專利名稱：淺溝槽隔離的形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種半導體制造工藝中淺溝 槽隔離的形成方法。
背景技術：
隨著半導體制造工藝向小線寬的工藝節點發展，半導體器件間的隔離工
藝也已由早期的局部氧化工藝(LOCOS)發展到淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation, STI)工藝。淺溝槽隔離工藝的主要步驟為溝槽刻蝕，絕緣物填 充，研磨平坦化。由于淺溝槽隔離工藝直接影響到半導體基底上的半導體器 件間的漏電流及其它電學性能，因而業界總是通過各種方法來提高淺溝槽隔 離的性能。專利申請號為200410101523.1的中國專利公開了一種淺溝槽隔離的 形成方法。
圖1至圖5為所述專利公開的淺溝槽隔離的形成方法各步驟相應結構的剖 面示意圖。
如圖l所示，首先提供一半導體襯底IO,在所述半導體襯底10上形成墊氧 化層(Pad Oxidate) 12，在所述墊氧化層12上形成硬掩膜層14，在所述硬掩 膜層上旋涂光刻膠層16,并圖形化形成溝槽圖案16a。
如圖2所示，刻蝕所述溝槽圖案16a底部的硬掩膜層14和墊氧化層12,將 所述溝槽圖案16a轉移到所述硬掩膜層14和墊氧化層12中，形成開口 16b。
如圖3所示，刻蝕所述開口16b底部的半導體襯底10，在所述半導體襯底 10中形成溝槽18,所述溝槽18具有傾斜的側壁，和圓弧化的邊角。
如圖4所示，通過熱氧化在所述溝槽18側壁和底部形成一襯墊氧化層20， 所述襯墊氧化層20的厚度為100至200A。接著進行退火工藝。
如圖5所示，在所述溝槽18和開口 16b中填充絕緣材料22。
然后通過化學機械研磨去除多余的絕緣材料，并通過濕法清洗去除所述 半導體襯底10上的氧化層12，硬掩膜層14,形成淺溝槽隔離。
上述方法中，在所述溝槽18側壁和底部形成襯墊氧化層20后，將所述半 導體村底10從氧化爐中取出，冷卻，接著通過濕法清洗去除所述開口側壁和 底部的污染物顆粒，然后將該半導體襯底10送入退火裝置，進行退火工藝， 通過退火修復在刻蝕形成所述溝槽18時造成的半導體襯底10的損傷，完成退 火后，再執行圖5所示的填充工藝。上述的淺溝槽隔離的制造工藝中半導體村 底多次被暴露在外部環境中，易被污染。
發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種淺溝槽隔離的形成方法，以解決現有 淺溝槽隔離的制造方法中半導體襯底被多次暴露在外部環境中易被污染的問題。
為達到上述目的，本發明提供的一種淺溝槽隔離的形成方法，包括提 供一具有溝槽的半導體襯底；在所述溝槽的底部和側壁形成襯墊氧化層并原 位進行退火；在所述溝槽中填充絕緣物質。
在所述溝槽的底部和側壁形成襯墊氧化層并原位進行退火的步驟如下 將所述半導體襯底暴露于氧氣氣氛中，執行氧化工藝；停止執行氧化工藝； 在真空或惰性氣體環境中原位對所述半導體襯底執行退火工藝。
所述惰性氣體為氮氣。
所述氧化工藝在800至1100度的溫度下進行。 所述氧化工藝為干氧氧化、濕氧氧化中的一種。 所述退火在900至1300度的溫度下進行。 所述退火的時間為60至400分鐘。
在所述溝槽的底部和側壁形成襯墊氧化層并原位進行退火的步驟在氧化 爐或快速熱退火裝置中進行。
在所述溝槽中填充絕緣物質的方法為低壓化學氣相沉積、常壓化學氣相 沉積、高密度等離子體化學氣相沉積中的一種。
該方法進一步包括化學^/L械平坦化的步驟。
所述溝槽的形成步驟如下:在半導體襯底上形成氧化層；在所述氧化層上 形成硬掩膜層；在所述硬掩膜層上旋涂光刻膠層，并圖形化形成溝槽圖案； 刻蝕去除所述溝槽圖案底部的硬掩膜層和氧化層，在所述硬掩膜層和氧化層 中形成開口；刻蝕所述開口底部的半導體襯底，在所述半導體襯底中形成溝 槽；去除所述光刻膠層。
