形成浅沟槽隔离结构的方法技术

本发明专利技术提供一种形成浅沟槽隔离结构的方法，包括：提供一半导体衬底，且在所述衬底上形成硬质掩膜层；对硬质掩膜层以及衬底刻蚀以形成隔离沟槽；对所述硬质掩膜层进行回刻，并在隔离沟槽表面形成内衬层；沉积隔离介质层以填充所述隔离沟槽并进行平坦化工艺；沿所述开口对所述隔离介质层进行刻蚀，以形成凹槽结构；在所述凹槽结构内以倾斜的方式进行离子注入，其中，凹槽结构中间的离子注入量大于其缘边的离子注入量；采用刻蚀工艺去除所述硬质掩膜层，以形成浅沟槽隔离结构。本发明专利技术可避免在浅沟槽隔离结构与半导体衬底接缝处出现凹槽，提高所形成浅沟槽隔离结构的形貌，进而提高包含所形成浅沟槽隔离结构的半导体器件的电学性能。

【技术实现步骤摘要】
形成浅沟槽隔离结构的方法
本专利技术涉及一种集成电路工艺制造技术，尤其涉及一种形成浅沟槽隔离结构的方法。
技术介绍
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(STI)进行横向隔离来制作。集成电路包括许多形成在半导体衬底上的晶体管，一般来说，晶体管是通过绝缘或隔离结构而彼此间隔开。通常用来形成隔离结构的工艺是浅沟槽隔离(shallowtrenchisolation，简称STI)工艺。用STI做隔离的器件，一般对STI的漏电的要求都非常高，而STI顶部边缘凹陷的形貌是影响STI边缘漏电的一个重要因素。当STI顶部边缘凹陷变深的时候，会对后期的许多工艺造成影响。例如，在进行多晶硅刻蚀的时候，由于STI顶部边缘凹陷较深，很难将凹陷内的多晶硅刻蚀干净，从而造成STI边缘漏电；在硅化物生长工艺中，如果STI顶部边缘凹陷较深，硅化物则会沿着有源区边缘往下生长，产生漏电。浅沟槽隔离结构作为一种器件隔离技术，其现有的具体工艺包括：S01：提供衬底101(请参考图1)；S02：在所述衬底101上形成氮化硅层103(请参考图2)；S03：形成贯穿所述氮化硅层103的开口105，所述开口105具有与界定出有源区的隔离结构对应的形状(请参考图3)；S04：以包含开口105的氮化硅层103为掩模，刻蚀衬底101以形成隔离沟槽107(请参考图4)；S05：在隔离沟槽107和开口105内以及开口两侧的氮化硅层103表面沉积氧化硅109，所述氧化硅109填充满隔离沟槽107和开口105并覆盖开口105两侧的氮化硅层103(请参考图5)；S06：通过CMP工艺去除氮化硅层103上多余的氧化硅109(请参考图6)；S07：通过湿法刻蚀工艺去除氮化硅层103，形成浅沟槽隔离结构111(请参考图7)；由图8中可以看出，浅沟槽隔离结构111因图7中湿法刻蚀工艺导致边缘形成凹陷112。由此上述可知，通过上述工艺形成的浅沟槽隔离结构111时，尤其是采用湿法刻蚀工艺时，易在所形成的浅沟槽隔离结构111的边缘形成较深的凹陷，导致浅沟槽隔离结构111的隔离性能不佳，包括浅沟槽隔离结构111的半导体器件易发生漏电，严重影响了包含浅沟槽隔离结构111的半导体器件的稳定性。因此，如何减少浅沟槽隔离结构111边缘的凹陷，提高所形成浅沟槽隔离结构的隔离性能，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种形成浅沟槽隔离结构的方法，可以避免所形成的浅沟槽隔离结构在其边缘处出现凹槽，提高所形成半导体器件的电学性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种形成浅沟槽隔离结构的方法，包括：步骤S01：提供一半导体衬底，且在所述衬底上形成硬质掩膜层，所述硬质掩膜层内形成暴露出所述衬底的开口；步骤S02：采用刻蚀工艺在所述衬底中形成隔离沟槽；其中，所述隔离沟槽的底部位于所述衬底中；步骤S03：对所述硬质掩膜层进行回刻，并在所述隔离沟槽表面形成内衬层；步骤S04：沉积隔离介质层以填充所述隔离沟槽并覆盖所述硬质掩膜层的表面，并对所述隔离介质层进行平坦化工艺；步骤S05：沿所述开口对所述隔离介质层进行刻蚀，以形成凹槽结构；步骤S06：在所述凹槽结构内以倾斜的方式进行离子注入，其中，所述凹槽结构中间的离子注入量大于其缘边的离子注入量；步骤S07：采用刻蚀工艺去除所述硬质掩膜层，以形成浅沟槽隔离结构。优选的，所述硬质掩膜层为单层结构且厚度大于所述硬质掩膜层的材料为多晶硅、氮化硅或氮化硼其中的一种。优选的，步骤S06中，以衬底表面的竖直面为基准，所述的倾斜角度大于0°小于45°。优选的，所述离子注入元素为氩元素、硼元素、磷元素、砷元素或锗元素其中的一种。优选的，步骤S06中，在所述凹槽结构内注入离子后，进行退火处理。优选的，所述内衬层是通过高深宽比工艺形成，其中，所述内衬层的厚度为3nm～5nm。优选的，所述隔离介质层的材质为氧化硅。优选的，所述步骤S04中，采用化学气相沉积工艺将所述隔离介质层填满所述隔离沟槽并覆盖所述硬质掩膜层的表面。优选的，所述步骤S04中，通过化学机械研磨工艺去除位于所述隔离沟槽外的隔离介质层。优选的，在步骤S02中，所述的刻蚀工艺为等离子刻蚀工艺。从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的形成浅沟槽隔离结构的方法中，通过使凹槽结构中间的离子注入量大于其缘边的离子注入量，从而控制浅沟槽隔离结构与刻蚀溶液发生反应的速率。具体的，离子注入量越大，则注入离子区域与刻蚀溶液发生反应的速率越快。由此可知，浅沟槽隔离结构的两端与其结构的中间相比，与刻蚀溶液发生反应的速率较慢，使浅沟槽隔离结构的两端不会在短时间内不会被刻蚀溶液侵蚀，进而避免浅沟槽隔离结构的两端发生凹陷结构导致漏电。本专利技术避免了在浅沟槽隔离结构与半导体衬底接缝处出现凹槽，提高所形成浅沟槽隔离结构的形貌，进而提高包含所形成浅沟槽隔离结构的半导体器件的电学性能。附图说明图1至图8为现有技术所形成浅沟槽隔离结构的剖面结构示意图；图9为本专利技术形成浅沟槽隔离结构的方法一个实施方式的流程示意图；图10至图16为本专利技术形成浅沟槽隔离结构的方法一个实施例中所形成浅沟槽隔离结构的剖面结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。其次，本专利技术利用示意图进行了详细的表述，在详述本专利技术实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本专利技术的限定。上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图9至图16对本专利技术的形成浅沟槽隔离结构的方法进行详细说明。图9为本专利技术形成浅沟槽隔离结构的方法的一较佳具体实施例的流程示意图；图10～16为采用图9所示形成方法所制造出的浅沟槽隔离结构的示意图。请参阅图9，在本实施例中，本专利技术提供一种形成浅沟槽隔离结构的方法具体包括以下步骤：步骤S01：提供一半导体衬底10，且在所述衬底10上形成硬质掩膜层20，所述硬质掩膜层20内形成暴露出所述衬底10的开口21(如图10所示)。其中，半导体衬底10的材料为单晶硅，可以是硅、锗硅还可以是其它半导体材料，在此不再赘述。具体的，所述硬质掩膜层20为单层结构且厚度大于所述硬质掩膜层20的材料为多晶硅、氮化硅或氮化硼其中的一种。此外，硬质掩膜层20优选为氮化硅层，衬底10与硬质掩膜层20之间可设有衬垫氧化层，衬垫氧化层可以为二无定形碳(SiO2)，衬垫氧化层为后续氮化硅层提供缓冲层，具体地说，衬垫氧化层用于避免直接在衬底10上生长氮化硅层会产生位错的缺点，氮化硅层形成工艺可以为现有的化学气相沉积工艺。步骤S02：采用刻蚀工艺在所述衬底10中形成隔离沟槽30；其中，所述隔离沟槽30的底部位于所述衬底10中(如图11所示)。具体的，沿硬质掩膜层20的开口21刻蚀至衬底10中，形成隔离沟槽30。开口21的形成工艺可以为现有的等离子刻蚀工艺。刻蚀半导体衬底10的工艺可以为现有的等离子刻蚀工艺，也就是说，沿着开口21用等离子刻蚀工艺刻蚀半导体衬底10形成隔离沟槽30。步骤S03：对所述硬质掩膜层20进行回刻，并在所述隔离沟槽30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成浅沟槽隔离结构的方法，其特征在于，包括：步骤S01：提供一半导体衬底，且在所述衬底上形成硬质掩膜层，所述硬质掩膜层内形成暴露出所述衬底的开口；步骤S02：采用刻蚀工艺在所述衬底中形成隔离沟槽；其中，所述隔离沟槽的底部位于所述衬底中；步骤S03：对所述硬质掩膜层进行回刻，并在所述隔离沟槽表面形成内衬层；步骤S04：沉积隔离介质层以填充所述隔离沟槽并覆盖所述硬质掩膜层的表面，并对所述隔离介质层进行平坦化工艺；步骤S05：沿所述开口对所述隔离介质层进行刻蚀，以形成凹槽结构；步骤S06：在所述凹槽结构内以倾斜的方式进行离子注入，其中，所述凹槽结构中间的离子注入量大于其缘边的离子注入量；步骤S07：采用刻蚀工艺去除所述硬质掩膜层，以形成浅沟槽隔离结构。

