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)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體工藝進入深亞微米時代，O. 18微米以下的元件(例如CMOS集成電路的有源區(qū)之間)大多采用淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)進行橫向隔離來制作。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)作為一種器件隔離技術(shù)，其具體工藝包括參考圖1，提供襯底101 ;參考圖2，在所述襯底101上形成氮化硅層103 ;參考圖3，形成貫穿所述氮化硅層103的開口 105，所述開口 105具有與界定出有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)對應(yīng)的形狀；參考圖4，以包含開口 105的氮化硅層103為掩模，刻蝕襯底101以形成隔離溝槽107 ;參考圖5，在圖4中隔離溝槽107和開口 105內(nèi)以及開口兩側(cè)的氮化硅層103表面沉積氧化硅材料109，所述氧化硅材料109填充滿隔離溝槽107和開口 105并覆蓋開口 105兩側(cè)的氮化硅層103 ;參考圖6，通過CMP工藝去除圖5中氮化硅層103上多余的氧化硅材料109，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)111 ;參考圖7，去除氮化硅層103，并在有源區(qū)上形成柵極結(jié)構(gòu)，在柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的有源區(qū)內(nèi)形成重摻雜區(qū)。隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的不斷減小，用于器件隔離的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的尺寸也變小，相應(yīng)的，用于形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離溝槽的深寬比變大，為了避免氧化硅沉積過程中氧化硅材料在氮化硅層103中開口 105邊緣發(fā)生累積而導(dǎo)致隔離溝槽提前封口，避免所形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)111內(nèi)存在空洞，現(xiàn)有工藝主要采用邊沉積邊刻蝕的工藝進行氧化硅沉積。然而，在通過CMP工藝去除位于氮化硅層103上多余的氧化硅材料109，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)111時，易在所形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)111表面形成劃痕，導(dǎo)致淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)111的隔離性能不佳，包括淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)111的半導(dǎo)體器件易發(fā)生漏電，嚴重影響了包含淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)111的半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性。在專利號為US7112513的美國專利中還能發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于淺溝槽隔離技術(shù)的相關(guān)信息。因此，如何避免在所形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面形成劃痕，提高所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能，就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

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，提高所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的平整度，進而提高所形成半導(dǎo)體器件的性能。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供襯`底；在所述襯底內(nèi)形成隔離溝槽；在所述隔離溝槽內(nèi)以及襯底表面沉積介質(zhì)層，所述介質(zhì)層填充滿隔離溝槽并覆蓋隔離溝槽兩側(cè)的襯底；對所述介質(zhì)層進行回刻；對回刻后的介質(zhì)層進行平坦化，至暴露出襯底，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)?？蛇x的，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為氧化硅。