本發明還提供一種淺溝槽隔離的形成方法，包括在半導體襯底上依次 成氧化層和硬掩膜層；在所述硬掩膜層上旋涂光刻膠層，并圖形化形成溝槽
圖案；刻蝕去除所述溝槽圖案底部的硬掩膜層和氧化層，在所述硬掩膜層和 氧化層中形成開口；刻蝕所述開口底部的半導體襯底，在所述半導體襯底中
形成溝槽；去除所述光刻膠層；將所述半導體襯底暴露于氧氣氣氛中，執行 氧化工藝，在所述溝槽中形成襯墊氧化層；停止執行氧化工藝；在真空或惰 性氣體環境中原位對所述半導體襯底執行退火工藝；在所述溝槽中填充絕緣 物質。
與現有技術相比，本發明具有以下優點
本發明的淺溝槽隔離的制造方法將在溝槽中形成村墊氧化層和后續的退 火工藝整合在一起，在一臺設備中完成兩步工藝， 一方面，減少了半導體襯 底在不同的設備間傳送的次數，從而減少了被外部環境污染的可能性；
另 一方面節省時間節省了形成襯墊氧化層后的降溫步驟所用的時間， 從形成襯墊氧化層的設備中取出后清洗所述用的時間，以及傳送到退火設備 的時間，在退火設備中的升溫的時間；
另外，省去了濕法清洗的步驟現有技術中形成襯墊氧化層的工藝和退 火的工藝在不同的半導體設備中進行，在兩步工藝之間需要有一步清洗工藝， 以去除在傳送過程中附著到溝槽表面的污染物顆粒，本發明方法由于在同一 臺設備中完成氧化和退火，因而可省去濕法清洗的工藝，可以降低成本，簡 化工藝，并有利于提高器件的穩定性；
本發明的方法還可以降低熱預算由于在同一臺設備中順次進行氧化形 成襯墊氧化層的工藝和退火工藝，節省了現有技術中形成襯墊氧化層后的降 溫工藝，和退火之前的升溫步驟，這有助于降低熱預算，并有效利用兩步工 藝的熱量，同時也節省了氮氣和氧氣的消耗，節省成本；
在同一臺半導體設備中完成兩步工藝，提高了設備的利用率，對于另一 臺設備，可延長使用壽命；
對于新產品在設備上的評估本發明方法可減少對一臺設備的評估，從 而減少評估時間，簡化評估工藝，并能夠盡早得知評估結果，對新產品的量 產及盡早占領市場提供時間保障。
圖1至圖5為現有一種淺溝槽隔離的制造方法的各步驟相應的結構的剖 面示意圖6為本發明淺溝槽隔離的形成方法的第 一 實施例的流程圖； 圖7至12為本發明淺溝槽隔離的形成方法的第一實施例各步驟相應結構 的剖面示意圖13為本發明淺溝槽隔離的形成方法的第二實施例的流程圖。
具體實施例方式
為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖 對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。
圖6為本發明淺溝槽隔離的制造方法的第一實施例的流程圖。
如圖6所示，提供一具有溝槽的半導體襯底(S100)。所述半導體襯底材 質可以是單晶硅或多晶硅，該半導體襯底也可包括絕緣層上硅結構、硅鍺化 合物、硅稼化合物等。
所述半導體襯底中的溝槽可以通過如下步驟形成
首先，在半導體襯底上通過熱氧化工藝生長一氧化層作為墊氧化層(Pad Oxide)，該墊氧化層的厚度約為100至200A;
接著，通過沉積的方法在所述墊氧化層上形成一硬掩膜層，本實施例中 所述硬掩膜層為氮化硅，其厚度為1()0至200nm;
然后，在所述硬掩膜層上旋涂光刻膠層，并通過曝光顯影形成溝槽圖案； 作為本發明的另外的實施例，在旋涂所述光刻膠層之前亦可先旋涂有機抗反 射層，或通過沉積的方法在所述硬掩膜層上形成無機抗反射層，例如氮氧化 硅，所述有機抗反射層或無機抗反射層用于減小或消除在曝光時來自所述硬 掩模層表面的反射光對形成的溝槽圖案的側壁輪廓的影響；
通過刻蝕去除所述溝槽圖案底部的硬掩膜層和墊氧化層，在所述硬掩膜 層和墊氧化層中形成開口 ，所述開口的底部露出所述半導體村底表面；
刻蝕所述開口底部的半導體襯底，在所述半導體襯底中形成溝槽，所述
