浅沟道隔离结构及其制作方法和半导体器件的制作方法与流程

文档序号:13448531阅读:484来源:国知局
浅沟道隔离结构及其制作方法和半导体器件的制作方法与流程

本发明涉及半导体器件制作技术领域,更为具体的说,涉及一种浅沟道隔离结构及其制作方法和半导体器件的制作方法。



背景技术:

随着半导体技术的发展,集成电路中器件的特征尺寸越来越小,器件和系统的速度却随之提高。半导体工艺进入深亚微米阶段后,为实现高密度、高性能的器件和电路,隔离与平坦化工艺变得越来越重要。目前,形成隔离区域的方法主要包括有浅沟道隔离工艺(sti,shallowtrenchisolation)等。浅沟道隔离工艺克服了众多其他隔离工艺的局限性,具有优异的隔离性能、平坦的表面形状、良好的抗锁定性能以及几乎为零的场侵蚀,浅沟道隔离工艺成为现今半导体器件的有源区隔离层的主流隔离技术。

在sti工艺中,先在具有氧化物层和阻挡层的衬底上形成沟道对不同掺杂区进行隔离,再利用沉积等工艺在沟道中填充绝缘材料,最后经过平坦化工艺处理后形成隔离结构,最后去除阻挡层。现今在对沟道中填充绝缘材料时可以采用高深宽比工艺(highaspectratioprocess,harp)进行,但是采用高深宽比工艺填充绝缘材料后,且在平坦化工艺并采用刻蚀液去除阻挡层后,刻蚀液对氧化物层表面造成影响,而使得氧化物层表面会出现严重的锐形缺陷(如图1所示缺陷效果图),对此严重影响产品的良率。



技术实现要素:

有鉴于此,本发明提供了一种浅沟道隔离结构及其制作方法和半导体器件的制作方法,通过在氧化物层和阻挡层之间的预设区域设置牺牲层,进而在去除阻挡层时通过牺牲层包括氧化物层的预设区域不被影响,改善氧化物层表面出现锐形缺陷的情况,提高产品的良率。

为实现上述目的,本发明提供的技术方案如下:

一种浅沟道隔离结构的制作方法,包括:

提供一衬底结构,其中,所述衬底结构依次包括半导体衬底、氧化物层和阻挡层,所述半导体衬底包括相邻设置的n型掺杂区和p型掺杂区,且所述氧化物层与所述阻挡层之间的预设区域设置有牺牲层;

对所述衬底结构具有所述阻挡层一侧刻蚀沟道,且所述沟道将所述n型掺杂区和p型掺杂区隔离;

在所述沟道内填充绝缘材料以形成隔离结构;

依次去除所述阻挡层和所述牺牲层。

可选的,所述预设区域为所述n型掺杂区对应区域、所述p型掺杂区对应区域或所述半导体衬底的整个表面对应区域。

可选的,所述依次去除所述阻挡层和所述牺牲层包括:

采用第一刻蚀溶液去除所述阻挡层,且所述第一刻蚀溶液对所述阻挡层的材质的刻蚀速率,大于对所述氧化物层的材质和所述牺牲层的材质的刻蚀速率;

采用第二刻蚀溶液去除所述牺牲层,且所述第二刻溶液对所述牺牲层的材质的刻蚀速率,不小于对所述氧化物层的材质的刻蚀速率。

可选的,所述阻挡层为氮化硅层;

其中,所述第一刻蚀溶液为磷酸溶液。

可选的,所述磷酸溶液的质量浓度范围为85%-88%,包括端点值。

可选的,所述氧化物层和所述牺牲层的材质相同。

可选的,所述氧化物层和所述牺牲层均为二氧化硅层;

其中,所述第二刻蚀溶液为氢氟酸溶液。

可选的,浓度为49%的所述氢氟酸溶液与水的体积比为100:1~200:1,包括端点值。

可选的,所述在所述沟道内填充绝缘材料以形成隔离结构包括:

采用高深宽比工艺在所述沟道内填充绝缘材料;

