一种浅沟槽隔离结构的形成方法
【专利摘要】本发明提供一种浅沟槽隔离结构的形成方法，其包括：提供衬底，所述衬底上依次形成有衬垫氧化层和氮化硅层，所述衬垫氧化层和氮化硅层内形成暴露出衬底的开口；沿开口在所述衬底上形成浅沟槽；形成覆盖所述浅沟槽的表面的保护氧化层；形成覆盖所述保护氧化层且填充所述浅沟槽的第一氧化层；回刻蚀所述第一氧化层；形成覆盖部分所述保护氧化层的补充氧化层；形成覆盖所述保护氧化层及补充氧化层的第二氧化层；平坦化第一氧化层、第二氧化层和保护氧化层直至暴露出所述氮化硅层；去除所述氮化硅层。该方法可以避免因侧壁顶部氧化硅损伤而产生的器件电学性能的改变，提高STI的绝缘性能，防治器件漏电。
【专利说明】一种浅沟槽隔离结构的形成方法
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及半导体设计及制造【技术领域】，特别涉及一种浅沟槽隔离结构的形成方法。
【【背景技术】】
[0002]随着半导体器件特征尺寸的不断缩小，器件之间的隔离区域也随之要进行相应的缩小，对于0.18 μ m以下的元件,大多采用STI (shallow trench isolat1n,浅沟槽隔离)隔离技术，其工艺步骤主要包括STI的刻蚀、有源区侧壁氧化硅的生长、STI内氧化硅的填充。而对于某些高压器件产品，如STI沟槽较深(>8000埃)，则STI内氧化硅的填充很困难，如果只采用一步填充，那么在STI内会有空洞产生，因此对于该类产品，填充过程被细化为三个子步骤，其示意图如图1所示，即为第一次填充(b)、回刻蚀(C)、第二次填充(d)。其中回刻蚀步骤将第一步填充后STI内的缝隙宽度泡大，从而为第二步填充提供帮助。
[0003]由于STI沟槽的宽度较窄，回刻蚀步骤的腐蚀量如果不够，会造成第二步填充的困难和孔洞的产生。如果腐蚀量过大，又会造成如图2示意图所示的有源区侧壁氧化硅的损伤。如图3示意图和图4照片所示，有源区侧壁上部的部分氧化硅已经被酸泡掉或者变薄(正常区域370埃，损失处则只有不到300埃)。这一损伤会造成器件电学性能的改变，降低STI的绝缘性能，造成器件漏电，影响良率。
[0004]因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。
【
【发明内容】
】
[0005]本发明的目的在于提供一种改善有源区侧壁氧化硅损伤的方法，从而补偿湿法腐蚀步骤对侧壁氧化硅的损伤，使侧壁顶部和底部氧化硅厚度相近，防止顶部区域漏电。
[0006]为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种浅沟槽隔离结构的形成方法，其包括:提供衬底，所述衬底上依次形成有衬垫氧化层和氮化硅层，所述衬垫氧化层和氮化硅层内形成暴露出衬底的开口 ；
[0007]沿开口在所述衬底上形成浅沟槽；
[0008]形成覆盖所述浅沟槽的表面的保护氧化层；
[0009]形成覆盖所述保护氧化层且填充所述浅沟槽的第一氧化层；
[0010]回刻蚀所述第一氧化层；
[0011]形成覆盖部分所述保护氧化层的补充氧化层；
[0012]形成覆盖所述保护氧化层及补充氧化层的第二氧化层；
[0013]平坦化第一氧化层、第二氧化层和保护氧化层直至暴露出所述氮化硅层；
[0014]去除所述氮化硅层。
[0015]作为本发明的一个优选的实施例，所述保护氧化层的形成工艺为热氧化工艺。
[0016]作为本发明的一个优选的实施例，所述保护氧化层的厚度为300埃。
[0017]作为本发明的一个优选的实施例，所述第一氧化层的形成工艺为高密度等离子体化学气相沉积工艺。
[0018]作为本发明的一个优选的实施例，所述回刻蚀方法为湿法腐蚀。
[0019]作为本发明的一个优选的实施例，所述湿法腐蚀为采用氢氟酸浸泡的方法。
[0020]作为本发明的一个优选的实施例，所述补充氧化层的形成工艺为热氧化工艺。
[0021]作为本发明的一个优选的实施例，所述热氧化工艺采用炉管热生长方式。
[0022]作为本发明的一个优选的实施例，所述第二氧化层的形成工艺为高密度等离子体化学气相沉积工艺。
[0023]与现有技术相比，本发明中的浅沟槽隔离结构的形成方法，对于在STI填充步骤中分三步完成，在其中回刻蚀步骤之后，增加了一道形成补充氧化层的步骤，使有源区侧壁顶部被腐蚀变薄或者裸露的区域生长出新的热氧化硅，从而补偿回刻蚀步骤中部分侧壁氧化硅的损伤，最终使侧壁顶部和底部氧化硅厚度达到接近一致的效果，以防止器件电学性能改变，降低STI的绝缘性能，避免侧壁顶部区域漏电。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0024]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
