专利名称：浅沟槽隔离结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路加工制造技术，具体涉及浅沟槽隔离结构(shallowTrench Isolation, STI)的制作方法。
背景技术：
在集成电路加工制造过程中，晶圆(wafer)的加工工艺处于最为核心和关键的地 位，晶圆加工工艺的质量对于最终得到的门电路的工作性能具有决定性的影响。其中，制作 STI是wafer的前端加工工艺流程中必不可少的一道工序。现有的浅沟槽隔离结构的制作方法通常包括如下步骤，参考附图1所示，提供半 导体衬底100，随后，在半导体衬底上依次形成氧化物层110和硬掩膜层120，所述的氧化 物层通常是采用热氧化工艺形成的氧化硅层或者采用高密度等离子体化学气相沉积(High Density Plasma Chemical VaporDeposition, HDPCVD)工艺形成的氧化硅层，硬掩膜层例 如是采用化学气相沉积工艺形成的氮化硅层；通过刻蚀气体依次对所述硬掩膜层、氧化物 层和半导体衬底进行刻蚀，直至在半导体衬底中形成沟槽130。之后，参考附图2所示，通常还包括对沟槽130的底部和侧壁进行氧化处理形成衬 绝缘层(图中未示出)的工艺，所述的氧化处理例如采用热氧化工艺。随后，在沟槽130内 填入绝缘材料，形成绝缘层140，所述的绝缘材料例如氧化硅等，填入绝缘材料的工艺例如 采用高密度等离子体化学气相沉积(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition, HDPCVD)工艺，在在沟槽130内填入绝缘材料进行缝隙填充(gap-fill)的同时，所述硬掩膜 层的上表面也会沉积一层绝缘材料，因此，所述的绝缘层包括位于沟槽内的绝缘材料和硬 掩膜层上的绝缘材料。参考附图3所示，通过化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)的 方法去除硬掩膜层表面沉积的绝缘层，得到如图3所示的wafer剖面结构，此时硬掩膜层表 面以上沉积的绝缘层被完全去除，从而硬掩膜层的上表面全部暴露出来。之后，再利用湿法刻蚀(Wet Etch)去除所述硬掩膜层，得到如图4所示的wafer剖 面结构，所使用的化学刻蚀试剂根据硬掩膜层材料的不同而不同，为本领域技术人员习知 的技术，在此不再赘述。从图4可以看出，此时所述硬掩膜层被完全去除，氧化物层的上表 面完全暴露出来，同时，由于沟槽中剩余的绝缘层不与所述用于湿法刻蚀的化学物质反应， 从而所述绝缘层便与暴露出来的氧化物层的上表面形成一个凸台结构，且绝缘层的上表面 稍高，而氧化物层的上表面略低。然而，采用上述过程制作的STI时常出现严重的缺陷，图5所示即为STI出现缺陷 时的wafer剖面结构图，通过对比图4和图5可知，图5中所述STI的一侧边角处相比于正 常情况时的形状缺少了一角，这种STI边角损伤的缺陷(通常也被称为Smear Defect)在 当前的STI制造过程中经常出现，从而严重影响了最终得到的门电路的工作性能，会造成 器件的性能参数特别是阈值电压Vt严重偏离目标值从而失效。因此，各集成电路加工制造 商都在努力寻找能够有效减少和去除Smear Defect的方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种浅沟槽隔离结构的制作方法，以有效减少直 至完全消除STI边角损伤。为解决上述问题，本发明提供一种浅沟槽隔离结构的制作方法，包括下列步骤在 半导体衬底上依次形成氧化物层和硬掩膜层，依次刻蚀所述硬掩膜层、氧化物层和半导体 衬底，形成沟槽；在所述沟槽内以及硬掩膜层上沉积绝缘层，所述绝缘层填满沟槽；去除位 于硬掩膜层上的绝缘层；进行快速热氧化处理，进行快速热氧化的环境温度为400 800摄 氏度；去除硬掩膜层。可选的，进行快速热氧化的环境温度为500 700摄氏度。可选的，在60s 140s内将沟槽所处的环境温度线性加热至400 800摄氏度。可选的，在快速热氧化处理的工艺步骤中，还包括向沟槽所在的环境通入含氧气 体。可选的，所述的含氧气体包括氧气。由上述的技术方案可见，本发明提供的浅沟槽隔离结构的制作方法，通过快速热 氧化处理重新修复STI边角处在CMP过程中被破坏的分子结构，能够将所述STI边角处 原本疏松的分子结构通过高温氧化的方法变得稳固和致密，因此能够有效修复STI边角损 伤，从而最终完全消除Smear Defect现象的出现。
