淺溝槽隔離結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種淺溝槽隔離結構的制作方法，包括步驟：在襯底上依次沉積氧化層和掩膜層；形成一開口，至少位于所述掩膜層中；在所述開口的側壁上形成側墻；以所述側墻和掩膜層為掩膜，對所述襯底進行刻蝕，在所述襯底中形成一溝槽；去除所述側墻；以及在所述開口和溝槽中填充絕緣材料，形成淺溝槽隔離結構。本發(fā)明通過形成所述側墻能改變后續(xù)刻蝕工藝中淺溝槽隔離結構的形狀，減小或者消除淺溝槽隔離區(qū)和有源區(qū)邊緣的邊溝，從而能減少反向窄溝道效應，提高器件的性能。
【專利說明】
淺溝槽隔離結構的制作方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體集成電路制造工藝方法，特別是涉及淺溝槽隔離結構的制作方法。
【背景技術】
[0002]在半導體制造領域，隨著半導體器件集成和小型化的發(fā)展，隔離半導體器件的隔離結構的大小也隨之減小。因此，目前淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolat1n，STI)結構成為深亞微米時代的互補型金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)器件制造的主流隔離工藝。
[0003]淺溝槽隔離結構作為一種器件隔離技術，傳統(tǒng)的具體工藝如下:參考圖1，提供一襯底101，在其表面從下至上依次形成墊氧化物層102、氮化硅層103和光刻膠層104;參考圖2，曝光顯影后在光刻膠層104中形成開口 A，所述開口 A具有與界定出有源區(qū)的隔離結構對應的形狀;參考圖3，利用具有開口 A(如圖1所示)的光刻膠層104作為掩模，刻蝕形成貫穿所述氮化硅層103和墊氧化物層102直到所述襯底101內的隔離溝槽B，去除光刻膠層104，最后在圖3中的隔離溝槽B內沉積氧化硅材料，所述氧化硅材料填充滿隔離溝槽B并覆蓋隔離溝槽B兩側的氮化硅層103，通過CMP工藝去除氮化硅層103上多余的氧化硅材料，并且在后續(xù)的工藝中，還牽涉去除氮化硅層103和去除墊氧化物層102的步驟，最終形成淺溝槽隔離結構C，如圖4所示。
[0004]在上述傳統(tǒng)STI結構的制造過程中會造成淺溝槽隔離結構C中的氧化硅下凹，形成向下凹陷的形狀，稱作邊溝(divot)105，如圖4所示，邊溝105處會產生邊緣電場。隨著半導體器件的尺寸越來越小，器件有源區(qū)的寬度就會越來越淺，再加上傳統(tǒng)STI結構制造中出現(xiàn)的邊溝，這樣就會引起閾值電壓下降，從而出現(xiàn)器件漏電流增大的反向窄溝道效應(Inverse Narrow Width Effect，INWE)，這種效應會對器件和電路的特性產生很嚴重的影響。
[0005]因此，針對上述技術問題，有必要提供新的淺溝槽隔離結構的制作方法。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是減小淺溝槽隔離結構中因邊溝引起的反向窄溝道效應，提尚器件的性能。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的淺溝槽隔離結構的制作方法，包括如下步驟:
[0008]在襯底上依次沉積氧化層和掩膜層；
[0009]形成一開口，至少位于所述掩膜層中；
[0010]在所述開口的側壁上形成側墻；
[0011 ]以所述側墻和掩膜層為掩膜，對所述襯底進行刻蝕，在所述襯底中形成一溝槽；
[0012]去除所述側墻；以及
[0013]在所述開口和溝槽中填充絕緣材料，形成淺溝槽隔離結構。
[0014]可選的，所述開口位于所述氧化層上。
[0015]可選的，所述開口位于所述掩膜層和氧化層中。
