專利名稱：實現(xiàn)淺溝道隔離的工藝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體集成電路及其制造領域，特別涉及一種實現(xiàn)淺溝道隔離的工藝方法。
背景技術：
近年來，隨著半導體集成電路制造技術的發(fā)展，芯片中所含元件的數(shù)量不斷增加，元件的尺寸也因集成度的提升而不斷地縮小。然而，無論元件尺寸如何縮小化，在芯片中各個元件之間仍必須有適當?shù)媒^緣或隔離，才能得到良好的元件性質。這方面的技術一般稱為元件隔離技術(Device Isolation Technology),其主要目的是在各元件之間形成隔離物，并且在確保良好隔離效果的情況下，盡量縮小隔離物的區(qū)域，以空出更多的芯片面積來容納更多的元件。在各種元件隔離技術中，局部硅氧化方法(L0C00S)和淺溝道隔離區(qū)(ShallowTrench, STI)制造過程是最常被采用的兩種技術，尤其后者具有隔離區(qū)域小和完成后仍保持基本平坦性等優(yōu)點，更是近年來頗受重視的半導體制造技術。淺溝道隔離區(qū)是0.25um以下半導體技術采用的通用隔離方法，這種隔離的優(yōu)點是隔離效果好，而且占用面積小。傳統(tǒng)的形成STI隔離層的主要工藝步驟包括:參考圖la，在硅襯底100上覆蓋一層氧化硅101，之后形成氮化硅層102 ;參考圖lb，經(jīng)過曝光與刻蝕，在氮化硅層102、氧化硅101以及硅襯底100中形成淺溝道隔離凹槽103 (STITrench);參考圖lc，使用化學氣相沉積(CVD)工藝沉積隔離材料104，填充淺溝道隔離凹槽103，同時保證凹槽中沒有不合規(guī)格的氣泡；參考圖ld，通過化學機械研磨(CMP)工藝去除氮化硅層102上多余的隔離材料104 ;此時STI區(qū)形成。然而，淺溝道隔離工藝尺寸越來越小，使得淺溝道隔離凹槽103的深寬比不斷變大，傳統(tǒng)的STI工藝填充隔離材料104時易在淺溝道隔離凹槽103中形成孔隙，最后進行化學機械研磨工藝后，孔隙被研磨為孔洞，在后續(xù)的沉積制程中被填充其他雜質，從而造成淺溝道隔離短路，大大降低淺溝道隔離的隔離特性。為了解決上述問題，不斷有更好的新材料來提高化學氣相沉積能力:比如在半導體技術進入65nm節(jié)點后，填充能力更好的高深寬比工藝(HARP)薄膜在業(yè)界廣泛使用。但是隨著技術節(jié)點的縮小，特別是進入22nm以下的節(jié)點后，可以選用的新材料越來越少，這就需要應用更好的方法來提高其填孔能力。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種實現(xiàn)淺溝道隔離的工藝方法，使得化學氣相沉積工藝在相同的條件下可以填充更小尺寸的隔離層而不需要引進填充能力更好的新材料，降低了其深寬比，減小化學氣相沉積工藝的負擔。本發(fā)明的技術方案是一種淺溝道隔離的工藝方法，包括以下步驟:提供一半導體襯底，并在所述半導體襯底上覆蓋第一氧化層；進行曝光與刻蝕工藝，以在所述第一氧化層與半導體襯底中形成第一淺溝道隔離凹槽；沉積第一隔離層，所述第一隔離層填滿所述第一淺溝道隔離凹槽；進行第一次平坦化，對所述第一隔離層實施平坦化處理并且不露出第一氧化層；進行濕法刻蝕，去除剩余的第一隔離層與所述第一氧化層；在所述半導體襯底上依次覆蓋第二氧化層和氮化層；進行曝光與刻蝕工藝，刻蝕部分所述氮化層，以形成第二淺溝道隔離凹槽，所述第二淺溝道隔離凹槽與所述第一淺溝道隔離凹槽一一對應且相互對準；沉積第二隔離層；進行第二次平坦化，對所述第二隔離層實施平坦化處理，形成淺溝道隔離。進一步的，所述第一氧化層和第二氧化層的材質為氧化硅，所述氮化層的材質為