【技术特征摘要】
1.一种形成浅沟槽隔离结构的方法，其特征在于，包括：步骤S01：提供一半导体衬底，且在所述衬底上形成硬质掩膜层，所述硬质掩膜层内形成暴露出所述衬底的开口；步骤S02：采用刻蚀工艺在所述衬底中形成隔离沟槽；其中，所述隔离沟槽的底部位于所述衬底中；步骤S03：对所述硬质掩膜层进行回刻，并在所述隔离沟槽表面形成内衬层；步骤S04：沉积隔离介质层以填充所述隔离沟槽并覆盖所述硬质掩膜层的表面，并对所述隔离介质层进行平坦化工艺；步骤S05：沿所述开口对所述隔离介质层进行刻蚀，以形成凹槽结构；步骤S06：在所述凹槽结构内以倾斜的方式进行离子注入，其中，以衬底表面的竖直面为基准，所述的倾斜角度大于0°小于45°，所述凹槽结构中间的离子注入量大于其缘边的离子注入量；步骤S07：采用刻蚀工艺去除所述硬质掩膜层，以形成浅沟槽隔离结构。2.如权利要求1所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其特征在于，所述硬质掩膜层为单层结构且厚度大于所述硬质掩膜层的材料为多晶硅、氮化硅或氮化硼其中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍宇，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31