專利名稱：淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制作方法，特別涉及利用次常壓化學(xué)氣相沉積
(sub-atmospheric pressure chemical vapor deposition, SACVD )法形成淺溝沖曹 隔離結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路尺寸的減小，構(gòu)成電路的器件必須更密集地放置，以適應(yīng) 芯片上可用的有限空間。由于目前的研究致力于增大半導(dǎo)體基底的單位面積 上有源器件的密度，所以電路間的有效絕緣隔離變得更加重要?，F(xiàn)有技術(shù)中 形成隔離區(qū)域的方法主要有局部氧化隔離(LOCOS)工藝或淺溝槽隔離 (shallow trench isolation, STI)工藝。LOCOS工藝是在晶片表面淀積一層氮 化硅，然后再進(jìn)行刻蝕，對(duì)部分凹進(jìn)區(qū)域進(jìn)行氧化生長(zhǎng)氧化硅，有源器件在 氮化硅所確定的區(qū)域生成。對(duì)于隔離技術(shù)來說，LOCOS工藝在電路中的有效 局部氧化隔離仍然存在問題，其中一個(gè)問題就是在氮化硅邊緣生長(zhǎng)的"鳥嘴" 現(xiàn)象，這是由于在氧化的過程中氮化硅和硅之間的熱膨脹系數(shù)不同造成的。 這個(gè)"鳥嘴"占用了實(shí)際的空間，增大了電路的體積，并在氧化過程中，對(duì) 晶片產(chǎn)生應(yīng)力破壞。因此LOCOS工藝只適用于大尺寸器件的設(shè)計(jì)和制造。
淺溝槽隔離技術(shù)比局部氧化隔離(LOCOS)工藝擁有多項(xiàng)的制程及電性 隔離優(yōu)點(diǎn)，包括可減少占用硅晶圓表面的面積同時(shí)增加器件的集成度，保持 表面平坦度及專交少通道寬度侵蝕等。因此，目前180nm以下的元件例如MOS 電路的有源區(qū)隔離層已大多采用淺溝槽隔離工藝來制作。
傳統(tǒng)的淺溝槽隔離工藝?yán)缟暾?qǐng)?zhí)枮?1120411的中國(guó)專利申請(qǐng)中提到 的，利用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法(high density plasma chemical vapordeposition, HDPCVD )將絕緣層填充滿半導(dǎo)體基底內(nèi)的淺溝槽內(nèi)，然后再以 化學(xué)機(jī)械拋光方式平坦化絕緣層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
但是隨著半導(dǎo)體工藝進(jìn)入65nm工藝以后，由于半導(dǎo)體器件的集成度不斷 提高，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的尺寸也不斷地縮小，淺溝槽的深寬比達(dá)到4以上，即 使采用填溝能力較佳的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法，依然無法避免在淺 溝槽隔離結(jié)構(gòu)的絕緣層內(nèi)產(chǎn)生孔洞100 (如圖l所示)。
由于次常壓化學(xué)氣相沉積方法具備良好的階梯覆蓋能力，在10Torr 600Torr ( lTorr=133.322Pa)之間，利用臭氧(03)以及四乙基硅甲烷(TEOS ) 作為反應(yīng)氣體沉積氧化硅，最后經(jīng)過后續(xù)的高溫(60(TO900。C)退火步驟， 將所沉積的氧化硅致密化。
然而，如圖2所示，現(xiàn)有次常壓化學(xué)氣相沉積法存在的問題是由于次常壓 化學(xué)氣相沉積薄膜的共形生長(zhǎng)特性主要是由淺溝槽20的側(cè)壁22向中間生長(zhǎng)而 填滿淺溝槽20，因此對(duì)蝕刻后的淺溝槽20外形敏感性非常高，如果蝕刻后的 淺溝槽20向側(cè)壁22內(nèi)凹陷，最終會(huì)在半導(dǎo)體基底10的淺溝槽20中間形成的緊 密接縫(seam) 50中產(chǎn)生帶洞的縫隙51，而此縫隙51缺陷無法以退火方式去 除，且容易遭受到后續(xù)清洗步驟的溶液侵蝕，導(dǎo)致連通淺溝槽，使淺溝槽的 隔離功能降低，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)半導(dǎo)體器件之間的短路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供 一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，防止淺溝槽 隔離結(jié)構(gòu)產(chǎn)生帶洞的縫隙，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)半導(dǎo)體器件之間的短路。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括下 列步驟a.在半導(dǎo)體基底上依次形成墊氧化層和腐蝕阻擋層；