氮化硅。進一步的，所述第一隔離層和第二隔離層的材質為氧化硅。進一步的，所述第一隔離層和第二隔離層采用化學氣相沉積法形成，并且沉積后凹槽中沒有不合規(guī)格的氣泡。進一步的，在進行第一次平坦化和第二次平坦化的步驟中，均采用化學機械研磨法。進一步的，在進行第一次平坦化之后，所述第一氧化層上剩余的第一隔離層厚度為50埃 600埃。進一步的，在形成第二淺溝道隔離的步驟和形成第一淺溝槽隔離的步驟中，使用相同的掩模板進行曝光。進一步的，在所述半導體襯底上沉積第二隔離層的步驟之前還包括，采用濕法刻蝕擴大所述第二淺溝道隔離凹槽的寬度。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明通過在形成氮化層的步驟之前，先形成第一淺溝槽隔離凹槽，相比于現(xiàn)有技術，降低了第一隔離層填充的第一淺溝道隔離凹槽時的深寬比，從而提高了填充能力，實現(xiàn)較佳的隔離效果，并降低工藝制作成本；2、在第一次平坦化步驟中對第一隔離層實施平坦化時不露出第一氧化層，保留部分第一隔離層的厚度，能夠防止平坦化步驟對半導體襯底的損傷，其后用濕法均勻的去除半導體襯底上的第一氧化層與第一隔離層，保證了半導體襯底表面平坦度的同時，避免了半導體襯底可能的損傷，從而可以在一定的范圍下提高平坦化工藝的水平；3、本發(fā)明所述工藝過程方法簡單，可以與傳統(tǒng)淺溝道隔離相關工藝相融，無需引用新材料，就能實現(xiàn)較好的淺溝槽隔離，進而可以維持現(xiàn)有化學機械研磨、化學氣相沉積等設備的使用技術的節(jié)點范圍，并在相同的設備可以應用于更低節(jié)點技術生產(chǎn)，減小設備的更新頻率。


圖1a Id為現(xiàn)有技術中實現(xiàn)淺溝道隔離的制作過程的結構示意圖。圖2為本發(fā)明一實施例中淺溝道隔離的制作過程流程圖。圖3a 3i為本發(fā)明一實施例中淺溝道隔離的制作過程的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發(fā)明的內容做進一步說明。當然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領域的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。其次，本發(fā)明利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本發(fā)明實例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應對此作為本發(fā)明的限定。本發(fā)明的核心思想是:通過在形成氮化層的步驟之前先形成第一淺溝槽隔離凹槽，減小了沉積的深度，在相同的工藝條件下不需要引進新材料就可以提高淺溝道隔離凹槽的填充能力；用濕法處理第一次平坦化之后半導體襯底上剩余的第一隔離層和第一氧化層，保證平坦度的同時避免了半導體襯底的損傷。圖2為本發(fā)明一實施例中淺溝道隔離的制作過程流程圖，如圖2所示，本發(fā)明提出一種實現(xiàn)淺溝道隔離的工藝方法，包括以下步驟:步驟SOl:提供一半導體襯底，并在所述半導體襯底上覆蓋第一氧化層；步驟S02:進行曝光與刻蝕工藝，以在所述第一氧化層與半導體襯底中形成第一淺溝道隔離凹槽；步驟S03:沉積第一隔離層，所述第一隔離層填滿所述第一淺溝道隔離凹槽；步驟S04:進行第一次平坦化，對所述第一隔離層實施平坦化處理并且不露出第
一氧化層；步驟S05:進行濕法刻蝕，去除剩余的第一隔離層與所述第一氧化層；步驟S06:在所述半導體襯底上依次覆蓋第二氧化層和氮化層；步驟S07:進行曝光與刻蝕工藝，刻蝕部分所述氮化層，以形成第二淺溝道隔離凹槽，所述第二淺溝道隔離凹槽與所述第一淺溝道隔離凹槽一一對應且相互對準；步驟S08:沉積第二隔離層；步驟S09:進行第二次平坦化，對所述第二隔離層實施平坦化處理，形成淺溝道隔離。圖3a 3i為本發(fā)明一實施例中淺溝道隔離制作過程的結構示意圖，請參考圖2所示，并結合圖3a 圖3i，詳細說明本發(fā)明提出所述實現(xiàn)淺溝道隔離的工藝方法:在步驟SOl中，提供半導體襯底200，并在半導體襯底200上覆蓋第一氧化層201，形成圖3a所示的結構。