本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體制造工藝中，所形成的淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)的性能對(duì)于最后形成的半導(dǎo)體器件的性能和良率而言至關(guān)重要。

現(xiàn)有的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法包括以下幾個(gè)主要步驟：如圖1A-1B所示，首先，在半導(dǎo)體襯底100上形成緩沖層101和硬掩膜層(SiN)102，圖案化緩沖層和硬掩膜層，刻蝕半導(dǎo)體襯底形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的開口，再沉積淺溝槽隔離材料103填充所述開口，并進(jìn)行CMP停止于硬掩膜層102上，再去除硬掩膜層102，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)103，該淺溝槽結(jié)構(gòu)103高于半導(dǎo)體襯底100表面的高度稱為STI臺(tái)階高度，并對(duì)STI臺(tái)階高度進(jìn)行檢測(cè)。

當(dāng)CMOS器件的尺寸縮小到28nm節(jié)點(diǎn)及以下時(shí)，在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作工藝中，有源區(qū)硬掩膜層SiN移除后，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)的臺(tái)階高度(step high)控制變的越來越困難。通常在臺(tái)式工具中使用H₃PO₄來去除硬掩膜層SiN，H₃PO₄接觸到STI時(shí)會(huì)引起淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)中填充的材料的損失，而H₃PO₄對(duì)氧化物的刻蝕速率不穩(wěn)定(0-1.7A/Min)，因此而使得STI的臺(tái)階高度波動(dòng)很大，在之后的多晶硅CMP后使得多晶硅層的厚度不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致最終的良率損失。

因此，為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，有必要提出一種新的半導(dǎo)體器件的制造方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在具體實(shí) 施方式部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。

為了克服目前存在的問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述方法包括：

步驟S1：提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底的表面上形成有定義有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的圖案的硬掩膜層；

步驟S2：在所述半導(dǎo)體襯底中形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的表面低于所述硬掩膜層的表面高于所述半導(dǎo)體襯底的表面；

步驟S3：在所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的表面上沉積形成保護(hù)層；

步驟S4：去除所述硬掩膜層；

步驟S5：去除所述保護(hù)層。

進(jìn)一步，在所述步驟S2中，形成所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的步驟包括：

步驟S21：以圖案化的所述硬掩膜層為掩膜，刻蝕部分所述半導(dǎo)體襯底形成溝槽；

步驟S22：在所述硬掩膜層的開口中和所述溝槽中沉積形成淺溝槽隔離材料，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，直到暴露所述硬掩膜層的表面，以形成所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述步驟S3包括：

在所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的表面上以及所述硬掩膜層的表面上沉積形成所述保護(hù)層；

對(duì)所述保護(hù)層執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨，直到暴露所述硬掩膜層的表面。

進(jìn)一步，所述保護(hù)層的材料包括多晶硅。

進(jìn)一步，所述多晶硅為熔爐沉積多晶硅。

進(jìn)一步，在所述步驟S5中，采用TMAH溶液濕法刻蝕去除所述保護(hù)層。

進(jìn)一步，所述硬掩膜層的材料包括氮化硅。

進(jìn)一步，在所述步驟S4中，采用磷酸濕法刻蝕去除所述硬掩膜 層。

根據(jù)本發(fā)明的制造方法，在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上形成保護(hù)層，有效避免在硬掩膜層的濕法刻蝕去除過程中，對(duì)于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的刻蝕損傷，進(jìn)而使得STI臺(tái)階高度波動(dòng)很小，因此提高了器件的性能和良率。

附圖說明

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(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。

附圖中：

圖1A-圖1B為現(xiàn)有的一種半導(dǎo)體器件的制造方法的相關(guān)步驟形成的結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖2A-圖2E為本發(fā)明的一實(shí)施例中的一種半導(dǎo)體器件的制造方法的相關(guān)步驟形成的結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖3為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的一種半導(dǎo)體器件的制造方法的示意性流程圖。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)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(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對(duì)尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。

