CN102354679A - 浅沟槽隔离的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种浅沟槽隔离的制作方法，在硅片上依次沉积衬垫氧化层、衬垫氮化层、氧化物硬模和氮化物硬膜；形成贯穿硅片上所述结构和部分硅片的浅沟槽；腐蚀氮化物硬膜、氧化物硬模和衬垫氮化层；在上述结构表面沉积氧化膜；在浅沟槽内填充绝缘介质，形成绝缘介质层，化学机械研磨形成浅沟槽隔离结构。本发明采用氮化物硬膜作为浅沟槽隔离刻蚀的硬掩膜，氧化物硬模作为氮化物硬膜的应力释放层以及腐蚀衬垫氮化层的牺牲层，从而减少衬垫氮化层的初始厚度、降低应力，进而减少衬垫氧化层的厚度，改善浅沟槽隔离凹坑的形貌。

Description

浅沟槽隔离的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及一种浅沟槽隔离的制作方法。
背景技术
在深亚微米集成电路工艺中，浅沟槽隔离(STI，shallow trench isolation)是在衬底上制作晶体管有源区之间隔离区的一种工艺，由于具有能提供较小的隔离尺寸，平坦化的表面等优点，而逐渐取代了局部场氧化的工艺，成为主流的隔离工艺。
在浅沟槽隔离工艺中，通常使用氮化层作为刻蚀以及化学机械研磨(CMP)的硬掩膜。并且，其残余厚度在化学机械研磨之后又是浅沟槽隔离台阶高度(STI overhang)调节的起点。在浅沟槽隔离工艺中，氮化层会被多步工艺所消耗，例如浅沟槽隔离刻蚀，衬垫氧化层以及浅沟槽隔离的化学机械研磨，特别是随着器件尺寸的缩小，为了增加高宽比填充(Harp)的填充特性而增加的氮化层腐蚀(nitride pullback)步骤，对于氮化层的厚度要求进一步的加强。但由于氮化层与硅片的晶格结构不匹配，所以，过厚的氮化层会带来严重的应力问题，甚至会导致剥离的发生。
图1所示是现有技术的浅沟槽隔离的制作流程，结合图2a至图2g，所述浅沟槽隔离的制作方法，包括以下步骤：
在步骤101中，如图2a所示，在硅片200上依次沉积衬垫氧化层201和衬垫氮化层202；
在步骤102中，如图2b所示，采用光刻、刻蚀工艺形成贯穿衬垫氮化层202、衬垫氧化层201和部分硅片200的浅沟槽203；在该步骤中，所述衬垫氮化层202损失厚度为200-300埃。
在步骤103中，如图2c所示，对衬垫氮化层202进行腐蚀，缩小衬垫氮化层202的轮廓；所述衬垫氮化层202横向和纵向上都被腐蚀，在该步骤中，所述衬垫氮化层202损失厚度为100埃。
在步骤104中，如图2d所示，在上述结构表面沉积一层氧化膜204。
在步骤105中，如图2e所示，在浅沟槽203内填充绝缘介质，形成绝缘介质层205，再化学机械研磨绝缘介质层205和氧化膜204，停留在衬垫氮化层202上，形成结构206(见图2f)；所述填充工艺为采用高宽比填充工艺，在该步骤中，作为化学机械研磨停止层的衬垫氮化层202损失厚度为60埃。
在步骤106中，如图2g所示，去除衬垫氮化层202和衬垫氧化层201，形成浅沟槽隔离结构207。
在步骤105化学机械研磨后衬垫氮化层202的厚度为浅沟槽隔离的台阶高度调整的起点，对它的厚度有一定的要求，而该厚度加上工艺过程中步骤102、步骤103和步骤104总共损失的厚度400-500埃，决定了步骤101中衬垫氮化层的初始厚度。所述衬垫氮化层202的初始厚度为700-1000埃。由于衬垫氮化层和硅片之间的晶格不匹配，过厚的衬垫氮化层厚度会导致严重的应力问题，如果通过增加衬垫氧化层的厚度的方法来解决应力问题，过厚的衬垫氧化层又会引入浅沟槽隔离的凹坑问题，所以，对于各个工艺中的衬垫氮化层损失进行有效的控制对于浅沟槽隔离的特性是非常关键的。
发明内容
本发明的目的是提供一种浅沟槽隔离的制作方法，以减少衬垫氮化层损失、减少衬垫氮化层初始厚度、降低应力，有效减小衬垫氧化层的厚度，改善浅沟槽隔离凹坑的形貌。
本发明的技术解决方案是一种浅沟槽隔离的制作方法，包括以下步骤：
在硅片上依次沉积衬垫氧化层、衬垫氮化层、氧化物硬模和氮化物硬膜；
刻蚀氮化物硬膜形成用于后续制作浅沟槽的刻蚀窗口；
刻蚀所述刻蚀窗口内的氧化物硬模、衬垫氮化层、衬垫氧化层和部分硅片形成浅沟槽；
对氮化物硬膜、氧化物硬模和衬垫氮化层进行腐蚀，去除氮化物硬膜、氧化物硬模，缩小衬垫氮化层的轮廓；
在上述结构表面沉积一层氧化膜；
在浅沟槽内填充绝缘介质，形成绝缘介质层，再化学机械研磨绝缘介质层和氧化膜，停留在衬垫氮化层上；
去除衬垫氮化层和衬垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构。
作为优选：所述刻蚀氮化物硬膜形成用于后续制作浅沟槽的刻蚀窗口的步骤包括以下步骤：
在氮化物硬膜上涂覆光刻胶，光刻形成光刻窗口；
刻蚀光刻窗口内的氮化物硬膜形成用于后续制作浅沟槽的刻蚀窗口。
作为优选：所述去除衬垫氮化层和衬垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构步骤中采用热磷酸去除衬垫氮化层和衬垫氧化层。
作为优选：所述衬垫氧化层的厚度为50-60埃。
作为优选：所述衬垫氮化层的厚度为500-700埃。
作为优选：所述氧化物硬模的厚度为50-100埃。
作为优选：所述氮化物硬膜的厚度为150-400埃。
