浅沟槽隔离结构的形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种浅沟槽隔离结构的形成方法。
【背景技术】
[0002] 在集成电路制作中，形成在半导体衬底上的元件必须与其他元件隔离，因此， 隔离技术是一种重要技术。随着半导体制作技术的进步，浅沟槽隔离（ShallowTrench Isolation，STI)技术已经逐渐取代了如局部硅氧化法（LOCOS)等传统半导体器件隔离技 术。
[0003] 现有浅沟槽隔离结构的形成方法一般包括：在半导体衬底上形成垫氧化层（Pad Oxide)和硬掩膜层，所述硬掩膜层通常可以采用氮化硅，再蚀刻所述硬掩膜层、垫氧化 层和半导体衬底形成浅沟槽；之后采用热氧化工艺在浅沟槽的底部及侧壁形成衬氧化层 (Liner Oxide)，并在所述衬氧化层上形成用于填充浅沟槽的绝缘层；接着进行化学机械研 磨（CMP)平坦化各结构表面，以所述硬掩膜层作为研磨终止层，留下平坦的表面，最后再将 所述硬掩膜层和垫氧化层去除。
[0004] 然而，如图1所示电镜照片，经检验发现，当采用现有形成方法在半导体衬底100 上形成的浅沟槽隔离结构101时，浅沟槽隔离结构101周边的半导体衬底100出现了孔洞 (Void) 102。一旦浅沟槽隔离结构周边出现孔洞，就可能导致浅沟槽隔离结构相应的隔离作 用失效，最终导致相应的芯片失效。经进一步检验，采用现有形成方法形成的浅沟槽隔离结 构中，其周边半导体衬底出现孔洞的概率高达60%，并且最终导致整个晶圆上的芯片良率 下降0· 6%~L 7%。
[0005] 为此，亟需一种新的浅沟槽隔离结构的形成方法，以防止浅沟槽隔离结构周边的 半导体衬底出现孔洞，从而防止相应的芯片失效。
【发明内容】
[0006] 本发明解决的问题是提供一种浅沟槽隔离结构的形成方法，以形成绝缘性能好， 并且周边半导体衬底不出现孔洞的浅沟槽隔离结构，从而提高相应芯片的良率。
[0007] 为解决上述问题，本发明提供一种浅沟槽隔离结构的形成方法，包括：
[0008] 提供半导体衬底；
[0009] 在所述半导体衬底表面形成浅沟槽；
[0010] 在所述浅沟槽的底部和侧壁形成衬氧化层；
[0011] 在形成所述衬氧化层之后，进行清洗工艺；
[0012] 在所述清洗工艺之后，对所述衬氧化层进行高温退火处理；
[0013] 采用绝缘材料填充满所述浅沟槽。
[0014] 可选的，所述清洗工艺包括：采用硫酸和双氧水的混合溶液清洗所述衬氧化层。
[0015] 可选的，所述清洗工艺还包括：在采用硫酸和双氧水的混合溶液清洗所述衬氧化 层之后，先采用氨水、双氧水和去离子水的混合溶液清洗所述衬氧化层，再采用盐酸、双氧 水和去离子水的混合溶液清洗所述衬氧化层。
[0016] 可选的，所述硫酸的质量浓度为98 %，所述双氧水的质量浓度为30 %，所述硫酸 和所述双氧水的体积比为1:4~1:7。
[0017] 可选的，所述硫酸和双氧水的混合溶液采用的温度范围为120°C~130°C。
[0018] 可选的，所述硫酸和双氧水的混合溶液采用的清洗时间为5min~lOmin。
[0019] 可选的，所述氨水、双氧水和去离子水的混合溶液采用的温度范围为30°C~ 40。。。
[0020] 可选的，所述盐酸、双氧水和去离子水的混合溶液采用的温度范围为20°C~ 25。。。
[0021] 可选的，在形成所述浅沟槽之后，且在形成所述衬氧化层之前，还包括对所述浅沟 槽表面进行清洗的步骤。
[0022] 可选的，所述高温退火处理采用的退火温度为1050°C~1150°C。
[0023] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
[0024] 本发明的技术方案中，在浅沟槽表面形成衬氧化层之后，对所述衬氧化层进行清 洗，从而去除衬氧化层形成过程中产生的不稳定氧化物，防止所述不稳定氧化物与后续的 酸溶液反应，保证最终形成的浅沟槽隔离结构周边的半导体衬底不出现孔洞，提高浅沟槽 隔尚结构的质量，最终提1?相应芯片的良率。
