形成浅沟槽隔离结构的方法技术

本发明专利技术中公开了一种形成浅沟槽隔离结构的方法，该方法包括：在半导体衬底上沉积垫氧化层、停止层和光刻胶掩膜，通过刻蚀停止层、垫氧化层和半导体衬底形成浅沟槽，并在去除光刻胶掩膜之后在浅沟槽的侧壁和底部形成衬氧化层；向所述浅沟槽中填充绝缘介质，形成位于浅沟槽中以及停止层上的氧化膜层；进行平坦化处理；通过测量获得平坦化处理后的第一台阶高度；根据所述第一台阶高度去除浅沟槽中的部分氧化膜层，以调整浅沟槽中的氧化膜层的厚度；去除停止层；进行有源区的阈值调整离子注入；去除垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构。通过使用上述的方法，可减小各批次半导体器件上的台阶高度的波动，提高所制造的各批次半导体器件在性能上的一致性。

Method of forming a shallow trench isolation structure

The invention discloses a method for forming a shallow trench isolation structure, the method comprises: in a semiconductor substrate deposited on the pad oxide layer, stop layer and the photoresist mask, the etching stop layer, a pad oxide layer and the semiconductor substrate to form a shallow groove, and in the shallow trench sidewall and bottom formed after lithography remove the adhesive mask substrate oxidation layer; to the shallow trench is filled with insulating medium, formed in a shallow trench and stop the oxide film layer; planarizing processing; won the first step height flattening after treatment by measuring; according to the first step height to remove part of oxide film in shallow trench, to the adjustment of the shallow trench oxide film thickness; stop layer; the active region threshold adjustment ion implantation; removing the pad oxide layer, forming a shallow trench isolation structure. By using the above method, the fluctuation of the step height on each batch of semiconductor devices can be reduced, and the performance uniformity of the manufactured batches of semiconductor devices can be improved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体元器件的制造技术，尤其是指一种。
技术介绍
随着半导体制造技术的飞速发展，大规模集成电路的集成度的不断提高，半导体衬底的单位面积上有源器件的密度越来越高，半导体器件的特征尺寸(CD)显著减小，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. 13μπι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 Trench Isolation)技术来制作。图1 (a) 图1 (g)为现有技术中形成浅沟槽隔离结构的示意图。图2为现有技术中的流程图。结合图1(a) 图1(d)、图2所示，现有技术中的包括如下所述的步骤步骤201，在半导体衬底上依次分别形成垫氧化层、停止层和光刻胶掩膜。如图1(a)所示，在本步骤中，将首先在半导体衬底100上依次分别形成垫氧化层 (Pad Oxide) 102、停止层(Stop Layer) 104和光刻胶掩膜106，其中，所述垫氧化层102的主要成分为二氧化硅(SiO2),所述停止层104的主要成分为氮化硅(SiN)，因此，该停止层也可称为氮化硅牺牲层。步骤202，通过曝光显影(Photo)工艺，定义浅沟槽图形。步骤203，以光刻胶掩膜为掩膜(Mark)，对停止层、垫氧化层和半导体衬底进行刻蚀(etch)，形成浅沟槽。如图1 (a)所示，在本步骤中，将以光刻胶掩膜106为掩膜，用干法刻蚀法刻蚀停止层104、垫氧化层102和半导体衬底100，从而形成浅沟槽110。步骤204，去除光刻胶掩膜。如图1(b)所示，在本步骤中，将通过常用的处理方法(例如，灰化处理过程、湿法刻蚀法等)去除光刻胶掩膜106。步骤205，在浅沟槽中形成衬氧化层。如图1(c)所示，在本步骤中，将使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的主要成分一般为二氧化硅。步骤206，向所述浅沟槽中填充绝缘介质，形成一氧化膜层。如图1(c)所示，在本步骤中，将通过使用高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD) 工艺或高深宽比工艺(HARP,HighAspect Ratio Process)向所述浅沟槽110中填充绝缘介质，从而形成一绝缘层112，所述绝缘层112的主要成分为二氧化硅，因此，该绝缘层112也可称之为氧化膜层112。