專利名稱：淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路加工制造工藝，尤其涉及一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法。
背景技術(shù)：
在集成電路加工制造過程中，晶圓(wafer)的加工工藝處于最為核心和關(guān)鍵的地位，晶圓加工工藝的質(zhì)量對(duì)于最終得到的門電路的工作性能具有決定性的影響。其中制造淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(Shallow Trench Isolation, STI)是晶圓的前端加工工藝流程中不可缺少的一道工序。由于淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation, STI)接近零的橫向侵蝕，對(duì)于深亞微米(De印-Submicron)與納米級(jí)的超大規(guī)模集成電路(VLSI)而言，實(shí)為一種理想的隔離方案。然而，當(dāng)器件的尺寸微縮，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)中溝槽兩端的頂角處的形狀對(duì)器件執(zhí)行特性的影響也越來越重要?，F(xiàn)有的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，通常是先在半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)氧化物層(Pad Oxide)與氮化物層(Nitride)，然后以光刻程序，依次對(duì)氧化物層、氮化物層與襯底進(jìn)行刻蝕，從而形成溝槽，在所述溝槽的內(nèi)壁表面形成隧道氧化層之后將氧化物填充至溝槽中以形成絕緣層，接著以化學(xué)機(jī)械拋光法(Chemical-Mechanical Polishing,CMP)研磨平坦化， 露出氮化物層表面，最后將氧化物層、氮化物層去除，再進(jìn)行后續(xù)的制造。雖然淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)能夠提高器件的集成度，但是淺溝槽隔離技術(shù)中衍生的許多問題須加以解決，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的電鏡掃描示意圖，如圖1所示，STI結(jié)構(gòu)形成在溝槽18中，所述溝槽18與襯底10之前形成有隧道氧化層16，從圖中可以看到溝槽18兩側(cè)的頂角20處較為尖銳，因此在器件使用中，頂角20處會(huì)集中較大的電場(chǎng)，如果頂角20表面的隧道氧化層厚度較薄，就會(huì)在頂角20處出現(xiàn)放電，形成漏電電流，從而影響器件的性能。從圖1中可以看到，現(xiàn)有技術(shù)中頂角20表面的隧道氧化層厚度是其他位置的隧道氧化層厚度的一半。現(xiàn)有技術(shù)中改進(jìn)溝槽兩側(cè)頂角隧道氧化層厚度的方法是采用原位水氣生成 (In-Situ Steam Generation, ISSG)工藝或氮化物層回刻蝕(SIN Pull Back)工藝代替爐管加熱(Furnace)氧化工藝，其中ISSG工藝是將氧氣或水直接蒸發(fā)出氧離子，氧離子與二氧化硅襯底反應(yīng)形成氧化層，由于氧離子處于離子狀態(tài)非?；钴S，故ISSG工藝形成氧化層的速度非?？?，并且在溝槽兩側(cè)頂角形成的隧道氧化層比較厚，然而ISSG工藝采用的設(shè)備價(jià)格昂貴，是高爐氧化工藝設(shè)備價(jià)格的十倍以上，并且由于ISSG工藝氧化層形成速度非?？?，反應(yīng)過程不受控制，故在隧道氧化層中缺陷相對(duì)較多，隧道氧化層的一致性較差，對(duì)器件的性能有一定影響。專利號(hào)為6764920的美國(guó)專利公開了一種利用氮化物層回刻蝕和形成鳥嘴形區(qū)域的方法，用以增加淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)中溝槽兩端頂角處的隧道氧化層(Tunnel Oxides)的厚度，從而提高閃存器件的性能。該專利公開了在形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)過程中， 在半導(dǎo)體襯底上淀積有氧化物層和氮化物層，并在半導(dǎo)體襯底上形成有一溝槽，在所述溝槽中淀積氧化物的絕緣層以形成淺溝槽隔離。