浅沟槽隔离结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种浅沟槽隔离结构的制作方法，包括步骤：在衬底上依次沉积氧化层和掩膜层；形成一开口，至少位于所述掩膜层中；在所述开口的侧壁上形成侧墙；以所述侧墙和掩膜层为掩膜，对所述衬底进行刻蚀，在所述衬底中形成一沟槽；去除所述侧墙；以及在所述开口和沟槽中填充绝缘材料，形成浅沟槽隔离结构。本发明通过形成所述侧墙能改变后续刻蚀工艺中浅沟槽隔离结构的形状，减小或者消除浅沟槽隔离区和有源区边缘的边沟，从而能减少反向窄沟道效应，提高器件的性能。
【专利说明】
浅沟槽隔离结构的制作方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及浅沟槽隔离结构的制作方法。
【背景技术】
[0002]在半导体制造领域，随着半导体器件集成和小型化的发展，隔离半导体器件的隔离结构的大小也随之减小。因此，目前浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolat1n，STI)结构成为深亚微米时代的互补型金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)器件制造的主流隔离工艺。
[0003]浅沟槽隔离结构作为一种器件隔离技术，传统的具体工艺如下:参考图1，提供一衬底101，在其表面从下至上依次形成垫氧化物层102、氮化硅层103和光刻胶层104;参考图2，曝光显影后在光刻胶层104中形成开口 A，所述开口 A具有与界定出有源区的隔离结构对应的形状;参考图3，利用具有开口 A(如图1所示)的光刻胶层104作为掩模，刻蚀形成贯穿所述氮化硅层103和垫氧化物层102直到所述衬底101内的隔离沟槽B，去除光刻胶层104，最后在图3中的隔离沟槽B内沉积氧化硅材料，所述氧化硅材料填充满隔离沟槽B并覆盖隔离沟槽B两侧的氮化硅层103，通过CMP工艺去除氮化硅层103上多余的氧化硅材料，并且在后续的工艺中，还牵涉去除氮化硅层103和去除垫氧化物层102的步骤，最终形成浅沟槽隔离结构C，如图4所示。
[0004]在上述传统STI结构的制造过程中会造成浅沟槽隔离结构C中的氧化硅下凹，形成向下凹陷的形状，称作边沟(divot)105，如图4所示，边沟105处会产生边缘电场。随着半导体器件的尺寸越来越小，器件有源区的宽度就会越来越浅，再加上传统STI结构制造中出现的边沟，这样就会引起阈值电压下降，从而出现器件漏电流增大的反向窄沟道效应(Inverse Narrow Width Effect，INWE)，这种效应会对器件和电路的特性产生很严重的影响。
[0005]因此，针对上述技术问题，有必要提供新的浅沟槽隔离结构的制作方法。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是减小浅沟槽隔离结构中因边沟引起的反向窄沟道效应，提尚器件的性能。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供的浅沟槽隔离结构的制作方法，包括如下步骤:
[0008]在衬底上依次沉积氧化层和掩膜层；
[0009]形成一开口，至少位于所述掩膜层中；
[0010]在所述开口的侧壁上形成侧墙；
[0011 ]以所述侧墙和掩膜层为掩膜，对所述衬底进行刻蚀，在所述衬底中形成一沟槽；
[0012]去除所述侧墙；以及
[0013]在所述开口和沟槽中填充绝缘材料，形成浅沟槽隔离结构。
[0014]可选的，所述开口位于所述氧化层上。
[0015]可选的，所述开口位于所述掩膜层和氧化层中。
[0016]可选的，在所述氧化层和掩膜层之间形成一浮置栅极层，所述开口还位于所述浮置栅极层中。
[0017]进一步的，在所述开口的侧壁上形成侧墙的步骤中包括:形成一牺牲层;刻蚀形成所述侧墙。
[0018]进一步的，对所述牺牲层进行一退火工艺，较佳的，在氮气环境下进行所述退火工
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[0019]进一步的，所述牺牲层的材料为氧化物，较佳的，所述牺牲层为正硅酸乙酯(Tetraethyl Orthosilicate，TE0S)与氧气发生化学反应沉积得到。
[0020]进一步的，通过自对准工艺蚀刻所述牺牲层以形成所述侧墙。
[0021 ]进一步的，采用湿法刻蚀工艺去除所述侧墙。
[0022]进一步的，在所述开口和沟槽中填充绝缘材料之后，采用化学机械抛光进行平坦化步骤最终停止在所述掩膜层上，最后，去除所述掩膜层以形成最终的浅沟槽隔离结构。
[0023]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0024]本发明通过形成所述侧墙制作STI结构能够减小或者消除浅沟槽隔离区和有源区边缘的边沟(divot)，提高半导体器件中隔离区和有源区边缘处的阈值电压，降低边缘处器件的漏电，从而能减小浅沟槽隔离结构的反向窄沟道效应，提高器件的性能。
【附图说明】
