浅沟槽隔离工艺及浅沟槽隔离结构

摘要

本发明公开了一种浅沟槽隔离工艺及浅沟槽隔离结构，该浅沟槽隔离工艺包括：在硅衬底表面依次淀积第一厚度的厚栅氧层和第二厚度的氮化硅层；对厚栅氧层、氮化硅层和硅衬底进行处理以形成凹槽；在凹槽中填充浅沟槽隔离介质，直至浅沟槽隔离介质覆盖第二厚度的氮化硅层之上达到第三厚度；对浅沟槽隔离介质进行化学机械抛光处理，直到凹槽中的浅沟槽隔离介质与凹槽两侧的厚栅氧层的高度一致；最后剥离氮化硅层，形成浅沟槽隔离结构，浅沟槽隔离结构中的厚栅氧层各个位置的厚度基本为第一厚度。本发明能使得浅沟槽隔离结构中的厚栅氧层各个位置的厚度基本为第一厚度，从而提高厚栅氧的栅氧完整性特性。

权利要求

1.一种浅沟槽隔离工艺，其特征在于，包括：

在硅衬底表面依次淀积第一厚度的厚栅氧层和第二厚度的氮化硅层；

对所述厚栅氧层、氮化硅层和硅衬底进行处理以形成凹槽；

在所述凹槽中填充浅沟槽隔离介质，直至所述浅沟槽隔离介质覆盖所述第二厚度的氮化硅层之上达到第三厚度；

对所述浅沟槽隔离介质进行化学机械抛光处理，直到所述凹槽中的浅沟槽隔离介质与所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度一致；以及剥离所述氮化硅层，形成浅沟槽隔离结构，所述浅沟槽隔离结构中的所述厚栅氧层各个位置的厚度基本为所述第一厚度。

2.如权利要求1所述的浅沟槽隔离工艺，其特征在于，所述将所述凹槽处的所述浅沟槽隔离介质进行化学机械抛光处理的步骤之后包括：所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度与所述凹槽中的浅沟槽隔离介质的最小高度之间的差值小于预设阈值。

3.如权利要求2所述的浅沟槽隔离工艺，其特征在于，所述对所述厚栅氧层、氮化硅层和硅衬底进行处理以形成凹槽包括：对所述厚栅氧层、氮化硅层和硅衬底进行有源区光刻或刻蚀以形成所述凹槽。

4.如权利要求3所述的浅沟槽隔离工艺，其特征在于，所述凹槽的数量为多个，多个所述凹槽等间隔设置。

5.如权利要求4所述的浅沟槽隔离工艺，其特征在于，所述浅沟槽隔离介质为二氧化硅。

6.一种浅沟槽隔离结构，其特征在于，所述浅沟槽隔离结构包括：硅衬底以及第一厚度的厚栅氧层，所述厚栅氧层淀积在所述硅衬底上表面，所述厚栅氧层和硅衬底中间隔形成多个凹槽，所述凹槽中填充有浅沟槽隔离介质，所述凹槽中的浅沟槽隔离介质与所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度一致，所述浅沟槽隔离结构中的所述厚栅氧层各个位置的厚度基本为所述第一厚度。

7.如权利要求6所述的浅沟槽隔离结构，其特征在于，所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度与所述凹槽中的浅沟槽隔离介质的最小高度之间的差值小于预设阈值。