在本實施例中所述半導體襯底200可以是硅襯底、鍺硅襯底或絕緣體上硅(SOI)，或本領域技術人員公知的其他半導體襯底。所述第一氧化層201可以采用熱氧化法形成、常壓化學氣相沉積法或低壓化學氣相沉積法沉積而成。在步驟S02中，進行曝光與刻蝕工藝，在所述第一氧化層201與半導體襯底200中形成第一淺溝道隔離凹槽202，形成如圖3b所示的結構。所述第一淺溝道隔離凹槽202的深度可以根據(jù)器件的結構、工藝要求以及設備工藝條件等確定，其中所述第一淺溝道隔離凹槽202較佳的深度為3000 A 6000 A在步驟S03中，在所述第一淺溝道隔離凹槽202中沉積第一隔離層203，形成如圖3c的結構；所述第一隔離層203填滿所述第一淺溝道隔離凹槽202。在本實施例中所述第一隔離層203的材料為氧化硅。在其他實施例中可以根據(jù)應用或設備配置進行變通，比如ON (二氧化硅-氮化硅)或者ONO (二氧化硅-氮化硅-二氧化硅)結構等。在步驟S04中，第一次平坦化，對所述第一隔離層203實施平坦化，去除半導體襯底表面大部分的第一隔離層203，停留在接近半導體襯底部分厚度的第一隔離層上，形成如圖3d所示的結構；平坦化步驟中預留的第一隔離層203可以通過設定一定的研磨時間、設定對應的終點探測或設定對應的終點探測和相應的時間區(qū)間等工藝方法來控制厚度。所述平坦化步驟采用化學機械研磨法，所述預留第一隔離層厚度為50A到600A,例如
100A.200A, 300A、400A、500A，其中較佳的厚度為 200A。在步驟S05中，進行濕法刻蝕，去除剩余的第一隔離層203與所述第一氧化層201,直至停留在所述半導體襯底200表面,形成圖3e所示的結構。濕法代替過研磨(OverPolish:CMP專業(yè)術語，即為了保證CMP完全去除掉表面多余材料，多研磨一定的時間)，在保證襯底表面平坦度的同時，也避免了半導體襯底200可能的損傷。在步驟S06中，在上述半導體襯底200上依次形成第二氧化層204和氮化層205 ；如圖3f所示，半導體襯底200完全由第二氧化層204覆蓋，本實施例中，所述第二氧化層204可以采用氧化硅，所述氮化層205可以為氮化硅層，厚度可以由具體的工藝條件決定。在步驟S07中，對所述氮化層205進行曝光與刻蝕處理，形成第二淺溝道隔離凹槽206;如圖3g所示。其中，所述第二淺溝道隔離凹槽206與所述第一淺溝道隔離凹槽202相互對準。并且，在形成第二淺溝道隔離凹槽的步驟和形成第一淺溝道隔離的步驟中，使用相同的掩膜板進行曝光；然后，濕法工藝(Wet etch)擴大所述第二淺溝道隔離凹槽206的寬度。在步驟S08中，在所述半導體襯底200上沉積第二隔離層207，形成如圖3h所示的結構。所述第二隔離層207填滿所述第二淺溝道隔離凹槽206 ;在本實施例中沉積第一隔離層203和第二隔離層207的方法可以采用化學氣相沉積，例如高密度等離子體化學氣相沉積(HDPCVD)、電子回旋加速共振(ECR)等離子體化學氣相沉積或常壓化學氣相沉積，或本領域技術人員公知的其他技術方法。所述第二隔離層207的材質與第一隔離層203材質相同，形成方法也相同。在步驟S09中，第二次平坦化，對所述隔離層207實行平坦化，形成如圖3i的結構，位置相互對準的第一隔離層203、第二氧化層204與第二隔離層207共同組成一淺溝道隔離。所述第二次平坦化步驟采用化學機械研磨法。綜上所述，本發(fā)明通過在形成氮化層的步驟之前，先形成第一淺溝槽隔離凹槽，相比于現(xiàn)有技術，降低了第一隔離層填充的第一淺溝道隔離凹槽的深寬比，從而提高了填充能力，實現(xiàn)較佳的隔離效果，并降低工藝制作成本；在第一次平坦化步驟中對第一隔離層實施平坦化時不露出第一氧化層，保留部分第一隔離層的厚度，能夠防止平坦化步驟對半導體襯底的損傷，其后用濕法均勻的去除半導體襯底上的第一氧化層與第一隔離層，保證了半導體襯底表面平坦度的同時，避免了半導體襯底可能的損傷，從而可以在一定的范圍下提高平坦化工藝的水平；本發(fā)明所述工藝過程方法簡單，可以與傳統(tǒng)淺溝道隔離相關工藝相融，無需引用新材料，就能實現(xiàn)較好的淺溝槽隔離，進而可以維持現(xiàn)有化學機械研磨、化學氣相沉積等設備的使用技術的節(jié)點范圍，并在相同的設備可以應用于更低節(jié)點技術生產(chǎn)，減小設備的更新頻率。