[0025]图1为现有技术中的STI技术中浅沟槽填充工艺示意图；
[0026]图2为现有技术中的STI技术中浅沟槽填充工艺中，侧壁保护氧化层缺失部位示意图；
[0027]图3为现有技术中的STI技术中浅沟槽填充工艺中，侧壁保护氧化层缺失部位剖面示意图；
[0028]图4为图3中A部位放大示意图；
[0029]图5为本发明中的一种浅沟槽隔离结构的形成方法在一个实施例中的流程图；和，
[0030]图6为本发明中的STI技术中浅沟槽填充工艺示意图。
【【具体实施方式】】
[0031]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0032]首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0033]其次，本发明利用示意图等进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间图5为本发明中的一种浅沟槽隔离结构的形成方法在一个实施例中的流程图，图6为本发明中的STI技术中浅沟槽填充工艺示意图。下面结合图6对本发明的一个实施例进行详细说明，如图5所示,所述形成方法100包括如下步骤。
[0034]步骤110，提供衬底，所述衬底上依次形成有衬垫氧化层和氮化硅层，所述衬垫氧化层和氮化娃层内形成暴露出衬底的开口(未图不)。
[0035]具体的，所述衬底(未图示)用于为后续工艺提供平台，所述衬底可以选自N型硅衬底、P型硅衬底、绝缘层上的硅(SOI)等衬底。
[0036]所述衬垫氧化层(未图示)材料可以为氧化硅，可选用热氧化工艺形成。所述衬垫氧化层可以为形成所述氮化硅层提供缓冲层。具体的，所述氮化硅层直接形成到衬底上由于应力较大会在衬底表面造成位错，而衬垫氧化层形成在衬底和氮化硅之间，避免了直接在衬底上形成氮化硅层会产生位错的缺点，并且衬垫氧化层还可以作为后续去除氮化层步骤中的刻蚀停止层。
[0037]所述氮化娃层(未图示)可选用HDP (high dense plasma,高密度等离子体化学气相沉积)工艺。所述氮化硅层作为后续平坦化的停止层。
[0038]在所述氮化硅层表面形成与开口对应的光刻胶图形(未图示)，以所述光刻胶图形为掩膜，采用等离子体刻蚀工艺依次刻蚀氮化硅层和衬垫氧化层，直至形成开口，形成开口后采用灰化工艺或者化学试剂去除工艺去除光刻胶图形。
[0039]步骤120，沿开口在所述衬底上形成浅沟槽(未图示)。
[0040]具体的，沿开口用等离子体刻蚀工艺形成所述浅沟槽。
[0041]步骤130，结合图6中图1所示，形成覆盖所述浅沟槽220的表面的保护氧化层210，由于图6为剖面示意图，且后续与本发明有关联性的仅为保护氧化层210的浅沟槽220开口的侧壁部分，因此保护氧化层210只显示了浅沟槽220开口的侧壁部分)。
[0042]具体的，所述保护氧化层210的形成工艺为热氧化工艺。所述保护氧化层210的厚度为300埃。所述热氧化工艺可以选用炉管热生长方式。
[0043]以上步骤为STI隔离技术常用的一种，不过现有技术中已经公开了很多STI隔离技术，这里就不再重复描述了。需要知晓的是，从本发明的某个角度来说，本发明并不特别关心以上刻蚀及有源区侧壁氧化硅的生长等步骤，只要有浅沟槽220结构并且能形成保护氧化层210即可。
[0044]步骤140，结合图6中图1I所示，形成覆盖所述保护氧化层210且填充所述浅沟槽220的第一氧化层230。
[0045]具体的，所述第一氧化层230的形成工艺为高密度等离子体化学气相沉积工艺。
[0046]步骤150，结合图6中图1II所示，回刻蚀所述第一氧化层，此时部分侧壁的保护氧化层210缺失或减薄240。
[0047]具体的，所述回刻蚀方法为湿法腐蚀，所述湿法腐蚀可以采用氢氟酸浸泡的方法。
[0048]位于界面的所述第一氧化层230比较疏散，容易受到化学试剂的侵蚀，形成边沟。因此在回刻蚀时，部分所述保护氧化层210上的第一氧化层230被侵蚀，使所述保护氧化层210受到化学试剂的侵蚀以至缺失或减薄240。
[0049]步骤160，结合图6中图1V所示，形成覆盖部分所述保护氧化层210的补充氧化层250。
[0050]具体的，形成覆盖部分所述保护氧化层210缺失或减薄部位240表面的补充氧化层250。所述补充氧化层250的形成工艺为热氧化工艺，所述热氧化工艺可以采用炉管热生长方式。