图1至图5为现有技术浅沟槽隔离结构的制作方法各步骤的截面结构示意图。图6为本发明浅沟槽隔离结构的制作方法的工艺流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对 本发明进一步详细说明。在研究浅沟槽隔离结构产生边角缺陷的过程中，发明人发现所述边角缺陷(Smear Defect)产生的过程和原因，下面结合图2 图4进行说明首先，在图2所示的利用HDPCVD方法生长绝缘层的过程中，由于所述硬掩膜层的 边角位置(如图2中A、B所示位置)形状较为尖锐，因此在生长绝缘层的过程中，所述硬掩 膜层的边角位置是整个硬掩膜层受力最为集中的位置；并且由于其形状较为尖锐，还容易 出现沉积的氧化物与硬掩膜层边角位置相互连接附着不够紧密的现象。这就使得在所述硬 掩膜层的边角位置处，沉积形成的氧化物密度较小且结构比较疏松。接下来，如图3所示，在对沉积的绝缘层进行CMP时，需要将硬掩膜层上方的绝缘 层全部去除，在CMP过程中同时进行的化学反应和机械研磨的作用下，加之所述硬掩膜层 的边角位置处的氧化物密度较小且结构疏松，因此所述CMP过程容易对所述边角位置处的 绝缘层材料的结构造成破坏，也就是说，此时，部分绝缘层材料的离子键和氧化物分子之间 的分子键遭到破坏，出现部分游离态的硅离子、氧分子以及可以自由移动的氧化物分子，从 而形成STI边角损伤(图3中位置A’、B’处)；当然需要指出的是，所述的STI边角损伤此 时仍为内部结构的破坏，并不能从外部形状上识别。
最后，则需要利用Wet Etch去除硬掩膜层，如图4所示。在利用Wet Etch去除 硬掩膜层之前，为了去除硬掩膜层表面残留的少量沉积的绝缘层，同时为了调整STI上表 面相对于AA的台阶高度(st印height)，通常需要在所述Wet Etch之前先进行短时间的 HF湿法刻蚀；此外，在去除硬掩膜层之后的工艺流程中，也有多处工艺会使用HF进行湿法 清洗的步骤，所述HF湿法刻蚀或清洗过程中，酸性的HF会进一步腐蚀、破坏所述STI边角 位置，从而导致STI边角位置处在外形上出现物质脱落或结构损伤，即形成所谓的Smear Defect。在上述分析的基础上，本发明提供一种浅沟槽隔离结构的制作方法，其可以修复 STI的边角损伤。本方法的核心思想在于在完成CMP去除硬掩膜层上的绝缘层之后，并不立 即进行Wet Etch去除硬掩膜层的步骤，而是在所述CMP和Wet Etch之间添加一步对STI 进行高温氧化处理的步骤，以消除STI的边角损伤。本实施例所述的浅沟槽隔离结构的制作方法的工艺流程如图6所示，具体包括步骤SlOO 在半导体衬底上依次形成氧化物层和硬掩膜层，依次刻蚀所述硬掩膜 层、氧化物层和半导体衬底，形成沟槽，所述的氧化物层通常是采用热氧化工艺形成的氧 化硅层或者采用高密度等离子体化学气相沉积(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition,HDPCVD)工艺形成的氧化硅层，硬掩膜层例如是采用化学气相沉积工艺形成的 氮化硅层。刻蚀所述硬掩膜层、氧化物层和半导体衬底，形成沟槽可以采用本领域技术人员 熟知的任何现有技术。步骤SllO 在所述沟槽内以及硬掩膜层上沉积绝缘层，所述绝缘层填满沟槽；所 述的绝缘材料例如氧化硅等，填入绝缘材料的工艺例如采用高密度等离子体化学气相沉积 (High Density Plasma Chemical Vapor Deposition，HDPCVD)法。步骤S120 去除位于硬掩膜层上的绝缘层；去除硬掩膜层上的绝缘层的工艺例如 通过化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)的方法，CMP之后，硬掩膜层表 面以上沉积的绝缘层被完全去除，从而硬掩膜层的上表面全部暴露出来。步骤S130 进行快速热氧化处理，进行快速热氧化的环境温度为400 800摄氏 度，采用本步骤可以消除沟槽边角在前述工艺中对原子结构造成的损伤，避免在后续的工 艺中造成STI边角损伤。优选的，沟槽所处的环境温度为500-700摄氏度。