对所述衬底结构具有所述阻挡层一侧的表面进行平坦化处理,去除多余绝缘材料形成隔离结构,且裸露所述阻挡层背离所述氧化物层一侧表面。

可选的,所述填充绝缘材料为:

采用四乙氧基硅烷和臭氧反应填充绝缘材料。

可选的,所述牺牲层的厚度范围为20埃-60埃,包括端点值。

可选的,所述阻挡层的厚度范围为350埃-450埃,包括端点值。

相应的,本发明还提供了一种浅沟道隔离结构,所述浅沟道隔离结构采用上述的浅沟道隔离结构的制作方法制作而成。

相应的,本发明还提供了一种半导体器件的制作方法,所述半导体器件的制作方法包括上述的浅沟道隔离结构的制作方法。

可选的,所述半导体器件为三维存储器。

相较于现有技术,本发明提供的技术方案至少具有以下优点:

本发明提供了一种浅沟道隔离结构及其制作方法和半导体器件的制作方法,包括:提供一衬底结构,其中,所述衬底结构依次包括半导体衬底、氧化物层和阻挡层,所述半导体衬底包括相邻设置的n型掺杂区和p型掺杂区,且所述氧化物层与所述阻挡层之间的预设区域设置有牺牲层;对所述衬底结构具有所述阻挡层一侧刻蚀沟道,且所述沟道将所述n型掺杂区和p型掺杂区隔离;在所述沟道内填充绝缘材料以形成隔离结构;依次去除所述阻挡层和所述牺牲层。由上述内容可知,本发明提供的技术方案,通过在氧化物层和阻挡层之间的预设区域设置牺牲层,进而在去除阻挡层时通过牺牲层包括氧化物层的预设区域不被影响,改善氧化物层表面出现锐形缺陷的情况,提高产品的良率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术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的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有的氧化物层表面形成的缺陷效果图;

图2为本申请实施例提供的一种浅沟道隔离结构的制作方法的流程图;

图3为本申请实施例提供的氧化物层的表面的预设区域的效果图;

图4a-图4d为图2中各个步骤对应的结构示意图;

图5为本申请实施例提供的一种隔离结构的形成过程的流程图;

图6为本申请实施例提供的一种去除阻挡层和牺牲层的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

正如背景技术所述,在sti工艺中,先在具有氧化物层和阻挡层的衬底上形成沟道对不同掺杂区进行隔离,再利用沉积等工艺在沟道中填充绝缘材料,最后经过平坦化工艺处理后形成隔离结构,最后去除阻挡层。现今在对沟道中填充绝缘材料时可以采用高深宽比工艺(highaspectratioprocess,harp)进行,但是采用高深宽比工艺填充绝缘材料后,且在平坦化工艺并采用刻蚀液去除阻挡层后,刻蚀液对氧化物层表面造成影响,而使得氧化物层表面会出现严重的锐形缺陷(如图1所示缺陷效果图),对此严重影响产品的良率。

基于此,本申请实施例提供了一种浅沟道隔离结构及其制作方法和半导体器件的制作方法,通过在氧化物层和阻挡层之间的预设区域设置牺牲层,进而在去除阻挡层时通过牺牲层包括氧化物层的预设区域不被影响,改善氧化物层表面出现锐形缺陷的情况,提高产品的良率。为实现上述目的,本申请实施例提供的技术方案如下,具体结合图2至图6对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。

参考图2所示,为本申请实施例提供的一种浅沟道隔离结构的制作方法的流程图,其中,制作方法包括:

s1、提供一衬底结构,其中,所述衬底结构依次包括半导体衬底、氧化物层和阻挡层,所述半导体衬底包括相邻设置的n型掺杂区和p型掺杂区,且所述氧化物层与所述阻挡层之间的预设区域设置有牺牲层;

s2、对所述衬底结构具有所述阻挡层一侧刻蚀沟道,且所述沟道将所述n型掺杂区和p型掺杂区隔离;

s3、在所述沟道内填充绝缘材料以形成隔离结构;

s4、依次去除所述阻挡层和所述牺牲层。

在本申请一实施例中,本申请提供的所述氧化物层和所述牺牲层的材质相同,进而,在去除阻挡层时通过牺牲层保护氧化物层的表面的预设区域,而后,去除牺牲层后保证氧化物层的表面的预设区域的质量高,改善氧化物层表面出现锐形缺陷的情况,如图3所示的本申请实施例提供的氧化物层的表面的预设区域的效果图。

