CN101789389A - 浅沟槽隔离结构的制造方法 - Google Patents

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刘焕新
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Abstract

本发明中公开了一种浅沟槽隔离结构的制造方法，该方法包括：在需要进行离子注入的多晶硅层表面形成至少一层保护层；对具有保护层的多晶硅层进行离子注入；在完成离子注入后，去除上述保护层。通过使用上述的离子注入方法，可使得所注入的离子在多晶硅层中的分布比较均匀，避免穿通现象，从而可取得较好的掺杂效果，提高半导体元器件的性能。

Description

浅沟槽隔离结构的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体元器件的制造技术，尤其是指一种浅沟槽隔离结构的制造方法。
背景技术
随着半导体技术的飞速发展，半导体元器件的特征尺寸(CD)越来越小，半导体衬底的单位面积上有源器件的密度越来越高，各有源器件之间的距离也越来越小，从而使得各个器件之间的绝缘隔离保护也变得更加重要。在现有的半导体制造工艺进入深亚微米技术节点之后，0.13μm以下的元器件的有源区(AA，Active Area)之间的隔离槽已大多采用了浅沟槽隔离(STI，Shallow TrenchIso1ation)技术来制作。
图1为现有技术中形成浅沟槽隔离结构的示意图。如图1(a)所示，首先在半导体衬底100上依次分别形成垫氧化层(Pad Oxide)102、阻挡层104和光刻胶层106，其中，所述垫氧化层102的材料为二氧化硅(SiO2)，所述阻挡层104的材料为氮化硅；然后通过曝光显影工艺，定义浅沟槽图形，并以光刻胶层106为掩膜，用干法刻蚀法刻蚀阻挡层104、垫氧化层102和半导体衬底100，从而形成浅沟槽110。接着，如图1(b)所示，通过灰化处理过程去除光刻胶层106，然后再用湿法刻蚀法去除残留的光刻胶层106，并通过湿法刻蚀法对阻挡层104和垫氧化层102进行回蚀(pull back)，以增大浅沟槽110上方的宽度，从而便于后续的高密度等离子(HDP)或高深宽比工艺(HARP，HighAspect Ratio Process)的浅沟槽填充，同时也便于在浅沟槽110上方形成圆角。
其中，所述回蚀所采用的溶液为氢氟酸(HF)和磷酸(H3PO4)，即使用磷酸刻蚀阻挡层104，而使用氢氟酸刻蚀垫氧化层102。然后，如图1(c)所示，用热氧化法在浅沟槽110的底部与侧壁形成衬氧化层(Liner Oxide)108，所述衬氧化层108的材料一般为二氧化硅；通过用高密度等离子体化学气相沉积法(HDPCVD)或HARP在阻挡层104上形成绝缘层112，且所述绝缘层112将所述浅沟槽110填充满，所述绝缘层112的材料为二氧化硅。最后，如图1(d)所示，对绝缘层112进行平坦化处理，例如，采用化学机械抛光工艺(CMP)清除阻挡层104上的绝缘层112；去除阻挡层104和垫氧化层102，最终形成由浅沟槽内的衬氧化层108及绝缘层112所构成的浅沟槽隔离结构。其中，去除阻挡层104和垫氧化层102的工艺一般采用湿法刻蚀。
在上述的现有技术中，由于在使用磷酸对阻挡层104和垫氧化层102进行回蚀时，磷酸溶液将对上述已形成的浅沟槽的内壁产生腐蚀作用，使得所述浅沟槽的内壁上出现凹凸不平的现象，从而对半导体元器件的漏电性能造成比较不利的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种浅沟槽隔离结构的制造方法，从而使得所形成的浅沟槽的内壁比较平整、均匀。
为达到上述目的，本发明中的技术方案是这样实现的：
一种浅沟槽隔离结构的制造方法，该方法包括：
在半导体衬底上依次形成垫氧化层和阻挡层，在半导体衬底内形成浅沟槽；
对垫氧化层进行回蚀；
在浅沟槽的侧壁上形成衬氧化层；
对阻挡层进行回蚀；
向浅沟槽内填充绝缘层，去除阻挡层和垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构。
所述对垫氧化层进行回蚀包括：使用稀的氢氟酸溶液对所述垫氧化层进行回蚀。
所述稀的氢氟酸溶液的浓度为200～300∶1。
所述稀的氢氟酸溶液的浓度为300∶1。
在对垫氧化层进行回蚀时，所述回蚀的宽度为20～110埃。
在对垫氧化层进行回蚀时，所述回蚀的宽度为50埃。
所述对阻挡层进行回蚀包括：使用磷酸溶液对所述阻挡层进行回蚀。
所述磷酸溶液的浓度为85％。
在对阻挡层进行回蚀时，所述回蚀的宽度为40～60埃。
在对阻挡层进行回蚀时，所述回蚀的宽度为50埃。
综上可知，本发明中提供了一种浅沟槽隔离结构的制造方法。在所述浅沟槽隔离结构的制造方法中，由于在需要进行离子注入的多晶硅层表面形成至少一层保护层，从而使得所形成的浅沟槽的内壁比较平整、均匀。
附图说明
图1为现有技术中形成浅沟槽隔离结构的示意图。
图2为本发明中浅沟槽隔离结构的制造方法的流程示意图。
图3为本发明中形成浅沟槽隔离结构的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
图2为本发明中浅沟槽隔离结构的制造方法的流程示意图。如图2所示，本发明中所提供的浅沟槽隔离结构的制造方法包括如下所述的步骤：
步骤201，在半导体衬底上依次形成垫氧化层和阻挡层，并在半导体衬底内形成浅沟槽。