[0016]可選的，在所述氧化層和掩膜層之間形成一浮置柵極層，所述開口還位于所述浮置柵極層中。
[0017]進一步的，在所述開口的側壁上形成側墻的步驟中包括:形成一犧牲層;刻蝕形成所述側墻。
[0018]進一步的，對所述犧牲層進行一退火工藝，較佳的，在氮氣環(huán)境下進行所述退火工
-H-
O
[0019]進一步的，所述犧牲層的材料為氧化物，較佳的，所述犧牲層為正硅酸乙酯(Tetraethyl Orthosilicate，TE0S)與氧氣發(fā)生化學反應沉積得到。
[0020]進一步的，通過自對準工藝蝕刻所述犧牲層以形成所述側墻。
[0021 ]進一步的，采用濕法刻蝕工藝去除所述側墻。
[0022]進一步的，在所述開口和溝槽中填充絕緣材料之后，采用化學機械拋光進行平坦化步驟最終停止在所述掩膜層上，最后，去除所述掩膜層以形成最終的淺溝槽隔離結構。
[0023]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024]本發(fā)明通過形成所述側墻制作STI結構能夠減小或者消除淺溝槽隔離區(qū)和有源區(qū)邊緣的邊溝(divot)，提高半導體器件中隔離區(qū)和有源區(qū)邊緣處的閾值電壓，降低邊緣處器件的漏電，從而能減小淺溝槽隔離結構的反向窄溝道效應，提高器件的性能。
【附圖說明】
[0025]圖1至圖4為傳統(tǒng)淺溝槽隔離結構的制作方法中各步驟對應的結構示意圖；
[0026]圖5為本發(fā)明一實施例中淺溝槽隔離結構的制作方法的流程圖；
[0027]圖6至圖13為本發(fā)明一實施例中淺溝槽隔離結構的制作方法中各步驟對應的結構示意圖。
[0028]圖14至圖15為本發(fā)明另一實施例中淺溝槽隔離結構的制作方法中相應步驟對應的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面將結合流程圖和示意圖對本發(fā)明淺溝槽隔離結構的制作方法進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。
[0030]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0031]本發(fā)明的核心思想在于，本發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結構的制作方法，如圖5所示，包括如下步驟:
[0032]S1、在襯底上依次沉積氧化層和掩膜層；
[0033]S2、形成一開口，至少位于所述掩膜層中；
[0034]S3、在所述開口的側壁上形成側墻；
[0035]S4、以所述側墻和掩膜層為掩膜，對所述襯底進行刻蝕，在所述襯底中形成一溝槽；
[0036]S5、去除所述側墻；以及
[0037]S6、在所述開口和溝槽中填充絕緣材料，形成淺溝槽隔離結構。
[0038]本發(fā)明通過形成所述側墻制作STI結構能夠減小或者消除淺溝槽隔離區(qū)和有源區(qū)邊緣的邊溝(divot)，提高半導體器件中隔離區(qū)和有源區(qū)邊緣處的閾值電壓，降低邊緣處器件的漏電，從而能減小淺溝槽隔離結構的反向窄溝道效應，提高器件的性能。
[0039]以下列舉所述淺溝槽隔離結構的制作方法的實施例，以清楚說明本發(fā)明的內容，應當明確的是，本發(fā)明的內容并不限制于以下實施例，其他通過本領域普通技術人員的常規(guī)技術手段的改進亦在本發(fā)明的思想范圍之內。
[0040]實施例1:
