专利名称：具有浅槽隔离结构的半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，更具体地是涉及一种具有浅槽隔离结 构的半导体器件及其制造方法。
背景技术：
浅槽隔离技术(以下简称STI)是随着深亚微米集成电路技术的发展，而产生的一 种新兴的场区隔离技术。但是当晶片上生长有120A以上的栅氧化层时，晶片栅氧化层角落 部位(corner，为栅氧化层与凹槽相邻的部分)的氧化层厚度要低于主动区(active area) 平坦部位的氧化层厚度。如图1所示，当内衬氧化物(liner oxide)的厚度为150入时，平 坦部位的氧化层厚度有15. 3nm，而角落部位的只有10. 7nm，是前者的70%。该角落部位氧 化层变薄的现象容易造成栅氧化层的击穿，影响电路可靠性，并会降低晶片经时绝缘击穿 性會邑(time dependent dielectric breakdown, TDDB)。但是通过实验发现，通过在内衬氧化层的外部进一步生长增厚的氧化物层，能够 解决角落部位氧化层变薄的问题。如图2所示，当角落部位覆盖的氧化物的厚度从150A增 加到500A时，平坦部位的氧化层厚度为13. 9nm，角落部位的为15. 6nm，是前者的110%，相 比有轻微的变厚的趋势，克服了上述缺陷。但是在生长增厚的氧化物层时，要消耗一部分内 部的硅基片，使主动区的特征尺寸(⑶)缩小，产生电压漂移(performanceshift)等问题。 如果在增加光阻定义的图形(ADI)特征尺寸的情况下，保持主动区的特征尺寸不变，又会 引起SiN黄光制程空间(photo window)容差变小的问题。
发明内容
为了克服上述问题和缺陷，本发明的目的是提供一种具有浅槽隔离结构的半导体 器件，该半导体器件能在提高栅氧化层角落部位底氧化物厚度的同时，不会对硅基片造成 损坏。本发明的具有浅槽隔离结构的半导体器件，包括在硅基片上沉积的栅氧化层和 SiN层，在晶片上蚀刻的凹槽，内衬氧化层，和在凹槽上填充的介电材料，还包括在栅氧化层 的角落部分延长线下方的内衬钝化层，和在内衬钝化层上方内衬氧化层外部的增厚的氧化 物层，内衬钝化层和增厚的氧化物层位于凹槽内表面。内衬钝化层的目的在于对硅基片的保护作用，当在进炉管生长增厚的氧化物层 时，不会消耗内部的硅基片，能够保证主动区的特征尺寸CD不会变化。目前常用的钝化物 都可以作为本发明的内衬钝化层，如SiN，AlN，氮氧化物等。作为上述技术方案的优选，所述的内衬钝化物为内衬SiN层。作为上述技术方案的优选，所述介电材料为高密度等离子体HDP层。作为上述技 术方案的优选，所述内衬SiN层的厚度为50 150A。本发明的另一个目的是提供一种制造上述浅槽隔离技术的晶片结构的方法。本发明的具有浅槽隔离结构的半导体器件的制造方法，包括
步骤1 提供一硅基片，在所述基片上依次形成内衬氧化层和SiN层；步骤2 涂覆光阻，在光阻上定义图案；步骤3 蚀刻，在晶片上形成凹槽，并去除光阻；步骤4 在顶部和凹槽上依次形成内衬氧化层和内衬钝化层；步骤5:涂覆光阻；步骤6 蚀刻逐渐去除光阻和内衬钝化层，至凹槽内的光阻削减到露出内衬钝化 层；步骤7 继续蚀刻以去除栅氧化层延长线上方的的内衬钝化层；步骤8 将凹槽内的残留光阻完全去除，使凹槽底部继续保留有内衬钝化层；步骤9 在栅氧化层的角落部分形成增厚的氧化物层；步骤10 在顶部和凹槽上填充介电材料；步骤11 化学机械抛光(STI CMP)去除多余的介电材料。与现有的STI制造过程相比，本发明主要增加了步骤4-9，通过分别沉积内衬钝化 层和光阻，并通过蚀刻掉部分内衬钝化层和光阻，形成在凹槽底部保留有内衬钝化层结构 的半导体器件。该结构由于有内衬钝化层对硅基片的保护作用，因此在进炉管生长增厚的 氧化物层时，不会消耗内部的硅基片，能够保证主动区的特征尺寸CD不会变化。本发明通过在栅氧化层角落部分覆盖增厚的氧化物层，可以提高栅氧化层角落部 位氧化物的厚度。同时还不会造成现有的STI制造过程中电压漂移，和引起SiN黄光制程 空间(photo window)容差变小的问题。
图1是氧化物层为150A时的栅氧化层SEM图；图2是氧化物层为500A时的栅氧化层SEM图；图3A-图3H是本发明的优选实施例的工艺步骤流程图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。对于所属技术领 域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显 而易见。本发明的优选实施例的工艺步骤流程图如图3A-图3H所示，本实施例中具有浅槽 隔离结构的半导体器件的方法，包括步骤1 提供一硅基片11，在所述基片上依次形成栅氧化层12和SiN层13，采用 热氧化法形成栅氧化层12，采用化学气相沉积法沉积SiN层13 ；步骤2 涂覆光阻14，在光阻上定义图案，如图3A所示；步骤3 蚀刻，在晶片上形成凹槽，并去除光阻14，如图;3B所示；步骤4 在顶部和凹槽上依次形成内衬氧化层15和内衬SiN层16，如图3C所示， 优选内衬氧化层16的厚度为150 A，内衬SiN层16的厚度为90 A；步骤5 涂覆光阻104，如图3D所示；步骤6 通过控制干蚀刻的程式，干蚀刻逐渐去除光阻104和内衬SiN层16，至凹