[0051]具体的，在温度为1100°C下，使氧气和有源区侧壁硅发生反应，生成二氧化硅。由于有源区侧壁顶部的氧化硅已经被腐蚀变薄或者裸露，因此氧气更容易透过残留的较薄的氧化硅和有源区侧壁的硅反应，而对于没有被腐蚀的区域，侧壁氧化硅很厚，而且STI内还有HDP氧化硅覆盖，因此氧气无法透过侧壁氧化硅和硅反应，因此最终的效果是有源区侧壁顶部变薄或者裸露的区域可以生长出新的热氧化硅，从而补偿了湿法腐蚀步骤部分侧壁氧化硅的损伤。由于侧壁底部不会生长新的氧化硅，最终侧壁顶部和底部氧化硅厚度达到了接近一致的效果。
[0052]步骤170，结合图6中图V所示，形成覆盖所述保护氧化层210及补充氧化层250的第二氧化层260。
[0053]具体的，形成覆盖所述保护氧化层210及补充氧化层250且填充所述浅沟槽220和所述开口的第二氧化层260，所述第二氧化层260的形成工艺为高密度等离子体化学气相沉积工艺。
[0054]步骤180，平坦化第一氧化层230、第二氧化层260和保护氧化层210直至暴露出所述氮化硅层(未图示)。
[0055]具体的，通过化学机械抛光工艺(CMP)自所述第二氧化层260表面开始磨平所述第二氧化层260、保护氧化层210和第一氧化层230、直到暴露出所述氮化硅层。
[0056]步骤190，去除所述氮化硅层(未图示)。
[0057]具体的，去除氮化硅层的工艺可以为化学试剂去除工艺。
[0058]从另一个角度来讲，步骤180和步骤190的工艺也不属于本发明的重点，其可以采用现有的各种工艺完成，因此为了突出本发明的重点，有关步骤180和步骤190的具体工艺在本文中并未被详细描述。
[0059]所属领域内的普通技术人员应该能够理解的是，本发明的特点或目的之一在于:对于STI填充分三步完成的产品，在其中湿法腐蚀子步骤之后，增加一道炉管的热生长步骤，使有源区侧壁顶部被腐蚀变薄或者裸露的区域生长出新的热氧化硅，从而补偿湿法腐蚀步骤部分侧壁氧化硅的损伤，最终使侧壁顶部和底部氧化硅厚度最终达到了接近一致的效果，从而可以避免因侧壁顶部氧化硅损伤而产生的器件电学性能的改变，提高STI的绝缘性能，防治器件漏电。
[0060]需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的【具体实施方式】所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述【具体实施方式】。
【权利要求】
1.一种浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，其包括: 提供衬底，所述衬底上依次形成有衬垫氧化层和氮化硅层，所述衬垫氧化层和氮化硅层内形成暴露出衬底的开口； 沿开口在所述衬底上形成浅沟槽； 形成覆盖所述浅沟槽的表面的保护氧化层； 形成覆盖所述保护氧化层且填充所述浅沟槽的第一氧化层； 回刻蚀所述第一氧化层； 形成覆盖部分所述保护氧化层的补充氧化层； 形成覆盖所述保护氧化层及补充氧化层的第二氧化层； 平坦化第一氧化层、第二氧化层和保护氧化层直至暴露出所述氮化硅层； 去除所述氮化硅层。
2.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述保护氧化层的形成工艺为热氧化工艺。
3.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述保护氧化层的厚度为300埃。
4.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述第一氧化层的形成工艺为高密度等离子体化学气相沉积工艺。
5.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述回刻蚀方法为湿法腐蚀。
6.根据权利要求5所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述湿法腐蚀为采用氢氟酸浸泡的方法。
7.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述补充氧化层的形成工艺为热氧化工艺。
8.根据权利要求2或7所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述热氧化工艺采用炉管热生长方式。
9.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述第二氧化层的形成工艺为高密度等离子体化学气相沉积工艺。
【文档编号】H01L21/762GK104517886SQ201310456823
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】李健 申请人:无锡华润上华科技有限公司