[0025] 进一步，在采用第一步骤清洗所述衬氧化层，使所述不稳定氧化物生成氧化物之 后，生成的所述氧化物位于衬氧化层表面，并采用第二步骤清洗去除所述氧化物，从而使衬 氧化层表面更加平坦，进一步提高后续形成的浅沟槽隔离结构的质量。
[0026] 进一步，在采用第二步骤清洗去除所述氧化物之后，采用第三步骤清洗去除金属 离子等杂质，使所述衬氧化层所处的环境更加干净，保证最终形成的浅沟槽隔离结构的性 能进一步提1?。
【附图说明】
[0027] 图1是现有方法形成的浅沟槽隔离结构电镜照片；
[0028] 图2至图5是本发明实施例提供的浅沟槽隔离结构的形成方法各步骤对应剖面结 构示意图。
【具体实施方式】
[0029] 正如【背景技术】所述，现有浅沟槽隔离结构的形成方法所形成的浅沟槽隔离结构 中，位于浅沟槽隔离结构周边的半导体衬底易出现孔洞。经实验发现，所述孔洞在刚刚采用 绝缘材料填充浅沟槽时并不会出现，而是出现在硬掩膜层被去除之后。
[0030] 经分析，位于浅沟槽隔离结构周边的半导体衬底出现孔洞的原因如下：在蚀刻半 导体衬底形成浅沟槽后，通常会采用酸溶液清洗浅沟槽，由于酸溶液的清洗作用会导致浅 沟槽表面带有半导体材料的离子（例如Si+)，所述清洗之后，通常接着在所述浅沟槽表面形 成衬氧化层，在形成所述衬氧化层的过程中，氧气与位于所述半导体材料的离子下方的半 导体衬底发生反应，形成氧化物（例如SiO2)，即所述衬氧化层，而所述半导体材料的离子会 与衬氧化层中的氧化物反应，形成不稳定氧化物（例如SiO)，不稳定氧化物集中位于浅沟 槽侧壁上方周边，在隔离结构形成后，再采用酸溶液去除硬掩膜层时，不稳定氧化物会被酸 溶液溶解，造成对所述衬氧化层的腐蚀，并进一步导致所述衬氧化层下方的半导体衬底被 腐蚀，最终造成位于浅沟槽隔离结构周边的半导体衬底出现孔洞。
[0031] 为此，本发明提供一种新的浅沟槽隔离结构的形成方法，所述形成方法在浅沟槽 表面形成衬氧化层之后，并不直接进行高温热退火处理，而是先进行清洗处理，以清除位 于所述衬氧化层表面的不稳定氧化物，防止位于浅沟槽隔离结构周边的半导体衬底出现孔 洞，提1?浅沟槽隔尚结构的质量，并且提1?相应芯片的良率。
[0032] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施例做详细的说明。
[0033] 本发明实施例提供一种浅沟槽隔离结构的形成方法，请结合参考图2至图5。
[0034] 请参考图2,提供半导体衬底200,并在半导体衬底200上形成垫氧化层210,在垫 氧化层210上形成硬掩膜层220。
[0035] 本实施例中，半导体衬底200材质可以是单晶硅或多晶硅，半导体衬底200也可以 是绝缘层上硅结构、硅锗化合物结构或硅镓化合物结构等。
[0036] 本实施例中，垫氧化层210的材料可以为二氧化硅。垫氧化层210的厚度可以为 100人~200人，例如具体可以为100人。垫氧化层210可以通过热氧化工艺生长形成。所述热 氧化工艺可以是快速热氧化工艺（rapid thermal oxidation, RT0)，或者是采用氧气的传统 退火工艺（annealing process) 〇
[0037] 本实施例中，硬掩膜层220的材料可以为氮化硅或者碳氮化硅等，并且硬掩膜层 220可以为单层结构也可以为多层结构。硬掩膜层220的厚度可以为IOOnm~200nm，例 如具体可以为150nm。硬掩膜层220可以通过沉积方法或外延生长法在垫氧化层210上形 成。所述沉积方法可以是化学气相沉积法（CVD)或者是低压化学气相沉积法（IowpressureCVD，LPCVD)沉积等。
[0038] 请参考图3,在半导体衬底200表面形成浅沟槽201。
[0039] 本实施例中，浅沟槽201的具体形成过程可以包括：在硬掩膜层220上旋涂光刻胶 层（未示出），并通过曝光显影形成沟槽图案（即在硬掩膜层220上形成图案化的光刻胶 层）；以所述光刻胶层为掩模，蚀刻硬掩膜层220和垫氧化层210形成开口（未示出），所述 开口的底部露出半导体衬底200表