溝槽的深度由刻蝕的時間來控制。
在所述溝槽的側壁和底部形成襯墊氧化層并原位進行退火(SllO)。本實 施例中步驟如下
將所述半導體襯底暴露于氧氣氣氛中，執行氧化工藝，本實施例中所述 氧化工藝在800至1100度的溫度下進行，時間為1至20分鐘，所述氧化工 藝為干氧氧化、濕氧氧化的一種，另外，可以在所述干氧氧化工藝或濕法氧
化工藝中摻入氯離子；
停止執行氧化工藝；
在真空或惰性氣體環境中原位對所述半導體襯底執行退火工藝，本實施 例中所述惰性氣體為氮氣，退火的溫度為900至1300度，時間為60至400分鐘。
在所述溝槽的底部和側壁形成襯墊氧化層并原位進行退火的步驟在氧化 爐或快速熱退火裝置中進行，本實施例中形成所述襯墊氧化層并原位退火的 工藝在氧化爐中進行。
在所述半導體村底的溝槽中填充絕緣物質(S120)。填充的方法為低壓化 學氣相沉積、常壓化學氣相沉積、高密度等離子體化學氣相沉積中的一種。 進一步的，該方法包括化學機械平坦化的步驟。
本發明的淺溝槽隔離的制造方法將在溝槽中形成襯塾氧化層和后續的退 火工藝整合在一起，在一臺設備中完成兩步工藝， 一方面，減少了半導體村 底在不同的設備間傳送的次數，從而減少了被外部環境污染的可能性；
另 一方面節省時間節省了形成襯墊氧化層后的降溫步驟所用的時間， 從形成襯墊氧化層的設備中取出后清洗所述用的時間，以及傳送到退火設備 的時間，在退火設備中的升溫的時間；
另外，省去了濕法清洗的步驟現有技術中形成襯墊氧化層的工藝和退 火的工藝在不同的半導體設備中進行，在兩步工藝之間需要有一步清洗工藝， 以去除在傳送過程中附著到溝槽表面的污染物顆粒，本發明方法由于在同一 臺設備中完成氧化和退火，因而可省去濕法清洗的工藝，可以降低成本，簡 化工藝，并有利于提高器件的穩定性；
本發明的方法還可以降低熱預算由于在同 一 臺設備中順次進行氧化形 成襯墊氧化層的工藝和退火工藝，節省了現有技術中形成襯墊氧化層后的降 溫工藝，和退火之前的升溫步驟，這有助于降低熱預算，并有效利用兩步工 藝的熱量，同時也節省了氮氣和氧氣的消耗，節省成本；
在同一臺半導體設備中完成兩步工藝，提高了設備的利用率，對于另一 臺設備，可延長使用壽命；
對于新產品在設備上的評估本發明方法可減少對一臺設備的評估，從 而減少評估時間，簡化評估工藝，并能夠盡早得知評估結果，對新產品的量
產及盡早占領市場提供時間保障。
下面結合剖面圖對本發明淺溝槽隔離的形成方法的第 一 實施例進行詳細 描述。圖7至12為本發明淺溝槽隔離的形成方法的第一實施例各步驟相應結
構的剖面示意步驟一，提供一具有溝槽的半導體襯底，所述半導體襯底材質可以是單 晶硅或多晶硅，該半導體襯底也可包括絕緣層上硅結構、硅鍺化合物、硅稼 化合物等。所述半導體襯底中的溝槽通過如下步驟形成
如圖7所示，在半導體襯底10上通過熱氧化工藝生長一氧化層12作為 墊氧化層(Pad Oxide),該墊氧化層的厚度約為100至200A,所述氧化層12 作為所述半導體襯底IO和后續沉積的硬掩膜層之間的隔離層，用于消除后續 的硬掩膜層直接沉積在所述半導體襯底10表面時產生的應力；
接著，通過沉積的方法在所述墊氧化層12上形成一硬掩膜層14，本實施 例中所述硬掩膜層14為氮化硅，其厚度為100至200nm，該硬掩膜層14主 要有兩個作用1、作為在所述半導體村底10中刻蝕形成溝槽時的硬掩膜；2、 作為后續填充溝槽后的化學機械研磨工藝的研磨停止層；
然后，在所述硬掩膜層14上旋涂光刻膠層16，并通過曝光顯影形成溝槽 圖案16a;作為本發明的另外的實施例，在旋涂所述光刻膠層16之前亦可先 旋涂有機抗反射層，或通過沉積的方法在所述硬掩膜層14上先形成無機抗反 射層，例如氮氧化硅，所述有機抗反射層或無機抗反射層用于減小或消除在 曝光時來自所述硬掩模層14表面的反射光對形成的溝槽圖案16a的側壁輪廓 的影響；