可選的，在所述隔離溝槽內(nèi)以及襯底表面沉積介質(zhì)層的方法為在沉積介質(zhì)層的同時對已沉積的介質(zhì)層進行刻蝕，其中介質(zhì)層沉積的速率大于對已沉積介質(zhì)層刻蝕的速率?？蛇x的，沉積介質(zhì)層的方法為化學(xué)氣相沉積?？蛇x的，所述化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)氣體為硅烷和氧氣，硅烷與氧氣的體積比為1:2 1:3，溫度為600攝氏度 800攝氏度，時間為50s 70s?？蛇x的，對已沉積的介質(zhì)層進行刻蝕的方法為干法刻蝕?？蛇x的，對所述介質(zhì)層進行回刻的方法為干法刻蝕。可選的，所述干法刻蝕的刻蝕氣體為惰性氣體，刻蝕氣體的流量為60sccm 120sccm,壓強為 5mTorr IlmTorr,刻蝕時間為 5s 20s。 可選的，對回刻后的介質(zhì)層進行平坦化的方法為化學(xué)機械研磨工藝?？蛇x的，在形成隔離溝槽之前，還包括在所述襯底上沉積停止層。可選的，所述停止層的材質(zhì)為氮化硅。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有以下優(yōu)點在所形成的隔離溝槽內(nèi)和襯底表面沉積介質(zhì)層后，通過對介質(zhì)層進行回刻，使位于襯底表面介質(zhì)層中尖角狀凸起的頂角增大，減小隔離溝槽中介質(zhì)層表面與尖角狀凸起的頂點之間的高度差，以在對回刻后的介質(zhì)層進行平坦化時，改善因介質(zhì)層厚度不均勻而導(dǎo)致的介質(zhì)層去除速率不均勻，保證所形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面平整，提高所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能，進而提高包括所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的性能。


圖I至圖7為現(xiàn)有技術(shù)所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法一個實施方式的流程示意圖；圖9至圖16為本發(fā)明淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法一個實施例中所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，所述示意圖只是實例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護的范圍。正如背景技術(shù)部分所述，現(xiàn)有技術(shù)在通過CMP工藝去除位于氮化硅層上多余的氧化硅材料，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)時，易在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面形成劃痕，導(dǎo)致淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能不佳，包括淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件易發(fā)生漏電，半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性差。發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有工藝在通過邊沉積邊刻蝕的工藝沉積氧化硅材料時，沉積工藝在水平方向各位置的氧化硅材料沉積速率相同，但是由于開口邊緣的氮化硅層呈一定角度，使得刻蝕工藝中刻蝕氣體與開口邊緣已沉積的氧化硅材料接觸面較大，導(dǎo)致對開口邊緣的氧化硅材料刻蝕速率大于對氮化硅層上氧化硅材料的刻蝕速率，進而導(dǎo)致氧化硅材料在氮化硅層上發(fā)生堆積，形成尖角狀凸起。而且，隨著有源區(qū)線寬的不斷減小，位于氮化硅層上尖角狀凸起的頂角也越來越小，尖角狀凸起的頂端與隔離溝槽上方氧化硅材料表面之間的高度差越來越大。后續(xù)通過CMP工藝去除氮化硅層上多余的氧化硅材料時，由于氮化硅層上各位置氧化硅材料的厚度差異太大，CMP工藝對氧化硅材料的去除速率不均勻，在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu) 表面形成劃痕。而且，發(fā)明人經(jīng)過進一步研究還發(fā)現(xiàn)，在通過CMP工藝去除氧化硅材料使氮化硅層暴露過程中，還可能因?qū)Σ糠值鑼拥倪^度研磨而使位于氮化硅層下方的襯底暴露，對襯底造成損傷，影響后續(xù)半導(dǎo)體器件的形成工藝以及所形成半導(dǎo)體器件的性能。針對上述缺陷，本發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，在形成隔離溝槽并在所述隔離溝槽內(nèi)和襯底表面沉積完介質(zhì)層后，對介質(zhì)層進行回刻，減小隔離溝槽中介質(zhì)層與隔離溝槽之間襯底表面介質(zhì)層之間的高度差異，在對回刻后的介質(zhì)層進行平坦化時，避免在所形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面形成劃痕，提高了所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能，進而提高包含所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性。參考圖8，為本發(fā)明淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法一實施方式的流程示意圖，包括步驟SI，提供襯底；步驟S2，在所述襯底上沉積停止層；步驟S3，刻蝕所述停止層，至暴露出襯底，形成若干開口 ；步驟S4，沿開口刻蝕所述襯底，形成隔離溝槽；步驟S5，在所述隔離溝槽和開口內(nèi)以及停止層表面沉積介質(zhì)層，所述介質(zhì)層填充滿隔離溝槽和開口并覆蓋所述開口兩側(cè)的停止層；步驟S6，對所述介質(zhì)層進行回刻；步驟S7，對回刻后的介質(zhì)層進行平坦化，至暴露出停止層，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；步驟S8,去除所述停止層。下面結(jié)合附圖進行詳細說明。參考圖 Γ圖16，示出了本發(fā)明淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法一實施例中所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合16，通過具體實施例對本發(fā)明淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法做詳細說明。參考圖9，提供襯底201。具體地，所述襯底201可以是硅襯底、鍺硅襯底或絕緣體上硅(S0I)，或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體材料襯底。本實施例中,所述襯底201為硅襯底。參考圖10，在所述襯底201上形成停止層203。本實施例中，所述停止層203的材質(zhì)為氮化硅。所述停止層203的形成方法為化學(xué)氣相沉積(CVD, Chemical Vapor Deposition)工藝。參考圖11，形成貫穿所述停止層203的開口 205，所述開口 205具有與界定出有源區(qū)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)對應(yīng)的形狀。本實施例中，形成貫穿所述停止層203的開口 205時，包括如下步驟
