溝槽隔離結構的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種溝槽隔離結構的制備方法，包括以下步驟：提供襯底；在襯底上形成氧化層；在氧化層表面依次生成氧化阻擋層以及正硅酸乙酯層；對氧化阻擋層和正硅酸乙酯層進行刻蝕；以氧化阻擋層和正硅酸乙酯層作為掩蔽層進行腐蝕形成溝槽；去除正硅酸乙酯層，并以氧化阻擋層作為阻擋層對溝槽進行氧化；對溝槽區域進行多晶硅填充后對多晶硅進行回刻，將氧化阻擋層表面的多晶硅去除；去除氧化阻擋層和襯底表面的氧化層完成溝槽隔離結構的制備。上述溝槽隔離結構的制備方法制得的溝槽隔離結構的關鍵尺寸較小且溝槽隔離結構的頂部具有較好的平坦度。
【專利說明】
溝槽隔離結構的制備方法
技術領域
[0001 ] 本發明涉及半導體制備技術領域，特別是涉及一種溝槽隔離結構的制備方法。
【背景技術】
[0002]傳統的各工藝(例如SOI (Silicon-On-1nsulator，絕緣襯底上的娃)工藝)中溝槽隔離結構制備過程通常選用TEOS (tetraethyl orthosilicate，正娃酸乙酯)層作為刻蝕阻擋層(hardmask)。采用這種方法制備溝槽隔離結構時，濕法腐蝕總量較大，在溝槽(Trench)頂部會形成較大的凹槽，其平坦度較差，容易導致多晶殘留造成軟連接影響產品性能。另外，通過這種方法獲得的溝槽隔離結構的關鍵尺寸較大。
【發明內容】
[0003]基于此，有必要針對上述問題，提供一種溝槽隔離結構的頂部平坦度較好且關鍵尺寸較小的溝槽隔離結構的制備方法。
[0004]—種溝槽隔離結構的制備方法，包括以下步驟:提供襯底；在所述襯底上形成氧化層；在所述氧化層表面依次生成氧化阻擋層以及正硅酸乙酯層；對所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層進行刻蝕；以所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層作為掩蔽層進行腐蝕形成溝槽；去除所述正硅酸乙酯層，并以所述氧化阻擋層作為阻擋層對所述溝槽進行氧化；對溝槽區域進行多晶硅填充后對所述多晶硅進行回刻，將所述氧化阻擋層表面的多晶硅去除；去除所述氧化阻擋層和所述襯底表面的氧化層完成溝槽隔離結構的制備。
[0005]在其中一個實施例中，所述氧化阻擋層為氮化硅層。
[0006]在其中一個實施例中，在所述氧化層表面依次生成氧化阻擋層以及正硅酸乙酯層的步驟之后還包括步驟:在所述正硅酸乙酯層表面形成光刻膠層并進行光刻；所述對所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層進行刻蝕的步驟為以所述光刻膠層為掩蔽層對所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層進行刻蝕。
[0007]在其中一個實施例中，以所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層作為掩蔽層進行腐蝕形成溝槽的步驟之前還包括步驟:去除所述光刻膠層。
[0008]在其中一個實施例中，對所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層進行刻蝕的步驟中還包括對所述氧化層進行刻蝕。
[0009]在其中一個實施例中，所述對溝槽區域進行多晶硅填充后對所述多晶硅進行回亥IJ，將所述氧化阻擋層表面的多晶硅去除的步驟中，回刻后的多晶硅表面低于所述氧化層與所述氧化阻擋層的接觸面。
[0010]在其中一個實施例中，在所述氧化層表面依次生成氧化阻擋層以及正硅酸乙酯層的步驟中，所述正硅酸乙酯層是通過低壓化學氣相淀積形成。