b. 蝕刻腐蝕阻擋層、墊氧化層和半導(dǎo)體基底，形成淺溝槽；
c. 在淺溝槽側(cè)壁形成襯氧化層；d. 用次常壓化學(xué)氣相沉積法在淺溝槽內(nèi)填充滿絕緣層，所述沉積法選用
比例為10/H20/1的0/TEOS;
e. 退火半導(dǎo)體基底后，平坦化絕緣層至露出腐蝕阻擋層；
f. 去除腐蝕阻擋層和墊氧化層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。 去除淺溝槽底部的襯氧化層的方法為干法蝕刻法。
形成襯氧化層的方法為熱氧化法或低壓化學(xué)氣相沉積法。 所述次常壓的壓強(qiáng)為200Torr 600Torr 。 所述次常壓化學(xué)氣相沉積法的溫度為350。C 45(TC。 所述退火半導(dǎo)體基底的溫度為600 。C ~900 。C 。 在氧氣氛下進(jìn)行所述退火。
步驟c還包括在淺溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層；去除淺溝槽底部的襯氧化層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明利用比例為10/1-20/1的 03/TEOS次常壓化學(xué)氣相沉積法對(duì)半導(dǎo)體基底> 圭與襯氧化層的熱氧化硅存在 選擇性，由于只在淺溝槽側(cè)壁形成有襯氧化層，可以實(shí)現(xiàn)絕緣層在淺溝槽底 部的生長(zhǎng)速度比在淺溝槽側(cè)壁生長(zhǎng)速度快，從而降低沉積過程對(duì)蝕刻后的淺 溝槽形狀敏感度，防止淺溝槽頂部過早閉合而產(chǎn)生形成寬帶洞的縫隙，實(shí)現(xiàn) 后續(xù)半導(dǎo)體器件之間不發(fā)生漏電流及短路的現(xiàn)象。


圖1是現(xiàn)有的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的 剖面結(jié)構(gòu)示意圖2是現(xiàn)有次常壓化學(xué)氣相沉積方法形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的 一個(gè)實(shí)施例流程圖4至圖8是本發(fā)明淺溝槽隔離工藝形成的STI結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例剖面 結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
由于次常壓化學(xué)氣相沉積薄膜的共形生長(zhǎng)特性主要是由淺溝槽的側(cè)壁向 中間生長(zhǎng)而填滿淺溝槽，因此對(duì)蝕刻后的淺溝槽外形敏感性非常高，如果蝕 刻后的淺溝槽向側(cè)壁內(nèi)凹陷，最終會(huì)在半導(dǎo)體基底的淺溝槽中間形成的緊密 接縫(seam)中產(chǎn)生帶洞的縫隙，而此縫隙缺陷無法以退火方式去除，且容 易遭受到后續(xù)清洗步驟的溶液侵蝕，導(dǎo)致連通淺溝槽，使淺溝槽的隔離功能 降低，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)半導(dǎo)體器件之間的短路。本發(fā)明利用比例為10/1 20/1的 0/TEOS次常壓化學(xué)氣相沉積法對(duì)半導(dǎo)體基底硅與襯氧化層的熱氧化硅存在 選擇性，由于只在淺溝槽側(cè)壁形成有襯氧化層，可以實(shí)現(xiàn)絕緣層在淺溝槽底 部的生長(zhǎng)速度比在淺溝槽側(cè)壁生長(zhǎng)速度快，從而降低沉積過程對(duì)蝕刻后的淺 溝槽形狀敏感度，防止淺溝槽頂部過早合住而產(chǎn)生形成帶洞的縫隙，實(shí)現(xiàn)后 續(xù)半導(dǎo)體器件之間不發(fā)生漏電流及短路的現(xiàn)象。
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)的說明。
