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，進(jìn)行CMP停止于硬掩膜層102上，再回蝕刻部分淺溝槽隔離材料103，之后去除硬掩膜層102，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)103，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)高于半導(dǎo)體襯底的部分的高度稱為有效場(chǎng)高度(effective field height，簡(jiǎn)稱EFH)。

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EFH控制變的越來(lái)越困難。通常使用熱的H₃PO₄來(lái)去除硬掩膜層SiN，但是H₃PO₄接觸到STI時(shí)會(huì)對(duì)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)中填充的材料進(jìn)行腐蝕，而新的H₃PO₄和舊的H₃PO₄對(duì)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的刻蝕量并不相同(如圖1B中上下兩個(gè)圖所示)，因此而使得STI的有效場(chǎng)高度波動(dòng)很大，進(jìn)而影響之后柵極制作時(shí)多晶硅沉積的厚度均勻性，導(dǎo)致最終器件的良率和性能的損失。

因此，為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)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(shuō)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(wèn)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)的表面上沉積形成先進(jìn)材料層；

步驟S4：去除所述硬掩膜層；

步驟S5：去除所述先進(jìn)材料層。

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；

步驟S23：回蝕刻部分所述淺溝槽隔離材料，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先進(jìn)材料層；

對(duì)所述先進(jìn)材料層執(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，所述先進(jìn)材料層的材料包括無(wú)定形碳。

進(jìn)一步，在所述步驟S5中，采用灰化的方法去除所述先進(jìn)材料層。

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160～165℃的磷酸濕法刻蝕去除所述硬掩膜層。

進(jìn)一步，在所述步驟S5之后，還包括采用臭氧清洗所述半導(dǎo)體襯底的步驟。

根據(jù)本發(fā)明的制造方法，在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上形成先進(jìn)材料層，有效避免在硬掩膜層的濕法刻蝕去除過(guò)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的有效場(chǎng)高度波動(dòng)很小，因此提高了器件的性能和良率。

附圖說(shuō)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(lái)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2F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(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)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)?。?yīng)當(dāng)明白，盡管可使用術(shù)語(yǔ)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(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)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(yǔ)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(yǔ)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(yǔ)“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(yǔ)相應(yīng)地被解釋。

在此使用的術(shù)語(yǔ)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(yǔ)“組成”和/或“包括”，當(dāng)在該說(shuō)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(yǔ)“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(lái)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(guò)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(guò)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2F以及圖3來(lái)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2F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(shuō)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30-400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，所述淺溝槽隔離材料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。

在一個(gè)示例中，如圖2A所示，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；接著，如圖2B所示，回蝕刻部分所述淺溝槽隔離材料層，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(guò)使用諸如氧化硅、氮化硅、或氮氧化硅的無(wú)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?？赏ㄟ^(guò)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。

回蝕刻工藝使得淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)204的表面降低。回蝕刻的蝕刻量取決于預(yù)定形成的STI的EFH，而EFH等于STI高于半導(dǎo)體襯底的部分的高度。其中回蝕刻工藝可以選用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何刻蝕方法，例如干法蝕刻或者濕法蝕刻，其中，濕法蝕刻應(yīng)選擇對(duì)所述淺溝槽隔離材料具有較大蝕刻選擇比的制程，例如選用SiCoNi制程蝕刻所述淺溝槽隔離材料，所述SiCoNi制程對(duì)所述淺溝槽隔離材料具有高度選擇性，所述SiCoNi制程中具體參數(shù)本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)工藝需要進(jìn)行選擇，并不局限于某一數(shù)值?？蛇x的，所述濕法蝕刻還可以選用常用的其他方法，并不局限于上述示例，例如選用HF進(jìn)行濕法蝕刻等。

回蝕刻之后，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。

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)的表面上沉積形成先進(jìn)材料層。

本發(fā)明選用的先進(jìn)材料層(Advance process film，簡(jiǎn)稱APF)，相對(duì)于傳統(tǒng)的ArF，SiON，TEOS、Poly掩膜而言，在半導(dǎo)體器件制備過(guò)程中性能更加優(yōu)越、可控和穩(wěn)定，在本發(fā)明中所述APF材料層優(yōu)選為無(wú)定形碳材料，所述APF材料層的沉積可以選用化學(xué)氣相沉積(CVD)法、物理氣相沉積(PVD)法或原子層沉積(ALD)法等形成的低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、激光燒蝕沉積(LAD)以及選擇外延生長(zhǎng)(SEG)中的一種。在本發(fā)明中優(yōu)選原子層沉積(ALD)法。

在一個(gè)示例中，形成所述先進(jìn)材料層的步驟包括：首先，如圖2C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先進(jìn)材料層205。接著，如圖2D所示，對(duì)所述先進(jìn)材料層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先進(jìn)材料層205。

接著，執(zhí)行步驟S304，去除所述硬掩膜層。

如圖2E所示，采用濕法刻蝕工藝實(shí)施所述硬掩膜層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，熱磷酸對(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。其中，熱磷酸的溫度范圍可以為160～165℃。

由于在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)204的表面上形成有先進(jìn)材料層205，在濕法刻蝕過(guò)程中，先進(jìn)材料層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，去除所述先進(jìn)材料層。

如圖2F所示，示例性地，采用灰化的方法去除先進(jìn)材料層205。灰化的方法是使用包含氧基或氧離子的等離子氣體來(lái)去除先進(jìn)材料層205，灰化過(guò)程一般在高溫下進(jìn)行，例如灰化溫度可以為80～300℃。值得注意的是，上述去除方法僅是示例性地，其他能夠去除先進(jìn)材料層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)204高于半導(dǎo)體襯底200部分的高度為EFH。

之后，還可選擇性地采用臭氧對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行清洗，以去除半導(dǎo)體襯底上附著的雜質(zhì)等。

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(lái)，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)上形成先進(jìn)材料層，有效避免在硬掩膜層的濕法刻蝕去除過(guò)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的有效場(chǎng)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(guò)上述實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說(shuō)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。