在本发明的一个具体实施例中，在60s 140s内将沟槽所处的环境温度线性加热 至400 800摄氏度。具体实施中，沟槽所处的环境温度例如可以选用450摄氏度，480摄氏度，550摄 氏度，600摄氏度，660摄氏度，640摄氏度，750摄氏度等。线形加热环境温度的时间例如 70S (秒)，75S (秒)，80S (秒)，95S (秒)，103S (秒)，115S (秒)，125S (秒)，130S。在所述的快速热氧化工艺中，还包括向沟槽所在的环境通入含氧气体的工艺步 骤，所述的含氧气体例如氧气(O2)，臭氧(O3)等具有氧化能力的气体。在所述的快速热氧化工艺中，所述STI处于高温氧气环境当中，高温环境下的氧 气分子浓度较大且分子活性较高，又由于所述STI边角处原先的分子结构较为疏松，因此 所述CMP过程中产生的游离态硅离子在这一过程中将被充分氧化，氧化后生成的氧化物与 STI中原有的氧化物分子在高温下重新结合形成稳定的分子键，使得所述STI边角处的氧 化物结构由原先的疏松变得稳固、致密，从而所述STI边角损伤能够得到有效修复，所述高温氧化的过程通常也被俗称为高温淬火。步骤S140 去除硬掩膜层。去除所述硬掩膜层的工艺例如采用湿法刻蚀(Wet Etch)，所使用的化学刻蚀试剂根据硬掩膜层材料的不同而不同，为本领域技术人员习知的 技术，在此不再赘述。经过实验数据证明，采用现有技术制作STI流程所得到的wafer中，在设定采样区 域内检测出Smear Defect的平均数为20个，而采用本实施例所述的浅沟槽隔离结构的制 作方法得到的wafer中，在同样大小的采样区域内，检测出的Smear Defect的数量均为0。 可见，本发明提供的方法能够完全消除浅沟槽隔离结构Smear Defect现象的出现。由上述可见，本实施例提供的浅沟槽隔离结构的制作方法，通过重新修复STI边 角处在CMP过程中被破坏的分子结构，能够将所述STI边角处原本疏松的分子结构通过高 温氧化的方法变得稳固和致密，因此能够有效修复STI边角损伤，从而最终显著减少甚至 完全消除Smear Defect现象的出现。
权利要求
一种浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，包括下列步骤在半导体衬底上依次形成氧化物层和硬掩膜层，依次刻蚀所述硬掩膜层、氧化物层和半导体衬底，形成沟槽；在所述沟槽内以及硬掩膜层上沉积绝缘层，所述绝缘层填满沟槽；去除位于硬掩膜层上的绝缘层；进行快速热氧化处理，进行快速热氧化的环境温度为400～800摄氏度；去除硬掩膜层。
2.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，进行快速热氧化 的环境温度为500 700摄氏度。
3.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，在60s 140s内 将沟槽所处的环境温度线性加热至400 800摄氏度。
4.根据权利要求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，在 快速热氧化处理的工艺步骤中，还包括向沟槽所在的环境通入含氧气体。
5.根据权利要求4所述的浅沟槽隔离结构的制作方法，其特征在于，所述的含氧气体 包括氧气。
全文摘要
本发明公开了一种浅沟槽隔离结构的制作方法，包括下列步骤在半导体衬底上依次形成氧化物层和硬掩膜层，依次刻蚀所述硬掩膜层、氧化物层和半导体衬底，形成沟槽；在所述沟槽内以及硬掩膜层上沉积绝缘层，所述绝缘层填满沟槽；去除位于硬掩膜层上的绝缘层；进行快速热氧化处理，进行快速热氧化的环境温度为400～800摄氏度；去除硬掩膜层。所述方法通过重新修复STI边角处在化学机械抛光过程中被破坏的分子结构，能够将所述STI边角处原本疏松的分子结构通过高温氧化的方法变得稳固和致密，因此能够有效修复STI边角损伤，从而完全消除Smear Defect现象的出现。
文档编号H01L21/762GK101887866SQ200910051060
公开日2010年11月17日 申请日期2009年5月12日 优先权日2009年5月12日
发明者任红茹, 何学缅, 樊强, 邓永平 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司