圖3是本發(fā)明形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例流程圖。如圖3所示，執(zhí) 行步驟S201，在半導(dǎo)體基底上依次形成墊氧化層和腐蝕阻擋層；執(zhí)行步驟 S202,蝕刻腐蝕阻擋層、墊氧化層和半導(dǎo)體基底，形成淺溝槽；執(zhí)行步驟S203, 在淺溝槽側(cè)壁形成襯氧化層；執(zhí)行步驟S204,用次常壓化學(xué)氣相沉積法在淺 溝槽內(nèi)填充滿絕緣層，所述沉積法選用比例為10/1-20/1的0/TEOS;執(zhí)行步 驟S205，退火半導(dǎo)體基底后，平坦化絕緣層至露出腐蝕阻擋層；執(zhí)行步驟S206， 去除腐蝕阻擋層和墊氧化層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。圖4至圖8是本發(fā)明淺溝槽隔離工藝形成的STI結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例剖面結(jié) 構(gòu)示意圖。參考圖4，在半導(dǎo)體基底200上形成厚度為80埃 120埃的墊氧化層 210，形成墊氧化層210的方法為熱氧化法，墊氧化層210的材料具體為氧化硅； 用低壓化學(xué)氣相沉積法在墊氧化層210上形成厚度為1000埃 3000埃的腐蝕阻 擋層220，用于在后續(xù)蝕刻過程中保護(hù)下面的墊氧化層210免受腐蝕，其中腐 蝕阻擋層220的材料為氮化硅；然后，用旋涂法在腐蝕阻擋層220上形成第一 光刻膠層(未圖示)，經(jīng)過曝光、顯影工藝，在第一光刻膠層上形成與后續(xù) 淺溝槽對(duì)應(yīng)的圖案開口；以第一光刻膠層為掩模，經(jīng)由圖案開口，以干法蝕 刻法蝕刻腐蝕阻擋層220和墊氧化層210至露出半導(dǎo)體基底200。
本實(shí)施例中，形成墊氧化層210的方法還可以是低壓化學(xué)氣相沉積 (LPCVD);所述墊氧化層210的厚度具體例如80埃、90埃、IOO埃、IIO?；?120埃等，優(yōu)選厚度為100埃。
本實(shí)施例中，腐蝕阻擋層220的厚度具體例如1000埃、1500埃、2000埃、 2500?；?000埃等。
除本實(shí)施例外，還可以在腐蝕阻擋層220上先用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉 積法形成抗反射層，用以防止后續(xù)曝光過程中，防止光線反射造成曝光不均 且保護(hù)其下面的膜層免受光線影響；然后再在抗反射層上旋涂第一光刻膠層。
如圖5所示，用灰化法去除第一光刻膠層；以腐蝕阻擋層220和墊氧化層 210為掩模，用干法蝕刻法蝕刻半導(dǎo)體基底200,形成淺溝槽230。
接著，參考圖6,采用熱氧化法氧化淺溝槽230內(nèi)表面形成襯氧化層240， 所述襯氧化層240的材料為氧化硅；在腐蝕阻擋層220及淺溝槽230內(nèi)形成 第二光刻膠層250，經(jīng)過曝光、顯影工藝將淺溝槽內(nèi)的第二光刻膠層250去除； 以第二光刻膠層250為掩模，用干法蝕刻法去除淺溝槽230底部的村氧化層 240。用干法蝕刻法去除淺溝槽230底部的襯氧化層240所采用的是CF4、CHF3 和Ar混合氣體。
除本實(shí)施例外，淺溝槽230底部襯氧化層240的去除還可以采用側(cè)壁干法 蝕刻的方法，即不加光刻膠層直接將蝕刻淺溝槽230底部襯氧化層240，而淺 溝槽230側(cè)壁的村氧化層240不會(huì)被蝕刻掉，用這樣的方法可以省去光刻步 驟。
如圖7所示，灰化法去除第二光刻膠層250;以次常壓化學(xué)氣相沉積法在 淺溝槽230內(nèi)以及腐蝕阻擋層220上形成絕緣層260，所述次常壓化學(xué)氣相沉 積法選用比例為10/1~20/1的03/TEOS，由于在比例為10/1~20/1的03/TEOS 下，次常壓化學(xué)氣相沉積法在半導(dǎo)體基底200硅與襯氧化層240的熱氧化硅上 沉積速率不同，在硅上的生長(zhǎng)速率高于熱氧化硅，因此，這樣可以實(shí)現(xiàn)選擇 性生長(zhǎng)，絕緣層260在淺溝槽底部生長(zhǎng)速度比在側(cè)壁生長(zhǎng)速度快，實(shí)現(xiàn)從下 往上生長(zhǎng)，防止淺溝槽頂部過早合住而產(chǎn)生形成帶洞的縫隙。
本實(shí)施例中，所述次常壓化學(xué)氣相沉積法選用的03: TEOS比例具體為 10: 1、 12: 1、 14: 1、 16: 1、 18: 1或20: 1等。
本實(shí)施例中，次常壓化學(xué)氣相沉積法所用溫度為35(TC 45(TC,具體溫度 例如350。C、 360°C、 370°C、 380°C、 390°C、 400°C、 410°C、 420°C、 430°C、 440。C或45(TC等。
本實(shí)施例中，所述次常壓的壓強(qiáng)為200Torr 600Torr，具體壓強(qiáng)例如200 Torr、 300Torr 、 400Torr、 500 Torr或600Torr等。