[0011]在其中一個實施例中，所述提供襯底的步驟之后還包括:在所述襯底上依次形成埋氧化層、頂層硅以形成SOI結構。
[0012]在其中一個實施例中，在所述襯底上形成氧化層的步驟為在所述頂層硅的表面形成氧化層；以所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層作為掩蔽層進行腐蝕形成溝槽的步驟為以所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層為掩蔽層對所述頂層硅進行腐蝕形成所述溝槽。
[0013]上述溝槽隔離結構的制備方法，通過氧化阻擋層可以在溝槽氧化過程中對非溝槽區域進行掩蔽，從而阻擋了非溝槽區域被氧化，因此在后續過程中無需通過大量的濕法腐蝕工藝對非溝槽區域的氧化層進行去除，減少了濕法腐蝕量的同時避免了濕法腐蝕所帶來的橫向侵蝕，使得溝槽隔離結構的關鍵尺寸較小。并且，還可以避免由于大量濕法腐蝕造成溝槽隔離結構的頂部形成較大的凹槽，使得溝槽隔離結構的頂部具有較好的平坦度。
【附圖說明】
[0014]圖1為一實施例中的溝槽隔離結構的制備方法的流程圖；
[0015]圖2為圖1所示實施例中的溝槽隔離結構的制備方法中完成步驟S130后器件的結構示意圖；
[0016]圖3為圖1所示實施例中的溝槽隔離結構的制備方法中對光刻膠層進行光刻后器件的結構示意圖；
[0017]圖4為圖1所示實施例中的溝槽隔離結構的制備方法中完成步驟S140后器件的結構示意圖；
[0018]圖5為圖1所示實施例中的溝槽隔離結構的制備方法中去除光刻膠層后器件的結構示意圖；
[0019]圖6為圖1所示實施例中的溝槽隔離結構的制備方法中完成步驟S160后器件的結構示意圖；
[0020]圖7為圖1所示實施例中的溝槽隔離結構的制備方法中去除正硅酸乙酯層后器件的結構示意圖；
[0021]圖8為圖1所示實施例中的溝槽隔離結構的制備方法中完成步驟S170后器件的結構示意圖；
[0022]圖9為圖1所示實施例中的溝槽隔離結構的制備方法中對溝槽區域進行多晶硅填充后器件的結構示意圖；
[0023]圖10為圖1所示實施例中的溝槽隔離結構的制備方法中對多晶硅進行回刻后器件的結構示意圖；
[0024]圖11為圖1所示實施例中的溝槽隔離結構的制備方法中完成步驟S180后器件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0026]圖1所示為一實施例中的溝槽隔離結構的制備方法的流程圖，該制備方法可以適用于如SOI工藝等半導體制備工藝過程中。一種溝槽隔離結構的制備方法，包括以下步驟。
[0027]S110，提供襯底。
[0028]在本實施例中，溝槽隔離結構是基于SOI工藝的基礎上進行制備的，因此在提供襯底后還需要制備SOI結構。即在步驟SllO后，還需要執行步驟:在襯底上形成埋氧化層以及頂層硅以形成SOI結構。
[0029]S120，在襯底上形成氧化層。
[0030]在本實施例中，由于形成了 SOI結構，因此在襯底上形成氧化層的步驟為在頂層硅的表面形成氧化層。氧化層主要用于隔離頂層硅和氧化阻擋層之間的應力，因此生成較薄的一層氧化層即可滿足要求。
[0031]S130，在氧化層表面依次形成氧化阻擋層以及正硅酸乙酯層。
[0032]氧化阻擋層可以采用能夠阻擋熱氧化生長的物質。在本實施例中，氧化阻擋層為氮化硅層。正硅酸乙酯層是通過低壓化學氣相淀積(LPCVD)形成的。正硅酸乙酯層是采用正硅酸乙酯(TEOS)為氣體源生成的二氧化硅(S12)薄膜。圖2為完成步驟S130后器件的結構示意圖。襯底202上形成有埋氧化層204以及頂層硅206從而形成SOI結構。在頂層硅206的表面依次形成有氧化層208、氧化阻擋層210以及正硅酸乙酯層212。