8.如权利要求7所述的浅沟槽隔离结构，其特征在于，多个所述凹槽等间隔设置。

9.如权利要求8所述的浅沟槽隔离结构，其特征在于，所述浅沟槽隔离介质为二氧化硅。

说明书

浅沟槽隔离工艺及浅沟槽隔离结构

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体技术领域，并且特别涉及一种浅沟槽隔离工艺及结构。

背景技术

[0002] 目前，常规的浅沟槽隔离工艺(shallow trench isolation，STI)中厚栅氧高压工艺存在着浅沟槽边缘厚栅氧不均匀的问题。具体如图1所示，即在凹槽中STI介质边缘处的栅氧层偏薄。这是由现有浅沟槽隔离工艺会形成特殊的几何形貌(图1中a指示的STI介质边缘处的栅氧层的台阶)决定的。目前还没有好的技术方案可以解决。这将会带来栅氧层的可靠性问题，如栅氧完整性(GateOxidationIntegrality，简称GOI)等，导致STI介质边缘处的栅氧层的击穿电压会明显降低，从而导致包含上述浅沟槽隔离结构的器件过早失效。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明旨在提供一种浅沟槽隔离工艺、方法及浅沟槽隔离结构和器件以实现栅氧层各处的位置大致均匀，以改善现有STI介质边缘处的栅氧层的击穿电压会明显降低的问题。

[0004] 具体而言，本发明提供一种浅沟槽隔离工艺，包括：

[0005] 在硅衬底表面依次淀积第一厚度的厚栅氧层和第二厚度的氮化硅层；

[0006] 对所述厚栅氧层、氮化硅层和硅衬底进行处理以形成凹槽；

[0007] 在所述凹槽中填充浅沟槽隔离介质，直至所述浅沟槽隔离介质覆盖所述第二厚度的氮化硅层之上达到第三厚度；

[0008] 对所述浅沟槽隔离介质进行化学机械抛光处理，直到所述凹槽中的浅沟槽隔离介质与所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度一致；

[0009] 剥离所述氮化硅层，形成浅沟槽隔离结构，所述浅沟槽隔离结构中的所述厚栅氧层各个位置的厚度基本为所述第一厚度。

[0010] 进一步地，所述将所述凹槽处的所述浅沟槽隔离介质进行化学机械抛光处理的步骤之后包括：

[0011] 所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度与所述凹槽中的浅沟槽隔离介质的最小高度之间的差值小于预设阈值。

[0012] 进一步地，所述对所述厚栅氧层、氮化硅层和硅衬底进行处理以形成凹槽包括：

[0013] 对所述厚栅氧层、氮化硅层和硅衬底进行有源区光刻或刻蚀以形成所述凹槽。

[0014] 进一步地，所述凹槽的数量为多个，多个所述凹槽等间隔设置。

[0015] 进一步地，所述浅沟槽隔离介质为二氧化硅。

[0016] 根据本发明的另一方面，提供一种浅沟槽隔离方法，所述方法包括：

[0017] 在硅衬底表面依次淀积第一厚度的厚栅氧层和第二厚度的氮化硅层；

[0018] 对所述厚栅氧层、氮化硅层和硅衬底进行处理以形成凹槽；

[0019] 在所述凹槽中填充浅沟槽隔离介质，直至所述浅沟槽隔离介质覆盖所述第二厚度的氮化硅层之上达到第三厚度；

[0020] 对所述浅沟槽隔离介质进行化学机械抛光处理，直到所述凹槽中的浅沟槽隔离介质与所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度一致；

[0021] 剥离所述氮化硅层，形成浅沟槽隔离结构，所述浅沟槽隔离结构中的所述厚栅氧层各个位置的厚度基本为所述第一厚度。

[0022] 进一步地，所述将所述凹槽处的所述浅沟槽隔离介质进行化学机械抛光处理的步骤之后包括：

[0023] 所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度与所述凹槽中的浅沟槽隔离介质的最小高度之间的差值小于预设阈值。

[0024] 进一步地，所述对所述厚栅氧层、氮化硅层和硅衬底进行处理以形成凹槽包括：

[0025] 对所述厚栅氧层、氮化硅层和硅衬底进行有源区光刻或刻蚀以形成所述凹槽。

[0026] 进一步地，所述凹槽的数量为多个，多个所述凹槽等间隔设置。

[0027] 进一步地，所述浅沟槽隔离介质为二氧化硅。

[0028] 本发明提供一种浅沟槽隔离结构，所述浅沟槽隔离结构包括：硅衬底以及厚栅氧层，所述厚栅氧层淀积在所述硅衬底上表面，所述厚栅氧层和硅衬底中间隔形成多个凹槽，所述凹槽中填充有浅沟槽隔离介质，所述凹槽中的浅沟槽隔离介质与所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度一致，所述浅沟槽隔离结构中的所述厚栅氧层各个位置的厚度基本为所述第一厚度。

