专利名称：浅沟槽隔离结构形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及浅沟槽隔离结构形成方法。
背景技术：
随着半导体工艺进入深亚微米时代，0. 18微米以下的元件例如CMOS集成电路的有源区之间大多采用浅沟槽隔离结构进行横向隔离，在专利号为US7112513的美国专利中还能发现更多关于浅沟槽隔离技术的相关信息。浅沟槽隔离结构作为一种器件隔离技术，其具体工艺包括提供依次形成有衬垫氧化层和硬掩膜层的衬底；依次刻蚀所述硬掩膜层、衬垫氧化层和衬底形成浅沟槽；在浅沟槽内填入介质，并在衬底表面形成介质层，所述介质材料可以为氧化硅；对所述介质进行退火；用化学机械抛光法(Chemical Mechanical Polishing, CMP)处理所述介质层；去除所述硬掩膜层和衬垫氧化层。采用上述工艺，形成如图1所述的浅沟槽隔离结构，包括衬底100 ；形成在衬底 100内并略高于衬底100表面的浅沟槽隔离结构101。参考图2，在后续工艺中，会在浅沟槽隔离结构101之间、衬底100的表面形成多晶硅的栅极结构。但是，形成在衬底100的表面的多晶硅栅极结构之间通常会出现穿通或者短路现象。
发明内容
本发明解决的问题是避免浅沟槽隔离结构之间的多晶硅栅极结构出现穿通或者短路现象。为解决上述问题，本发明提供一种浅沟槽隔离结构形成方法，包括提供表面形成有衬垫氧化层的衬底；对所述衬垫氧化层进行掺杂离子注入，形成掺杂衬垫氧化层；在所述掺杂衬垫氧化层表面形成硬掩膜层；在所述硬掩膜层、掺杂衬垫氧化层和衬底内形成沟槽；形成填充所述沟槽的填充介质层；去除所述硬掩膜层，暴露出掺杂衬垫氧化层；去除所述掺杂衬垫氧化层暴露出衬底。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明通过对所述衬垫氧化层进行掺杂离子注入，形成掺杂衬垫氧化层，增加衬垫氧化层的湿法蚀刻率，从而在去除所述掺杂衬垫氧化层暴露出衬底步骤中，减少湿法蚀刻时间，从而在去除所述掺杂衬垫氧化层暴露出衬底步骤中，避免去除掺杂衬垫氧化层的同时对填充介质层造成较大的损失，从而不会使得高于衬底的表面的填充介质层过于狭窄，在后续的形成多晶硅栅极结构时，填充介质层作为高于衬底的表面的浅沟槽隔离结构能够有效隔离相邻的多晶硅栅极结构，避免相邻的多晶硅栅极结构出现穿通或者短路现象。
图1是现有技术形成的浅沟槽隔离结构示意图；图2为在现有技术形成的浅沟槽隔离结构上形成栅极结构的示意图3为本发明的浅沟槽隔离结构形成方法流程示意图；图4至图11为本发明提供的浅沟槽隔离结构形成方法一实施例过程示意图。
具体实施例方式由背景技术可知，形成在衬底100的表面的多晶硅栅极结构之间通常会出现穿通或者短路现象。为此，本发明的发明人经过研究发现，所述穿通或者短路现象是由于位于多晶硅栅极结构之间的、高于衬底100的表面的浅沟槽隔离结构101过于狭窄，无法有效电隔离相邻的多晶硅栅极结构，从而使得相邻的多晶硅栅极结构出现穿通或者短路现象。经过发明人进一步研究，发现所述高于衬底表面的浅沟槽隔离结构过于狭窄的原因在于在去除硬掩膜层和衬垫氧化层采用湿法去除，而衬垫氧化层与浅沟槽隔离结构采用的材料都为二氧化硅，在去除衬垫氧化层时同时会过多地去除部分高于衬底表面的浅沟槽隔离结构，使得高于衬底表面的浅沟槽隔离结构过于狭窄。为此，本发明的发明人提供一种优化的浅沟槽隔离结构形成方法，请参考图3，包括如下步骤步骤S101，提供表面形成有衬垫氧化层的衬底；步骤S102，对所述衬垫氧化层进行掺杂离子注入，形成掺杂衬垫氧化层；步骤S103，在所述掺杂衬垫氧化层表面形成硬掩膜层；步骤S104，在所述硬掩膜层、掺杂衬垫氧化层和衬底内形成沟槽；步骤S105，形成填充所述沟槽的填充介质层；步骤S106，去除所述硬掩膜层，暴露出掺杂衬垫氧化层；步骤S107，去除所述掺杂衬垫氧化层暴露出衬底。