[发明专利]浅沟槽隔离的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种浅沟槽隔离的制作方法。

背景技术

在深亚微米集成电路工艺中，浅沟槽隔离(STI，shallow trench isolation)是在衬底上制作晶体管有源区之间隔离区的一种工艺，由于具有能提供较小的隔离尺寸，平坦化的表面等优点，而逐渐取代了局部场氧化的工艺，成为主流的隔离工艺。

在浅沟槽隔离工艺中，通常使用氮化层作为刻蚀以及化学机械研磨(CMP)的硬掩膜。并且，其残余厚度在化学机械研磨之后又是浅沟槽隔离台阶高度(STI overhang)调节的起点。在浅沟槽隔离工艺中，氮化层会被多步工艺所消耗，例如浅沟槽隔离刻蚀，衬垫氧化层以及浅沟槽隔离的化学机械研磨，特别是随着器件尺寸的缩小，为了增加高宽比填充(Harp)的填充特性而增加的氮化层腐蚀(nitride pullback)步骤，对于氮化层的厚度要求进一步的加强。但由于氮化层与硅片的晶格结构不匹配，所以，过厚的氮化层会带来严重的应力问题，甚至会导致剥离的发生。

图1所示是现有技术的浅沟槽隔离的制作流程，结合图2a至图2g，所述浅沟槽隔离的制作方法，包括以下步骤：

在步骤101中，如图2a所示，在硅片200上依次沉积衬垫氧化层201和衬垫氮化层202；

在步骤102中，如图2b所示，采用光刻、刻蚀工艺形成贯穿衬垫氮化层202、衬垫氧化层201和部分硅片200的浅沟槽203；在该步骤中，所述衬垫氮化层202损失厚度为200-300埃。

在步骤103中，如图2c所示，对衬垫氮化层202进行腐蚀，缩小衬垫氮化层202的轮廓；所述衬垫氮化层202横向和纵向上都被腐蚀，在该步骤中，所述衬垫氮化层202损失厚度为100埃。

在步骤104中，如图2d所示，在上述结构表面沉积一层氧化膜204。

在步骤105中，如图2e所示，在浅沟槽203内填充绝缘介质，形成绝缘介质层205，再化学机械研磨绝缘介质层205和氧化膜204，停留在衬垫氮化层202上，形成结构206(见图2f)；所述填充工艺为采用高宽比填充工艺，在该步骤中，作为化学机械研磨停止层的衬垫氮化层202损失厚度为60埃。

在步骤106中，如图2g所示，去除衬垫氮化层202和衬垫氧化层201，形成浅沟槽隔离结构207。

在步骤105化学机械研磨后衬垫氮化层202的厚度为浅沟槽隔离的台阶高度调整的起点，对它的厚度有一定的要求，而该厚度加上工艺过程中步骤102、步骤103和步骤104总共损失的厚度400-500埃，决定了步骤101中衬垫氮化层的初始厚度。所述衬垫氮化层202的初始厚度为700-1000埃。由于衬垫氮化层和硅片之间的晶格不匹配，过厚的衬垫氮化层厚度会导致严重的应力问题，如果通过增加衬垫氧化层的厚度的方法来解决应力问题，过厚的衬垫氧化层又会引入浅沟槽隔离的凹坑问题，所以，对于各个工艺中的衬垫氮化层损失进行有效的控制对于浅沟槽隔离的特性是非常关键的。

发明内容

本发明的目的是提供一种浅沟槽隔离的制作方法，以减少衬垫氮化层损失、减少衬垫氮化层初始厚度、降低应力，有效减小衬垫氧化层的厚度，改善浅沟槽隔离凹坑的形貌。

本发明的技术解决方案是一种浅沟槽隔离的制作方法，包括以下步骤：

在硅片上依次沉积衬垫氧化层、衬垫氮化层、氧化物硬模和氮化物硬膜；

刻蚀氮化物硬膜形成用于后续制作浅沟槽的刻蚀窗口；

刻蚀所述刻蚀窗口内的氧化物硬模、衬垫氮化层、衬垫氧化层和部分硅片形成浅沟槽；

对氮化物硬膜、氧化物硬模和衬垫氮化层进行腐蚀，去除氮化物硬膜、氧化物硬模，缩小衬垫氮化层的轮廓；

在上述结构表面沉积一层氧化膜；

在浅沟槽内填充绝缘介质，形成绝缘介质层，再化学机械研磨绝缘介质层和氧化膜，停留在衬垫氮化层上；

去除衬垫氮化层和衬垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构。

作为优选：所述刻蚀氮化物硬膜形成用于后续制作浅沟槽的刻蚀窗口的步骤包括以下步骤：

在氮化物硬膜上涂覆光刻胶，光刻形成光刻窗口；

刻蚀光刻窗口内的氮化物硬膜形成用于后续制作浅沟槽的刻蚀窗口。

作为优选：所述去除衬垫氮化层和衬垫氧化层，形成浅沟槽隔离结构步骤中采用热磷酸去除衬垫氮化层和衬垫氧化层。

作为优选：所述衬垫氧化层的厚度为50-60埃。

作为优选：所述衬垫氮化层的厚度为500-700埃。

作为优选：所述氧化物硬模的厚度为50-100埃。