[發明專利]一種消除淺溝道隔離過程中硅基底缺陷的方法

在審

• 申請號: 201310705772.0
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN104733369A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發明（設計）人: 劉慶修;蔣慶紅;孫奎
• 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;H01L21/308
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及一種半導體制造工藝，特別是涉及一種消除淺溝道隔離過程中硅基底缺陷的方法。

背景技術

隨著集成電路制造技術的不斷發展，半導體工藝技術已經進入深亞微米時代，芯片集成度不斷提升，芯片中元件的尺寸也因此不斷縮小。然而無論元件尺寸如何縮小，芯片中各個元件仍必須有適當的絕緣或隔離，才能保證良好的元件性能。當元器件特征線寬縮小到0.25微米以下乃至進入納米階段后，傳統的本征氧化隔離技術（LOCOS）由于不能適應器件電氣特性以及小尺寸的要求而被淺溝道隔離技術（STI）取代。STI技術嚴格保證器件有源區的面積，改善了最小隔離間隔和結電容；同時溝道隔離技術采用低溫工藝增加產量，降低了生產成本。諸多優點使STI技術成為深亞微米時代器件不可或缺的隔離技術。

雖然溝道隔離技術隔離效果好，而且占用面積小。但是溝道隔離在工藝實現中也存在許多技術問題，如溝道形貌的控制、STI對漏電流極為敏感以及STI刻蝕過程中往往會在溝道中產生各種各樣的缺陷等。而現有的半導體制造工藝中，作為硅基底的單晶硅片是由硅的單晶塊切割并經過一系列復雜的物理化學工藝以及熱處理工藝制造而成。此方法制造出的單晶硅中發現存在有空洞型的原生微缺陷（COP）。對于大直徑的直拉單晶硅片來說，通常這種微缺陷的尺寸在0.12微米以下，而這種微缺陷的存在往往成為影響集成電路成品率的關鍵因素。如在淺溝道隔離刻蝕過程中由于COP缺陷的存在使得STI刻蝕形成的溝槽容易產生如錐狀形（Cone）缺陷。如圖1所示，表示的是一個在電子顯微鏡下放大的Cone缺陷平面圖。

實驗中通過激光掃描儀對STI刻蝕后的同一批次產品中不同晶圓的Cone缺陷掃描，觀察掃描分布圖可知，相同批次的不同產品經過STI刻蝕后Cone缺陷分布幾乎相同；通過明場檢驗儀對相同批次的不同單晶硅片的COP缺陷掃描。觀察其掃描分布圖發現，COP缺陷的分布也幾乎相同；對比Cone缺陷分布和COP缺陷的分布得知，Cone缺陷的分布和COP缺陷的分布幾乎無異，并且都具有中心密集，邊緣稀疏的特點。由此實驗結果說明：COP缺陷是導致Cone缺陷的根本原因，而與產品自身除COP缺陷以外的其他因素或者刻蝕工序所用機臺等因素無關。

現有的淺溝道隔離刻蝕技術主要包括以下幾個關鍵的工藝步驟：如圖2所示，提供硅基底21，該硅基底中存在COP缺陷，在該硅基底的表面從下而上依次形成氧化層22、氮化硅層23。利用熱氧化法形成氧化物層22時，由于硅基底表面被氧化，存在于硅基底上表面的空洞型原生缺陷因為其裸露在氧氣中，因此空洞中滲入氧氣被氧化成二氧化硅，在硅基底表面形成了二氧化硅缺陷211；利用事先定義好的光掩模圖形刻蝕氮化硅層23，形成如圖3所示的溝槽1；再利用溝槽1為掩膜并沿溝槽1刻蝕氧化層22，如圖4所示，形成貫穿于溝槽1的溝槽2；接著利用溝槽1作為掩膜并沿貫通的溝槽1和溝槽2刻蝕硅基底21，如圖5所示，由于刻蝕氧化硅和刻蝕硅所用的刻蝕氣體不同，刻蝕氧化硅的C、F類化合物氣體不能刻蝕硅,而硅的刻蝕氣體卻不能刻蝕氧化硅。因此，硅基底21表面被氧化了的空洞型缺陷（尺寸為0.05微米以上）不能被去除，該缺陷進一步阻擋了其下面硅的繼續刻蝕，因而在硅基底中形成了一個錐形缺陷（Cone）212。沒有缺陷阻擋的地方被刻蝕，形成貫穿于溝槽1和溝槽2的隔離溝槽3，至此完成淺溝道隔離的刻蝕工序。刻蝕后形成的溝槽3中被填入絕緣材料，目的是為了達到有源區中器件之間的絕緣效果。而Cone缺陷的存在，使得隔離溝槽中的硅未被除凈，硅可與有源區的器件發生導電，形成漏電現象。

目前現有的制程工藝中，解決STI對漏電流敏感的問題并沒有十分理想的方法，因此影響集成電路成品率的難關也難以被克服。

鑒于此，有必要提出一種新的方法來解決上述技術問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種消除淺溝道隔離過程中硅基底缺陷的方法，用于解決現有技術中淺溝道隔離刻蝕過程中錐形缺陷（Cone缺陷）的問題，從而解決淺溝道隔離過程中的漏電現象。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種消除淺溝道隔離過程中硅基底缺陷的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)提供一硅基底，在該硅基底上表面依次形成氧化物層和氮化硅層，其中硅基底中含有氧化物缺陷；

(2)利用光掩模圖形作為掩膜，對所述氮化硅層進行刻蝕，直至暴露出氧化物層上表面，從而在所述氮化硅層中形成第一溝槽；