需要说明的是,本申请实施例提供的所述预设区域为所述n型掺杂区对应区域、所述p型掺杂区对应区域或所述半导体衬底的整个表面对应区域。即,在后续工艺中可能会去除不需要的氧化物层的部分,故而,通过牺牲层保护氧化物层的特定的区域,避免该特定的区域出现锐形缺陷的情况,保证最终形成的半导体器件的性能优良。

由上述内容可知,本申请实施例提供的技术方案,通过在氧化物层和阻挡层之间的预设区域设置牺牲层,进而在去除阻挡层时通过牺牲层包括氧化物层的预设区域不被影响,改善氧化物层表面出现锐形缺陷的情况,提高产品的良率。

下面结合具体结构对本申请提供的浅沟道隔离结构的制作方法进行具体描述,结合图4a-图4d所示,为图2中各个步骤对应的结构示意图。

参考图4a所示,对应步骤s1,提供一衬底结构,该衬底结构依次包括半导体衬底110、氧化物层120和阻挡层130,半导体衬底110包括相邻设置的n型掺杂区和p型掺杂区,且氧化物层120和阻挡层130之间的预设区域(如n型掺杂区所对应区域)设置有牺牲层140。

本申请实施例提供的衬底结构的制作方法可以为:首先,提供一基底衬底,并对该基底衬底的同一侧进行n型掺杂(如对基底衬底进行磷掺杂)和p型掺杂(如对基地衬底进行硼掺杂)处理,形成相邻设置的n型掺杂区和p型掺杂区得到半导体衬底;其中,本申请对于半导体衬底的材质不做具体限制,其可以为硅半导体衬底,并且,基底衬底可以为n型基底衬底,还可以为p型基地衬底;

其次,在半导体衬底具有掺杂区一侧表面制作氧化物层,其中,氧化物层可以采用对半导体衬底表面进行热氧化处理形成,或者采用其他工艺形成,对此本申请不做具体限制;

而后,在氧化物层背离半导体衬底一侧表面的预设区域(如n型掺杂区对应区域)形成牺牲层;其中,在牺牲层与氧化物层材质相同时,可以在制作氧化物层完毕后,继续在该预设区域生长牺牲层;其中,本申请实施例提供的氧化物层和牺牲层均可以为二氧化硅层;

最后,在氧化物层和牺牲层裸露的表面上形成阻挡层;其中,本申请实施例提供的阻挡层可以为氮化硅层。

在本申请一实施例中,本申请提供的所述牺牲层的厚度范围为20埃-60埃,包括端点值,具体数值可以为30埃、40埃、50埃等。及,本申请提供的所述阻挡层的厚度范围为350埃-450埃,包括端点值,具体数值可以为360埃、390埃、430埃等,对上述参数数值本申请不做具体限制,需要根据实际应用进行具体设计。

参考图4b所示,对应步骤s2,对衬底结构具有阻挡层130一侧刻蚀沟道200,且沟道200将n型掺杂区和p型掺杂区隔离。

本申请实施例提供的沟道可以采用光刻工艺形成,其具体可以为:首先,在阻挡层背离半导体衬底一侧形成光刻胶层,并对光刻胶层进行显影、曝光等处理后,在光刻胶层上形成一开口区;

而后,沿开口区进行刻蚀沟道,沟道沿阻挡层至氧化物层方向深入至半导体衬底中,且将n型掺杂区和p型掺杂区进行隔离。

参考图4c所示,对应步骤s3,在沟道200内填充绝缘材料以形成隔离结构300。

参考图5所述,为本申请实施例提供的一种隔离结构的形成过程的流程图,其中,本申请提供的所述在所述沟道内填充绝缘材料以形成隔离结构包括:

s31、采用高深宽比工艺在所述沟道内填充绝缘材料。

其中,本申请实施例提供的绝缘材料可以为二氧化硅材料,并且,本申请实施例提供的所述填充绝缘材料为:

