專利名稱：雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法。
背景技術(shù)：
以絕緣體上硅(Silicon On hsulator，SOI)為襯底的集成電路具有低壓低功耗， 高速度，高集成度的特點(diǎn)，是半導(dǎo)體技術(shù)向納米級(jí)發(fā)展的主流工藝。雙極型晶體管是模擬集成電路中非常重要的器件單元，基于絕緣體上硅工藝的雙極型晶體管需要使用雙溝槽隔離 (Dual-STI)結(jié)構(gòu)，其需要特別的制作方法?，F(xiàn)有的形成雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法參考附圖1， 1A, IB 至附圖 5，5A，5B。參考圖1，1A，1B，其中，附圖1為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖1A，IB分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖；首先，提供半導(dǎo)體襯底，所述的半導(dǎo)體襯底為絕緣體上硅 (Silicon On Insulator，SOI)，包括襯底硅100，以及依次位于襯底硅100上的掩埋絕緣層 101，頂層硅102。所述的掩埋絕緣層101厚度例如為1500埃，頂層硅102厚度例如為1000 埃。隨后在所述頂層硅102上依次形成襯墊層103，硬掩膜層104，所述襯墊層103厚度例如為100埃，硬掩膜層104厚度例如為1100埃，材料例如為氮化硅。參考圖2，2A，2B，其中，附圖2為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖2A，2B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，以圖案化的第一掩膜層105為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層 104，襯墊層103以及頂層硅102至暴露出掩埋絕緣層101，形成第一溝槽，所述的第一溝槽在AA，BB方向的截面形狀分別為106A，106B。所述的第一溝槽深度大于1000埃。在刻蝕形成第一溝槽之后，在溝槽內(nèi)有部分掩埋絕緣層101需要被過刻蝕，在第一溝槽對(duì)應(yīng)位置剩余的掩埋絕緣層101的厚度例如為1300埃。參考圖3，3A，3B，其中，附圖3為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖3A，3B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，在所述的硬掩膜層上，以及第一溝槽內(nèi)形成完全覆蓋所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的光刻膠層，隨后，曝光，顯影所述光刻膠層，形成第二掩膜層圖案107，在AA 方向，第一溝槽與第二掩膜層圖案重疊部分里的光刻膠層被去除，形成光刻膠的開口，在圖 BB方向，光刻膠層被完全去除，包括第一溝槽與第二掩膜層圖案重疊部分里光刻膠。隨后，以所述的第二掩膜層107為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層，至BB方向暴露出襯墊層103，形成所述的第二溝槽。在BB方向，第二溝槽109暴露出襯墊層103，第一溝槽和第二掩膜層圖案重疊部分，即光刻膠開口暴露出的掩埋絕緣層101被大部分去除，形成附圖AA 方向的第二溝槽108A和BB方向的108B。形成第二溝槽工藝中采用的刻蝕氣體包括CHF3, 由于其對(duì)SiN=SW2的刻蝕選擇比通常只是稍大于1，掩埋絕緣層101將變得很薄，例如200 埃。參考圖4，4A，4B，其中，附圖4為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖4A，4B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，沿第二溝槽繼續(xù)刻蝕所述襯墊層至BB方向暴露出頂層硅，最終形成的第二溝槽的深度例如為400埃。由于刻蝕劑對(duì)掩埋絕緣層101繼續(xù)刻蝕，直至襯底硅100，導(dǎo)致SOI器件被刻穿。
參考圖5，5A，5B，去除所述的光刻膠圖案107，其中，附圖5為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖5A，5B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖。從附圖中可以看出，在AA 方向和BB方向，在刻蝕形成第一溝槽和第二溝槽的工藝中被重復(fù)刻蝕的部分IlOA和110B，
掩埋絕緣層被刻穿。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是在現(xiàn)有的雙溝槽的刻蝕工藝中，在刻蝕形成第一溝槽和第二溝槽的工藝中被重復(fù)刻蝕的部分，掩埋絕緣層被刻穿的缺陷。一種雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供包括襯底硅，掩埋絕緣層和頂層硅的絕緣體上硅，在頂層硅上依次形成襯墊層，硬掩膜層和第二掩膜層；以圖案化第二掩膜層為掩膜，刻蝕硬掩膜層至暴露出襯墊層形成第二開口 ；去除第二掩膜層，在所述硬掩膜層上以及第二開口內(nèi)形成犧牲層；去除部分犧牲層至暴露出硬掩膜層；在所述硬掩膜層以及犧牲層上形成圖案化的第一掩膜層，刻蝕硬掩膜層、襯墊層以及部分頂層硅形成第一開口，第二開口區(qū)域與第一開口區(qū)域部分重疊；去除犧牲層和第一掩膜層；刻蝕第一開口至暴露出掩埋絕緣層形成第一溝槽，刻蝕第二開口以及部分頂層硅至形成第二溝槽。ζ采用本發(fā)明所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，形成第二開口之后，在第二開口內(nèi)填充犧牲層，避免了在刻蝕形成第一開口的工藝中過刻蝕第二開口暴露出的頂層硅和掩埋絕緣層，致使第一溝槽和第二溝槽重疊區(qū)域的掩埋絕緣層被刻穿的缺陷。