在所述停止層203表面由下至上依次形成掩膜層和光刻膠層(圖未示)；圖案化所述光刻膠層，形成包含開口圖案的光刻膠層；以光刻膠層為掩模，沿開口圖案刻蝕所述掩膜層，形成包含開口圖案的掩膜層；以包含開口圖案的掩膜層為掩模，刻蝕所述停止層203，形成貫穿所述停止層203的開口 205 ；去除所述包含開口圖案的光刻膠層和掩膜層。參考圖12，以形成有開口 205的停止層203為掩模，刻蝕所述襯底201，形成隔離溝槽207。本實施例中，刻蝕所述襯底201的方法可為干法刻蝕，其具體刻蝕方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不做贅述。 參考圖13，在圖12中所述隔離溝槽207和開口 205內(nèi)以及停止層203表面沉積介質(zhì)層209a，所述介質(zhì)層209a填充滿隔離溝槽207和開口 205并覆蓋所述開口 205兩側(cè)的停止層203。本實施例中，沉積所述介質(zhì)層209a的方法為在沉積介質(zhì)層209a的同時對已沉積的介質(zhì)層209a進行刻蝕，其中介質(zhì)層209a沉積的速率大于對已沉積的介質(zhì)層209a刻蝕的速率。本實施例中，沉積所述介質(zhì)層209a的方法為化學(xué)氣相沉積工藝，所述化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)氣體為硅烷(SiH4)和氧氣(O2)，硅烷與氧氣的體積比為1: 2 1: 3，溫度為600攝氏度 800攝氏度，反應(yīng)時間為50iT70S。對已沉積的介質(zhì)層209a進行刻蝕的方法為干法刻蝕。所述干法刻蝕的刻蝕氣體為惰性氣體，如氬氣、氦氣等；所述刻蝕氣體的流量為60sccnTl20sccm，壓強為5mTorr IImTorr。本實施例中，通過在沉積介質(zhì)層209a的同時對已沉積的介質(zhì)層209a進行刻蝕的方法形成所述介質(zhì)層209a，能夠避免介質(zhì)層209a在開口 205邊緣發(fā)生堆積而造成隔離溝槽207提前封口，進而避免所形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)中存在空洞，提高了所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能。在沉積所述介質(zhì)層209a時，停止層203上方各位置的沉積速率相同；但是，由于開口 205邊緣的停止層203呈一定角度，在對已沉積的介質(zhì)層209a進行刻蝕時，刻蝕氣體與位于開口 205邊緣的介質(zhì)層209a接觸面較大，導(dǎo)致對開口 205邊緣的介質(zhì)層209a的刻蝕速率大于對位于相鄰開口 205之間停止層203上介質(zhì)層209a的刻蝕速率，進而導(dǎo)致介質(zhì)層209a在停止層203上發(fā)生堆積，形成圖13中尖角狀凸起213a，所述尖角狀凸起213a的側(cè)壁與垂直方向的夾角α較小，導(dǎo)致尖角狀凸起213a頂端與隔離溝槽207上方介質(zhì)層209a表面的高度差I(lǐng)i1較大。參考圖14，對圖13中所述介質(zhì)層209a進行回刻。本實施例中，對所述介質(zhì)層209a進行回刻的方法為干法刻蝕，所述干法刻蝕的刻蝕氣體為惰性氣體，刻蝕氣體的流量為60sccnTl20sccm ;壓強為5mTorr IImTorr。由于介質(zhì)層209a中尖角狀凸起213a與刻蝕氣體的接觸面較位于隔離溝槽207上介質(zhì)層209a與刻蝕氣體的接觸面大，在對介質(zhì)層209a進行回刻過程中，刻蝕工藝對介質(zhì)層209a中尖角狀凸起213a刻蝕速率較快，回刻后的尖角狀凸起213b的側(cè)壁與垂直方向的夾角φ比圖13中回刻前尖角狀凸起213a的側(cè)壁與垂直方向的夾角α大(即φ>α)，而回刻后尖角狀凸起213b頂端與隔離溝槽207上方介質(zhì)層209b表面的高度差h2較圖13中回刻前尖角狀凸起213a頂端與隔離溝槽207上方介質(zhì)層209a表面的高度差I(lǐng)i1小(即Ii2A1)，減小了隔離溝槽207上方介質(zhì)層209b與停止層203上方介質(zhì)層209b在豎直方向上的高度差，以利于后續(xù)介質(zhì)層20%的平坦化工藝。參考圖15，平坦化圖14中所述介質(zhì)層209b，至暴露出停止層203。本實施例中，平坦化所述介質(zhì)層209b的方法為化學(xué)機械研磨工藝。 由于隔離溝槽207上方介質(zhì)層209b與停止層203上方介質(zhì)層209b在豎直方向上的高度差較小，平坦化所述介質(zhì)層209b時，刻蝕工藝對介質(zhì)層209b的去除速率較一致，平坦化后形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)209c表面平整、隔離性能較佳，提高了包含所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)209c的半導(dǎo)體器件的性能。而且由于隔離溝槽207上方介質(zhì)層209b與停止層203上方介質(zhì)層209b在豎直方向上的高度差較小，通過CMP工藝對介質(zhì)層209b進行平坦化時，對停止層203過度刻蝕的幾率較小，所述停止層203能夠有效避免平坦化工藝對襯底201造成影響。參考圖16，去除所述停止層203。本實施例中，所述停止層203為氮化硅，去除所述停止層203的方法為濕法刻蝕，如可以采用熱磷酸工藝直接去除所述停止層203。