本发明通过对所述衬垫氧化层进行掺杂离子注入，形成掺杂衬垫氧化层，增加衬垫氧化层的湿法蚀刻率，从而在去除所述掺杂衬垫氧化层暴露出衬底步骤中，减少湿法蚀刻时间，从而在去除所述掺杂衬垫氧化层暴露出衬底步骤中，避免去除掺杂衬垫氧化层的同时对填充介质层造成较大的损失，从而不会使得高于衬底的表面的填充介质层过于狭窄，在后续的形成多晶硅栅极结构时，填充介质层作为高于衬底的表面的浅沟槽隔离结构能够有效隔离相邻的多晶硅栅极结构，避免相邻的多晶硅栅极结构出现穿通或者短路现象。下面结合一具体实施例对本发明浅沟槽隔离结构形成方法做详细说明。图4至图 11为本发明提供的浅沟槽隔离结构形成方法一实施例过程示意图。请参考图4，提供表面形成有衬垫氧化层201的衬底200。所述衬底200可以选自N型硅衬底、P型硅衬底、绝缘层上的硅(SOI)等衬底。所述衬垫氧化层201材料选自氧化硅，所述衬垫氧化层201的厚度为70埃至120 埃，所述衬垫氧化层201可以为选用热氧化工艺形成。所述热氧化工艺可以选用氧化炉执行。所述衬垫氧化层201为后续形成的硬掩膜层202提供缓冲层并且衬垫氧化层201 还可以作为后续去除硬掩膜层202步骤中的停止层。参考图5，对所述衬垫氧化层201进行掺杂离子注入，形成掺杂衬垫氧化层204。所述掺杂衬垫氧化层204厚度为70埃至120埃。
所述掺杂离子注入可以选用离子注入设备，具体地，所述掺杂离子为氮离子，所述掺杂的剂量为3 X IO1Vcm2至4X 1015/cm2，所述离子注入能量为200ev至lOkev。在其他实施例中，也可以采用硼、磷、氟等掺杂离子，但是需要说明的是，注入氮离子不会改变衬底里的掺杂浓度，对后续形成的半导体器件影响较小，且氮离子原子半径较小，而衬垫氧化层201通常只有70埃至120埃，采用掺杂的剂量为4X 1015/cm2至4X IO15/ cm2，所述离子注入能量为4kev至IOkev的工艺条件不会过度损伤衬底200。参考图6，在所述掺杂衬垫氧化层204表面形成硬掩膜层202。所述硬掩膜层202材料选自氮化硅，所述硬掩膜层202的厚度为700埃至1200埃， 所述硬掩膜层202用于后续刻蚀沟槽的硬掩膜和作为后续平坦化填充沟槽介质的平坦化停止层，所述硬掩膜层202形成工艺可以为现有的化学气相沉积工艺。参考图7，在所述硬掩膜层202、掺杂衬垫氧化层204和衬底200内形成沟槽210。所述沟槽210在后续工艺中填充入隔离介质，形成浅沟槽隔离结构。所述沟槽210 的形成工艺为等离子体刻蚀工艺。具体地，在所述硬掩膜层202表面形成与沟槽210对应的光刻胶图形(未图示)； 以所述光刻胶图形为掩膜，刻蚀所述硬掩膜层202，直至暴露出衬垫氧化层201 ；以所述刻蚀后的硬掩膜层202为掩膜，依次刻蚀掺杂衬垫氧化层204和衬底200，形成沟槽210。参考图8，形成填充所述沟槽210的填充介质层203。所述填充介质层203材料为氧化硅，所述填充介质层203的形成工艺为高密度等离子体化学气相沉积(HDP CVD)、亚常压化学气相沉积(SACVD)等沉积工艺。所述形成填充所述沟槽210的填充介质层203的步骤包括采用高密度等离子体化学气相沉积或者亚常压化学气相沉积等沉积工艺在硬掩膜层202表面和所述沟槽210内形成氧化硅层(未图示)，采用化学机械抛光等平坦化工艺对所述氧化硅层进行平坦化直至暴露出硬掩膜层202，形成填充所述沟槽210的填充介质层203。参考图9，去除所述硬掩膜层202暴露出掺杂衬垫氧化层204。去除所述硬掩膜层202的工艺为湿法去除工艺，在本实施例中，所述硬掩膜层202 材料为氮化硅，相应地湿法去除工艺选用磷酸去除工艺，具体的去除工艺可以参考现有的氮化硅去除方法，在这里不再赘述。需要说明的是，在去除所述硬掩膜层202暴露出掺杂衬垫氧化层204后，填充介质层203表面大于会高于掺杂衬垫氧化层204表面约700埃至1200埃。参考图10，去除所述掺杂衬垫氧化层204暴露出衬底200。