圖1至圖5為現(xiàn)有的雙溝槽隔離工藝各步驟器件結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖IA至圖5A為圖1至圖5沿AA方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖IB至圖5B為圖1至圖5沿BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6至圖12為本發(fā)明具體實(shí)施方式
所述的的雙溝槽隔離工藝各步驟器件結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖6A至圖12A為圖6至圖12沿AA方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6B至圖12B為圖6至圖12沿BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。參考圖6，6A，6B，其中，附圖6為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖6A，6B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖；首先，提供半導(dǎo)體襯底，所述的半導(dǎo)體襯底為絕緣體上硅 (Silicon On Insulator，SOI)，包括襯底硅200，以及依次位于襯底硅200上的掩埋絕緣層 201，頂層硅202。所述的掩埋絕緣層201材料例如為氧化硅，厚度例如為1500埃，頂層硅 202厚度例如為1000埃。隨后在所述頂層硅202上依次形成襯墊層203，硬掩膜層204，所述襯墊層203材料例如為氧化硅，厚度例如為100埃，硬掩膜層204材料例如為氮化硅，厚度例如為1100埃。形成襯墊層203和硬掩膜層204的工藝?yán)鐬闊嵫趸突瘜W(xué)氣相沉積工藝。參考圖7，7A，7B，其中，附圖7為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖7A，7B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，刻蝕所述硬掩膜層204至暴露出襯墊層203，形成第二開口。所述的第二開口在AA，BB方向的截面形狀分別參考圖7A，7B中的206A，206B。形成第二開口工藝中采用的刻蝕氣體包括CHF3, Cl2等。參考圖8，8A，8B，其中，附圖8為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖8A，8B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，在所述的硬掩膜層204上，以及第二開口內(nèi)形成完全覆蓋所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的犧牲層207 (sacrificial layer)，所述的犧牲層207例如為光刻膠層，氧化物層或者底層抗反射涂層(bottom anti-reflection coating ;BARC)，所述犧牲層為光刻膠層或者BARC時(shí)，可以采用旋涂，并烘干的方法制作。所述犧牲層為氧化物層，例如為氧化硅時(shí)，采用低溫化學(xué)氣相沉積工藝制作。去除部分犧牲層207至暴露出硬掩膜層204，當(dāng)所述的犧牲層為BARC時(shí)，采用干法刻蝕工藝刻蝕所述的犧牲層207至暴露出硬掩膜層204。執(zhí)行完畢所述工藝，只有第二開口內(nèi)填充有所述的犧牲層，用于在后續(xù)刻蝕第一開口的工藝中保護(hù)第二開口不會(huì)被過刻蝕，從而避免形成第一溝槽之后，第一開口與第二開口重疊的區(qū)域被刻穿至掩埋絕緣層。當(dāng)所述犧牲層為氧化物層時(shí)，采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除部分犧牲層207至暴露出硬掩膜層 204。參考圖9，9A，9B，其中，附圖9為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖9A，9B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，在所述的硬掩膜層204以及犧牲層207上形成第一掩膜層208，所述的第一掩膜層208例如為采用旋涂工藝形成的光刻膠層，隨后，曝光，顯影所述光刻膠層，形成光刻膠圖案。之后，以所述的第一掩膜層208為掩膜，刻蝕硬掩膜層204、襯墊層203以及部分頂層硅202至設(shè)定深度，形成第一開口，其中，第二開口區(qū)域與第二開口區(qū)域部分重疊 ’參考附圖9A，9B，在圖BB方向，第一開口和第二開口重疊區(qū)域209B填充的犧牲層被全部去除，由于犧牲層的保護(hù)，此區(qū)域的頂層硅未被過刻蝕。在AA方向，第一掩膜層暴露出的部分第一掩膜層204、襯墊層203以及部分頂層硅 202被依次刻蝕，形成第一開口 209A，形成所述第一開口 209A之后，第一開口對(duì)應(yīng)位置剩余的頂層硅的厚度范圍為第二溝槽的最終深度，用于保證在去除所述剩余的頂層硅之后，正好形成設(shè)定深度的第二溝槽。所述的犧牲層材料不同時(shí)，第一開口與第二開口重疊的部分犧牲層被去除的程度不同，但均能起到保護(hù)重疊區(qū)域的頂層硅不被過刻蝕的作用。本實(shí)施例示出的附圖為犧牲層是低溫氧化硅的情況，形成第一開口工藝中采用的刻蝕氣體包括CHF3, Cl2等。參考圖10，10A，10B，其中，附圖10為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖10A，10B，分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BBO方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，去除所述的第一掩膜層208以及犧牲層207， 第一開口暴露出剩余厚度的頂層硅，第二開口暴露出襯墊層。