[发明专利]等平面场氧化隔离结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及超深亚微米半导体器件技术领域，尤其涉及等平面场氧化隔离结构及其形成方法。

背景技术

现今，在一个半导体集成电路中集成有成千上万个半导体器件，为了避免器件之间的相互影响，通常需要在器件之间形成隔离。

传统的隔离方式是局部场氧化隔离（LOCOS）。在传统的LOCOS形成方法中，首先在硅衬底表面生长一层氮化硅层，通过光刻与腐蚀去除场区的氮化硅层，形成开口，露出硅衬底，然后在裸露的硅衬底上形成场氧化层，再去除硅衬底表面的氮化硅层，从而在硅片表面形成有源区（器件区域）和场区（隔离区域）。然而，采用该方法形成的场氧化层有50%以上的厚度高出硅衬底表面，也即场氧化层和器件区硅衬底表面有巨大落差，这不利于化学机械研磨等先进制程的采用。以高k栅介质-金属栅半导体器件后栅制备工艺为例，为了方便金属栅的填充，一般要求假栅高度不能太高，而场氧化层和器件区硅衬底表面的巨大落差大大减小了平坦化过程中化学机械研磨工艺的工艺窗口；同时，由于过刻蚀量的增大，化学机械研磨工艺的波动很容易将假栅结构刻蚀干净，造成器件的损伤。因此，获得等平面的场氧化隔离结构尤为重要。

为了获得等平面的隔离结构，浅沟槽隔离（STI）工艺开始被采用。但是浅沟槽隔离工艺对设备要求较高，从而增加了工艺成本。因此，开发一种行之有效且成本低廉的等平面隔离结构及其形成方法尤为重要。

发明内容

在下文中给出关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不是意图确定本公开的关键或重要部分，也不是意图限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本发明的一个方面，提供一种形成等平面场氧化隔离的方法，该方法包括：提供衬底；在所述衬底上形成氧化硅层；在所述氧化硅层上形成第一氮化硅层；对所述第一氮化硅层和所述氧化硅层进行图案化，在预定区域形成开口，露出所述衬底；在所述开口中去除所述衬底的部分，以在所述衬底的表面形成凹槽；在所述衬底上形成第二氮化硅层，蚀刻所述第二氮化硅层，以在所述凹槽的内壁形成氮化硅侧墙；在所述凹槽内生长场氧化层；使所述场氧化层的表面与所述凹槽外所述衬底的表面平齐；以及去除所述凹槽外的所述第一氮化硅层和所述氧化硅层。

优选地，在所述开口中去除所述衬底的部分以在所述衬底的表面形成凹槽的步骤，包括：采用干法刻蚀工艺或湿法腐蚀工艺中的一种或两种的组合，在所述开口去除所述衬底的部分以形成所述凹槽。

优选地，在所述开口去除所述衬底的部分形成凹槽的步骤，包括：采用热氧化工艺在所述开口的衬底上形成热氧化层，所述热氧化层使所述衬底表面的第一部分被氧化；以及蚀刻所述热氧化层以及所述衬底的所述第一部分，以形成所述凹槽。

优选地，所述湿法腐蚀工艺包括：采用体积百分比含量为1%至15%的四甲基氢氧化铵水溶液在50℃至80℃的工艺温度下腐蚀去除所述衬底的部分，以形成所述凹槽。

优选地，所述凹槽的深度约是所述场氧化层厚度的二分之一至五分之三。

优选地，所述第二氮化硅层的厚度为至

优选地，在所述衬底上形成第二氮化硅层的步骤包括：在所述衬底上形成所述第二氮化硅层之前在所述衬底上生长第二氧化硅层，所述第二氧化硅层用于消除所述第二氮化硅层和所述衬底表面之间的应力。

优选地，所述氮化硅侧墙形成于所述凹槽内壁的上部。

优选地，所述凹槽两端的内壁上形成有鸟嘴型侧壁，所述氮化硅侧墙形成于所述鸟嘴型侧壁上。

优选地，蚀刻所述第二氮化硅层以在所述凹槽的内壁形成氮化硅侧墙的步骤还包括：在蚀刻所述第二氮化硅层后，在磷酸中腐蚀修正所述氮化硅侧墙的厚度，以减小或消除在所述场氧化层形成时出现的鸟嘴与凹坑。

根据本发明的另一个方面，提供一种通过使用上述方法形成的等平面场氧化隔离结构。

根据本发明的在一个方面，提供一种等平面场氧化隔离结构，包括衬底和形成于所述衬底中的场氧化隔离，其中所述场氧化隔离的上表面与所述衬底的上表面齐平。

本发明的场氧化隔离制造方法基于传统的局部场氧化隔离工艺，其不同之处是本发明先在衬底表面形成凹槽，再在凹槽内形成场氧化层，通过优化凹槽深度与场氧化层的厚度可以获得与有源区衬底表面平齐的场氧化层；另外，根据本发明提供的方法，在凹槽的侧壁有氮化硅侧墙的保护，所以可以有效防止场氧化层的横向氧化，保持有源区面积不变。与浅沟槽隔离工艺相比，本发明提供的场氧化隔离结构形成方法简单，成本低廉。