专利名称：抑制具有sti的硅片缺陷的方法及在硅片上构造sti的方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路加工技术领域，特别涉及一种抑制具有浅沟道隔离槽 (Shallow Trench Isolation, STI)结构的硅片缺陷的方法及在硅片上构造STI的方法。
背景技术：
在半导体集成电路制造过程中，常常需要在硅片上通过蚀刻的方式生成浅沟道隔 离槽(Shallow Trench Isolation, STI)结构。如图1所示，硅基底101由单晶硅构成，单 晶硅又称作活动区域(Active Area, AA)。硅基底101的上表面中央的凹陷部分为蚀刻形 成的浅沟道隔离槽。在浅沟道隔离槽两个侧壁与硅基底101形成边角102，即图1中虚线圆 圈中的部分。浅沟道隔离槽蚀刻前的硅片横截面如图2所示，在硅片的硅基底(101)上依次沉 积衬垫氧化物层103，氮化硅层104。衬垫氧化物层103由氧化硅构成。浅沟道隔离槽的构造过程如图3所示，包括如下步骤步骤301 将光刻胶覆盖在硅片表面并进行图样转印过程处理，将所述硅片置于 反应室内，以光刻胶为掩膜对所述氮化硅、衬垫氧化物以及硅片进行蚀刻，构造出底部在硅 基底101中的浅沟道隔离槽结构。蚀刻反应发生在没有被光刻胶覆盖的区域，蚀刻反应依 次吃穿氮化硅层104、衬垫氧化物层103直到硅基底101，构造出浅沟道隔离槽的结构。步骤302 对氮化硅层104进行氮化硅蚀刻，使得氮化硅层104在水平方向上退后 一定距离，从而暴露出浅沟道隔离槽侧壁的边角。步骤303 对硅片的浅沟道隔离槽内壁进行表面氧化处理。具体做法就是向反应 室内通入氧气，氧气会与暴露出来的硅基底101表面上的单晶硅发生反应，生成氧化硅层。步骤304 对已构成STI结构的硅片进行化学机械抛光(ChemicalMechanical Polish, CMP)处理，使硅片的上表面平坦化。上述处理后的硅片横截面如图4所示。图4中仅示出一个浅沟道隔离槽结构，实 际上硅基底101的上表面可能按照一定的间隔分布多个浅沟道隔离槽结构，下同。其中，所述CMP过程是利用硅片与研磨垫之间的机械力对硅片表面作用，在表面 薄膜层产生断裂腐蚀的动力，使硅片表面趋于平坦化。而这部分必须籍由研磨液中的化学 物质通过反应来增加其蚀刻的效率。在CMP过程之后对硅片进行检测时，往往会在STI结 构的边角区域102，也就是图4中虚线圆圈中的区域发现微裂纹。此外，在边角区域102附 近的硅基底101表面也会出现不规则的表面缺陷。上述微裂纹以及硅基底的表面缺陷会严 重影响半导体电路的性能。因此需要找到相应的处理手段来抑制微裂纹和硅基底表面缺陷 的产生。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于，提出抑制具有STI的硅片缺陷的方法以及在硅片上构造STI的方法，可以抑制STI边角处的微裂纹和硅基底表面缺陷的产生。本发明提出的一种抑制具有浅沟道隔离槽结构的硅片缺陷的方法，所述硅片如图 2所示，在硅片的硅基底(101)上依次沉积衬垫氧化物层(103)，氮化硅层(104)；将光刻胶 覆盖在硅片表面并进行图样转印过程处理，以光刻胶为掩膜对所述氮化硅、衬垫氧化物以 及硅片进行蚀刻构造出底部在硅基底(101)中的浅沟道隔离槽结构，在所述硅片上沉积氮 化硅层(104)之后，且将光刻胶覆盖在硅片表面并进行图样转印过程处理之前，包括如下 步骤对所述硅片进行第一退火处理，以消除硅片的内应力。所述对所述硅片进行第一退火处理包括将硅片从室温加热到700至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同 的速度将硅片恢复到室温。整个过程所需总时间为80秒至110秒。对所述硅片进行蚀刻构造出浅沟道隔离槽结构之后，进一步包括如下步骤对氮化硅层(104)进行氮化硅蚀刻；对硅片的浅沟道隔离槽内壁进行表面氧化处理；对硅片进行化学机械抛光处理。所述对硅片进行化学机械抛光处理之后，进一步包括对硅片进行第二退火处理。所述对硅片进行第二退火处理为将硅片从室温加热到600至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同 的速度将硅片恢复到室温，整个过程所需时间为100至120秒。