沟槽隔离结构的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种沟槽隔离结构的制备方法，包括以下步骤：提供衬底；在衬底上形成氧化层；在氧化层表面依次生成氧化阻挡层以及正硅酸乙酯层；对氧化阻挡层和正硅酸乙酯层进行刻蚀；以氧化阻挡层和正硅酸乙酯层作为掩蔽层进行腐蚀形成沟槽；去除正硅酸乙酯层，并以氧化阻挡层作为阻挡层对沟槽进行氧化；对沟槽区域进行多晶硅填充后对多晶硅进行回刻，将氧化阻挡层表面的多晶硅去除；去除氧化阻挡层和衬底表面的氧化层完成沟槽隔离结构的制备。上述沟槽隔离结构的制备方法制得的沟槽隔离结构的关键尺寸较小且沟槽隔离结构的顶部具有较好的平坦度。
【专利说明】
沟槽隔离结构的制备方法
技术领域
[0001 ] 本发明涉及半导体制备技术领域，特别是涉及一种沟槽隔离结构的制备方法。
【背景技术】
[0002]传统的各工艺(例如SOI (Silicon-On-1nsulator，绝缘衬底上的娃)工艺)中沟槽隔离结构制备过程通常选用TEOS (tetraethyl orthosilicate，正娃酸乙酯)层作为刻蚀阻挡层(hardmask)。采用这种方法制备沟槽隔离结构时，湿法腐蚀总量较大，在沟槽(Trench)顶部会形成较大的凹槽，其平坦度较差，容易导致多晶残留造成软连接影响产品性能。另外，通过这种方法获得的沟槽隔离结构的关键尺寸较大。
【发明内容】
[0003]基于此，有必要针对上述问题，提供一种沟槽隔离结构的顶部平坦度较好且关键尺寸较小的沟槽隔离结构的制备方法。
[0004]—种沟槽隔离结构的制备方法，包括以下步骤:提供衬底；在所述衬底上形成氧化层；在所述氧化层表面依次生成氧化阻挡层以及正硅酸乙酯层；对所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层进行刻蚀；以所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层作为掩蔽层进行腐蚀形成沟槽；去除所述正硅酸乙酯层，并以所述氧化阻挡层作为阻挡层对所述沟槽进行氧化；对沟槽区域进行多晶硅填充后对所述多晶硅进行回刻，将所述氧化阻挡层表面的多晶硅去除；去除所述氧化阻挡层和所述衬底表面的氧化层完成沟槽隔离结构的制备。
[0005]在其中一个实施例中，所述氧化阻挡层为氮化硅层。
[0006]在其中一个实施例中，在所述氧化层表面依次生成氧化阻挡层以及正硅酸乙酯层的步骤之后还包括步骤:在所述正硅酸乙酯层表面形成光刻胶层并进行光刻；所述对所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层进行刻蚀的步骤为以所述光刻胶层为掩蔽层对所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层进行刻蚀。
[0007]在其中一个实施例中，以所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层作为掩蔽层进行腐蚀形成沟槽的步骤之前还包括步骤:去除所述光刻胶层。
[0008]在其中一个实施例中，对所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层进行刻蚀的步骤中还包括对所述氧化层进行刻蚀。
[0009]在其中一个实施例中，所述对沟槽区域进行多晶硅填充后对所述多晶硅进行回亥IJ，将所述氧化阻挡层表面的多晶硅去除的步骤中，回刻后的多晶硅表面低于所述氧化层与所述氧化阻挡层的接触面。
[0010]在其中一个实施例中，在所述氧化层表面依次生成氧化阻挡层以及正硅酸乙酯层的步骤中，所述正硅酸乙酯层是通过低压化学气相淀积形成。
[0011]在其中一个实施例中，所述提供衬底的步骤之后还包括:在所述衬底上依次形成埋氧化层、顶层硅以形成SOI结构。
[0012]在其中一个实施例中，在所述衬底上形成氧化层的步骤为在所述顶层硅的表面形成氧化层；以所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层作为掩蔽层进行腐蚀形成沟槽的步骤为以所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层为掩蔽层对所述顶层硅进行腐蚀形成所述沟槽。
[0013]上述沟槽隔离结构的制备方法，通过氧化阻挡层可以在沟槽氧化过程中对非沟槽区域进行掩蔽，从而阻挡了非沟槽区域被氧化，因此在后续过程中无需通过大量的湿法腐蚀工艺对非沟槽区域的氧化层进行去除，减少了湿法腐蚀量的同时避免了湿法腐蚀所带来的横向侵蚀，使得沟槽隔离结构的关键尺寸较小。并且，还可以避免由于大量湿法腐蚀造成沟槽隔离结构的顶部形成较大的凹槽，使得沟槽隔离结构的顶部具有较好的平坦度。
【附图说明】
[0014]图1为一实施例中的沟槽隔离结构的制备方法的流程图；