[0029] 进一步地，所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度与所述凹槽中的浅沟槽隔离介质的最小高度之间的差值小于预设阈值。

[0030] 进一步地，多个所述凹槽等间隔设置。

[0031] 进一步地，所述浅沟槽隔离介质为二氧化硅。

[0032] 根据本发明的再一方面，提供一种浅沟槽隔离器件，所述浅沟槽隔离器件包括：硅衬底以及厚栅氧层，所述厚栅氧层淀积在所述硅衬底上表面，所述厚栅氧层和硅衬底中间隔形成多个凹槽，所述凹槽中填充有浅沟槽隔离介质，所述凹槽中的浅沟槽隔离介质与所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度一致，所述浅沟槽隔离器件中的所述厚栅氧层各个位置的厚度基本为所述第一厚度。

[0033] 进一步地，所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度与所述凹槽中的浅沟槽隔离介质的最小高度之间的差值小于预设阈值。

[0034] 进一步地，多个所述凹槽等间隔设置。

[0035] 进一步地，所述浅沟槽隔离介质为二氧化硅。

[0036] 本发明的浅沟槽隔离工艺、方法及浅沟槽隔离结构和器件，通过在浅沟槽隔离工艺之前,先完成厚栅氧工艺制程(在凹槽中填充浅沟槽隔离介质之前淀积第一厚度的厚栅氧层)，这样就避免了传统工艺中，浅沟槽隔离工艺后生长厚栅氧时，由于STI边缘栅氧偏薄的问题，本发明浅沟槽隔离工艺及浅沟槽隔离结构在STI工艺之前完成厚栅氧的工艺制程，因为在STI之前整个硅衬底的表面是平坦的，没有台阶，所以生长出来的栅氧厚度均匀，基本不存在厚度差异，从而形成浅沟槽隔离结构STI介质边缘处的栅氧层的击穿电压与其它位置栅氧层的击穿电压基本一致，从而避免器件过早失效，达到对器件保护的目的。

附图说明

[0037] 并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

[0038] 图1为现有的浅沟槽隔离结构的结构示意图；

[0039] 图2为本发明第一实施例提供的浅沟槽隔离工艺的流程图；以及

[0040] 图3a‑图3f为依据图2提供的浅沟槽隔离工艺各步骤形成浅沟槽隔离结构的过程示意图。

具体实施方式

[0041] 现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

[0042] 除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

[0043] 图2为本发明第一实施例提供的浅沟槽隔离工艺的流程图；图3a‑图3f为依据图2提供的浅沟槽隔离工艺各步骤形成浅沟槽隔离结构的过程示意图。现结合图2、图3a‑图3f进行解释说明，如图2所示，该浅沟槽隔离工艺包括：

[0044] 步骤201，首先，在硅衬底表面依次淀积第一厚度的厚栅氧层和第二厚度的氮化硅层；形成的结构可以参见图3a‑图3b；

[0045] 步骤203，其次，对所述厚栅氧层、氮化硅层和硅衬底进行处理以形成凹槽，形成的结构可以参见图3c；

[0046] 步骤205，然后，在所述凹槽中填充浅沟槽隔离介质，直至所述浅沟槽隔离介质覆盖所述第二厚度的氮化硅层之上达到第三厚度，形成的结构可以参见图3d；

[0047] 步骤207，再次，对所述浅沟槽隔离介质进行化学机械抛光处理，直到所述凹槽中的浅沟槽隔离介质与所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度一致，形成的结构可以参见图3e；