然后，將半導(dǎo)體基底200放入退火爐內(nèi)，在氧氣氛下對(duì)半導(dǎo)體基底200 進(jìn)行退火處理，使淺溝槽230內(nèi)的絕緣層260致密化，同時(shí)修復(fù)淺溝槽230 底部由于干法蝕刻法所造成的損傷，并且淺溝槽230底部的半導(dǎo)體基底硅重 新被氧化。本實(shí)施例中，所述退火半導(dǎo)體基底的溫度為600。C 900。C,具體溫度例如 600°C、 700°C、 800。C或900。C等。
接著如圖8所示，對(duì)絕緣層260進(jìn)行平坦化處理至露出腐蝕阻擋層220， 如采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝清除腐蝕阻擋層220上的絕緣層260;用濕法蝕刻方 法去除腐蝕阻擋層220和墊氧化層210,形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(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)，都可以做出可能的變動(dòng)和 修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
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，包括下列步驟a.在半導(dǎo)體基底上依次形成墊氧化層和腐蝕阻擋層；b.蝕刻腐蝕阻擋層、墊氧化層和半導(dǎo)體基底，形成淺溝槽；c.在淺溝槽側(cè)壁形成襯氧化層；d.用次常壓化學(xué)氣相沉積法在淺溝槽內(nèi)填充滿絕緣層，所述沉積法選用比例為10/1～20/1的O3/TEOS；e.退火半導(dǎo)體基底后，平坦化絕緣層至露出腐蝕阻擋層；f.去除腐蝕阻擋層和墊氧化層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于去除淺溝槽 底部的襯氧化層的方法為干法蝕刻法。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于形成襯氧化 層的方法為熱氧化法或低壓化學(xué)氣相沉積法。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于所述次常壓 的壓強(qiáng)為200Torr 600Torr 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于所述次常壓 化學(xué)氣相沉積法的溫度為3 50°C ~450 。C 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于所述退火半 導(dǎo)體基底的溫度為600 °C 900 。C 。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于在氧氣氛下 進(jìn)行所述退火。
8.根據(jù)權(quán)利要求l所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于步驟c還包 括-.在淺溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層； 去除淺溝槽底部的襯氧化層。
全文摘要
一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體基底上依次形成墊氧化層和腐蝕阻擋層；蝕刻腐蝕阻擋層、墊氧化層和半導(dǎo)體基底，形成淺溝槽；在淺溝槽側(cè)壁形成襯氧化層；用次常壓化學(xué)氣相沉積法在淺溝槽內(nèi)填充滿絕緣層，所述沉積法選用比例為10/1～20/1的O₃/TEOS；退火半導(dǎo)體基底后，平坦化絕緣層至露出腐蝕阻擋層；去除腐蝕阻擋層和墊氧化層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。經(jīng)過上述步驟，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)中不會(huì)產(chǎn)生帶洞的縫隙，進(jìn)而不會(huì)產(chǎn)生漏電流及短路現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H01L21/762GK101290903SQ20071003981
公開日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者向陽輝, 荊學(xué)珍 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司