[0015]图2为图1所示实施例中的沟槽隔离结构的制备方法中完成步骤S130后器件的结构示意图；
[0016]图3为图1所示实施例中的沟槽隔离结构的制备方法中对光刻胶层进行光刻后器件的结构示意图；
[0017]图4为图1所示实施例中的沟槽隔离结构的制备方法中完成步骤S140后器件的结构示意图；
[0018]图5为图1所示实施例中的沟槽隔离结构的制备方法中去除光刻胶层后器件的结构示意图；
[0019]图6为图1所示实施例中的沟槽隔离结构的制备方法中完成步骤S160后器件的结构示意图；
[0020]图7为图1所示实施例中的沟槽隔离结构的制备方法中去除正硅酸乙酯层后器件的结构示意图；
[0021]图8为图1所示实施例中的沟槽隔离结构的制备方法中完成步骤S170后器件的结构示意图；
[0022]图9为图1所示实施例中的沟槽隔离结构的制备方法中对沟槽区域进行多晶硅填充后器件的结构示意图；
[0023]图10为图1所示实施例中的沟槽隔离结构的制备方法中对多晶硅进行回刻后器件的结构示意图；
[0024]图11为图1所示实施例中的沟槽隔离结构的制备方法中完成步骤S180后器件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026]图1所示为一实施例中的沟槽隔离结构的制备方法的流程图，该制备方法可以适用于如SOI工艺等半导体制备工艺过程中。一种沟槽隔离结构的制备方法，包括以下步骤。
[0027]S110，提供衬底。
[0028]在本实施例中，沟槽隔离结构是基于SOI工艺的基础上进行制备的，因此在提供衬底后还需要制备SOI结构。即在步骤SllO后，还需要执行步骤:在衬底上形成埋氧化层以及顶层硅以形成SOI结构。
[0029]S120，在衬底上形成氧化层。
[0030]在本实施例中，由于形成了 SOI结构，因此在衬底上形成氧化层的步骤为在顶层硅的表面形成氧化层。氧化层主要用于隔离顶层硅和氧化阻挡层之间的应力，因此生成较薄的一层氧化层即可满足要求。
[0031]S130，在氧化层表面依次形成氧化阻挡层以及正硅酸乙酯层。
[0032]氧化阻挡层可以采用能够阻挡热氧化生长的物质。在本实施例中，氧化阻挡层为氮化硅层。正硅酸乙酯层是通过低压化学气相淀积(LPCVD)形成的。正硅酸乙酯层是采用正硅酸乙酯(TEOS)为气体源生成的二氧化硅(S12)薄膜。图2为完成步骤S130后器件的结构示意图。衬底202上形成有埋氧化层204以及顶层硅206从而形成SOI结构。在顶层硅206的表面依次形成有氧化层208、氧化阻挡层210以及正硅酸乙酯层212。
[0033]S140，对氧化阻挡层和正硅酸乙酯层进行刻蚀。
[0034]在本实施例中，对氧化阻挡层210和正硅酸乙酯层212进行刻蚀前还需要在正硅酸乙酯层的表面形成光刻胶层214，并对光刻胶层214进行光刻形成光刻窗口，如图3所示。因此，光刻胶层214作为掩蔽层对氧化阻挡层210以及正硅酸乙酯层212进行刻蚀形成窗口区域。在本实施例中，在刻蚀过程中，也会对氧化层208的对应位置区域进行刻蚀，刻蚀后器件的结构示意图如图4所示。在刻蚀完成后，还会去除光刻胶层214。图5为去除光刻胶层后器件的结构示意图。
[0035]S150，以氧化阻挡层和正硅酸乙酯层作为掩蔽层进行腐蚀形成沟槽。
[0036]以刻蚀后的氧化阻挡层210和正硅酸乙酯层212作为掩蔽层对顶层硅206进行腐蚀从而形成沟槽结构。图6为完成步骤S150后器件的结构示意图。
[0037]S160，去除正硅酸乙酯层，并以氧化阻挡层作为阻挡层对沟槽进行氧化。
[0038]在本实施例中，在去除正硅酸乙酯层212的同时会对沟槽内的埋氧化层204进行一定程度的腐蚀，从而使得沟槽区域延伸至埋氧化层204区域。图7为去除正硅酸乙酯层后器件的结构示意图。
[0039]在去除正硅酸乙酯层后，以氧化阻挡层210为阻挡层对沟槽进行氧化。传统的沟槽制备过程中，仅仅只是用正硅酸乙酯层作为阻挡层，因此在沟槽氧化过程中，会对整个圆片(非沟槽区域和沟槽区域)进行氧化。一般的氧化层都在几千埃以上，因此在后续工艺定义有源区时，需要将有源区区域的氧化层进行去除，因此需要的湿法腐蚀量较大，导致横向侵蚀较大，使得沟槽隔离结构的关键尺寸较大，且会在沟槽隔离结构的顶部腐蚀出较大的凹槽，不利于实现沟槽隔离结构的表面平坦化。在本实施例中，氧化阻挡层210可以对非沟槽区域进行遮挡，从而使得避免在非沟槽区域形成氧化层，因此可以减少后续工艺过程中湿法腐蚀量，进而避免由于湿法腐蚀过程所带来的横向侵蚀以及对沟槽隔离结构顶部的侵蚀，有利于实现沟槽隔离结构的关键尺寸的小型化以及表面的平坦化。图8为对沟槽进行氧化后器件的结构示意图。
[0040]S170，对沟槽区域进行多晶硅填充后对多晶硅进行回刻，将氧化阻挡层表面的多晶娃去除。