本发明实施例还提出另一种抑制具有浅沟道隔离槽的硅片缺陷的方法，在硅片的 硅基底(101)上依次沉积衬垫氧化物层(103)，氮化硅层(104)；将光刻胶覆盖在硅片表面 并进行图样转印过程处理，以光刻胶为掩膜对所述氮化硅、衬垫氧化物以及硅片进行蚀刻 构造出底部在硅基底(101)中的浅沟道隔离槽结构，对氮化硅层(104)进行氮化硅蚀刻；对 硅片的浅沟道隔离槽内壁进行表面氧化处理以及化学机械抛光处理；所述对硅片进行化学 机械抛光处理之后，包括如下步骤对所述硅片进行退火处理。所述对硅片进行退火处理为将所述硅片从室温加热到600至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照 相同的速度将硅片恢复到室温，整个过程所需时间为100至120秒。本发明实施例提出另一种在硅片上 造浅沟道隔离槽的方法，包括如下步骤在硅片的硅基底(101)上依次沉积衬垫氧化物层(103)，氮化硅层(104)；对所述 硅片进行第一退火处理，以消除硅片的内应力；将光刻胶覆盖在硅片表面并进行图样转印过程处理，以光刻胶为掩膜对所述氮化 硅、衬垫氧化物以及硅片进行蚀刻构造出底部在硅基底(101)中的浅沟道隔离槽结构；对 氮化硅层(104)进行氮化硅蚀刻；对硅片的浅沟道隔离槽内壁进行表面氧化处理以及化学机械抛光处理。所述对所述硅片进行第一退火处理包括将硅片从室温加热到700至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同的速度将硅片恢复到室温，整个过程所需时间为80秒至110秒。所述对硅片进行化学机械抛光处理之后，进一步包括对硅片进行第二退火处理。所述对硅片进行第二退火处理为将硅片从室温加热到600至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同 的速度将硅片恢复到室温，整个过程所需时间为100至120秒。本发明实施例提出另一种在硅片上构造浅沟道隔离槽的方法，包括如下步骤在硅片的硅基底(101)上依次沉积衬垫氧化物层(103)，氮化硅层(104)；将光刻 胶覆盖在硅片表面并进行图样转印过程处理，以光刻胶为掩膜对所述氮化硅、衬垫氧化物 以及硅片进行蚀刻构造出底部在硅基底(101)中的浅沟道隔离槽结构；对氮化硅层(104) 进行氮化硅蚀刻；对硅片的浅沟道隔离槽内壁进行表面氧化处理以及化学机械抛光处理；对所述硅片进行退火处理。所述对硅片进行退火处理为将所述硅片从室温加热到600至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照 相同的速度将硅片恢复到室温，整个过程所需时间为100至120秒。从以上技术方案可以看出，在硅片上沉积氮化硅层之后，或者在对硅片进行CMP 处理之后，对硅片进行退火处理，可以有效消除硅片的内应力，从而抑制STI边角处的微裂 纹以及硅基底表面缺陷的产生。
图1为硅片浅沟道隔离槽结构的横截面示意图；图2为在STI蚀刻之前的硅片的横截面示意图；图3为现有技术的构造STI的流程图；图4为STI构造完毕的硅片横截面示意图；图5为本发明实施例提出的构造STI流程图。
具体实施例方式通过对CMP过程的作用机理进行分析，可以有助于理解STI边角处微裂纹生成的 原因。以图3所示硅片为例，在CMP过程中，硅片的最上层的氮化硅层104会受到垂直于 氮化硅层104所在平面向下的压力；另外，由于硅片与研磨垫的相互运动，氮化硅层104还 会受到沿着氮化硅层104所在平面方向的切向力。而在STI的边角处102是氮化硅层104、 氧化硅层103和硅基底101交界的地方，在上述压力以及切向力的作用下易于出现硅片内 应力的集中。在内应力的作用下就会在STI边角附近的氮化硅层104以及硅基底101产生 细微的裂纹，并且裂纹一旦产生，研磨液就会沿着裂纹渗入，使得裂纹进一步扩大，从而造 成氮化硅层的微裂纹以及硅基底的表面缺陷。从上述原理分析上可以看出，要抑制氮化硅层的微裂纹以及硅基底的表面缺陷的 产生，根本的解决方案是消除硅片中的内应力。
