浅沟槽隔离结构的制造方法技术

本发明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，在所述半导体衬底上形成具有开口的第一硬掩膜层；在所述半导体衬底和硬掩膜层上覆盖第二硬掩膜层；刻蚀所述第二硬掩膜层，剩余的第二硬掩膜层位于所述开口的侧壁上；以所述第一硬掩膜层和剩余的第二硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底，以形成沟槽；对所述剩余的第二硬掩膜层进行回拉工艺；进行热氧化工艺，以圆化所述沟槽顶部边缘；在所述沟槽中填充隔离材料；进行化学机械研磨工艺，直至暴露所述半导体衬底。本发明专利技术所述浅沟槽隔离结构的制作方法能够降低在沉积隔离材料的过层中在沟槽顶部边缘形成空气间隙，提高浅沟槽隔离结构的绝缘特性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
浅沟槽隔离结构的制造方法
本专利技术涉及半导体器件结构的制作方法，尤其涉及一种浅沟槽隔离结构的制作方法。
技术介绍
随着半导体器件的集成度越来越高，半导体器件制造工艺进入深亚微米时代，0.13μm以下的元件，例如CMOS器件中的NMOS晶体管与PMOS晶体管之间的隔离均采用STI(浅沟槽隔离)工艺形成的。传统的浅沟槽隔离结构的形成方法通常包括以下步骤：首先，提供半导体衬底，并在所述半导体衬底上依次形成氧化层和刻蚀阻挡层；接着，在所述刻蚀阻挡层上形成图案化的光刻胶层，使得所述刻蚀阻挡层的部分区域被暴露；接着以图案化的光刻胶层为掩膜，依次刻蚀所述刻蚀阻挡层、氧化层以及半导体衬底，从而在半导体衬底中形成沟槽，该沟槽截面的形状可以为矩形或梯形；接着在沟槽中沉积隔离材料，并进行化学机械研磨及刻蚀工艺，最终形成浅沟槽隔离结构。然而，随着器件尺寸的不断缩小，在形成浅沟槽隔离结构工艺中，在沉积隔离材料时，由于沟槽的深宽比较大、沟槽的开口尺寸较小以及沟槽顶端边缘的转角不圆滑，很容易在沟槽顶端边缘甚至沟槽中形成空气间隙(GapFill)，从而降低STI的隔绝能力和机械稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够在形成浅沟槽隔离结构过程中避免在浅沟槽隔离结构中形成空气间隙的制造方法。为解决上述技术问题，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，在所述半导体衬底上形成第一硬掩膜层，所述第一硬掩膜层中形成开口，暴露所述半导体衬底；在所述半导体衬底和硬掩膜层上覆盖第二硬掩膜层；刻蚀所述第二硬掩膜层，剩余的第二硬掩膜层位于所述开口的侧壁上；以所述第一硬掩膜层和剩余的第二硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底，以形成沟槽；对所述剩余的第二硬掩膜层进行回拉工艺；进行热氧化工艺，以圆化所述沟槽顶部边缘；在所述沟槽中填充隔离材料；以及进行化学机械研磨工艺，直至暴露所述半导体衬底的表面。进一步的，所述第一硬掩膜层的材质为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、无定形碳及氮化硼中的一种或几种。进一步的，所述第一硬掩膜层的厚度大于200埃。进一步的，所述第二硬掩膜层的材质为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、无定形碳及氮化硼中的一种或几种。进一步的，所述第二硬掩膜层的材质为氧化硅，对所述剩余的第二硬掩膜层进行回拉工艺的过程中，采用湿法刻蚀所述第二硬掩膜层，反应物包括氢氟酸，反应时间为0.5min～10min。进一步的，对所述剩余的第二硬掩膜层进行回拉工艺的过程中，刻蚀所述第二硬掩膜层的厚度为1nm～15nm。进一步的，所述第二硬掩膜层的厚度大于100埃。进一步的，所述热氧化工艺为炉管热氧化法或原位水汽生成法。进一步的，在进行热氧化工艺的步骤中，通入物质包括氧气，所述氧气的流量为100sccm～1000sccm，反应温度为500℃～800℃，反应时间为0.2h～2h。进一步的，所述隔离材料为二氧化硅、氟硅玻璃、未掺杂的硅酸盐玻璃或正硅酸四乙酯中的一种或几种。综上所述，本专利技术提供一种浅沟槽隔离结构的制作方法，在半导体衬底上形成具有开口的第一掩膜层，通过覆盖第二掩膜层并刻蚀所述第二掩膜层，使剩余的第二掩膜层位于所述开口的侧壁上，接着刻蚀所述半导体衬底，以形成沟槽，然后对所述第二掩膜层进行回拉工艺(PullBack)，进一步露出所述沟槽200的顶部边缘区域，并利用热氧化工艺以圆化所述沟槽顶部边缘区域，从而降低后续在沉积隔离材料的过层中，在沟槽顶部边缘形成空气间隙(GapFill)，提高浅沟槽隔离结构的绝缘特性和稳定性，进而维持半导体器件良好的性能。附图说明图1为本专利技术一实施例中浅沟槽隔离结构的制造方法的流程示意图。图2～图9为本专利技术一实施例中浅沟槽隔离结构的制造过程示意图。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。图1为本专利技术一实施例中浅沟槽隔离结构的制造方法的流程示意图。如图1所示，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：步骤S01：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成第一硬掩膜层，所述第一硬掩膜层中形成开口，暴露所述半导体衬底；步骤S02：在所述半导体衬底和硬掩膜层上覆盖第二硬掩膜层；步骤S03：刻蚀所述第二硬掩膜层，剩余的第二硬掩膜层位于所述开口的侧壁上；步骤S04：以所述第一硬掩膜层和剩余的第二硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底，以形成沟槽；步骤S05：对所述剩余的第二硬掩膜层进行回拉工艺；步骤S06：进行热氧化工艺，以圆化所述沟槽顶部边缘；步骤S07：在所述沟槽中填充隔离材料；步骤S08：进行化学机械研磨工艺，直至暴露所述半导体衬底。