浅沟槽隔离结构、半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种浅沟槽隔离结构、半导体器件及其制造方法，在浅沟槽的侧壁上覆盖衬氧化层后并填充一定深度的第一隔离材料层后，在第一隔离材料层上方的衬氧化层侧壁上再形成一层衬介质层，使得第一隔离材料层上方的浅沟槽侧壁变厚，用于填充第二隔离材料层的窗口变窄，之后通过第二隔离材料层填满浅沟槽时，可以使得第二隔离材料层在浅沟槽顶部边缘处相对向内收缩，从而可以避免后续工艺对顶部边缘的第二隔离材料层的损伤，进而能够避免浅沟槽隔离结构顶部边缘处的边沟现象，提高浅沟槽隔离结构的隔离性能和半导体器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
浅沟槽隔离结构、半导体器件及其制造方法
本专利技术涉及集成电路制造
，尤其涉及一种浅沟槽隔离结构、半导体器件及其制造方法。
技术介绍
浅沟槽隔离(ShallowTrenchIsolation，STI)结构具有提高有源元件间的隔离效果、减少占用晶圆表面的面积以及增加器件的集成度等优点，被广泛应用在半导体器件中作为元件之间的横向隔离结构。目前，浅沟槽隔离结构与有源区相邻的顶部边缘处容易在垫氧化层去除等后续工艺中受到损伤而产生边沟(Divot)现象，边沟的存在会造成元件之间的短路或泄漏电流路径，使形成的半导体器件的性能降低，最终可靠性问题和器件失效问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于一种浅沟槽隔离结构、半导体器件及其制造方法，能够避免浅沟槽隔离结构顶部边缘处的边沟现象，提高浅沟槽隔离结构的隔离性能和半导体器件的可靠性。为了实现上述目的，本专利技术提供一种浅沟槽隔离结构的制造方法，包括以下步骤：提供半导体衬底，在所述半导体衬底表面上依次形成垫氧化层和硬掩膜层，并依次刻蚀所述硬掩膜层、垫氧化层和一定厚度的半导体衬底，以在所述半导体衬底中形成浅沟槽；在所述浅沟槽的侧壁和底壁上形成衬氧化层；形成填充所述浅沟槽部分深度并暴露出所述部分深度上方的衬氧化层侧壁的第一隔离材料层；在所述浅沟槽中形成覆盖在所述暴露出的衬氧化层侧壁上的衬介质层；形成填满所述浅沟槽的第二隔离材料层，所述第二隔离材料层覆盖所述衬介质层和第一隔离材料层；依次去除所述半导体衬底上的硬掩膜层和垫氧化层。可选的，形成填充所述浅沟槽部分深度并暴露出所述部分深度上方的衬氧化层侧壁的第一隔离材料层的步骤包括：在所述硬掩膜层和浅沟槽表面上沉积第一隔离材料层，直至第一隔离材料层填满所述浅沟槽；平坦化所述第一隔离材料层至暴露出硬掩膜层；回刻蚀所述浅沟槽中的第一隔离材料层至一定深度。可选的，所述衬介质层的材质包括氧化层、氮化层和氮氧化层中的至少一种。可选的，形成所述衬介质层的步骤包括：对所述暴露出的衬氧化层进行介质促生长处理；采用热生长工艺形成所述衬介质层。可选的，所述介质促生长处理的工艺包括离子注入和表面处理中的至少一种，所述介质促生长处理向所述暴露出的衬氧化层引入包括氟、氧和硅中至少一种。可选的，采用倾斜离子注入法对所述暴露出的衬氧化层进行介质促生长处理。可选的，所述热生长工艺包括原位蒸汽产生工艺、快速热氧化工艺、快速热氮化工艺和快速热氧氮化工艺中的至少一种。可选的，形成填满所述浅沟槽的第二隔离材料层的步骤包括：在所述第一隔离材料层、硬掩膜层和衬介质层的表面上沉积第二隔离材料层，直至第二隔离材料层填满所述浅沟槽；平坦化所述第二隔离材料层至暴露出硬掩膜层。可选的，所述第一隔离材料层和所述第二隔离材料层的材料均为二氧化硅。可选的，依次去除所述硬掩膜层和垫氧化层的工艺包括湿法腐蚀。本专利技术还提供一种半导体器件的制造方法，包括上述之一的浅沟槽隔离结构的制造方法。