述研磨緩沖層203、研磨停止層202和半導(dǎo)體襯底 200，在所述研磨緩沖層203、研磨停止層202和半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成淺溝槽500。

具體地，在所述半導(dǎo)體襯底200上形成研磨停止層202之前，還包括：在所述半導(dǎo)體襯底200表面形成襯墊氧化層201，形成所述淺溝槽500的步驟包括：在所述研磨緩沖層203表面形成第一圖形層300，所述第一圖形層300內(nèi)定義有淺溝槽圖形；以所述第一圖形層300為掩膜，沿所述淺溝槽圖形依次刻蝕所述研磨緩沖層203、研磨停止層202、襯墊氧化層201和半導(dǎo)體襯底200，在所述研磨緩沖層203、研磨停止層202、襯墊氧化層201和半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成淺溝槽500；去除所述第一圖形層300。

本實(shí)施例中，刻蝕所述研磨緩沖層203、研磨停止層202、襯墊氧化層201和半導(dǎo)體襯底200的工藝為等離子體干法刻蝕工藝；所述淺溝槽500的底部至所述研磨緩沖層203頂面的距離為至即所述淺溝槽500的深度H為至

本實(shí)施例中，所述第一圖形層300的材料為光刻膠，形成所述淺溝槽500后，采用濕法去膠或灰化工藝去除所述第一圖形層300。

參考圖7，向所述淺溝槽500(如圖6所示)內(nèi)填充絕緣材料600。

所述絕緣材料600用于對(duì)相鄰器件之間起到隔離作用，所述絕緣材料600的材料可以為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。本實(shí)施例中，所述絕緣材料600的材料為氧化硅。

填充所述絕緣材料600的工藝可以為高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDP CVD)工藝、亞常壓化學(xué)氣相沉積(SACVD)工藝、高縱寬比(HARP)沉積工藝。本實(shí)施例中，所述絕緣材料600的材料為氧化硅，采用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝向所述淺溝槽500(如圖6所示)內(nèi)填充所述絕緣材料600。向所述淺溝槽500內(nèi)填充所述絕緣材料600后，所述淺溝槽500內(nèi)的絕緣材料600的厚度D為至

結(jié)合參考圖8和圖9，通過(guò)平坦化工藝使所述淺溝槽500(如圖6所示)內(nèi)的絕緣材料600的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度值并去除所述研磨緩沖層203(如圖7所示)，所述平坦化工藝中研磨緩沖層203的研磨速率大于絕緣材料600的研 磨速率。

本實(shí)施例中，所述平坦化工藝為化學(xué)機(jī)械研磨工藝。

具體地，所述化學(xué)機(jī)械研磨工藝的步驟包括：對(duì)所述絕緣材料600進(jìn)行第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝(未圖示)，去除部分所述絕緣材料600，剩余所述絕緣材料600覆蓋所述研磨緩沖層203(如圖7所示)；對(duì)所述研磨緩沖層203和剩余所述絕緣材料600進(jìn)行第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝(如圖8所示)，直至去除所述研磨緩沖層203并露出所述研磨停止層202表面；進(jìn)行第三化學(xué)機(jī)械研磨工藝(如圖9所示)，去除部分所述絕緣層材料600直至所述淺溝槽500(如圖6所示)內(nèi)的絕緣材料600的厚度達(dá)到目標(biāo)厚度值。

本實(shí)施例中，所述絕緣材料600的目標(biāo)厚度值為至

需要說(shuō)明的是，所述第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝、第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝和第三化學(xué)機(jī)械研磨工藝為連續(xù)進(jìn)行的化學(xué)機(jī)械研磨工藝；在所述第三化學(xué)機(jī)械研磨工藝的過(guò)程中，部分所述研磨停止層202被研磨去除。

需要說(shuō)明的是，完成所述第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝后，由于所述研磨緩沖層203的研磨速率大于所述絕緣材料600的研磨速率，所述絕緣材料600頂部表面高于所述研磨停止層202頂部表面，且高于所述研磨停止層202頂部的絕緣材料600的形貌為駝峰形A(如圖8所示)，

還需要說(shuō)明的是，為了縮短整個(gè)研磨工藝的工藝時(shí)間，所述第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝的研磨速率大于所述第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝和第三化學(xué)機(jī)械研磨工藝的研磨速率，用于大量去除所述絕緣層材料600；但所述第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝研磨去除所述絕緣層材料600的厚度不能過(guò)多，即完成所述第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝后所述絕緣層材料600高于所述研磨緩沖層203的頂面的高度不能過(guò)小。由于所述研磨緩沖層203的研磨速率大于所述絕緣材料600的研磨速率，如果所述第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝研磨去除所述絕緣層材料600的厚度過(guò)多，容易導(dǎo)致在進(jìn)行所述第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝時(shí)所述研磨緩沖層203的研磨去除速率過(guò)快，從而容易使所述絕緣層材料600表面的駝峰形形貌過(guò)于明顯，反而容易降低后續(xù)形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的平坦度。為此，本實(shí)施例中，所述第一化學(xué)機(jī)械研磨工藝研磨去除所述絕緣材料600的厚度為 至

參考圖10，去除所述研磨停止層202(如圖9所示)，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)700。

本實(shí)施例中，采用濕法刻蝕工藝去除所述研磨停止層202。所述濕法刻蝕工藝所采用的溶液為磷酸溶液。

由于所述研磨緩沖層203(如圖8所示)的研磨速率大于所述絕緣材料600(如圖9所示)的研磨速率，對(duì)所述研磨緩沖層203和所述絕緣材料600進(jìn)行第二化學(xué)機(jī)械研磨工藝直至露出所述研磨停止層202表面后，所述絕緣材料600頂部高于所述研磨停止層202頂部，且高于所述研磨停止層202頂部的絕緣材料600的形貌為駝峰形A(如圖8所示)，而所述絕緣材料600的研磨速率大于所述研磨停止層202的研磨速率，繼續(xù)對(duì)所述絕緣材料600進(jìn)行第三化學(xué)機(jī)械研磨工藝時(shí)，所述絕緣材料600的形貌向凹陷發(fā)展，與所述絕緣材料600駝峰形A的形貌相互補(bǔ)償，因此完成所述化學(xué)機(jī)械研磨工藝后，所述絕緣材料600表面形貌的凹陷現(xiàn)象可以得到改善，從而提高了所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)700的平坦度。

雖然本發(fā)明披露如上，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(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。