图2～图9为本专利技术一实施例中浅沟槽隔离结构的制造过程示意图。如图2～图9所示，以下详细说明本专利技术一实施例中浅沟槽隔离结构的制造过程。如图2所示，在步骤S01中，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100的材质可以为单晶硅、多晶硅、无定形硅、硅锗化合物或绝缘体上硅(SOI)等，在半导体衬底100中可以形成掺杂区，例如P阱区、N阱区等。接着，在所述半导体衬底100上形成第一硬掩膜层102，所述第一硬掩膜层102中形成有开口102a，所述开口102a暴露所述半导体衬底；所述第一硬掩膜层102的材质可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、无定形碳及氮化硼中的一种或几种。所述第一硬掩膜层102较佳的为氮化硅，可以采用热氧化生长法、化学气相沉积法或物理气相沉积法形成，例如形成方法为在400℃～600℃的反应温度下，通入二氯硅烷和氨气的反应物，以形成氮化硅材质的第一硬掩膜层102，所述第一硬掩膜层102较佳的厚度为大于200埃，可以在后续刻蚀工艺中保护其下方的半导体衬底100。本实施例中，具有开口102a的第一硬掩膜层102的形成过程包括：首先在半导体衬底100上形成第一硬掩膜层薄膜(图中未标示)，接着在第一硬掩膜层薄膜上涂覆光刻胶层，利用曝光显影工艺图案化光刻胶层，然后以图案化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第一硬掩膜层薄膜，以形成具有开口的第一硬掩膜层102。如图3所示，在步骤S02中，在所述半导体衬底100和硬掩膜层102上覆盖第二硬掩膜层104；所述第二硬掩膜层104的材质可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、无定形碳及氮化硼中的一种或几种，所述第二硬掩膜层104和所述第一硬掩膜层102的材质可以相同，其形成工艺亦可相同，形成时间可以不同以使厚度不同，所述第二硬掩膜层104较佳的厚度范围为大于100埃。如图4所示，在步骤S03中，刻蚀所述第二硬掩膜层104，剩余的第二硬掩膜层104位于所述开口102a的侧壁上；在较佳的实施例中，干法刻蚀所述第二硬掩膜层104，环境压力为1mtor～10mtor(毫托)，能量为200W～800W，偏压30V～100V，温度30℃～80℃，反应物包括He和CHF3，所述He的流量为50sccm～300sccm，所述CHF3的流量为10sccm～80sccm。所述第二硬掩膜层104可以完全覆盖所述开口102a的侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浅沟槽隔离结构的制造方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成第一硬掩膜层，所述第一硬掩膜层中具有暴露所述半导体衬底的开口；在所述半导体衬底和硬掩膜层上覆盖第二硬掩膜层；刻蚀所述第二硬掩膜层，使剩余的第二硬掩膜层位于所述开口的侧壁上；以所述第一硬掩膜层和剩余的第二硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底，以形成沟槽；对所述剩余的第二硬掩膜层进行回拉工艺；进行热氧化工艺，以圆化所述沟槽顶部边缘；在所述沟槽中填充隔离材料；以及进行化学机械研磨工艺，直至暴露所述半导体衬底的表面。

【技术特征摘要】
1.一种浅沟槽隔离结构的制造方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成第一硬掩膜层，所述第一硬掩膜层中具有暴露所述半导体衬底的开口；在所述半导体衬底和硬掩膜层上覆盖第二硬掩膜层；刻蚀所述第二硬掩膜层，使剩余的第二硬掩膜层位于所述开口的侧壁上；以所述第一硬掩膜层和剩余的第二硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底，以形成沟槽；对所述剩余的第二硬掩膜层进行回拉工艺，使得所述第二硬掩膜层变薄，以增大所述沟槽的开口大小，回拉工艺之后所述剩余的第二硬掩膜层具有倾斜侧壁；进行热氧化工艺，以圆化所述沟槽顶部边缘；在所述沟槽中填充隔离材料；以及进行化学机械研磨工艺，直至暴露所述半导体衬底的表面。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，在刻蚀所述第二硬掩膜层使剩余的第二硬掩膜层位于所述开口的侧壁上的步骤中，采用干法刻蚀所述第二硬掩膜层，环境压力为1mtor～10mtor，能量为200W～800W，偏压30V～100V，温度30℃～80℃，反应物包括He和CHF3，所述He的流量为50sccm～300sccm，所述CHF3的流量为10sccm～80sccm。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，所述第一硬掩膜层的材质为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、无定形碳及氮化硼中的一种或几种。4.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍宇，
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：