本专利技术还提供一种浅沟槽隔离结构，包括：衬氧化层、衬介质层、第一隔离材料层以及第二隔离材料层；所述第一隔离材料层和第二隔离材料层连续填充在一半导体衬底的浅沟槽中，所述衬氧化层位于所述第一隔离材料层和第二隔离材料层与所述浅沟槽侧壁之间，所述衬介质层位于所述第一隔离材料层上方并位于所述第二隔离材料层和所述衬氧化层之间。可选的，所述第一隔离材料层和所述第二隔离材料层的材料均为二氧化硅。可选的，所述衬介质层的材质包括氧化层、氮化层和氮氧化层中的至少一种。本专利技术还提供一种半导体器件，包括上述之一的浅沟槽隔离结构。与现有技术相比，本专利技术的浅沟槽隔离结构、半导体器件及其制造方法，在浅沟槽的侧壁上覆盖衬氧化层后并填充一定深度的第一隔离材料层后，在第一隔离材料层上方的衬氧化层侧壁上再形成一层衬介质层，使得第一隔离材料层上方的浅沟槽侧壁变厚，用于填充第二隔离材料层的窗口变窄，之后通过第二隔离材料层填满浅沟槽时，可以使得第二隔离材料层在浅沟槽顶部边缘处相对向内收缩，从而可以避免后续工艺对顶部边缘的第二隔离材料层的损伤，进而能够避免浅沟槽隔离结构顶部边缘处的边沟现象，提高浅沟槽隔离结构的隔离性能和半导体器件的可靠性。附图说明图1A至图1E是一种浅沟槽隔离结构的制造方法中的器件结构剖面示意图；图2是本专利技术具体实施例的浅沟槽隔离结构的制造方法流程图；图3A至图3H是本专利技术具体实施例的浅沟槽隔离结构的制造方法中的器件结构剖面示意图。具体实施方式一种浅沟槽隔离结构的制造方法通常包括以下步骤：首先，请参考图1A，在半导体衬底100上形成垫氧化层(PadOxide)101和氮化硅硬掩膜层102；然后，请参考图1B，通过光刻、刻蚀工艺依次刻蚀氮化硅硬掩膜层102、垫氧化层101和一定深度的半导体衬底100，形成浅沟槽100a；接着，请参考图1C，在浅沟槽100a中形成衬氧化层(LinerOxide)103；然后，请参考图1D，在氮化硅硬掩膜层102、垫氧化层101和衬氧化层103上沉积氧化硅等绝缘材料，直至绝缘材料填满浅沟槽100a，并通过化学机械研磨(CMP)工艺去除氮化硅硬掩膜层102上方的多余绝缘材料，形成浅沟槽隔离结构104；之后，请参考图1E，通过湿法腐蚀工艺或者干法刻蚀工艺去除所述氮化硅硬掩膜层102、垫氧化层101，从而形成用于制作各个元件并被浅沟槽隔离结构隔离开来的有源区105。上述浅沟槽隔离结构的制造方法中，在去除所述氮化硅硬掩膜层102和垫氧化层101时，容易对浅沟槽隔离结构的顶部边缘处(即与有源区相邻的位置，或者称为与有源区相接的顶部界面处)造成损伤，产生边沟104a，在半导体器件的后续制作过程中该边沟104a会造成诸多问题并影响半导体器件的电学性能。例如，后续形成晶体管源漏极表面上的金属硅化物层的过程中，所述边沟104a内会同时生成金属硅化物层，并且位于边沟104a内的金属硅化物层不容易被去除而残留下来，随着集成电路的高密度、微型化发展，相邻MOS晶体管的源漏极之间间距变小，这些金属硅化物层残留(Residue)之间容易发生桥连，造成MOS晶体管之间的短路或泄漏电流路径，最终导致形成的半导体器件失效。为使本专利技术的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明，然而，本专利技术可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。