執行第一步刻蝕，去除所述溝槽圖案16a底部的硬掩膜層14和墊氧化層 12，在所述硬掩膜層14和墊氧化層12中形成如圖8所示的開口 16b,所述開 口 16b的底部露出所述半導體襯底l()的表面；本實施例中所述第一步刻蝕為 干法等離子體非等向性刻蝕；
接著，執行第二步刻蝕，刻蝕所述開口 16b底部的半導體襯底10,在所 述半導體襯底io中形成如圖9所示的溝槽18，并去除所述光刻膠層16。本 實施例中所述第二步刻蝕為干法等離子體非等向性刻蝕，刻蝕形成的溝槽18 的深度通過控制刻蝕的時間決定，形成的溝槽18的側壁與所述半導體襯底10 表面的夾角為70至90度，從而溝槽18頂部的開口的尺寸較大，可使得后續
的填充工藝變得簡單；形成的溝槽的邊角為圓弧形，有助于釋放應力；
本步驟中所述第一步刻蝕和第二步刻蝕可以在同一半導體設備中完成， 也可以在不同的半導體設備中完成。
步驟二，在所述溝槽18的側壁和底部形成如圖10所示的襯墊氧化層 (Liner Oxide) 20并原位進行退火，形成的襯墊氧化層20的工藝一方面可i奮 復在刻蝕溝槽18時造成的半導體村底10的損傷；另一方面，為后續溝槽18 中填充的絕緣材料和所述溝槽18的硅表面提供一穩定的緩沖交界面；并有助 于減小沿所述溝槽18邊緣的漏電流(Leakage);另外，形成所述襯墊氧化層 的工藝可進一步的使得所述溝槽18的頂部的邊角圓化，釋放應力；本實施例 中形成所述襯墊氧化層20的工藝為高溫氧化，所述高溫氧化為干氧氧化、濕 氧氧化中的一種；所述退火可在真空或惰性氣體氣氛中進行。
本實施例中形成所述襯墊氧化層20并原位進行退火的工藝通過如下步驟 實現將所述半導體襯底IO暴露于氧氣氣氛中，執行氧化工藝，本實施例中 所述氧化工藝在800至1100度的溫度下進行，時間為1至20分鐘，所述氧 化工藝為干氧氧化、濕氧氧化中的一種，另外，可以在所述干氧氧化工藝或 濕法氧化工藝中可摻入氯離子；
停止執行氧化工藝；
在真空或惰性氣體環境中原位對所述半導體襯底IO執行退火工藝，本實 施例中所述惰性氣體為氮氣，退火的溫度為900至130()度，時間為60至400 分鐘。通過本步驟的退火工藝一方面釋放形成溝槽18后所述半導體襯底10 中的應力，并進一步的修復在刻蝕形成溝槽18時對所述半導體襯底10的損 傷。
在所述溝槽18的底部和側壁形成襯墊氧化層20并原位進行退火的步驟 在氧化爐或快速熱退火裝置中進行，本實施例中形成所述襯墊氧化層20并原 位退火的工藝在氧化爐中進行。
步驟三，如圖11所示，在所述半導體襯底10的溝槽18中填充絕緣物質 22。填充方法為低壓化學氣相沉積、常壓化學氣相沉積、高密度等離子體化 學氣相沉積中的一種。
進一步的，通過化學機械平坦化去除所述硬掩膜層14上多余的絕緣物質 22,并通過熱磷酸濕法清洗工藝去除所述硬掩膜層14，通過氫氟酸濕法清洗
去除所述墊氧化層12,即形成了如圖12所示淺溝槽隔離結構。
圖13為本發明的淺溝槽隔離工藝的形成方法的第二實施例的流程圖。如 圖13所示,
在半導體襯底上依次成氧化層和硬掩膜層(S200);
在所述硬掩膜層上旋涂光刻膠層，并圖形化形成溝槽圖案(S210);
刻蝕去除所述溝槽圖案底部的硬掩膜層和氧化層，在所述硬掩膜層和氧 化層中形成開口 (S220);
刻蝕所述開口底部的半導體襯底，在所述半導體襯底中形成溝槽，去除 所述光刻膠層(S230);
將所述半導體襯底暴露于氧氣氣氛中，執行氧化工藝，在所述溝槽中形 成襯墊氧化層(S240 )，本實施例中所述氧化在800至1100度的溫度下進行， 時間為1至20分鐘，所述氧化工藝為干氧氧化、濕氧氧化中的一種，另外， 可以在所述干氧氧化工藝或濕法氧化工藝中可摻入氯離子；
停止執行氧化工藝(S250);