[0033]S140，對氧化阻擋層和正硅酸乙酯層進行刻蝕。
[0034]在本實施例中，對氧化阻擋層210和正硅酸乙酯層212進行刻蝕前還需要在正硅酸乙酯層的表面形成光刻膠層214，并對光刻膠層214進行光刻形成光刻窗口，如圖3所示。因此，光刻膠層214作為掩蔽層對氧化阻擋層210以及正硅酸乙酯層212進行刻蝕形成窗口區域。在本實施例中，在刻蝕過程中，也會對氧化層208的對應位置區域進行刻蝕，刻蝕后器件的結構示意圖如圖4所示。在刻蝕完成后，還會去除光刻膠層214。圖5為去除光刻膠層后器件的結構示意圖。
[0035]S150，以氧化阻擋層和正硅酸乙酯層作為掩蔽層進行腐蝕形成溝槽。
[0036]以刻蝕后的氧化阻擋層210和正硅酸乙酯層212作為掩蔽層對頂層硅206進行腐蝕從而形成溝槽結構。圖6為完成步驟S150后器件的結構示意圖。
[0037]S160，去除正硅酸乙酯層，并以氧化阻擋層作為阻擋層對溝槽進行氧化。
[0038]在本實施例中，在去除正硅酸乙酯層212的同時會對溝槽內的埋氧化層204進行一定程度的腐蝕，從而使得溝槽區域延伸至埋氧化層204區域。圖7為去除正硅酸乙酯層后器件的結構示意圖。
[0039]在去除正硅酸乙酯層后，以氧化阻擋層210為阻擋層對溝槽進行氧化。傳統的溝槽制備過程中，僅僅只是用正硅酸乙酯層作為阻擋層，因此在溝槽氧化過程中，會對整個圓片(非溝槽區域和溝槽區域)進行氧化。一般的氧化層都在幾千埃以上，因此在后續工藝定義有源區時，需要將有源區區域的氧化層進行去除，因此需要的濕法腐蝕量較大，導致橫向侵蝕較大，使得溝槽隔離結構的關鍵尺寸較大，且會在溝槽隔離結構的頂部腐蝕出較大的凹槽，不利于實現溝槽隔離結構的表面平坦化。在本實施例中，氧化阻擋層210可以對非溝槽區域進行遮擋，從而使得避免在非溝槽區域形成氧化層，因此可以減少后續工藝過程中濕法腐蝕量，進而避免由于濕法腐蝕過程所帶來的橫向侵蝕以及對溝槽隔離結構頂部的侵蝕，有利于實現溝槽隔離結構的關鍵尺寸的小型化以及表面的平坦化。圖8為對溝槽進行氧化后器件的結構示意圖。
[0040]S170，對溝槽區域進行多晶硅填充后對多晶硅進行回刻，將氧化阻擋層表面的多晶娃去除。
[0041]對溝槽區域進行多晶硅216填充后器件的結構示意圖如圖9所示。在填充好多晶硅216后，為保證非溝槽區域的多晶硅刻蝕完，會對多晶硅216進行回刻，將氧化阻擋層210表面的多晶硅去除。對多晶硅216進行回刻的過程是采用找終點的方式。當多晶硅216刻蝕到氧化層208與氧化阻擋層210的接觸面時即可判斷刻蝕完。在這個基礎上在增加一點刻蝕時間形成一定的過刻蝕即可確保多晶硅216刻蝕完，從而獲得具有理想形貌的多晶硅表面。在本實施例中，由于氧化層208較薄，達到氧化層208與氧化阻擋層210的接觸面即可結束回刻工藝，從而避免在溝槽隔離結構的頂部形成較大的過刻蝕，影響溝槽隔離結構的表面平坦化。圖10為對多晶硅216進行回刻后器件的結構示意圖。
[0042]S180，去除氧化阻擋層和襯底表面的氧化層完成溝槽隔離結構的制備。
[0043]在本實施例中形成有SOI結構，因此本步驟為將氧化阻擋層以及頂層硅表面的氧化層去除后即完成了溝槽隔離結構的制備過程。圖11為完成步驟S180后器件的結構示意圖。
[0044]上述溝槽隔離結構的制備方法，通過氧化阻擋層可以在溝槽氧化過程中對非溝槽區域進行掩蔽，從而阻擋了非溝槽區域被氧化，因此在后續過程中無需通過大量的濕法腐蝕工藝對非溝槽區域的氧化層進行去除，減少了濕法腐蝕量的同時避免了濕法腐蝕所帶來的橫向侵蝕，使得溝槽隔離結構的關鍵尺寸較小。并且，還可以避免由于大量濕法腐蝕造成溝槽隔離結構的頂部形成較大的凹槽，使得溝槽隔離結構的頂部具有較好的平坦度。
