[发明专利]浅沟槽隔离结构的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体器件中的浅沟槽隔离结构的制造方法。

背景技术

随着半导体制造技术的飞速发展，集成电路制造工艺已经进入深亚微米时代。半导体器件的尺寸和隔离半导体器件的隔离结构亦随之缩小。在0.13μm以下工艺节点，半导体器件的有源区(active area)的元件之间的隔离层均采用浅沟槽隔离工艺(STI)形成。

申请号为02148739.1的中国专利申请公开了一种在半导体衬底中形成浅沟槽隔离物的方法。在这种工艺中，首先在衬底表面形成垫氧化层(pad oxide)和氮化硅层，然后刻蚀氮化硅层、垫氧化层和衬底材料以在衬底中形成沟槽，元件之间用刻蚀的浅沟槽隔离；然后在沟槽侧壁和底部形成衬层氧化层，再利用化学气相淀积(CVD)在浅沟槽中填入绝缘介质，例如氧化硅。在填入绝缘介质之后，用化学机械研磨(CMP)的方法使沟槽表面平坦化。

图1为现有一种浅沟槽隔离结构形成方法的流程图；图2A至图2D为说明图1所示流程图的器件剖面图。如图1所示，并结合图2A至图2D。首先提供一半导体衬底100(S101)；然后在衬底100表面生长垫氧化层110(S102)；接着在垫氧化层110表面再形成氮化硅层120(S103)；利用光刻技术在氮化硅层120表面形成具有开口的光刻胶图形并通过上述开口刻蚀氮化硅层120、垫氧化层110以及衬底100以形成沟槽130(S104)；接下来采用炉管氧化(fumace)工艺在沟槽130的表面(包括底部和侧壁)热生长衬层氧化层(liner oxide)140，如图2B所示，炉管氧化工艺生长的氧化层的覆盖均匀性不佳，尤其在沟槽顶部边缘和底角处会出现缺陷141和142；然后采用热磷酸湿法腐蚀的方法对沟槽开口处的氮化硅层120进行回拉(pull back)处理(S106)；其目的是为了避免在后续酸洗工艺中STI边缘表面出现腐蚀凹陷。但是在利用热磷酸腐蚀氮化硅层120的过程中，磷酸在腐蚀氮化硅的同时，会对衬层氧化层140造成一定程度的腐蚀，加之炉管氧化工艺生长的氧化层存在致密程度和均匀性的缺陷141和142，使得衬层氧化层更易被腐蚀而减薄，如图2C所示，尤其是沟槽拐角边缘处的衬层氧化层相对较薄，从而使角部和底部的衬层氧化层出现更加严重的腐蚀缺陷。接下来在沟槽中填充绝缘物质150(S107)，如图2D所示；然后对沟槽进行平坦化处理(S108)。

由于炉管氧化工艺生长的衬层氧化层的致密程度和均匀性存在缺陷，加之湿法腐蚀氮化硅层120的过程中对衬层氧化层140造成一定程度的腐蚀，使衬层氧化层140的覆盖率降低，特别是角部衬层氧化层出现的腐蚀缺陷141使沟槽角部的阶梯覆盖能力大大降低，导致后续形成于衬底100的晶体管的源极和漏极区域产生高漏电流路径，降低半导体器件的产品良率。

发明内容

本发明提供的半导体器件中浅沟槽隔离结构的制造方法，能够有效地提高沟槽阶梯覆盖能力，从而提高沟槽的绝缘隔离性能。

本发明的一个目的在于提供一种浅沟槽隔离结构的制造方法，包括：

提供一半导体衬底；

在所述衬底表面形成第一介质层；

在所述第一介质层表面形成第二介质层；

刻蚀所述第二介质层、第一介质层以及衬底以在衬底中形成沟槽；

回拉所述沟槽两侧的第二介质层；

在所述沟槽底部和侧壁以及第二介质层表面形成第三介质层；

在所述沟槽中沉积绝缘物质；

平坦化所述绝缘介质以形成浅沟槽隔离结构。

所述第一介质层为垫氧化层。所述第二介质层为氮化硅或氮氧化硅。所述第三介质层为衬层氧化层。所述衬层氧化层利用原位蒸气产生氧化工艺形成。所述原位蒸气产生氧化工艺的温度为1000～1100℃。所述原位蒸气产生氧化工艺的反应气体包括氧气和氢气，其中氧气的流量为20～40sccm，氢气的流量为10～20sccm.。所述原位蒸气产生氧化工艺的反应时间为30～60s。

所述方法还包括在所述第二介质层表面形成光致抗蚀剂层，并图案化所述光致抗蚀剂层以定义所述沟槽位置的步骤。

本发明的另一个目的在于提供一种在半导体器件中浅沟槽隔离结构的制造方法，包括：

提供一半导体衬底；

在所述衬底表面形成垫氧化层；

在所述垫氧化层表面形成氮化硅层；

刻蚀所述氮化硅层、垫氧化层以及衬底，从而在衬底中形成沟槽；

回拉所述沟槽两侧的氮化硅层；

在所述沟槽底部和侧壁以及氮化硅层表面形成衬层氧化层；