[0048] 步骤209，最后，剥离所述氮化硅层，形成浅沟槽隔离结构，所述浅沟槽隔离结构中的所述厚栅氧层各个位置的厚度基本为所述第一厚度，形成的结构可以参见图3f。具体地，该所述浅沟槽隔离结构包括：硅衬底以及厚栅氧层，所述厚栅氧层淀积在所述硅衬底上表面，所述厚栅氧层和硅衬底中间隔形成多个凹槽，所述凹槽中填充有浅沟槽隔离介质，所述凹槽中的浅沟槽隔离介质与所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度一致，所述浅沟槽隔离结构中的所述厚栅氧层各个位置的厚度基本为所述第一厚度，具体参见图3f中b所指示的边缘处，其相对于图1中a指示的边缘处而言，厚栅氧层位于与凹槽内浅沟槽隔离介质的邻接处的厚度已经有明显改善。

[0049] 具体地，所述将所述凹槽处的所述浅沟槽隔离介质进行化学机械抛光处理的步骤之后包括：

[0050] 所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度与所述凹槽中的浅沟槽隔离介质的最小高度之间的差值小于预设阈值。

[0051] 具体地，所述对所述厚栅氧层、氮化硅层和硅衬底进行处理以形成凹槽包括：

[0052] 对所述厚栅氧层、氮化硅层和硅衬底进行有源区光刻或刻蚀以形成所述凹槽。

[0053] 具体操作时，所述凹槽的数量为多个，多个所述凹槽等间隔设置。所述浅沟槽隔离介质可以为二氧化硅。

[0054] 本实施例的浅沟槽隔离工艺，通过在浅沟槽隔离工艺之前,先完成厚栅氧工艺制程(在凹槽中填充浅沟槽隔离介质之前淀积第一厚度的厚栅氧层)，这样就避免了传统工艺中，浅沟槽隔离工艺后生长厚栅氧时，由于STI边缘栅氧偏薄的问题，本发明浅沟槽隔离工艺及浅沟槽隔离结构在STI工艺之前完成厚栅氧的工艺制程，因为在STI之前整个硅衬底的表面是平坦的，没有台阶，所以生长出来的栅氧厚度均匀，基本不存在厚度差异，从而形成浅沟槽隔离结构STI介质边缘处的栅氧层的击穿电压与其它位置栅氧层的击穿电压基本一致，从而避免器件过早失效，达到对器件保护的目的。

[0055] 本发明还提供一种浅沟槽隔离方法，具体地，方法包括：首先，在硅衬底表面依次淀积第一厚度的厚栅氧层和第二厚度的氮化硅层；形成的结构可以参见图3a‑图3b；其次，对所述厚栅氧层、氮化硅层和硅衬底进行处理以形成凹槽，形成的结构可以参见图3c；然后，在所述凹槽中填充浅沟槽隔离介质，直至所述浅沟槽隔离介质覆盖所述第二厚度的氮化硅层之上达到第三厚度，形成的结构可以参见图3d；再次，对所述浅沟槽隔离介质进行化学机械抛光处理，直到所述凹槽中的浅沟槽隔离介质与所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度一致，形成的结构可以参见图3e；最后，剥离所述氮化硅层，形成浅沟槽隔离结构，所述浅沟槽隔离结构中的所述厚栅氧层各个位置的厚度基本为所述第一厚度，形成的结构可以参见图3f。

[0056] 本发明还提供供一种浅沟槽隔离结构或浅沟槽隔离器件，所述浅沟槽隔离结构或浅沟槽隔离器件包括：硅衬底以及厚栅氧层，所述厚栅氧层淀积在所述硅衬底上表面，所述厚栅氧层和硅衬底中间隔形成多个凹槽，所述凹槽中填充有浅沟槽隔离介质，所述凹槽中的浅沟槽隔离介质与所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度一致，所述浅沟槽隔离结构或浅沟槽隔离器件中的所述厚栅氧层各个位置的厚度基本为所述第一厚度。

[0057] 进一步地，所述凹槽两侧的厚栅氧层的高度与所述凹槽中的浅沟槽隔离介质的最小高度之间的差值小于预设阈值。

[0058] 进一步地，多个所述凹槽等间隔设置。

[0059] 进一步地，所述浅沟槽隔离介质为二氧化硅。

[0060] 已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

[0061] 通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。