图3为本发明中形成浅沟槽隔离结构的示意图。如图3(a)所示，在本步骤中，将首先在半导体衬底300上依次分别形成垫氧化层302、阻挡层304和光刻胶层306，其中，所述半导体衬底300可以是硅基底或绝缘体上硅，所述垫氧化层302的材料为SiO2，所述阻挡层104的材料为氮化硅；然后通过曝光显影工艺，定义浅沟槽图形，并以光刻胶层306为掩膜，用干法刻蚀法刻蚀阻挡层304、垫氧化层302和半导体衬底300，从而形成浅沟槽310。在形成浅沟槽310后，如图3(b)所示，可通过灰化处理过程去除光刻胶层106，然后再用湿法刻蚀法去除残留的光刻胶层106。
步骤202，对垫氧化层进行回蚀。
在本发明中，为了使后续浅沟槽310内的填充物质中不产生缝隙或孔洞等缺陷，需要对垫氧化层302和阻挡层304进行回蚀，以增大浅沟槽310上方的宽度。
如图3(b)所示，在本步骤中，可先对垫氧化层302进行回蚀，使得垫氧化层302每侧的宽度增大L，即回蚀的宽度为L。其中，所述的L为30～110A，较佳的，所述L为50A，进行上述回蚀所使用的为稀的氢氟酸溶液(DHF，Diluted HF)。在本实施例中，所述氢氟酸溶液的浓度为200～300∶1；较佳的，氢氟酸溶液的浓度为300∶1。
步骤203，在浅沟槽的侧壁上形成衬氧化层。
如图3(b)所示，在本步骤中，在进行上述回蚀之后，可通过热氧化法或其它的形成方法在浅沟槽310的底部和侧壁上形成衬氧化层308。所述衬氧化层308的厚度为5～20A，所述衬氧化层308的材料一般为二氧化硅；所述衬氧化层308的形成方法可使用本领域中常用的衬氧化层的形成方法，在此不再赘述。
步骤204，对阻挡层进行回蚀。
如图3(c)所示，在本步骤中，在形成上述衬氧化层308后，可对阻挡层304进行回蚀，使得阻挡层304每侧的宽度增大L2，其中，所述的L2为40～60A；较佳的，所述L2为50A。进行上述回蚀所使用的为磷酸溶液。
在本实施例中，所述磷酸溶液的浓度为85％。
步骤205，向浅沟槽内填充绝缘层，去除阻挡层和垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构。
如图3(c)所示，在本步骤中，将通过用HDPCVD或HARP在阻挡层304上形成绝缘层312，且绝缘层312将所述浅沟槽310填充满，所述绝缘层312的材料为二氧化硅。
此外，在本步骤中，如图3(d)所示，还将对绝缘层312进行平坦化处理，例如，采用CMP工艺清除阻挡层304上的绝缘层312；去除阻挡层304和垫氧化层302，从而形成由浅沟槽内的衬氧化层308及绝缘层312构成的浅沟槽隔离结构。
综上可知，在本发明所提供的上述浅沟槽隔离结构的制造方法中，由于先使用氢氟酸溶液对垫氧化层进行回蚀，然后在形成衬氧化层后再使用磷酸溶液对阻挡层进行回蚀，因而使得在使用磷酸溶液进行回蚀时，由于衬氧化层的保护，使得磷酸不会对浅沟槽的内壁产生腐蚀作用，从而使得所形成的浅沟槽的内壁比较平整、均匀，避免了浅沟槽的内壁上出现凹凸不平的现象，从而保证半导体元器件的性能不受影响；另外，如果先对形成衬氧化层后再使用氢氟酸溶液对垫氧化层进行回蚀，则由于所述衬氧化层的材料一般为二氧化硅，因此在对垫氧化层进行进行回蚀时，氢氟酸溶液也会对所述衬氧化层产生腐蚀作用，从而对所有源区的侧壁的造成损失，减小有源区的特征尺寸。所以，通过上述的方法还可以减少有源区侧壁的损失，从而不对有源区的特征尺寸造成不利的影响。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，该方法包括：
在半导体衬底上依次形成垫氧化层和阻挡层，在半导体衬底内形成浅沟槽；
对垫氧化层进行回蚀；
在浅沟槽的侧壁上形成衬氧化层；
对阻挡层进行回蚀；
向浅沟槽内填充绝缘层，去除阻挡层和垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对垫氧化层进行回蚀包括：
使用稀的氢氟酸溶液对所述垫氧化层进行回蚀。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述稀的氢氟酸溶液的浓度为200～300∶1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述稀的氢氟酸溶液的浓度为300∶1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在对垫氧化层进行回蚀时，所述回蚀的宽度为20～110埃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在对垫氧化层进行回蚀时，所述回蚀的宽度为50埃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对阻挡层进行回蚀包括：
使用磷酸溶液对所述阻挡层进行回蚀。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述磷酸溶液的浓度为85％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在对阻挡层进行回蚀时，所述回蚀的宽度为40～60埃。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在对阻挡层进行回蚀时，所述回蚀的宽度为50埃。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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