步骤207，进行平坦化处理。如图1(d)和图1(e)所示，为了在浅沟槽结构和有源区(AA)上获得一个比较平坦的表面，以便于后续的处理，在本步骤中，将进行平坦化处理。例如，可采用化学机械抛光工艺(CMP)来去除浅沟槽110中的部分氧化膜层112以及AA之上(此时即为停止层104之上)的氧化膜层112。步骤208，调整浅沟槽中的氧化膜层的厚度，以调整台阶高度。如图1 (d)和图1 (e)所示，由于在步骤203中所形成的浅沟槽是一个下凹的沟槽， 因此在步骤206中形成上述氧化膜层112后，浅沟槽中的氧化膜层与有源区上方的氧化膜层相比，有明显的下凹，这种下凹称为台阶。即使是在进行上述平坦化处理之后，该台阶依然会存在。在本领域中，可将浅沟槽中的氧化膜层的上表面到垫氧化层的下表面(也就是 AA的上表面)之间的高度称为台阶高度(SHjtep Height)。在半导体制造技术中，在进行平坦化处理之后，残留的浅沟槽区域与AA之间的台阶高度是一种重要的参数，如果台阶高度过大，将对所形成的半导体器件的性能造成不利的影响。因此，在本步骤中，可通过湿法刻蚀的方法，调整浅沟槽110中的氧化膜层112的厚度，以调整台阶高度。具体来说，可使用氢氟酸溶液(DHF，DiIutedHF)去除一定量的浅沟槽110中残留的氧化膜层112。例如，可使用100 1的氢氟酸溶液浸泡5分钟的方式去除厚度为120 180埃(A)的所述浅沟槽110中的氧化膜层112。步骤209，去除停止层。如图1(f)所示，在本步骤中，将通过湿法刻蚀的方法去除停止层104。具体来说， 由于停止层104的表面一般都有一层自然氧化层，因此首先需要使用氢氟酸溶液来清除掉氮化物表面的自然氧化层，然后再用热磷酸溶液完全去除停止层。例如，可先使用200 1 的氢氟酸溶液浸泡9分钟，然后再用热磷酸溶液充分浸泡，从而完全去除停止层。由于在本步骤中仍然使用了氢氟酸溶液，因此该氢氟酸溶液将对浅沟槽110中残留的氧化膜层112 进行刻蚀，从而进一步降低台阶高度。步骤210，进行有源区的阈值调整离子注入(Well and VT Implant)。在本步骤中，将进行有源区的阈值调整离子注入，从而通过调节阱(Well)表面的杂质浓度来调整阈值(Vt)。步骤211，去除垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构。如图1(g)所示，在本步骤中，将在形成栅氧化层(Gate Oxide)之前，可通过湿法刻蚀的方法去除垫氧化层102，从而形成所需的浅沟槽隔离结构。具体来说，可使用氢氟酸溶液去除垫氧化层。例如，可用100 1的氢氟酸浸泡5分25秒，从而去除所述的垫氧化层。由于在本步骤中也使用了氢氟酸溶液，因此该氢氟酸溶液也将对浅沟槽110中残留的氧化膜层112进行刻蚀，从而更进一步地降低台阶高度。在实际应用情况中，一般将通过批量生产的方式来制造所需的半导体器件。由于半导体加工工艺的精度的限制，因此即使是使用相同的加工工艺，不同批次的半导体器件之间也仍然存在一些差异。例如，在上述的中，在步骤206之前，将在半导体衬底上沉积垫氧化层、停止层和光刻胶掩膜，通过刻蚀形成浅沟槽，并在去除光刻胶掩膜之后在浅沟槽中形成衬氧化层。由于每个步骤中所能达到的加工工艺的精度是有限的，因此，在不同批次的晶圆上所形成的半导体器件中的垫氧化层、停止层和光刻胶掩膜的高度(或厚度)很难做到完全相等。所以，在向所形成的浅沟槽中填充绝缘介质之前，不同批次的晶圆上所形成的浅沟槽的尺寸也不可能完全相等；而在平坦化处理之后进行调整浅沟槽中的氧化膜层的厚度的工艺时，由于各个批次的晶圆所使用的氢氟酸溶液的浓度相同，处理的时间也相同，因此在去除一定量的浅沟槽中的氧化膜层后，不同批次的半导体器件上所形成的台阶高度也并不相同；同理，在去除停止层和垫氧化层后，不同批次的半导体器件上的台阶高度之差还将进一步加大。由此可知，不同批次的半导体器件的台阶高度并不相同，存在一定的波动。这种各批次半导体器件的台阶高度的波动将对后续的制造工序造成不良影响，从而影响各批次半导体器件在性能上的一致性，甚至可能降低所形成的半导体器件的可靠性。而现有技术中在调整浅沟槽中的氧化膜层的厚度、去除有源区之上的停止层和垫氧化层时，对于不同批次的晶圆却均使用固定的处理方式，例如，溶液的浓度不变，处理时间也不变，所以无法根据不同的台阶高度灵活进行处理，以减小各批次半导体器件上的台阶高度的波动，从而难以保证各批次半导体器件在性能上的一致性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种，从而减小各批次半导体器件上的台阶高度的差异，提高所制造的各批次半导体器件在性能上的一致性。为达到上述目的，本专利技术中的技术方案是这样实现的一种，该方法包括在半导体衬底上沉积垫氧化层、停本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种形成浅沟槽隔离结构的方法，其特征在于，该方法包括：在半导体衬底上沉积垫氧化层、停止层和光刻胶掩膜，通过刻蚀停止层、垫氧化层和半导体衬底形成浅沟槽，并在去除光刻胶掩膜之后在浅沟槽的侧壁和底部形成衬氧化层；向所述浅沟槽中填充绝缘介质，形成位于浅沟槽中以及停止层上的氧化膜层；进行平坦化处理，去除停止层上的氧化膜层以及浅沟槽中的部分氧化膜层；通过测量获得平坦化处理后的第一台阶高度ｄ１；其中，所述第一台阶高度ｄ１为平坦化处理后的浅沟槽中的氧化膜层的上表面到垫氧化层的下表面之间的高度；根据所述第一台阶高度ｄ１去除浅沟槽中的部分氧化膜层，以调整浅沟槽中的氧化膜层的厚度；去除停止层；进行有源区的阈值调整离子注入；去除垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构。

【技术特征摘要】

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