[0041]对沟槽区域进行多晶硅216填充后器件的结构示意图如图9所示。在填充好多晶硅216后，为保证非沟槽区域的多晶硅刻蚀完，会对多晶硅216进行回刻，将氧化阻挡层210表面的多晶硅去除。对多晶硅216进行回刻的过程是采用找终点的方式。当多晶硅216刻蚀到氧化层208与氧化阻挡层210的接触面时即可判断刻蚀完。在这个基础上在增加一点刻蚀时间形成一定的过刻蚀即可确保多晶硅216刻蚀完，从而获得具有理想形貌的多晶硅表面。在本实施例中，由于氧化层208较薄，达到氧化层208与氧化阻挡层210的接触面即可结束回刻工艺，从而避免在沟槽隔离结构的顶部形成较大的过刻蚀，影响沟槽隔离结构的表面平坦化。图10为对多晶硅216进行回刻后器件的结构示意图。
[0042]S180，去除氧化阻挡层和衬底表面的氧化层完成沟槽隔离结构的制备。
[0043]在本实施例中形成有SOI结构，因此本步骤为将氧化阻挡层以及顶层硅表面的氧化层去除后即完成了沟槽隔离结构的制备过程。图11为完成步骤S180后器件的结构示意图。
[0044]上述沟槽隔离结构的制备方法，通过氧化阻挡层可以在沟槽氧化过程中对非沟槽区域进行掩蔽，从而阻挡了非沟槽区域被氧化，因此在后续过程中无需通过大量的湿法腐蚀工艺对非沟槽区域的氧化层进行去除，减少了湿法腐蚀量的同时避免了湿法腐蚀所带来的横向侵蚀，使得沟槽隔离结构的关键尺寸较小。并且，还可以避免由于大量湿法腐蚀造成沟槽隔离结构的顶部形成较大的凹槽，使得沟槽隔离结构的顶部具有较好的平坦度。
[0045]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0046]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种沟槽隔离结构的制备方法，包括以下步骤: 提供衬底； 在所述衬底上形成氧化层； 在所述氧化层表面依次生成氧化阻挡层以及正硅酸乙酯层； 对所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层进行刻蚀； 以所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层作为掩蔽层进行腐蚀形成沟槽； 去除所述正硅酸乙酯层，并以所述氧化阻挡层作为阻挡层对所述沟槽进行氧化； 对沟槽区域进行多晶硅填充后对所述多晶硅进行回刻，将所述氧化阻挡层表面的多晶娃去除； 去除所述氧化阻挡层和所述衬底表面的氧化层完成沟槽隔离结构的制备。2.根据权利要求1所述的沟槽隔离结构的制备方法，其特征在于，所述氧化阻挡层为氮化娃层。3.根据权利要求1所述的沟槽隔离结构的制备方法，其特征在于，在所述氧化层表面依次生成氧化阻挡层以及正硅酸乙酯层的步骤之后还包括步骤: 在所述正硅酸乙酯层表面形成光刻胶层并进行光刻； 所述对所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层进行刻蚀的步骤为以所述光刻胶层为掩蔽层对所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层进行刻蚀。4.根据权利要求3所述的沟槽隔离结构的制备方法，其特征在于，以所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层作为掩蔽层进行腐蚀形成沟槽的步骤之前还包括步骤:去除所述光刻胶层。5.根据权利要求1所述的沟槽隔离结构的制备方法，其特征在于，对所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层进行刻蚀的步骤中还包括对所述氧化层进行刻蚀。6.根据权利要求1所述的沟槽隔离结构的制备方法，其特征在于，所述对沟槽区域进行多晶硅填充后对所述多晶硅进行回刻，将所述氧化阻挡层表面的多晶硅去除的步骤中，回刻后的多晶硅表面低于所述氧化层与所述氧化阻挡层的接触面。7.根据权利要求1所述的沟槽隔离结构的制备方法，其特征在于，在所述氧化层表面依次生成氧化阻挡层以及正硅酸乙酯层的步骤中，所述正硅酸乙酯层是通过低压化学气相淀积形成。8.根据权利要求1所述的沟槽隔离结构的制备方法，其特征在于，所述提供衬底的步骤之后还包括:在所述衬底上依次形成埋氧化层、顶层硅以形成SOI结构。9.根据权利要求8所述的沟槽隔离结构的制备方法，其特征在于:在所述衬底上形成氧化层的步骤为在所述顶层硅的表面形成氧化层； 以所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层作为掩蔽层进行腐蚀形成沟槽的步骤为以所述氧化阻挡层和所述正硅酸乙酯层为掩蔽层对所述顶层硅进行腐蚀形成所述沟槽。
【文档编号】H01L21/762GK105990212SQ201510047580
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月29日
【发明人】宋华, 王蛟, 杨欢
【申请人】无锡华润上华半导体有限公司