上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領域的普通技術人員根據(jù)上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬于權利要求書的保護范圍。
權利要求
1.一種實現(xiàn)淺溝道隔離的工藝方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供一半導體襯底，并在所述半導體襯底上覆蓋第一氧化層； 進行曝光與刻蝕工藝，以在所述第一氧化層與半導體襯底中形成第一淺溝道隔離凹槽； 沉積第一隔離層，所述第一隔離層填滿所述第一淺溝道隔離凹槽； 進行第一次平坦化，對所述第一隔離層實施平坦化處理并且不露出第一氧化層； 進行濕法刻蝕，去除剩余的第一隔離層與所述第一氧化層； 在所述半導體襯底上依次覆蓋第二氧化層和氮化層； 進行曝光與刻蝕工藝，刻蝕部分所述氮化層，以形成第二淺溝道隔離凹槽，所述第二淺溝道隔離凹槽與所述第一淺溝道隔離凹槽一一對應且相互對準； 沉積第二隔離層； 進行第二次平坦化，對所述第二隔離層實施平坦化處理，形成淺溝道隔離。
2.如權利要求1所述的實現(xiàn)淺溝道隔離的工藝方法，其特征在于，所述第一氧化層和第二氧化層的材質為氧化硅，所述氮化層的材質為氮化硅。
3.如權利要求1所述的實現(xiàn)淺溝道隔離的工藝方法，其特征在于，所述第一隔離層和第二隔離層的材質為氧化硅。
4.如權利要求3所述的實現(xiàn)淺溝道隔離的工藝方法，其特征在于，所述第一隔離層和第二隔離層采用化學氣相沉積法形成。
5.如權利要求1所述的實現(xiàn)淺溝道隔離的工藝方法，其特征在于，在進行第一次平坦化和第二次平坦化的步驟中，均采用化學機械研磨法。
6.如權利要求1所述的實現(xiàn)淺溝道隔離的工藝方法，其特征在于，在進行第一次平坦化之后，所述第一氧化層上剩余的第一隔離層厚度為50埃 600埃。
7.如權利要求1至6中任意一項所述的實現(xiàn)淺溝道隔離的工藝方法，其特征在于，在形成第二淺溝道隔離凹槽的步驟和形成第一淺溝槽隔離凹槽的步驟中，使用相同的掩模板進行曝光。
8.如權利要求1至6中任意一項所述的實現(xiàn)淺溝道隔離的工藝方法，其特征在于，在所述半導體襯底上沉積第二隔離層的步驟之前還包括，采用濕法刻蝕擴大所述第二淺溝道隔離凹槽的寬度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)淺溝道隔離的工藝方法，包括在半導體襯底上覆蓋第一氧化層，并形成第一淺溝道隔離凹槽，沉積第一隔離層填充所述第一淺溝道隔離凹槽，對第一隔離層實施平坦化并且不露出第一氧化層，濕法刻蝕去除剩余的第一隔離層與第一氧化層，依次覆蓋第二氧化層和氮化層，刻蝕所述氮化層形成第二淺溝道隔離凹槽。通過兩次隔離材料的填充降低了凹槽深寬比，在相同的工藝條件下不需要引進新材料就可以提高淺溝道隔離凹槽的填充能力，同時采用的濕法刻蝕去除第一隔離層保證平坦度的同時避免了對半導體襯底可能的損傷。
文檔編號H01L21/762GK103208454SQ201310085158
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權日2013年3月15日
發(fā)明者白英英, 張守龍, 張冬芳, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司