在去除所述停止層203之后，所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)209c的上表面略高于襯底201的上表面，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)209c的隔離性能更佳。至此，完成了淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)209c的形成工藝。所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)209c可用于隔離襯底201中的有源區(qū)(圖未示)，所述有源區(qū)用于后續(xù)形成器件，如晶體管、二極管、電阻器、電容器、電感器等；也可以用于隔離通過多種集成電路制造工藝形成的其他有源和無源半導(dǎo)體器件。根據(jù)實際制作器件的不同，后續(xù)形成工藝也不相同，在此不再贅述。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，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)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
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 提供襯底； 在所述襯底內(nèi)形成隔離溝槽； 在所述隔離溝槽內(nèi)以及襯底表面沉積介質(zhì)層，所述介質(zhì)層填充滿隔離溝槽并覆蓋隔離溝槽兩側(cè)的襯底； 對所述介質(zhì)層進行回刻； 對回刻后的介質(zhì)層進行平坦化，至暴露出襯底，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求I所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材質(zhì)為氧化硅。
3.如權(quán)利要求I或2所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述隔離溝槽內(nèi)以及襯底表面沉積介質(zhì)層的方法為在沉積介質(zhì)層的同時對已沉積的介質(zhì)層進行刻蝕，其中介質(zhì)層沉積的速率大于對已沉積介質(zhì)層刻蝕的速率。
4.如權(quán)利要求3所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，沉積介質(zhì)層的方法為化學(xué)氣相沉積。
5.如權(quán)利要求4所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)氣體為硅烷和氧氣，硅烷與氧氣的體積比為1: 2^1: 3，溫度為600攝氏度 800攝氏度，時間為50s 70s。
6.如權(quán)利要求3所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，對已沉積的介質(zhì)層進行刻蝕的方法為干法刻蝕。
7.如權(quán)利要求6所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述干法刻蝕的刻蝕氣體為惰性氣體，刻蝕氣體的流量為60sccnTl20sccm,壓強為5mTorr IImTorr,刻蝕時間為5s 20s。
8.如權(quán)利要求I所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，對所述介質(zhì)層進行回刻的方法為干法刻蝕。
9.如權(quán)利要求8所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述干法刻蝕的刻蝕氣體為惰性氣體，刻蝕氣體的流量為60sccnTl20sccm,壓強為5mTorr IImTorr,刻蝕時間為5s 20s。
10.如權(quán)利要求I所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，對回刻后的介質(zhì)層進行平坦化的方法為化學(xué)機械研磨工藝。
11.如權(quán)利要求I所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在形成隔離溝槽之前，還包括在所述襯底上沉積停止層。
12.如權(quán)利要求11所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述停止層的材質(zhì)為氮化娃。
全文摘要
一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括提供襯底；在所述襯底內(nèi)形成隔離溝槽；在所述隔離溝槽內(nèi)以及襯底表面沉積介質(zhì)層，所述介質(zhì)層填充滿隔離溝槽并覆蓋隔離溝槽兩側(cè)的襯底；對所述介質(zhì)層進行回刻；對回刻后的介質(zhì)層進行平坦化，至暴露出襯底，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。本發(fā)明淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法改善了所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面的平整度，提高所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能，進而提高包括所形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的性能。
文檔編號H01L21/762GK102915948SQ20121039897
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者趙學(xué)法, 石強, 田守衛(wèi), 李志國, 孫洪福 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司