[发明专利]一种浅沟槽隔离结构的制备方法

说明书

本发明提供了一种浅沟槽隔离结构的制备方法，其包括：在半导体衬底上依次形成底部介质层‑氮化层‑顶部氧化层，构成硬掩膜层；经光刻和刻蚀工艺，在硬掩膜层中形成开口；以硬掩膜层为掩膜，在半导体衬底中形成浅沟槽结构；对氮化层的开口的内侧壁进行轻刻蚀；进行清洗与回刻工艺；通过采用对氮化层具有高刻蚀选择比的清洗药液，不仅可以对氮化层进行回刻，还可以进行清洗工艺，从而在一步工艺中完成清洗工艺和氮化层的回刻，避免了采用传统的磷酸进行氮化层回刻造成半导体衬底产生大量缺陷，提高了所制备的浅沟槽隔离结构的质量；并且，与现有的方法相比，简化了工艺步骤，提高了生产效率。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种浅沟槽隔离结构的制备方法。

背景技术

浅沟槽隔离结构(STI)是半导体集成电路领域中的重要结构，请参阅图1，为传统的浅沟槽隔离结构的制备方法的流程示意图，其包括以下步骤：

步骤L01：在半导体衬底上依次形成底部介质层-氮化层-顶部氧化层，构成硬掩膜层；

步骤L02：经光刻和刻蚀工艺，在硬掩膜层中形成开口；

步骤L03：以硬掩膜层为掩膜，刻蚀半导体衬底，在半导体衬底中形成浅沟槽结构；

步骤L04：对氮化层的开口的内侧壁进行轻刻蚀，以去除在该内侧壁上形成的氧化膜；

这是由于在工艺过程中，氮化层开口的侧壁表面会与水蒸汽、氧等反应生成硅氧氮或硅氧化物，类似于氧化物，这种氧化物膜覆盖在氮化层开口的内侧壁表面，氮化层回刻工艺中，所采用的刻蚀药液对氧化物不产生刻蚀速率，如果不将氮化层开口内侧壁表面的氧化物膜去除掉，将导致氮化层的刻蚀不能够顺利进行；由此，轻刻蚀所采用的刻蚀工艺为现有的去除氧化物的工艺，比如，等离子体干法刻蚀工艺等。

‘轻刻蚀’是业界所熟知的工艺，其刻蚀量非常微小，相对于所刻蚀的薄膜层的厚度可以忽略不计，‘轻刻蚀’通常用于清洁薄膜层的表面，去除表面的氧化物、玷污等。比如，这里，相对于氮化层、顶部氧化层、底部介质层的厚度均可以忽略不计，‘轻刻蚀’只是将氮化层开口的内侧壁的氧化物膜去除，起到清洗氮化层开口内侧壁表面的作用。

步骤L05：以顶部氧化层为掩膜，采用磷酸对氮化层进行回刻，以扩大氮化层的开口；

步骤L06：进行清洗工艺；

步骤L07：将顶部氧化层剥离掉；

步骤L08：在浅沟槽结构中生长衬垫氧化膜、以及采用高密度等离子体氧化膜填充浅沟槽结构，从而形成浅沟槽隔离结构。

在上述传统的浅沟槽隔离结构的制备工艺中，如果不加入氮化层回刻工艺，则在后面的高密度等离子体氧化膜(HDP)填充工艺中，会出现两种缺陷：

I、STI的拐角处很容易形成空洞。由于在集成电路制造工艺中存在大量的湿法刻蚀氧化层的工艺，该空洞很容易被不断的扩大。如果后续的工艺中还有氮化层或者多晶硅生长和刻蚀的工艺，则氮化层或多晶硅膜会长在该空洞中，在该空洞中的膜几乎无法被刻蚀掉，从而形成残留物；

II、在STI的拐角处很容易形成凹陷(divot)，造成后续生长的多晶硅膜往下搭，很容易形成寄生电路。

因此，在传统的STI工艺中加入了氮化层回刻工艺，可以达到让HDP填充到有源区的效果，从而也能避免空洞的产生。但是，传统的氮化层回刻的时间较短，比如3～10min，并且，短时间的氮化膜回刻工艺的可控性比较差，比如，仅仅在相同的药液槽里，采用磷酸H₃PO₄对氮化层回刻4分钟，其刻蚀差异可达以上(从到)，主要原因在于：通常H₃PO₄药液在作业完一定批次或一定时间后才会更换新药液，这种重复使用、以及较宽的加热温度差异(差异为+/-5度)，最终导致较短时间内磷酸对氮化层的刻蚀产生较大的差异。