在金属加工工艺中，消除金属工件内应力常用的手段是对该金属构件进行去应力 退火处理。去除应力退火是将工件缓慢加热到一定温度(例如，灰口铸铁是500 550°C， 钢是500 650°C )，保温一段时间，使金属内部发生弛豫，然后以适宜速度冷却下来。结合以上事实，发明人推断，或许可以借鉴金属加工工艺中的退火工艺，在STI的 CMP过程中加入退火的步骤，可以达到抑制STI边角处微裂纹的目的。发明人通过反复实验发现，可以对硅片进行如下任意一种退火处理A、在硅片上沉积氮化硅层之后，对硅片进行退火处理，以消除硅片的内应力，具体 是将硅片从室温缓慢加热到700至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同 的速度将硅片恢复到室温，整个过程所需时间为80至110秒。通过对比实验的结果证明， 该步骤可以有效减少硅基底的表面缺陷。B、在STI CMP之后，对硅片进行退火处理，具体是将硅片从室温缓慢加热到600 至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同的速度将硅片恢复到室温，整个过 程所需时间为100至120秒。通过对比实验的结果证明，该步骤可以有效减少氮化硅层的 微裂纹。当然在实际生产中，也可以同时采用上述A、B两个步骤，使得硅基底的表面缺陷 和氮化硅层的微裂纹同时减少。本发明实施例提出的构造STI流程如图5所示，包括如下步骤步骤501 在硅片上沉积氮化硅层之后，对硅片进行退火处理，具体是将硅片从 室温缓慢加热到700至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同的速度将硅片 恢复到室温，整个过程所需时间为80至110秒。步骤502 将光刻胶覆盖在硅片表面并进行图样转印过程处理，将所述硅片置于 反应室内，以光刻胶为掩膜对所述氮化硅、衬垫氧化物以及硅片进行蚀刻，构造出底部在硅 基底101中的浅沟道隔离槽结构。蚀刻反应发生在没有被光刻胶覆盖的区域，蚀刻反应依 次吃穿氮化硅层104、衬垫氧化物层103直到硅基底101，构造出浅沟道隔离槽的结构。步 骤503 对氮化硅层104进行氮化硅蚀刻，使得氮化硅层104在水平方向上退后一定距离， 从而暴露出浅沟道隔离槽侧壁的边角。步骤504 对硅片的浅沟道隔离槽内壁进行表面氧化处理。具体做法就是向反应 室内通入氧气，氧气会与暴露出来的硅基底101表面上的单晶硅发生反应，生成氧化硅层。步骤505 对已构成STI结构的硅片进行CMP处理，使硅片的上表面平坦化。步骤506 对硅片进行退火处理，具体是将硅片从室温缓慢加热到600至800摄 氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同的速度将硅片恢复到室温，整个过程所需时 间为100至120秒。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种抑制具有浅沟道隔离槽的硅片缺陷的方法，在硅片的硅基底(101)上依次沉积衬垫氧化物层(103)，氮化硅层(104)；将光刻胶覆盖在硅片表面并进行图样转印过程处理，以光刻胶为掩膜对所述氮化硅、衬垫氧化物以及硅片进行蚀刻构造出底部在硅基底(101)中的浅沟道隔离槽结构，其特征在于，在所述硅片上沉积氮化硅层(104)之后，且将光刻胶覆盖在硅片表面并进行图样转印过程处理之前，包括如下步骤对所述硅片进行第一退火处理，以消除硅片的内应力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述硅片进行第一退火处理包括 将硅片从室温加热到700至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同的速度将硅片恢复到室温。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将硅片从室温加热到700至800摄氏 度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同的速度将硅片恢复到室温所需总时间为80秒 至110秒。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，对所述硅片进行蚀刻构造出浅 沟道隔离槽结构之后，进一步包括如下步骤对氮化硅层(104)进行氮化硅蚀刻； 对硅片的浅沟道隔离槽内壁进行表面氧化处理； 对硅片进行化学机械抛光处理。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对硅片进行化学机械抛光处理之后， 进一步包括对硅片进行第二退火处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对硅片进行第二退火处理为 将硅片从室温加热到600至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同的速度将硅片恢复到室温，整个过程所需时间为100至120秒。