需要说明的是，所述掺杂衬垫氧化层204与填充介质层203具有较高的选择刻蚀比。而在未进行掺杂离子注入前，由于所述衬垫氧化层201形成工艺为热氧化工艺，所述填充介质层203的形成工艺为高密度等离子体化学气相沉积或者亚常压化学气相沉积工艺， 所述衬垫氧化层201会比填充介质层203致密。对于同一种的刻蚀溶液，衬垫氧化层201 的刻蚀速率低于填充介质层203的刻蚀速率，而填充介质层203高于衬底200表面会优先被刻蚀掉，从而在去除衬底氧化层201的过程中，填充介质层203高于衬底200表面的部分过于狭窄。而所述掺杂衬垫氧化层204与未掺杂衬垫氧化层201具有较高的选择刻蚀比。对此，本发明的发明人做了一系列的对比试验，具体试验数据参见下表
权利要求
1.一种浅沟槽隔离结构形成方法，包括 提供表面形成有衬垫氧化层的衬底；对所述衬垫氧化层进行掺杂离子注入，形成掺杂衬垫氧化层； 在所述掺杂衬垫氧化层表面形成硬掩膜层； 在所述硬掩膜层、掺杂衬垫氧化层和衬底内形成沟槽； 形成填充所述沟槽的填充介质层； 去除所述硬掩膜层，暴露出掺杂衬垫氧化层； 去除所述掺杂衬垫氧化层暴露出衬底。
2.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构形成方法，其特征在于，所述掺杂离子为硼离子、磷离子或氟离子。
3.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构形成方法，其特征在于，所述掺杂离子为氮离子。
4.如权利要求3所述的浅沟槽隔离结构形成方法，其特征在于，形成掺杂衬垫氧化层的具体工艺条件为所述掺杂的剂量为3X IO1Vcm2至4X 1015/cm2，所述离子注入能量为 200ev 至 IOkev0
5.如权利要求3所述的浅沟槽隔离结构形成方法，其特征在于，形成掺杂衬垫氧化层的具体工艺条件为所述掺杂的剂量为2X 1015/cm2至4X 1015/cm2，所述离子注入能量为 4kev 至 IOkev0
6.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构形成方法，其特征在于，掺杂衬垫氧化层与填充介质层的刻蚀比率为4 1。
7.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构形成方法，其特征在于，所述衬垫氧化层厚度为70埃至120埃。
8.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构形成方法，其特征在于，所述硬掩膜层厚度为 700埃至1200埃。
9.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构形成方法，其特征在于，去除所述掺杂衬垫氧化层的工艺为湿法去除工艺。
10.如权利要求9所述的浅沟槽隔离结构形成方法，其特征在于，所述湿法去除工艺为采用浓度为30% 49%氢氟酸溶液去除工艺。
全文摘要
一种浅沟槽隔离结构形成方法，其特征在于，包括提供表面形成有衬垫氧化层的衬底；对所述衬垫氧化层进行掺杂离子注入，形成掺杂衬垫氧化层；在所述掺杂衬垫氧化层表面形成硬掩膜层；在所述硬掩膜层、掺杂衬垫氧化层和衬底内形成沟槽；形成填充所述沟槽的填充介质层；去除所述硬掩膜层，暴露出掺杂衬垫氧化层；去除所述掺杂衬垫氧化层暴露出衬底。本发明能够避免形成在浅沟槽隔离结构两侧相邻的多晶硅栅极结构出现穿通或者短路现象。
文档编号H01L21/265GK102412182SQ20101029251
公开日2012年4月11日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者杨芸, 洪中山 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司