在對(duì)淺溝槽隔離區(qū)的氧化物進(jìn)行平坦化處理過程后，對(duì)淺溝槽隔離區(qū)兩側(cè)的氮化層進(jìn)行回刻蝕處理，兩側(cè)回刻蝕的寬度為700人,對(duì)溝槽兩側(cè)的頂角進(jìn)行進(jìn)一步氧化。如上述專利所述，氮化物層回刻蝕工藝是將位于有源區(qū)邊角上方的氮化硅層向兩側(cè)進(jìn)行回刻蝕處理，露出有源區(qū)邊角，再進(jìn)行氧化處理，從而增加有源區(qū)邊角處氧化層的厚度，然后是對(duì)氮化硅層向兩側(cè)進(jìn)行回刻蝕處理時(shí)，回刻蝕氮化硅層的寬度難以控制，會(huì)出現(xiàn)兩側(cè)有源區(qū)邊角氧化層的厚度不同，進(jìn)而影響器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，以解決現(xiàn)有中溝槽兩側(cè)頂角處氧化層厚度過薄的問題。為解決上述問題，一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有氧化物層和氮化物層；依次刻蝕所述氮化物層、氧化物層和半導(dǎo)體襯底，形成溝槽；在所述溝槽的內(nèi)壁表面形成隧道氧化層；向所述溝槽內(nèi)以及氮化物層上沉積絕緣層，所述絕緣層填滿所述溝槽；對(duì)所述絕緣層施行化學(xué)機(jī)械拋光，以暴露出所述氮化物層；進(jìn)行高溫氧化處理過程，向所述溝槽所在的環(huán)境通入氧化氣體，以增加所述溝槽兩側(cè)頂角處隧道氧化層的厚度；依次去除氮化物層和氧化物層?？蛇x的，所述高溫氧化處理過程中所述氧化氣體為氧氣、臭氧、氫氣、二氯乙烯或
氯化氫?？蛇x的，所述高溫氧化處理過程中氧化氣體的流量為1 lOL/min?？蛇x的，所述高溫氧化處理過程的氧化時(shí)間為5min 60min?？蛇x的，所述高溫氧化處理過程的氧化溫度為800 1100°C。進(jìn)一步的，所述絕緣層為氧化硅。進(jìn)一步的，所述絕緣層采用高密度等離子沉積法形成。進(jìn)一步的，所述氧化物層和氮化物層采用熱氧化法形成。進(jìn)一步的，去除所述氮化物層和所述氧化物層采用濕法刻蝕。綜上所述，本發(fā)明中所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法在對(duì)所述絕緣層施行化學(xué)機(jī)械拋光過程之后以及去除氮化物層和氧化物層過程之前，增加高溫氧化過程，向所述溝槽所在的環(huán)境通入氧化氣體，進(jìn)行高溫氧化。所述高溫氧化過程中所述氧化氣體滲透過絕緣層和隧道氧化層氧化所述半導(dǎo)體襯底，由于溝槽兩側(cè)頂角距離所述絕緣層表面距離最近， 故所述氧化氣體最先到達(dá)所述溝槽兩側(cè)頂角處，氧化氣體最先氧化所述溝槽兩側(cè)頂角處的半導(dǎo)體襯底，進(jìn)而增加所述溝槽兩側(cè)頂角處隧道氧化層的厚度，從而防止所述溝槽兩側(cè)頂角發(fā)生放電，形成漏電電流，提高了器件的性能。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的電鏡掃描示意圖。圖2 圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作過程中的界面示意圖。圖5為本發(fā)明中淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。在研究淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的缺陷過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如下問題在生長(zhǎng)隧道氧化層時(shí)，溝槽兩側(cè)頂角位置因形狀較為尖銳使該處生長(zhǎng)的隧道氧化層厚度相比其他溝槽表面生長(zhǎng)的隧道氧化層厚度要薄，這就會(huì)在后續(xù)工藝過程形成后，由于較為尖銳，較薄的隧道氧化層造成溝槽兩側(cè)頂角位置處在較大的電場(chǎng)作用下發(fā)生尖端放電，形成漏電電流，影響器件性能。為解決上述問題，本發(fā)明的核心思想是本發(fā)明通過在STI化學(xué)機(jī)械拋光過程之后以及去除氮化物氧化層之前增加高溫氧化過程，對(duì)溝槽兩側(cè)頂角處進(jìn)行進(jìn)一步氧化，增加溝槽兩側(cè)頂角處隧道氧化層的厚度，從而避免上述問題發(fā)生，提高器件性能。