應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)?。相反，?dāng)元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，則不存在居間的元件或?qū)印?yīng)當(dāng) 明白，盡管可使用術(shù)語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅僅用來區(qū)分一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。

空間關(guān)系術(shù)語例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個(gè)元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)明白，除了圖中所示的取向以外，空間關(guān)系術(shù)語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向?yàn)樵谄渌蛱卣鳌吧稀?。因此，示例性術(shù)語“在...下面”和“在...下”可包括上和下兩個(gè)取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應(yīng)地被解釋。

在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述具體實(shí)施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時(shí)，單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語“組成”和/或“包括”，當(dāng)在該說明書中使用時(shí)，確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時(shí)，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項(xiàng)目的任何及所有組合。

這里參考作為本發(fā)明的理想實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖的橫截面圖來描述發(fā)明的實(shí)施例。這樣，可以預(yù)期由于例如制造技術(shù)和/或容差導(dǎo)致的從所示形狀的變化。因此，本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)局限于在此所示的區(qū)的特定形狀，而是包括由于例如制造導(dǎo)致的形狀偏差。例如，顯示為矩形的注入?yún)^(qū)在其邊緣通常具有圓的或彎曲特征和/或注入濃度梯度，而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的二元改變。同樣，通過注入形成的埋藏區(qū)可導(dǎo)致該埋藏區(qū)和注入進(jìn)行時(shí)所經(jīng)過的表面之間的區(qū)中的一些注入。因此，圖中顯示的區(qū)實(shí)質(zhì)上是示意性的，它們的形狀并不意圖顯示器件的區(qū)的實(shí)際形狀且并不意圖限定本發(fā)明 的范圍。

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)明提出的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實(shí)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(shí)施方式。

實(shí)施例一

下面，參照?qǐng)D2A至圖2E以及圖3來描述本發(fā)明實(shí)施例提出的半導(dǎo)體器件的制造方法一個(gè)示例性方法的詳細(xì)步驟。其中，2A至圖2E為本發(fā)明實(shí)施例的一種半導(dǎo)體器件的制造方法的相關(guān)步驟形成的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種半導(dǎo)體器件的制造方法的示意性流程圖。

作為示例，本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法，具體包括如下步驟：

首先，執(zhí)行步驟S301，提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底的表面上形成有定義有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的圖案的硬掩膜層。

具體地，如圖2A所示，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(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底200的構(gòu)成材料選用單晶硅。半導(dǎo)體襯底200中還形成有各種阱(well)結(jié)構(gòu)，為了簡(jiǎn)化，圖示中予以省略。

形成硬掩膜層202的方法可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的任何現(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)選化學(xué)氣相沉積法(CVD)，如低溫化學(xué)氣相沉積(LTCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、快熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)。硬掩膜層202的材料可以為氮化硅或者氮氧化硅，本實(shí)施例中，優(yōu)選氮化硅。

在一個(gè)示例中，所述硬掩膜層202的圖案對(duì)應(yīng)為預(yù)定形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)圖案，其中，可先在所述半導(dǎo)體襯底200上形成硬掩膜層202，再在硬掩膜層202上形成圖案化的光刻膠層，該圖案化的光刻膠層定義淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的尺寸，以圖案化的光刻膠層為掩膜刻蝕硬掩膜層202直至露出半導(dǎo)體襯底200，以形成定義有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu) 的圖案的硬掩膜層202，之后可采用灰化工藝去除所述光刻膠層。

需要說明的是，在形成硬掩膜層202之前，可以選擇性地先形成一層薄層氧化物201作為緩沖層，以釋放硬掩膜層202和半導(dǎo)體襯底200之間的應(yīng)力。在本實(shí)施例中，襯墊氧化物層201的材料為二氧化硅，厚度可以為100-400埃。

接著，執(zhí)行步驟S302，在所述半導(dǎo)體襯底中形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的表面低于所述硬掩膜層的表面高于所述半導(dǎo)體襯底的表面。