[0041 ]如圖5所示，首先，步驟SI，在所述襯底201上依次沉積氧化層202、掩膜層203，如圖6所示，在本發(fā)明實施例中，所述襯底201可以包括任意下面的材料或可以使用的材料，或者在其上可以形成器件、電路或外延層的任何材料。在其他替換實施例中，所述襯底201可以包括諸如摻雜硅、砷化鎵、砷磷化鎵、磷化銦、鍺、或者硅鍺襯底的半導體襯底。例如，所述襯底201可以包括除了半導體襯底部分之外的，諸如S12或Si3N4層之類的絕緣層。因此，所述襯底201用于一般地定義位于感興趣的層或部分下方的多層要素。同樣，所述襯底201可以是其上形成層的任意其他基底，例如玻璃或者金屬層。
[0042]優(yōu)選的，所述掩膜層203可以包括氮化物，但是在其他實施例中，掩膜層203可以包括其他合適的材料，假若其性能使得其作為用于拋光步驟的停止層，使得其對于后續(xù)刻蝕(例如，側墻(如下述)濕法刻蝕)具有抗蝕性，并且其對于各向異性襯底的刻蝕(例如，產生側墻(如下述)的自對準工藝蝕刻)具有抗蝕性。
[0043]執(zhí)行步驟S2，形成一開口D，至少位于所述掩膜層203中。所述開口D可以通過本領域普通技術人員公知的光刻和蝕刻工藝來實現(xiàn)。例如，光刻和蝕刻工藝包括以下連續(xù)步驟。首先，通過旋涂將光致抗蝕劑涂覆在所述掩膜層203上，例如，光致抗蝕劑層可以具有幾個微米的厚度，并且可以是由可以用作光致抗蝕劑的任意合適的聚合物(例如聚乙烯肉桂酸酯、或基于熱塑性酚醛樹脂的聚合物)構成。接著，通過UV光經過施加的掩膜照射所述光致抗蝕劑層。在照射之后，對光致抗蝕劑顯影，依賴于所使用光致抗蝕劑的類型，引起光致抗蝕劑的已照射部分(正抗蝕劑)或未照射部分(負抗蝕劑)的去除。然后使用已顯影的光致抗蝕劑層作為掩膜對所述掩膜層203進行刻蝕，其后典型地通過使用有機溶劑去除光致抗蝕劑層的剩余部分，形成貫穿所述掩膜層203的所述開口D，即所述開口D位于所述氧化層202上，如圖7所示。
[0044]執(zhí)行步驟S3，在所述開口D的側壁上形成側墻。
[0045]首先，在所述開口D中形成一犧牲層204，如圖8所示，例如，所述犧牲層204的材料可以是氧化物，常用的如TEOS與氧氣發(fā)生化學反應沉積得到，較佳的，對所述犧牲層204進行一氮氣環(huán)境下的退火工藝，使所述犧牲層204的材料致密性更好，在其他實施例中，退火環(huán)境可以為其他惰性氣體。
[0046]然后在所述開口D中形成具有所述犧牲層204的側墻，如圖9所示，所述側墻可以通過本領域普通技術人員公知的自對準工藝蝕刻來實現(xiàn)，在此不作贅述。
[0047]執(zhí)行步驟S4，以所述側墻和掩膜層203為掩膜，對所述襯底201進行刻蝕，形成貫穿所述氧化層202直至所述襯底201內的一溝槽E，如圖10所示，該步驟中可以通過本領域普通技術人員公知的光刻技術來實現(xiàn)，在此不作贅述。
[0048]執(zhí)行步驟S5，去除所述側墻，采用濕法刻蝕工藝去除所述側墻，在實際操作中，在刻蝕所述側墻的同時，位于所述側墻下方的所述氧化層202的部分及全部也會被刻蝕掉，如圖11所示。
[0049]執(zhí)行步驟S6，在所述開口 D和溝槽E中填充絕緣材料205，如圖12所示，常用的絕緣材料為二氧化硅。然而在另外的描述中，將絕緣材料205稱作為二氧化硅層205，應該理解的是這只是為了易于理解，并且不是為了限制。接下來，對所述二氧化硅層205進行平面化，例如，這是通過對于本領域普通技術人員公知的諸如化學機械拋光(Chemical MechanicalPolishing，CMP)之類的拋光工藝來實現(xiàn)的，去除所述墊氮化娃層203上的多余的二氧化娃層205，最后，去除所述掩膜層203和所述氧化層202，例如，使用磷酸清洗去除所述氮化硅層203，使用氫氟酸濕法刻蝕去除所述氧化層202，這些方法都是本領域普通技術人員公知的，在此不作贅述，最終形成淺溝槽隔離結構F，如圖13所示。
[0050]本發(fā)明實施例1中制作的淺溝槽隔離結構F相比傳統(tǒng)的STI結構C，不存在邊溝105。[0051 ] 實施例2:
