[發明專利]器件隔離區的形成方法

有效

• 申請號: 200610147798.8
• 申請日: 2006-12-22
• 公開（公告）號: CN101207064A
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發明（設計）人: 蔡信裕;劉經國;陳榮堂;孫智江
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L21/822
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 逯長明

技術領域

本發明涉及一種器件隔離區的形成方法，特別涉及淺溝槽隔離半導體器件的制作方法。

背景技術

隨著集成電路尺寸的減小，構成電路的器件必須更密集地放置，以適應芯片上可用的有限空間。由于目前的研究致力于增大半導體襯底的單位面積上有源器件的密度，所以電路間的有效絕緣隔離變得更加重要。現有技術中形成隔離區域的方法主要有局部氧化隔離(LOCOS)工藝或淺溝槽隔離(STI)工藝。LOCOS工藝是在硅襯底表面淀積一層氮化硅，然后再進行刻蝕，對部分凹進區域進行氧化生長氧化硅，有源器件在氮化硅所確定的區域生成。對于隔離技術來說，LOCOS工藝在電路中的有效局部氧化隔離仍然存在問題，其中一個問題就是在氮化硅邊緣生長的“鳥嘴”現象，這是由于在氧化的過程中氮化硅和硅之間的熱膨脹性能不同造成的。這個“鳥嘴”占用了實際的空間，增大了電路的體積，并在氧化過程中，對晶片產生應力破壞。因此LOCOS工藝只適用于大尺寸器件的設計和制造。

淺溝槽隔離(STI)技術比局部氧化隔離(LOCOS)工藝擁有多項的制程及電性隔離優點，包括可減少占用硅襯底表面的面積同時增加器件的集成度，保持表面平坦度及較少通道寬度侵蝕等。因此，目前0.18μm以下的元件例如MOS電路的有源區隔離層已大多采用淺溝槽隔離工藝來制作。

現有淺溝槽隔離的制作方法具體請參考申請號為200410057166的中國專利申請所公開的技術方案中所描述的。圖1A至圖1E為現有形成淺溝槽隔離的過程。半導體集成電路通常包含有源區和位于有源區之間的隔離區，器件通常是在有源區中形成。在硅襯底表面的某些有源區域用于數據的存儲，這里稱之為存儲單元區；而某些有源區域用于周邊控制電路，這里稱之為外圍電路區。通常在存儲單元區和外圍電路區的有源區之間都形成淺溝槽隔離結構以起到有源區之間的絕緣和隔離作用。如圖1A所示，硅襯底100和110的表面區域分別對應外圍電路區10和存儲單元區11，通過熱氧化法，在硅襯底100、110表面形成墊氧化硅層102；在氧化硅層102表面沉積氮化硅層103；然后，在氮化硅層103上形成圖案化的光阻層104定義隔離區。如圖1B所示，以光阻層104為掩膜，蝕刻氮化硅層103、墊氧化硅層102和硅襯底100、110；在外圍電路區10的硅襯底100中形成淺溝槽108，在存儲單元區11的硅襯底110中形成淺溝槽105，由于外圍電路區10是有源器件非密集區，而存儲單元區11是有源器件密集區，因此，外圍電路區10的淺溝槽108比存儲單元區11的淺溝槽105寬。如圖1C所示，用熱氧化法在淺溝槽108、105的底部與側壁形成襯氧化硅層107；通過用高密度等離子體化學汽相淀積法(HDP-CVD)在氮化硅層103上形成絕緣氧化層106，并將絕緣氧化層106填滿淺溝槽108、105。如圖1D所示，利用化學機械研磨(CMP)方法對絕緣氧化層106進行研磨，直至氮化硅層103表面露出，在淺溝槽108中的絕緣氧化層106出現凹陷111。如圖1E所示，濕法蝕刻去除氮化硅層103和墊氧化硅層102，形成淺溝槽隔離結構109，其中存儲單元區11的淺溝槽隔離結構109比外圍電路區10的淺溝槽隔離結構109高出400埃～600埃，這樣會造成后續平坦化多晶硅層過程中，造成存儲單元區11的淺溝槽隔離結構105過研磨和存儲單元區11后續字線的蝕刻過程中造成多晶硅層的殘留，進而會使字線短路。

現有制作淺溝槽隔離結構的過程中，由于沉積完絕緣氧化層后，淺溝槽內的絕緣氧化層低于氮化硅層上的絕緣氧化層，對絕緣氧化層進行研磨至氮化硅層時，會對氮化硅層進行過研磨以確保氮化硅層上的絕緣氧化層被全部清除干凈，在對氮化硅層進行過研磨時，也會對淺溝槽內的絕緣氧化層進行研磨，由于研磨氮化硅層的速率小于研磨絕緣氧化層的速率，淺溝槽內的絕緣氧化層會出現凹陷現象。由于存儲單元區是器件密集區，用于有源器件隔離的淺溝槽寬度一般都在0.10um～0.20um，因此凹陷深度很小，幾乎為零；但是外圍電路區是有源器件非密集區，有些淺溝槽寬度為0.3um～20um，對這樣寬度的淺溝槽內絕緣氧化層進行研磨后出現凹陷深度為0.03um～0.04um；當去除氮化硅層和墊氧化硅層后，存儲單元區的淺溝槽隔離結構高出外圍電路區的淺溝槽隔離結構，這樣會造成后續平坦化多晶硅層過程中，造成存儲單元區的淺溝槽隔離結構過研磨和在存儲單元區后續字線的蝕刻過程中造成多晶硅層的殘留，進而會使字線短路。

發明內容