結(jié)合上述核心思想，本發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，圖5為本發(fā)明中淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法的工藝流程圖，請(qǐng)參考圖5，圖2 圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作過程中的界面示意圖，請(qǐng)結(jié)合圖2 圖4。包括下列步驟SlO 提供一半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100上依次形成有氧化物層102和氮化物層104，所述半導(dǎo)體襯底100可以為單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺，也可以是絕緣體上硅(SOI)，還可以包括其他材料，例如砷化鎵等三五族化合物。此外，可以作為半導(dǎo)體襯底100的任何材料均落在發(fā)明的思想范圍內(nèi)。所述氧化物層102和氮化物層104通常采用熱氧化法或化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition, CVD)形成，在本實(shí)施例中，所述氧化物層102采用熱氧化法形成，氮化物層104采用化學(xué)氣相沉積法形成，如圖1所示。S20 依次刻蝕所述氮化物層104、氧化物層102和半導(dǎo)體襯底100，形成溝槽；在本實(shí)施例中的形成過程為在所述氮化物層104上形成光刻膠，圖案化所述光刻膠，以所述光刻膠為掩膜，刻蝕所述氮化物層104和氧化物層102直至露出所述半導(dǎo)體襯底100，以暴露出所述半導(dǎo)體襯底100欲形成所述淺溝道隔離區(qū)的部分，以所述氮化物層104的型樣為硬掩膜，刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100以形成溝道，此外，形成所述溝槽過程還可以采用本領(lǐng)域人員熟知的其他任何現(xiàn)有技術(shù)。S30 在所述溝槽的內(nèi)壁表面形成隧道氧化層106 ；較佳的，所述隧道氧化層106的厚度為50 A 600人,采用800 iioo°c溫度條件的熱氧化法形成。一方面在刻蝕形成溝槽是對(duì)半導(dǎo)體襯底100造成一定損傷，生長(zhǎng)隧道氧化層106可以修補(bǔ)所述溝槽表面的損傷， 另一方面在淀積絕緣層108前修復(fù)尖角，增加接觸面積，同時(shí)絕緣層采用高密度等離子沉積法(High Density Plasma Chemical Vapor D印osition，HDPCVD)形成，隧道氧化層 106 作為絕緣層106的緩沖層，對(duì)半導(dǎo)體襯底有一個(gè)保護(hù)作用。S40 向所述溝槽內(nèi)以及氮化物層104上沉積絕緣層108，所述絕緣層108填滿所述溝槽；所述絕緣層108填滿溝槽，所述絕緣層108材料為例如氧化硅等，所述絕緣層108 采用高密度等離子沉積法形成。S50 對(duì)所述絕緣層108施行化學(xué)機(jī)械拋光，以暴露出所述氮化物層104 ；采用化學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)的方法，CMP之后，所述氮化物層104表面上沉積的絕緣層被完全去除，從而氮化物層104的表面全部暴露出來，在化學(xué)機(jī)械拋光過程中，對(duì)絕緣層108的拋光速度要大于對(duì)氮化物層104的拋光速度，故當(dāng)化學(xué)機(jī)械拋光進(jìn)行到最后階段時(shí)，溝槽中的絕緣層108的高度略低于氮化物層104形成如圖3所示的結(jié)構(gòu)。S60 如圖4所示，進(jìn)行高溫氧化處理過程，向所述溝槽所在的環(huán)境通入氧化氣體 110，以增加所述溝槽兩側(cè)頂角處隧道氧化層106的厚度；所述高溫氧化處理過程中所述氧化氣體為氧氣、臭氧、氫氣、二氯乙烯或氯化氫，其中較佳的為氧氣，氧氣為高溫?zé)嵫趸Ｒ姎怏w，且氧化效果較好。所述高溫氧化處理過程中氧化氣體的流量為1 lOL/min，流量可以為2L/min、5L/min、7L/min，其中較佳的氣體流量為lOL/min，從而得到一個(gè)比較合適的反應(yīng)速度。所述高溫氧化處理過程的氧化時(shí)間為5min 60min，氧化時(shí)間可以為5min、 10min、20min、30min、50min等，所述氧化時(shí)間根據(jù)不同產(chǎn)品的需要而不同，并且根據(jù)絕緣層 108的高度有關(guān)。所述高溫氧化處理過程的氧化溫度為800 1100°C。