在真空或惰性氣體環境中原位對所述半導體襯底執行退火工藝(S260 )， 本實施例中所述惰性氣體為氮氣，退火的溫度為900至1300度，時間為60 至400分鐘；
通過沉積的方法在所述溝槽中填充絕緣物質(S270 )。
本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何 本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和 修改，因此本發明的保護范圍應當以本發明權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1. 一種淺溝槽隔離的形成方法，包括提供一具有溝槽的半導體襯底；在所述溝槽的底部和側壁形成襯墊氧化層并原位進行退火；在所述溝槽中填充絕緣物質。
2、 如權利要求1所述的淺溝槽隔離的形成方法，其特征在于，在所述溝 槽的底部和側壁形成襯墊氧化層并原位進行退火的步驟如下將所述半導體襯底暴露于氧氣氣氛中，執行氧化工藝； 停止執行氧化工藝；在真空或惰性氣體環境中原位對所述半導體村底執行退火工藝。
3、 如權利要求2所述的淺溝槽隔離的形成方法，其特征在于所述惰性 氣體為氮氣。
4、 如權利要求2所述的淺溝槽隔離的形成方法，其特征在于所述氧化 工藝在800至1100度的溫度下進行。
5、 如權利要求2所述的淺溝槽隔離的形成方法，其特征在于:所述氧化工 藝為干氧氧化、濕氧氧化中的一種。
6、 如權利要求2所述的淺溝槽隔離的形成方法，其特征在于所述退火 在900至1300度的溫度下進行。
7、 如權利要求2所述的淺溝槽隔離的形成方法，其特征在于所述退火 的時間為60至400分鐘。
8、 如權利要求1所述的淺溝槽隔離的形成方法，其特征在于在所述溝 槽的底部和側壁形成襯墊氧化層并原位進行退火的步驟在氧化爐或快速熱退 火裝置中進行。
9、 如權利要求1所述的淺溝槽隔離的形成方法，其特征在于在所述溝 槽中填充絕緣物質的方法為低壓化學氣相沉積、常壓化學氣相沉積、高密度 等離子體化學氣相沉積中的 一種。
10、 如權利要求1所述的淺溝槽隔離的形成方法，其特征在于該方法 進一步包括化學機械平坦化的步驟。
11、 如權利要求1所述淺溝槽隔離的形成方法，其特征在于，所述溝槽的形成步驟如下在半導體襯底上形成氧化層；在所述氧化層上形成硬掩膜層；在所述硬:淹膜層上旋涂光刻膠層，并圖形化形成溝槽圖案； 刻蝕去除所述溝槽圖案底部的硬掩膜層和氧化層，在所述硬掩膜層和氧化層中形成開口；刻蝕所述開口底部的半導體村底，在所述半導體襯底中形成溝槽； 去除所述光刻膠層。
12、 一種淺溝槽隔離的形成方法，包括在半導體襯底上依次成氧化層和硬掩膜層；在所述硬掩膜層上旋涂光刻膠層，并圖形化形成溝槽圖案； 刻蝕去除所述溝槽圖案底部的硬掩膜層和氧化層，在所述硬掩膜層和氧 化層中形成開口；刻蝕所述開口底部的半導體襯底，在所述半導體襯底中形成溝槽； 去除所述光刻膠層；將所述半導體襯底暴露于氧氣氣氛中，執行氧化工藝，在所述溝槽中形 成襯墊氧化層；停止執行氧化工藝；在真空或惰性氣體環境中原位對所述半導體襯底執行退火工藝； 在所述溝槽中填充絕緣物質。
全文摘要
一種淺溝槽隔離的形成方法，包括提供一具有溝槽的半導體襯底；在所述溝槽的底部和側壁形成襯墊氧化層并原位進行退火；在所述溝槽中填充絕緣物質。本發明淺溝槽隔離的形成方法能夠減少襯底傳送次數，減少污染，并使工藝簡化，成本降低。
文檔編號H01L21/70GK101207063SQ200610147429
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月18日 優先權日2006年12月18日
發明者何有豐, 樸松源, 杰 白 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司