[发明专利]浅沟槽绝缘结构的制造方法

说明书

本发明公开了一种浅沟槽绝缘结构的制造方法，包括步骤：步骤一、在一半导体衬底上形成硬质掩模层并形成浅沟槽；步骤二、在浅沟槽的底部表面和侧面以及浅沟槽外的硬质掩模层表面形成第一绝缘层；步骤三、形成第二绝缘层将浅沟槽完全填充并延伸到浅沟槽外；步骤四、以硬质掩模层为停止层对第二绝缘层和第一绝缘层进行化学机械研磨并形成由填充于浅沟槽中的第一绝缘层和所述第二绝缘层叠加而成的浅沟槽绝缘结构。本发明能提高整个衬底表面的平坦化效果，也能够使浅沟槽绝缘结构顶部的碟状缺陷降低或消除，能提高CMP效率。

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种浅沟槽绝缘结构(STI)的制造方法。

背景技术

浅沟槽绝缘结构(STI)用于隔离出有源区，如图1A至图1E所示，是现有浅沟槽绝缘结构的制造方法的各步骤中的器件结构图；现有浅沟槽绝缘结构的制造方法包括如下步骤：

步骤一、如图1A所示，提供一半导体衬底如硅衬底101。

如图1B所示，在半导体衬底101的表面依次形成衬垫氧化层(Pad Oxide)102和衬垫氮化层(Pad SiN)103，由衬垫氧化层102和衬垫氮化层103叠加形成硬质掩模层。在半导体集成电路制造领域中，半导体衬底通常为由晶体结构的半导体材料组成的圆片组成，故也称晶圆(wafer)。

步骤二、如图1C所示，光刻定义出浅沟槽104的形成区域，之后依次对衬垫氮化层103和衬垫氧化层102进行刻蚀形成浅沟槽104的开口，之后以衬垫氮化层103和衬垫氧化层102为掩膜对底部的半导体衬底101进行刻蚀形成浅沟槽104。浅沟槽104的宽度相同或不同，图1B中显示了两种宽度的浅沟槽104，其中较宽的浅沟槽104单独用于标记104a标示。图1B中显示了浅沟槽104的宽度为d1，而浅沟槽104a的宽度为d2，d2大于d1。

由于浅沟槽的宽度不同，不同宽度的浅沟槽的刻蚀工艺中的刻蚀负载(loading)也不同，宽度较宽的浅沟槽104a区域的刻蚀速率会较大，使得形成的各浅沟槽的深度不一致，浅沟槽104a对应的深度会更大；浅沟槽的深度不一致也即深度loading不好。

步骤三、如图1D所示，形成浅沟槽绝缘层105，浅沟槽绝缘层105会将各浅沟槽104完全填充，并会延伸到各浅沟槽104的外部。由图1D所示可知，浅沟槽绝缘层105的顶部表面的平坦性较差，具有较大的高低起伏，如虚线圈201所示区域的起伏最大，该区域201对应于较宽的浅沟槽104a的顶部。浅沟槽绝缘层105的顶部表面的平坦性较差也即覆盖层(overburden)loading不好。

步骤四、如图1E所示，采用化学机械研磨(CMP)工艺对浅沟槽绝缘层105进行平坦化，平坦化后各浅沟槽104外部的浅沟槽绝缘层105都被去除，各浅沟槽104内部的浅沟槽绝缘层105研磨到和浅沟槽104的表面相平。实际工艺中，由于overburden loading不好，使得各位置的研磨效果并不一致，会影响CMP后的图案的一致性即图案loading较差。图1E的虚线圈202所示可知，在宽度较大的浅沟槽104a的区域中的浅沟槽绝缘层105会形成一个碟状缺陷(dishing defect)。

由上可知，现有方法中，浅沟槽绝缘层105一般多是利用微影蚀刻先制造出浅沟槽104后，再进行绝缘材料即浅沟槽绝缘层105的填充。通常浅沟槽104的深度多在以上，这使得蚀刻后大小线宽即不同宽度的浅沟槽104对应的深度loading表现不好；进一步接着绝缘材料105填充后的表面形成的overburden loading也不好，最后影响化学机械研磨的图案loading。市面上常见的绝缘材料通常为二氧化硅，而该材料的研磨液特性容易有较差的局部形貌而容易造成较差的碟状缺陷。在上述三种loading不好以及碟状缺陷的请况下，晶圆之间的浅沟槽绝缘结构的台阶高度(STI step height wafer to wafer)的控制也会比较差，必需利用分批先进过程控制(auto-process control，APC)作业，此举费时造成机台生产效率差。