7.一种抑制具有浅沟道隔离槽的硅片缺陷的方法，在硅片的硅基底(101)上依次沉 积衬垫氧化物层(103)，氮化硅层(104)；将光刻胶覆盖在硅片表面并进行图样转印过程 处理，以光刻胶为掩膜对所述氮化硅、衬垫氧化物以及硅片进行蚀刻构造出底部在硅基底 (101)中的浅沟道隔离槽结构，对氮化硅层(104)进行氮化硅蚀刻；对硅片的浅沟道隔离槽 内壁进行表面氧化处理以及化学机械抛光处理；其特征在于，所述对硅片进行化学机械抛 光处理之后，包括如下步骤对所述硅片进行退火处理。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对硅片进行退火处理为将所述硅片从室温加热到600至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同 的速度将硅片恢复到室温，整个过程所需时间为100至120秒。
9.一种在硅片上构造浅沟道隔离槽的方法，包括如下步骤在硅片的硅基底(101)上依次沉积衬垫氧化物层(103)，氮化硅层(104)；对所述硅片 进行第一退火处理，以消除硅片的内应力；将光刻胶覆盖在硅片表面并进行图样转印过程处理，以光刻胶为掩膜对所述氮化硅、 衬垫氧化物以及硅片进行蚀刻构造出底部在硅基底(101)中的浅沟道隔离槽结构；对氮化 硅层(104)进行氮化硅蚀刻；对硅片的浅沟道隔离槽内壁进行表面氧化处理以及化学机械抛光处理。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述对所述硅片进行第一退火处理包括将硅片从室温加热到700至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同的速 度将硅片恢复到室温，整个过程所需时间为80秒至110秒。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述对硅片进行化学机械抛光处理 之后，进一步包括对硅片进行第二退火处理。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述对硅片进行第二退火处理为 将硅片从室温加热到600至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同的速度将硅片恢复到室温，整个过程所需时间为100至120秒。
13.一种在硅片上构造浅沟道隔离槽的方法，包括如下步骤在硅片的硅基底(101)上依次沉积衬垫氧化物层(103)，氮化硅层(104)；将光刻胶覆 盖在硅片表面并进行图样转印过程处理，以光刻胶为掩膜对所述氮化硅、衬垫氧化物以及 硅片进行蚀刻构造出底部在硅基底(101)中的浅沟道隔离槽结构；对氮化硅层(104)进行 氮化硅蚀刻；对硅片的浅沟道隔离槽内壁进行表面氧化处理以及化学机械抛光处理； 对所述硅片进行退火处理。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述对硅片进行退火处理为将所述硅片从室温加热到600至800摄氏度，保持温度恒定一段时间，然后再按照相同 的速度将硅片恢复到室温，整个过程所需时间为100至120秒。
全文摘要
本发明公开了一种抑制具有浅沟道隔离槽(STI)的硅片缺陷的方法，在硅片的硅基底(101)上依次沉积衬垫氧化物层(103)，氮化硅层(104)；将光刻胶覆盖在硅片表面并进行图样转印过程处理，以光刻胶为掩膜对所述氮化硅、衬垫氧化物以及硅片进行蚀刻构造出底部在硅基底(101)中的浅沟道隔离槽结构，其特征在于，在所述硅片上沉积氮化硅层(104)之后，且将光刻胶覆盖在硅片表面并进行图样转印过程处理之前，包括如下步骤对所述硅片进行第一退火处理，以消除硅片的内应力。本发明还公开了其他的抑制具有STI的硅片缺陷的方法以及在硅片上构造STI的方法。本发明方案可以有效消除硅片的内应力，从而抑制由于内应力导致的STI边角处的微裂纹以及硅基底表面缺陷的产生。
文档编号H01L21/324GK101958266SQ20091005480
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月14日 优先权日2009年7月14日
发明者彭澎, 潘继岗 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司