4槽内的光阻削减到露出内衬SiN层，如图3E所示；步骤7 通过控制干蚀刻的程式，继续干蚀刻以去除栅氧化层延长线上方的的内 衬SiN层，栅氧化层延长线如图3F中虚线X所示，为与硅基片11上方的栅氧化层12的最 底端重合的直线；步骤8 通过等离子清洗和酸槽，将凹槽内的残留光阻完全去除，使凹槽底部继续 保留有内衬SiN层，保留下来的内衬SiN层在栅氧化层延长线的下方，并位于凹槽的内表 面，使得栅氧化层12的角落部分12C只被内衬氧化层15覆盖，如图3F所示；保留下来的内衬SiN层可以在栅氧化层延长线X下方的任何位置。步骤9 进炉管在栅氧化层的角落部分12C生长增厚的氧化物层105，使得最终角 落部分12C上被覆盖的氧化物厚度为500入，内衬钝化层的阻挡使得其它地方不会产生厚氧 化层，该增厚的氧化物层能够保证栅氧化层角落部位的氧化层厚度与平坦部位相当，克服 角落部位氧化层变薄的现象，如图3G所示；步骤10 采用高密度等离子体沉积(HDP)，在顶部和凹槽上填充氧化物；步骤11 化学机械抛光(STI CMP)去除多余的氧化物。最终制造而成的具有浅槽隔离结构的半导体器件的晶片结构如图:3H所示，包括 有硅基片上沉积的栅氧化层和SiN层，在晶片上蚀刻的凹槽，内衬氧化层，在栅氧化层的角 落部分延长线下方的内衬SiN层，在内衬SiN层上方内衬氧化层外部的增厚的氧化物层，和 高密度等离子体HDP层。由于有内衬SiN层对硅基片的保护作用，因此在进炉管生长增厚的 氧化物层时，不会消耗内部的硅基片，能够保证主动区的特征尺寸CD不会变化。本发明通 过在栅氧化层角落部分覆盖增厚的氧化物层，可以提高栅氧化层角落部位氧化物的厚度。 同时还不会造成现有的STI制造过程中电压漂移和引起SiN黄光制程空间(photo window) 容差变小的问题。虽然，本发明已通过以上实施例及其附图而清楚说明，然而在不背离本发明精神 及其实质的情况下，所属技术领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的变化和修 正，但这些相应的变化和修正都应属于本发明的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种具有浅槽隔离结构的半导体器件，包括在硅基片上沉积的栅氧化层和SiN层， 在晶片上蚀刻的凹槽，内衬氧化层，和在凹槽上填充的介电材料，其特征在于，还包括在所 述栅氧化层的角落部分延长线下方的内衬钝化层，和在内衬钝化层上方内衬氧化层外部的 增厚的氧化物层，所述内衬钝化层和增厚的氧化物层位于凹槽内表面。
2.如权利要求1所述的具有浅槽隔离结构的半导体器件，其特征在于，所述的内衬钝 化层为内衬SiN层。
3.如权利要求1所述的具有浅槽隔离结构的半导体器件，其特征在于，所述介电材料 为高密度等离子体HDP层。
4.如权利要求2所述的具有浅槽隔离结构的半导体器件，其特征在于，所述内衬SiN层 的厚度为50 150A。
5.一种权利要求1所述具有浅槽隔离结构的半导体器件的制造方法，包括步骤 步骤1 提供一硅基片，在所述基片上依次形成内衬氧化层和SiN层；步骤2 涂覆光阻，在光阻上定义图案；步骤3 蚀刻，在晶片上形成凹槽，并去除光阻；步骤4 在顶部和凹槽上依次形成内衬氧化层和内衬钝化层；步骤5 涂覆光阻；步骤6 蚀刻逐渐去除光阻和内衬钝化层，至凹槽内的光阻削减到露出内衬钝化层；步骤7 继续蚀刻以去除栅氧化层延长线上方的的内衬钝化层；步骤8 将凹槽内的残留光阻完全去除，使凹槽底部继续保留有内衬钝化层；步骤9 在栅氧化层的角落部分形成增厚的氧化物层；步骤10 在顶部和凹槽上填充介电材料；步骤11 化学机械抛光去除多余的介电材料。
6.如权利要求5所述的具有浅槽隔离结构的半导体器件的制造方法，其特征在于，所 述的内衬钝化层为内衬SiN层。
7.如权利要求5所述的具有浅槽隔离结构的半导体器件的制造方法，其特征在于，所 述介电材料为高密度等离子体HDP层。
8.如权利要求6所述的具有浅槽隔离结构的半导体器件的制造方法，其特征在于，所 述内衬SiN层的厚度为50 150A。
全文摘要
本发明提出了一种具有浅槽隔离结构(STI)的半导体器件及其制造方法。该半导体器件包括在硅基片上沉积的栅氧化层和SiN层，在晶片上蚀刻的凹槽，内衬氧化层，在栅氧化层的角落部分延长线下方的内衬SiN层，在内衬SiN层上方内衬氧化层外部的增厚的氧化物层，和高密度等离子体HDP层。由于有内衬SiN层对硅基片的保护作用，因此在进炉管生长增厚的氧化物层时，不会消耗内部的硅基片，能够保证主动区的特征尺寸CD不会变化。本可以通过采用增厚的氧化物层，可以提高栅氧化层角落部位氧化层的厚度。同时还不会造成现有的STI制造过程中电压漂移，和引起SiN黄光制程空间(photo window)容差变小的问题。
文档编号H01L21/8232GK102104040SQ200910261618
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者何荣, 曾令旭, 朱作华, 李秋德 申请人:和舰科技(苏州)有限公司