[0025]图1至图4为传统浅沟槽隔离结构的制作方法中各步骤对应的结构示意图；
[0026]图5为本发明一实施例中浅沟槽隔离结构的制作方法的流程图；
[0027]图6至图13为本发明一实施例中浅沟槽隔离结构的制作方法中各步骤对应的结构示意图。
[0028]图14至图15为本发明另一实施例中浅沟槽隔离结构的制作方法中相应步骤对应的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面将结合流程图和示意图对本发明浅沟槽隔离结构的制作方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
[0030]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0031]本发明的核心思想在于，本发明提供一种浅沟槽隔离结构的制作方法，如图5所示，包括如下步骤:
[0032]S1、在衬底上依次沉积氧化层和掩膜层；
[0033]S2、形成一开口，至少位于所述掩膜层中；
[0034]S3、在所述开口的侧壁上形成侧墙；
[0035]S4、以所述侧墙和掩膜层为掩膜，对所述衬底进行刻蚀，在所述衬底中形成一沟槽；
[0036]S5、去除所述侧墙；以及
[0037]S6、在所述开口和沟槽中填充绝缘材料，形成浅沟槽隔离结构。
[0038]本发明通过形成所述侧墙制作STI结构能够减小或者消除浅沟槽隔离区和有源区边缘的边沟(divot)，提高半导体器件中隔离区和有源区边缘处的阈值电压，降低边缘处器件的漏电，从而能减小浅沟槽隔离结构的反向窄沟道效应，提高器件的性能。
[0039]以下列举所述浅沟槽隔离结构的制作方法的实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。
[0040]实施例1:
[0041 ]如图5所示，首先，步骤SI，在所述衬底201上依次沉积氧化层202、掩膜层203，如图6所示，在本发明实施例中，所述衬底201可以包括任意下面的材料或可以使用的材料，或者在其上可以形成器件、电路或外延层的任何材料。在其他替换实施例中，所述衬底201可以包括诸如掺杂硅、砷化镓、砷磷化镓、磷化铟、锗、或者硅锗衬底的半导体衬底。例如，所述衬底201可以包括除了半导体衬底部分之外的，诸如S12或Si3N4层之类的绝缘层。因此，所述衬底201用于一般地定义位于感兴趣的层或部分下方的多层要素。同样，所述衬底201可以是其上形成层的任意其他基底，例如玻璃或者金属层。
[0042]优选的，所述掩膜层203可以包括氮化物，但是在其他实施例中，掩膜层203可以包括其他合适的材料，假若其性能使得其作为用于抛光步骤的停止层，使得其对于后续刻蚀(例如，侧墙(如下述)湿法刻蚀)具有抗蚀性，并且其对于各向异性衬底的刻蚀(例如，产生侧墙(如下述)的自对准工艺蚀刻)具有抗蚀性。
[0043]执行步骤S2，形成一开口D，至少位于所述掩膜层203中。所述开口D可以通过本领域普通技术人员公知的光刻和蚀刻工艺来实现。例如，光刻和蚀刻工艺包括以下连续步骤。首先，通过旋涂将光致抗蚀剂涂覆在所述掩膜层203上，例如，光致抗蚀剂层可以具有几个微米的厚度，并且可以是由可以用作光致抗蚀剂的任意合适的聚合物(例如聚乙烯肉桂酸酯、或基于热塑性酚醛树脂的聚合物)构成。接着，通过UV光经过施加的掩膜照射所述光致抗蚀剂层。在照射之后，对光致抗蚀剂显影，依赖于所使用光致抗蚀剂的类型，引起光致抗蚀剂的已照射部分(正抗蚀剂)或未照射部分(负抗蚀剂)的去除。然后使用已显影的光致抗蚀剂层作为掩膜对所述掩膜层203进行刻蚀，其后典型地通过使用有机溶剂去除光致抗蚀剂层的剩余部分，形成贯穿所述掩膜层203的所述开口D，即所述开口D位于所述氧化层202上，如图7所示。
[0044]执行步骤S3，在所述开口D的侧壁上形成侧墙。
[0045]首先，在所述开口D中形成一牺牲层204，如图8所示，例如，所述牺牲层204的材料可以是氧化物，常用的如TEOS与氧气发生化学反应沉积得到，较佳的，对所述牺牲层204进行一氮气环境下的退火工艺，使所述牺牲层204的材料致密性更好，在其他实施例中，退火环境可以为其他惰性气体。
[0046]然后在所述开口D中形成具有所述牺牲层204的侧墙，如图9所示，所述侧墙可以通过本领域普通技术人员公知的自对准工艺蚀刻来实现，在此不作赘述。
[0047]执行步骤S4，以所述侧墙和掩膜层203为掩膜，对所述衬底201进行刻蚀，形成贯穿所述氧化层202直至所述衬底201内的一沟槽E，如图10所示，该步骤中可以通过本领域普通技术人员公知的光刻技术来实现，在此不作赘述。
[0048]执行步骤S5，去除所述侧墙，采用湿法刻蚀工艺去除所述侧墙，在实际操作中，在刻蚀所述侧墙的同时，位于所述侧墙下方的所述氧化层202的部分及全部也会被刻蚀掉，如图11所示。
