[发明专利]一种浅沟槽隔离结构的制造方法有效

专利信息
申请号: 201410597402.4 申请日: 2014-10-29
公开(公告)号: CN104319257A 公开(公告)日: 2015-01-28
发明(设计)人: 鲍宇 申请(专利权)人: 上海华力微电子有限公司
主分类号: H01L21/762 分类号: H01L21/762
代理公司: 上海思微知识产权代理事务所(普通合伙) 31237 代理人: 王宏婧
地址: 201203 上海市*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 沟槽 隔离 结构 制造 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及半导体制造技术领域,尤其涉及一种浅沟槽隔离结构的制造方法。

背景技术

完整的电路是由分离的器件通过特定的电学通路连接起来的,在集成电路制造工艺中必须把器件隔离开,隔离不好会造成漏电、闩锁效应等。因此,隔离技术是集成电路制造中的一项关键技术。现有的隔离工艺通常包括局部硅氧化工艺(LOCOS)和浅沟槽隔离工艺(Shallow trench isolation,STI)。LOCOS工艺操作简单,其在微米及亚微米工艺中得到了广泛应用,但LOCOS工艺具有一系列缺点,例如,边氧化会形成鸟嘴(bird’s break),使场二氧化硅侵入有源区,导致有源区有效面积减少;场注入在高温氧化过程中发生再分布,引起有源器件的窄宽度效应(narrow width effect);线宽越小,场氧越薄;表面形状不平坦。为了减小LOCOS工艺带来的这些负面效果,出现了一些改进的LOCOS工艺。然而,随着器件向深亚微米级发展,改进的LOCOS工艺仍然存在鸟嘴问题以及场氧减薄效应,因此出现了STI工艺。STI工艺克服了LOCOS工艺的局限性,其具有优异的隔离性能、超强的闩锁保护能力、平坦的表面形状、对沟槽没有侵蚀且与化学机械抛光(CMP)技术兼容。因此,在0.25μm及以下的工艺,都使用STI隔离工艺。STI工艺的流程主要包括沟槽的刻蚀、填充和CMP平坦化。使用STI工艺的半导体器件中会遇到反窄宽度效应(inverse narrow width effect,INWE),主要表现为器件的阈值电压随器件沟道宽度的减小而减小。造成I NWE的原因是尖锐的沟槽顶角使栅电场变得集中,导致沟槽边缘产生了一个跟有源器件平行的低阈值通路。随着器件尺寸的减小,INWE已经成为制约器件性能的重要因素。

现有技术中制作STI结构过程中,通常采用氮化硅作为STI沟槽刻蚀的硬质掩膜层,刻蚀出STI沟槽,然后向沟槽中填充氧化硅,形成浅STI结构(如图1所示)。随着IC关键尺寸的减小,STI填充变得愈加困难,很容易出现填充空洞(void,如图1中10),降低STI结构的隔离效果,降低器件性能。

因此,需要一种新的浅沟槽隔离结构的制作工艺,以避免上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浅沟槽隔离结构的制造方法,降低浅沟槽填充工艺难度,避免填充空洞产生,提供器件性能。

为解决上述问题,本发明提供一种浅沟槽隔离结构的制造方法,包括浅沟槽刻蚀步骤以及光阻层和介质层交替填充步骤,所述浅沟槽刻蚀步骤包括:在一半导体衬底上形成具有浅沟槽图案的硬掩膜层,以所述硬掩膜层为掩膜,刻蚀所述半导体衬底形成浅沟槽;所述光阻层和介质层交替填充步骤至少包括一次介质层部分填充、光阻层填充以及介质层再填充组成的过程,其中,

所述介质层部分填充包括:在所述浅沟槽中部分填充前一介质层,所述前一介质层在浅沟槽中的厚度低于所述浅沟槽的深度;

所述光阻层填充包括:在部分填充有所述前一介质层的浅沟槽内填满光阻层,并去除硬掩膜层表面上多余的前一介质层;

所述介质层再填充包括:去除所述光阻层,在所述浅沟槽中部分填充后一介质层,若所述后一介质层填满所述浅沟槽,则进行顶部化学机械平坦化以形成浅沟槽隔离结构;若所述后一介质层未填满所述浅沟槽,则继续光阻层填充和介质层再填充组成的过程,直至介质层再填充过程的介质层填满所述浅沟槽。

进一步的,所述硬掩膜层为氮化硅、氮氧化硅、非晶碳、氮化硼、氮化钛中的至少一种,所述硬掩膜层为单层结构或者由不同材质形成的多层堆叠结构。

进一步的,在所述浅沟槽内填充的光阻层的顶部不低于硬掩膜层表面。

进一步的,第一次在所述浅沟槽中部分填充介质层之前,还在所述浅沟槽中填充内衬层。

进一步的,所述第一次部分填充的介质层在所述浅沟槽底部的厚度大于浅沟槽深度的10%。

进一步的,在所述浅沟槽中部分填充的前一介质层覆盖所述浅沟槽的内侧壁和底部,所述方法还包括:在所述浅沟槽内填充光阻层之前或者去除所述浅沟槽内的光阻层之后,对所述浅沟槽内侧壁的前一介质层进行回拉刻蚀以增大所述浅沟槽的开口。

进一步的,所述前一介质层位于浅沟槽侧壁的宽度大于所述前一介质层的回拉刻蚀的距离大于

进一步的,填充在所述浅沟槽中的各层介质层的材质完全相同、部分相同或者完全不同。

进一步的,所述填充在所述浅沟槽中的介质层分别为氧化硅或者氮氧化硅或者氮化层和氧化硅层堆叠而成的结构。

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