采用四乙氧基硅烷和臭氧反应填充绝缘材料。

s32、对所述衬底结构具有所述阻挡层一侧的表面进行平坦化处理,去除多余绝缘材料形成隔离结构,且裸露所述阻挡层背离所述氧化物层一侧表面。

其中,在对沟道内填充绝缘材料后,绝缘材料会填满沟道,且延伸覆盖至衬底结构的表面,故而,需要对衬底结构具有阻挡层一侧表面进行平坦化处理,其中,本申请实施例提供的平坦化处理可以采用化学机械研磨工艺进行。通过平坦化处理去除多余绝缘材料形成隔离结构,并且去除衬底结构表面其他区域的绝缘材料以裸露出阻挡层的表面,对此与现有技术相同,故不做多余赘述。

参考图4d所示,对应步骤s4,依次去除阻挡层130和牺牲层140。

参考图6所示,为本申请实施例提供的一种去除阻挡层和牺牲层的方法的流程图,其中,本申请实施例提供的所述依次去除所述阻挡层和所述牺牲层包括:

s41、采用第一刻蚀溶液去除所述阻挡层,且所述第一刻蚀溶液对所述阻挡层的材质的刻蚀速率,大于对所述氧化物层的材质和所述牺牲层的材质的刻蚀速率;

s42、采用第二刻蚀溶液去除所述牺牲层,且所述第二刻溶液对所述牺牲层的材质的刻蚀速率,不小于对所述氧化物层的材质的刻蚀速率。

在本申请一实施例中,本申请提供的所述阻挡层为氮化硅层;

其中,所述第一刻蚀溶液为磷酸溶液。

可选的,本申请实施例提供的所述磷酸溶液的质量浓度范围为85%-88%,包括端点值,具体数值可以为86%、87%等,对此本申请不做具体限制。

及,在本申请一实施例中,本申请实施例提供的所述氧化物层和所述牺牲层均为二氧化硅层;

其中,所述第二刻蚀溶液为氢氟酸溶液。

可选的,本申请实施例提供的浓度为49%的所述氢氟酸溶液与水的体积比为100:1~200:1,包括端点值。

在去除氮化硅材质的阻挡层时,利用磷酸溶液对氮化硅材质的高选择比刻蚀完毕阻挡层后,再利用氢氟酸溶液对二氧化硅材质的牺牲层以稳定的刻蚀速率进行刻蚀,这样既能保证阻挡层完全去除,又能保证牺牲层在去除阻挡层时保护氧化物层的预设区域不被影响,最终保证氧化物层的预设区域的质量高。

相应的,本申请实施例还提供了一种浅沟道隔离结构,所述浅沟道隔离结构采用上述的浅沟道隔离结构的制作方法制作而成。

相应的,本申请实施例还提供了一种半导体器件的制作方法,所述半导体器件的制作方法包括上述的浅沟道隔离结构的制作方法。

可选的,本申请实施例提供的所述半导体器件为三维存储器。在本申请其他实施例中,半导体器件还可以为其他具体器件,对此本申请不做具体限制。

本申请实施例提供了一种浅沟道隔离结构及其制作方法和半导体器件的制作方法,包括:提供一衬底结构,其中,所述衬底结构依次包括半导体衬底、氧化物层和阻挡层,所述半导体衬底包括相邻设置的n型掺杂区和p型掺杂区,且所述氧化物层与所述阻挡层之间的预设区域设置有牺牲层;对所述衬底结构具有所述阻挡层一侧刻蚀沟道,且所述沟道将所述n型掺杂区和p型掺杂区隔离;在所述沟道内填充绝缘材料以形成隔离结构;依次去除所述阻挡层和所述牺牲层。由上述内容可知,本申请实施例提供的技术方案,通过在氧化物层和阻挡层之间的预设区域设置牺牲层,进而在去除阻挡层时通过牺牲层包括氧化物层的预设区域不被影响,改善氧化物层表面出现锐形缺陷的情况,提高产品的良率。

对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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