[0049]执行步骤S6，在所述开口 D和沟槽E中填充绝缘材料205，如图12所示，常用的绝缘材料为二氧化硅。然而在另外的描述中，将绝缘材料205称作为二氧化硅层205，应该理解的是这只是为了易于理解，并且不是为了限制。接下来，对所述二氧化硅层205进行平面化，例如，这是通过对于本领域普通技术人员公知的诸如化学机械抛光(Chemical MechanicalPolishing，CMP)之类的抛光工艺来实现的，去除所述垫氮化娃层203上的多余的二氧化娃层205，最后，去除所述掩膜层203和所述氧化层202，例如，使用磷酸清洗去除所述氮化硅层203，使用氢氟酸湿法刻蚀去除所述氧化层202，这些方法都是本领域普通技术人员公知的，在此不作赘述，最终形成浅沟槽隔离结构F，如图13所示。
[0050]本发明实施例1中制作的浅沟槽隔离结构F相比传统的STI结构C，不存在边沟105。[0051 ] 实施例2:
[0052]请参阅图14-图15，其中，在图14-图15中，参考标号表示与图6-图13相同的表述与第一实施方式相同的结构。所述第二实施例的制作方法与所述第一实施例的制作方法基本相同，其区别在于:在步骤S2中，如图14所示，形成一开口G，所述开口G位于所述掩膜层203和氧化层202中。相应地，在步骤S3中，在所述开口 G的侧壁上形成的侧墙，如图15所示。
[0053]接着，相继执行同所述第一实施例中的步骤S4、S5和S6，本发明实施例2最终制作的浅沟槽隔离结构与实施例1中的浅沟槽隔离结构相同，相比传统的STI结构C，也不会存在边沟105。
[0054]另外，当上述浅沟槽隔离结构应用于闪存器件中时，上述制作方法还包括在所述氧化层202和掩膜层203之间形成一制备存储器的浮置栅极层，所述浮置栅极层的介质材料为多晶硅或氮化硅或具有导电性的纳米晶体材料，在上述制作方法中形成的一开口还位于所述浮置栅极层中。
[0055]综上，本发明所述的浅沟槽隔离结构的制作方法中通过形成所述侧墙能改变后续刻蚀工艺中STI结构的形状，能够减小或者消除浅沟槽隔离区和有源区边缘的边沟(divot)，提高半导体器件中隔离区和有源区边缘处的阈值电压，降低边缘处器件的漏电，从而能减小浅沟槽隔离结构的反向窄沟道效应，提高器件的性能。
[0056]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤: 在衬底上依次沉积氧化层和掩膜层； 形成一开口，至少位于所述掩膜层中； 在所述开口的侧壁上形成侧墙； 以所述侧墙和掩膜层为掩膜，对所述衬底进行刻蚀，在所述衬底中形成一沟槽； 去除所述侧墙；以及 在所述开口和沟槽中填充绝缘材料，形成浅沟槽隔离结构。2.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，所述开口形成于所述氧化层上。3.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，所述开口位于所述掩膜层和氧化层中。4.如权利要求1至3中任意一项所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括: 在所述氧化层和掩膜层之间形成一浮置栅极层； 所述开口还位于所述浮置栅极层中。5.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，在所述开口的侧壁上形成侧墙的步骤中包括: 形成一牺牲层； 刻蚀形成所述侧墙。6.如权利要求5所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括对所述牺牲层进行一退火工艺。7.如权利要求6所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，在氮气环境下进行所述退火工艺。8.如权利要求5所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为氧化物。9.如权利要求8所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为通过正硅酸乙酯与氧气发生化学反应沉积而来。10.如权利要求5所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，通过自对准工艺蚀刻所述牺牲层以形成所述侧墙。11.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺去除所述侧墙。12.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括:在所述开口和沟槽中填充绝缘材料之后，采用化学机械抛光进行平坦化步骤最终停止在所述掩膜层上。13.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括:在所述平坦化步骤之后，去除所述掩膜层以形成最终的浅沟槽隔离结构。
【文档编号】H01L21/762GK105914178SQ201610307225
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】徐涛, 陈宏 , 王卉, 曹子贵
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司