[0052]請參閱圖14-圖15，其中，在圖14-圖15中，參考標號表示與圖6-圖13相同的表述與第一實施方式相同的結構。所述第二實施例的制作方法與所述第一實施例的制作方法基本相同，其區(qū)別在于:在步驟S2中，如圖14所示，形成一開口G，所述開口G位于所述掩膜層203和氧化層202中。相應地，在步驟S3中，在所述開口 G的側壁上形成的側墻，如圖15所示。
[0053]接著，相繼執(zhí)行同所述第一實施例中的步驟S4、S5和S6，本發(fā)明實施例2最終制作的淺溝槽隔離結構與實施例1中的淺溝槽隔離結構相同，相比傳統(tǒng)的STI結構C，也不會存在邊溝105。
[0054]另外，當上述淺溝槽隔離結構應用于閃存器件中時，上述制作方法還包括在所述氧化層202和掩膜層203之間形成一制備存儲器的浮置柵極層，所述浮置柵極層的介質材料為多晶硅或氮化硅或具有導電性的納米晶體材料，在上述制作方法中形成的一開口還位于所述浮置柵極層中。
[0055]綜上，本發(fā)明所述的淺溝槽隔離結構的制作方法中通過形成所述側墻能改變后續(xù)刻蝕工藝中STI結構的形狀，能夠減小或者消除淺溝槽隔離區(qū)和有源區(qū)邊緣的邊溝(divot)，提高半導體器件中隔離區(qū)和有源區(qū)邊緣處的閾值電壓，降低邊緣處器件的漏電，從而能減小淺溝槽隔離結構的反向窄溝道效應，提高器件的性能。
[0056]顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1.淺溝槽隔離結構的制作方法，其特征在于，包括如下步驟: 在襯底上依次沉積氧化層和掩膜層； 形成一開口，至少位于所述掩膜層中； 在所述開口的側壁上形成側墻； 以所述側墻和掩膜層為掩膜，對所述襯底進行刻蝕，在所述襯底中形成一溝槽； 去除所述側墻；以及 在所述開口和溝槽中填充絕緣材料，形成淺溝槽隔離結構。2.如權利要求1所述的淺溝槽隔離結構的制作方法，其特征在于，所述開口形成于所述氧化層上。3.如權利要求1所述的淺溝槽隔離結構的制作方法，其特征在于，所述開口位于所述掩膜層和氧化層中。4.如權利要求1至3中任意一項所述的淺溝槽隔離結構的制作方法，其特征在于，所述制作方法還包括: 在所述氧化層和掩膜層之間形成一浮置柵極層； 所述開口還位于所述浮置柵極層中。5.如權利要求1所述的淺溝槽隔離結構的制作方法，其特征在于，在所述開口的側壁上形成側墻的步驟中包括: 形成一犧牲層； 刻蝕形成所述側墻。6.如權利要求5所述的淺溝槽隔離結構的制作方法，其特征在于，所述制作方法還包括對所述犧牲層進行一退火工藝。7.如權利要求6所述的淺溝槽隔離結構的制作方法，其特征在于，在氮氣環(huán)境下進行所述退火工藝。8.如權利要求5所述的淺溝槽隔離結構的制作方法，其特征在于，所述犧牲層的材料為氧化物。9.如權利要求8所述的淺溝槽隔離結構的制作方法，其特征在于，所述犧牲層的材料為通過正硅酸乙酯與氧氣發(fā)生化學反應沉積而來。10.如權利要求5所述的淺溝槽隔離結構的制作方法，其特征在于，通過自對準工藝蝕刻所述犧牲層以形成所述側墻。11.如權利要求1所述的淺溝槽隔離結構的制作方法，其特征在于，采用濕法刻蝕工藝去除所述側墻。12.如權利要求1所述的淺溝槽隔離結構的制作方法，其特征在于，所述制作方法還包括:在所述開口和溝槽中填充絕緣材料之后，采用化學機械拋光進行平坦化步驟最終停止在所述掩膜層上。13.如權利要求1所述的淺溝槽隔離結構的制作方法，其特征在于，所述制作方法還包括:在所述平坦化步驟之后，去除所述掩膜層以形成最終的淺溝槽隔離結構。
【文檔編號】H01L21/762GK105914178SQ201610307225
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】徐濤, 陳宏 , 王卉, 曹子貴
【申請人】上海華虹宏力半導體制造有限公司