繼續(xù)參考圖2A，在一個(gè)示例中，以圖案化的所述硬掩膜層202為掩膜，刻蝕部分所述半導(dǎo)體襯底200形成溝槽；在所述硬掩膜層的開口中和所述溝槽中沉積形成淺溝槽隔離材料，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，直到暴露所述硬掩膜層202的表面，以形成所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)204。淺溝槽隔離材料可通過使用諸如氧化硅、氮化硅、或氮氧化硅的無機(jī)絕緣材料，本實(shí)施例中，淺溝槽隔離材料較佳地為氧化硅。可通過化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)等沉積工藝形成。

在化學(xué)機(jī)械研磨過程中，由于化學(xué)機(jī)械研磨對(duì)于淺溝槽隔離材料的具有高的研磨速率而對(duì)于硬掩膜層202具有低的研磨速率，因此，可使得所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)204的表面低于所述硬掩膜層202的表面高于所述半導(dǎo)體襯底200的表面。也可以通過對(duì)于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)進(jìn)行回蝕刻工藝使得淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)204的表面降低。

在一個(gè)示例中，沉積淺溝槽隔離材料之前，在硬掩膜層202上以及用于形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)204的溝槽的側(cè)壁和底部形成另一薄層氧化物構(gòu)成襯里層203。

接著，執(zhí)行步驟S303，在所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的表面上沉積形成保護(hù)層。

在一個(gè)示例中，所述保護(hù)層的材料包括多晶硅。進(jìn)一步，所述多晶硅為熔爐沉積多晶硅。多晶硅的形成方法也可選用低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)工藝等工藝。

在一個(gè)示例中，形成所述保護(hù)層的步驟包括：首先，如圖2B所示，在所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)204的表面上以及所述硬掩膜層202的表面上沉積形成所述保護(hù)層205。接著，如圖2C所示，對(duì)所述保護(hù)層202執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)，直到暴露所述硬掩膜層202的表面。由于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)204的表面低于硬掩膜層202的表面，因此CMP之后，在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)204的表面上仍然保留有部分保護(hù)層205。

接著，執(zhí)行步驟S304，去除所述硬掩膜層。

如圖2D所示，采用濕法刻蝕工藝實(shí)施所述所述硬掩膜層202的去除，所述濕法刻蝕的腐蝕液為磷酸，較佳地為熱磷酸。硬掩膜層202的材料為氮化硅或者氮氧化硅，磷酸對(duì)氮化硅或氮氧化硅具有較高的刻蝕選擇比，能夠?qū)τ惭谀?02進(jìn)行有效地去除。

由于在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)204的表面上形成有保護(hù)層205，在濕法刻蝕過程中，保護(hù)層205接觸腐蝕液，因此不會(huì)對(duì)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)204的表面造成刻蝕損傷。

接著，執(zhí)行步驟S305，去除所述保護(hù)層。

如圖2E所示，采用濕法刻蝕去除所述保護(hù)層205。示例性地，所述保護(hù)層205的材料為多晶硅時(shí)，可采用TMAH溶液濕法刻蝕去除淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)204上的保護(hù)層205。值得注意的是，上述去除方法僅是示例性地，其他能夠去除保護(hù)層205，而又不會(huì)對(duì)其他膜層造成損傷的刻蝕方法也均可適用于本發(fā)明。其中，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)高于半導(dǎo)體襯底部分的高度稱為STI臺(tái)階高度。之后，還可對(duì)該STI臺(tái)階高度進(jìn)行檢測(cè)。

至此，完成了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的方法實(shí)施的工藝步驟。接下來，可以實(shí)施常規(guī)的半導(dǎo)體器件前端制造工藝，包括柵極結(jié)構(gòu)的制作等工藝，在此不作贅述。

綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上形成保護(hù)層，有效避免在硬掩膜層的濕法刻蝕去除過程中，對(duì)于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的刻蝕損傷，進(jìn)而使得STI臺(tái)階高度波動(dòng)很小，因此提高了器件的性能和良率。

本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)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(shí)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(shí)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。