S70 依次去除氮化物層104和氧化物層102。進(jìn)一步的，去除所述氮化物層104和所述氧化物層102采用濕法刻蝕。所使用的化學(xué)刻蝕試劑根據(jù)需刻蝕的材料不同而不同， 為本領(lǐng)域技術(shù)人員習(xí)知的技術(shù)，在此不再贅述。綜上所述，本發(fā)明中所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法在所述對(duì)所述絕緣層108施行化學(xué)機(jī)械拋光過程之后以及去除氮化物層104和氧化物層102過程之前，增加高溫氧化過程，向所述溝槽所在的環(huán)境通入氧化氣體110，進(jìn)行高溫氧化。所述高溫氧化過程中所述氧化氣體110滲透過絕緣層108和隧道氧化層106氧化所述半導(dǎo)體襯底100，由于溝槽兩側(cè)頂角距離所述絕緣層108表面距離最近，故所述氧化氣體110最先到達(dá)所述溝槽兩側(cè)頂角處，氧化氣體110最先氧化所述溝槽兩側(cè)頂角處的半導(dǎo)體襯底100，進(jìn)而增加所述溝槽兩側(cè)頂角處隧道氧化層106的厚度，從而防止所述溝槽兩側(cè)頂角發(fā)生放電，形成漏電電流，提高了器件的性能。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括下列步驟提供一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有氧化物層和氮化物層； 依次刻蝕所述氮化物層、氧化物層和半導(dǎo)體襯底，形成溝槽； 在所述溝槽的內(nèi)壁表面形成隧道氧化層；向所述溝槽內(nèi)以及氮化物層上沉積絕緣層，所述絕緣層填滿所述溝槽； 對(duì)所述絕緣層施行化學(xué)機(jī)械拋光，以暴露出所述氮化物層；進(jìn)行高溫氧化處理過程，向所述溝槽所在的環(huán)境通入氧化氣體，以增加所述溝槽兩側(cè)頂角處隧道氧化層的厚度；依次去除氮化物層和氧化物層。
2.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述高溫氧化處理過程中所述氧化氣體為氧氣、臭氧、氫氣、二氯乙烯或氯化氫。
3.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述高溫氧化處理過程中氧化氣體的流量為1 lOL/min。
4.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述高溫氧化處理過程的氧化時(shí)間為5min 60min。
5.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述高溫氧化處理過程的氧化溫度為800 iioo°c。
6.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述氧化物層和氮化物層采用熱氧化法形成。
7.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述絕緣層為氧化娃。
8.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述絕緣層采用高密度等離子沉積法形成。
9.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，去除所述氮化物層和所述氧化物層采用濕法刻蝕。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，在對(duì)所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的絕緣層施行化學(xué)機(jī)械拋光過程之后和在去除氮化物層和氧化物層過程之前，增加高溫氧化處理過程，即向所述溝槽所在的環(huán)境通入氧化氣體，并在800～1100℃的環(huán)境下進(jìn)行高溫氧化。本發(fā)明的制作方法增加了所述溝槽兩側(cè)頂角處隧道氧化層的厚度，防止所述溝槽兩側(cè)頂角發(fā)生尖端放電，減小了漏電電流，從而提高了器件的性能。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102403258SQ201010285808
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者聶廣宇, 蔣陽(yáng)波, 陳正敏 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司