[0045]以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。
[0046]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1.一種溝槽隔離結構的制備方法，包括以下步驟: 提供襯底； 在所述襯底上形成氧化層； 在所述氧化層表面依次生成氧化阻擋層以及正硅酸乙酯層； 對所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層進行刻蝕； 以所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層作為掩蔽層進行腐蝕形成溝槽； 去除所述正硅酸乙酯層，并以所述氧化阻擋層作為阻擋層對所述溝槽進行氧化； 對溝槽區域進行多晶硅填充后對所述多晶硅進行回刻，將所述氧化阻擋層表面的多晶娃去除； 去除所述氧化阻擋層和所述襯底表面的氧化層完成溝槽隔離結構的制備。2.根據權利要求1所述的溝槽隔離結構的制備方法，其特征在于，所述氧化阻擋層為氮化娃層。3.根據權利要求1所述的溝槽隔離結構的制備方法，其特征在于，在所述氧化層表面依次生成氧化阻擋層以及正硅酸乙酯層的步驟之后還包括步驟: 在所述正硅酸乙酯層表面形成光刻膠層并進行光刻； 所述對所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層進行刻蝕的步驟為以所述光刻膠層為掩蔽層對所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層進行刻蝕。4.根據權利要求3所述的溝槽隔離結構的制備方法，其特征在于，以所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層作為掩蔽層進行腐蝕形成溝槽的步驟之前還包括步驟:去除所述光刻膠層。5.根據權利要求1所述的溝槽隔離結構的制備方法，其特征在于，對所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層進行刻蝕的步驟中還包括對所述氧化層進行刻蝕。6.根據權利要求1所述的溝槽隔離結構的制備方法，其特征在于，所述對溝槽區域進行多晶硅填充后對所述多晶硅進行回刻，將所述氧化阻擋層表面的多晶硅去除的步驟中，回刻后的多晶硅表面低于所述氧化層與所述氧化阻擋層的接觸面。7.根據權利要求1所述的溝槽隔離結構的制備方法，其特征在于，在所述氧化層表面依次生成氧化阻擋層以及正硅酸乙酯層的步驟中，所述正硅酸乙酯層是通過低壓化學氣相淀積形成。8.根據權利要求1所述的溝槽隔離結構的制備方法，其特征在于，所述提供襯底的步驟之后還包括:在所述襯底上依次形成埋氧化層、頂層硅以形成SOI結構。9.根據權利要求8所述的溝槽隔離結構的制備方法，其特征在于:在所述襯底上形成氧化層的步驟為在所述頂層硅的表面形成氧化層； 以所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層作為掩蔽層進行腐蝕形成溝槽的步驟為以所述氧化阻擋層和所述正硅酸乙酯層為掩蔽層對所述頂層硅進行腐蝕形成所述溝槽。
【文檔編號】H01L21/762GK105990212SQ201510047580
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月29日
【發明人】宋華, 王蛟, 楊歡
【申請人】無錫華潤上華半導體有限公司