与现有技术相比，本发明在衬垫氮化层的腐蚀步骤中，衬垫氮化层表面上覆盖有氧化物硬模作为牺牲层，可减少衬垫氮化层腐蚀步骤各向同性腐蚀所造成的衬垫氮化层厚度的减小，达到减少衬垫氮化层初始厚度的目的，随着其初始厚度的减小，有效的降低应力，从而减小衬垫氧化层的厚度，进而改善浅沟槽隔离凹坑的形貌。
附图说明
图1是现有技术的浅沟槽隔离的制作流程图。
图2a-2g是现有技术的制作流程中各个工艺步骤的剖面图。
图3是本发明浅沟槽隔离的制作流程图。
图4a-4h是本发明一实施例制作流程中各个工艺步骤的剖面图
具体实施方式
本发明下面将结合附图作进一步详述：
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
图3示出了本发明的浅沟槽隔离的制作流程图。
在本实施例中，浅沟槽隔离的制作方法，包括以下步骤：
在步骤301中，如图4a所示，在硅片400上依次沉积衬垫氧化层401、衬垫氮化层402、氧化物硬模403和氮化物硬膜404；所述氮化物硬膜404用来做浅沟槽隔离刻蚀时的硬掩膜，氧化物硬模403用来做氮化物硬膜404的应力释放层。
在步骤302中，如图4b所示，刻蚀氮化物硬膜404形成用于后续制作浅沟槽的刻蚀窗口404a；所述刻蚀氮化物硬膜形成用于后续制作浅沟槽的窗口的步骤包括以下步骤：
在氮化物硬膜上涂覆光刻胶(图中未示)，光刻形成光刻窗口(图中未示)；
刻蚀光刻窗口(图中未示)内的氮化物硬膜404形成用于后续制作浅沟槽的刻蚀窗口404a；
在步骤303中，如图4c所示，刻蚀所述刻蚀窗口404a内的氧化物硬模403、衬垫氮化层402、衬垫氧化层401和部分硅片400形成浅沟槽405；
在步骤304中，如图4d所示，对氮化物硬膜404、氧化物硬模403和衬垫氮化层402进行腐蚀，去除氮化物硬膜404、氧化物硬模403，缩小衬垫氮化层402的轮廓；所述氧化物硬模403在该步骤中作为衬垫氮化层402腐蚀的牺牲层，减少衬垫氮化层402在腐蚀工艺中的厚度损失，从而可以减少衬垫氮化层402的初始厚度，由于衬垫氮化层401的厚度越大，对下面硅片400的应力就越大，通常采用增大衬垫氧化层401的厚度来解决，所以伴随着衬垫氮化层402的初始厚度减少，有效降低应力，可以减小衬垫氧化层401的厚度，从而改善了浅沟槽隔离凹坑的形貌。
在步骤305中，如图4e所示，在上述结构表面沉积一层氧化膜406；
在步骤306中，如图4f所示，在浅沟槽405内填充绝缘介质，形成绝缘介质层407，再如图4g所示，化学机械研磨绝缘介质层407和氧化膜406，停留在衬垫氮化物层402上，得到结构408；
在步骤307中，如图4h所示，采用热磷酸溶液去除衬垫氮化层402和衬垫氧化层401，形成浅沟槽隔离结构409。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种浅沟槽隔离的制作方法，包括以下步骤：
在硅片上依次沉积衬垫氧化层、衬垫氮化层、氧化物硬模和氮化物硬膜；
刻蚀氮化物硬膜形成用于后续制作浅沟槽的刻蚀窗口；
刻蚀所述刻蚀窗口内的氧化物硬模、衬垫氮化层、衬垫氧化层和部分硅片形成浅沟槽；
对氮化物硬膜、氧化物硬模和衬垫氮化层进行腐蚀，去除氮化物硬膜和氧化物硬模，缩小衬垫氮化层的轮廓；
在上述结构表面沉积一层氧化膜；
在浅沟槽内填充绝缘介质，形成绝缘介质层，再化学机械研磨绝缘介质层和氧化膜，停留在衬垫氮化层上；
去除衬垫氮化层和衬垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构。
2.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离的制作方法，其特征在于：所述刻蚀氮化物硬膜形成用于后续制作浅沟槽的刻蚀窗口的步骤包括以下步骤：
在氮化物硬膜上涂覆光刻胶，光刻形成光刻窗口；
刻蚀光刻窗口内的氮化物硬膜形成用于后续制作浅沟槽的刻蚀窗口。
3.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离的制作方法，其特征在于：所述去除衬垫氮化层和衬垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构步骤中采用热磷酸去除衬垫氮化层和衬垫氧化层。
4.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离的制作方法，其特征在于：所述衬垫氧化层的厚度为50-60埃。
5.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离的制作方法，其特征在于：所述衬垫氮化层的厚度为500-700埃。
6.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离的制作方法，其特征在于：所述氧化物硬模的厚度为50-100埃。
7.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离的制作方法，其特征在于：所述氮化物硬膜的厚度为150-400埃。
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