參考圖11，11A，11B，其中，附圖11為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖11A，IlB分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，以所述的硬掩膜層204為掩膜，刻蝕所述第二開口暴露出的襯墊層至暴露出頂層硅，形成設(shè)定深度的第二溝槽，刻蝕第一開口暴露出的頂層硅至掩埋絕緣層，形成設(shè)定深度的第一溝槽。在圖AA方向，第一開口下剩余的頂層硅的厚度與第二開口對(duì)應(yīng)位置要去除的襯墊層和頂層硅的深度相當(dāng)，因此，形成第一溝槽和第二溝槽之后，第一溝槽和第二溝槽重疊的區(qū)域被刻蝕至暴露出掩埋絕緣層，第二溝槽對(duì)應(yīng)位置刻蝕至頂層硅；在圖BB方向，第一溝槽暴露出掩埋絕緣層，第二溝槽停止于頂層硅，并且，第一溝槽和第二溝槽都同時(shí)達(dá)到設(shè)定的深度。參考圖12，12A，12B，其中，附圖12為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖12A，12B分別為半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在AA，BB方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖，去除所述的硬掩膜層204，形成第一溝槽和第二溝槽。所述的第一溝槽的深度大于等于1000埃，優(yōu)選的第一溝槽的深度為1000埃，第二溝槽的深度例如為400埃。第一溝槽和第二溝槽重疊部分未被過刻蝕。這是由于在刻蝕第一溝槽硬掩膜層，襯墊層和頂層硅時(shí)，第二開口內(nèi)填充的犧牲層起到保護(hù)第二開口不被過刻蝕的作用。采用本實(shí)施例所述的方法，在刻蝕形成第一開口的工藝中，第一開口和第二開口重疊部分的頂層硅被犧牲層保護(hù)，不會(huì)導(dǎo)致第二開口位置的頂層硅被刻穿。雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。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)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括如下步驟提供包括襯底硅，掩埋絕緣層和頂層硅的絕緣體上硅，在所述的頂層硅上依次形成襯墊層，硬掩膜層和第二掩膜層；以圖案化第二掩膜層為掩膜，刻蝕硬掩膜層至暴露出襯墊層，形成第二開口 ；在所述硬掩膜層上以及第二開口內(nèi)形成犧牲層；去除部分犧牲層至暴露出硬掩膜層；在所述硬掩膜層以及犧牲層上形成圖案化的第一掩膜層，以圖案化的第一掩膜層為掩膜，刻蝕第一掩膜層、襯墊層以及部分頂層硅至設(shè)定深度，形成第一開口，第二開口區(qū)域與第一開口區(qū)域部分重疊；去除所述犧牲層和第一掩膜層；以所述硬掩膜層為掩膜，刻蝕所述第二開口暴露出的襯墊層至暴露出頂層硅，形成第二溝槽，刻蝕第一開口暴露出的頂層硅至掩埋絕緣層，形成第一溝槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，形成第一開口后， 第一開口對(duì)應(yīng)位置剩余的頂層硅的厚度應(yīng)為第二溝槽的最終深度，為400埃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，刻蝕硬掩膜層至暴露出襯墊層，形成第二開口的刻蝕氣體包括CHF3, Cl2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，刻蝕硬掩膜層，襯墊層和部分頂層硅形成第一開口的刻蝕氣體包括CHF3, Cl2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述犧牲層為氧化硅層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述氧化硅層采用低溫化學(xué)氣相沉積法形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，去除部分犧牲層至暴露出硬掩膜層的工藝為化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述犧牲層為 BARC 層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述BARC層采用旋涂并烘烤的工藝形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，去除部分犧牲層至暴露出硬掩膜層的工藝為干法刻蝕工藝。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述的第一溝槽的深度為1000埃，第二溝槽的深度為400埃。
全文摘要
一種雙溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法包括提供包括襯底硅，掩埋絕緣層和頂層硅的絕緣體上硅，在頂層硅上依次形成襯墊層，硬掩膜層和第二掩膜層；以圖案化第二掩膜層為掩膜，刻蝕硬掩膜層至暴露出襯墊層形成第二開口；去除第二掩膜層，在所述硬掩膜層上以及第二開口內(nèi)形成犧牲層；去除部分犧牲層至暴露出硬掩膜層；在所述硬掩膜層以及犧牲層上形成圖案化的第一掩膜層，刻蝕硬掩膜層、襯墊層以及部分頂層硅至設(shè)定深度形成第一開口，第二開口區(qū)域與第一開口區(qū)域部分重疊；去除犧牲層和第一掩膜層；刻蝕第一開口至暴露出掩埋絕緣層形成第一溝槽，刻蝕第二開口以及部分頂層硅至形成第二溝槽。所述方法避免了第一溝槽和第二溝槽重疊區(qū)域的掩埋絕緣層被刻穿的缺陷。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102280404SQ20111021856
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者高超 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司