请参考图2，本专利技术提供一种浅沟槽隔离结构的制造方法，包括以下步骤：S1，提供半导体衬底，在所述半导体衬底表面上依次形成垫氧化层和硬掩膜层，并依次刻蚀所述硬掩膜层、垫氧化层和一定厚度的半导体衬底，以在所述半导体衬底中形成浅沟槽；S2，在所述浅沟槽的侧壁和底壁上形成衬氧化层；S3，形成填充所述浅沟槽部分深度并暴露出所述部分深度上方的衬氧化层侧壁的第一隔离材料层；S4，在所述浅沟槽中形成覆盖在所述暴露出的衬氧化层侧壁上的衬介质层；S5，形成填满所述浅沟槽的第二隔离材料层，所述第二隔离材料层覆盖所述衬介质层和第一隔离材料层；S6，依次去除所述半导体衬底上的所述硬掩膜层和垫氧化层。请参考图3A和图3B，在步骤S1中，首先，提供一半导体衬底300，所述半导体衬底300为后续形成浅沟槽隔离结构提供工艺平台，所述半导体衬底300可以是硅(例如单晶硅、多晶硅或非晶硅)、锗、锗化硅、砷化镓等半导体材料；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：提供半导体衬底，在所述半导体衬底表面上依次形成垫氧化层和硬掩膜层，并依次刻蚀所述硬掩膜层、垫氧化层和一定厚度的半导体衬底，以在所述半导体衬底中形成浅沟槽；在所述浅沟槽的侧壁和底壁上形成衬氧化层；形成填充所述浅沟槽部分深度并暴露出所述部分深度上方的衬氧化层侧壁的第一隔离材料层；在所述浅沟槽中形成覆盖在所述暴露出的衬氧化层侧壁上的衬介质层；形成填满所述浅沟槽的第二隔离材料层，所述第二隔离材料层覆盖所述衬介质层和第一隔离材料层；依次去除所述半导体衬底上的所述硬掩膜层和垫氧化层。

【技术特征摘要】
1.一种浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：提供半导体衬底，在所述半导体衬底表面上依次形成垫氧化层和硬掩膜层，并依次刻蚀所述硬掩膜层、垫氧化层和一定厚度的半导体衬底，以在所述半导体衬底中形成浅沟槽；在所述浅沟槽的侧壁和底壁上形成衬氧化层；形成填充所述浅沟槽部分深度并暴露出所述部分深度上方的衬氧化层侧壁的第一隔离材料层；在所述浅沟槽中形成覆盖在所述暴露出的衬氧化层侧壁上的衬介质层；形成填满所述浅沟槽的第二隔离材料层，所述第二隔离材料层覆盖所述衬介质层和第一隔离材料层；依次去除所述半导体衬底上的所述硬掩膜层和垫氧化层。2.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，形成填充所述浅沟槽部分深度并暴露出所述部分深度上方的衬氧化层侧壁的第一隔离材料层的步骤包括：在所述硬掩膜层和浅沟槽表面上沉积第一隔离材料层，直至第一隔离材料层填满所述浅沟槽；平坦化所述第一隔离材料层至暴露出硬掩膜层；回刻蚀所述浅沟槽中的第一隔离材料层至一定深度。3.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述衬介质层的材质包括氧化层、氮化层和氮氧化层中的至少一种。4.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，形成所述衬介质层的步骤包括：对所述暴露出的衬氧化层进行介质促生长处理；采用热生长工艺形成所述衬介质层。5.如权利要求4所述的浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述介质促生长处理的工艺包括离子注入和表面处理中的至少一种，所述介质促生长处理向所述暴露出的衬氧化层引入包括氟、氧和硅中至少一种。6.如权利要求5所述的浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，采用倾斜离子注入法对...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金华，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31