FDSOI工艺中浅沟槽隔离结构的形成方法与流程

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别涉及一种全耗尽型绝缘体上硅(fullydepletedsilicononinsulator,fdsoi)工艺中浅沟槽隔离的制造方法。

背景技术：

为满足集成电路制造中半导体器件尺寸按比例不断缩小的要求，除了采用三维立体结构，平面型fdsoi提供了另一种有效的技术解决方案。基于fdsoi工艺的典型特点是其使用的晶圆具有一层埋氧化硅(buriedoxide,box)和一层超薄绝缘体上硅,在本申请中，晶圆通常由硅衬低组成，将硅衬底称为体硅，埋氧化硅层形成与体硅的表面，在埋氧化硅层表面形成的超薄硅即soi称为顶层硅。在fdsoi中的超薄的顶层硅中形成超薄晶体管能很好地控制短沟道效应，进而可以降低供电电压；由于埋氧化硅层的存在，可以通过改变体偏压(bodybias)进行阈值电压的调制；另外，基于fdsoi工艺可以直接沿用体cmos的设计架构。

通常在22nm及以下fdsoi工艺制程中，最小有源区(aa)宽度在80nm左右，有源区的顶层硅的厚度为6nm左右。此时由此可知，有源区的顶层硅的宽度为80nm而厚度仅为6nm，具有宽度短且厚度超薄的特征。aa区域的顶层硅的损耗会极大地影响形成器件的电学性能。在传统28nm工艺节点，浅沟道隔离也即浅沟槽隔离(sti)形成过程中，在形成浅沟道的线性氧化过程(lineroxidation)之前会进行预清洗处理，预清洗通常采用湿法处理。湿法处理时稀氢氟酸(hf)会造成衬垫氧化层(padoxide)和box的过度损耗，此时aa区域边缘的顶层硅会暴露出来。在预清洗处理完之后再进行后续lineroxidation的生长，现有技术中通常采用现场水汽生成(in-situsteamgeneration，issg)等高温氧化技术来lineroxidation，暴露的顶层硅会在形成lineroxidation的过程中一起被氧化，造成aa区域边缘的顶层硅的损耗；其中issg通常也翻译成原位水汽生成或原位蒸汽生成等。在极小的器件尺度下，由于有源区的宽度和厚度的尺寸本来就很小，aa区域边缘的顶层硅的损耗的量的尺寸相对于有源区的宽度和厚度来说不可忽略，故会对器件电性造成很大不利影响。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种fdsoi工艺中浅沟槽隔离结构的形成方法，能减少有源区边缘的顶层硅的损耗量，提高器件的电学性能。

为解决上述技术问题，本发明提供的fdsoi工艺中浅沟槽隔离结构的形成方法包括如下步骤：

步骤一、提供一fdsoi衬底结构，所述fdsoi衬底包括体硅层，埋氧层和顶层硅，所述埋氧层形成于所述体硅层表面，所述顶层硅形成于所述埋氧层表面；在所述顶层硅表面形成由衬垫氧化层和第一氮化硅层叠加而成的硬掩模层。

步骤二、光刻定义出浅沟槽的形成区域，所述浅沟槽之外的区域为有源区；将所述浅沟槽的形成区域的所述第一氮化硅层和所述衬垫氧化层打开，以打开后的所述硬掩模层为掩模依次对所述顶层硅、所述埋氧层和所述体硅层进行刻蚀形成所述浅沟槽。

步骤三、进行形成线性氧化层之前的预清洗，所述预清洗中包括采用hf溶液去除所述浅沟槽表面的氧化膜的工艺，控制所述hf溶液的稀释度和所述hf溶液的清洗时间使得在保证去除所述浅沟槽表面的氧化膜的条件下减少对所述衬垫氧化层和所述埋氧化层的消耗量，从而减少所述浅沟槽边缘处的所述顶层硅的突出量。

步骤四、采用原子层沉积工艺进行线性氧化层的生长，利用所述原子层沉积工艺减少所述线性氧化层生长过程中的热预算以及结合步骤三中的所述浅沟槽边缘处的所述顶层硅的突出量的减少来减少所述线性氧化层生长过程中对所述顶层硅的消耗量，从而提升器件的电学性能并使器件的电学性能达到要求值。

步骤五、采用harp工艺对所述浅沟槽的进行氧化层填充形成浅沟槽隔离结构。

进一步的改进是，fdsoi工艺为22nm以下的fdsoi工艺制程。

进一步的改进是，最小有源区的宽度达80nm以下。

进一步的改进是，所述顶层硅的厚度达6nm以下。

进一步的改进是，步骤三中在所述预清洗中将对所述衬垫氧化层和所述埋氧化层的消耗量控制在

进一步的改进是，步骤三中在所述预清洗中的所述hf溶液的hf：h2o的体积比为1:100～1:1000；所述hf溶液的清洗时间为0.5分钟～10分钟；所述hf溶液的清洗温度为10℃～70℃。

进一步的改进是，所述原子层沉积工艺的温度为200℃～500℃。

进一步的改进是，步骤四中生长的所述线性氧化层的厚度为

进一步的改进是，步骤三的所述预清洗工艺中，在进行所述hf溶液的清洗之前还包括如下步骤：

采用臭氧去离子水(dio3)去除有机物。

进一步的改进是，步骤三的所述预清洗工艺中，在进行所述hf溶液的清洗之后还包括如下步骤：

采用1号液(sc1)去除所述fdsoi衬底表面残留的微颗粒和有机物；

采用2号液(sc2)去除残留原子和离子污染物。

本发明对fdsoi工艺中浅沟槽隔离结构的形成工艺中的线性氧化层形成之前的预清洗工艺以及线性氧化层的形成工艺进行了特别的设置，通过控制预清洗中的hf溶液的稀释度和hf溶液的清洗时间来实现在保证去除浅沟槽表面的氧化膜的条件下减少对衬垫氧化层和埋氧化层的消耗量，从而减少浅沟槽边缘处的顶层硅的突出量；而在线性氧化层的形成工艺中则采用了热预算低的原子层沉积工艺，这样，较低的热预算会减少在线性氧化层的形成工艺中对的浅沟槽边缘出的顶层硅的突出部分的氧化，结合预清洗中对浅沟槽边缘处的顶层硅的突出量的减少以及线性氧化层的形成工艺中对的浅沟槽边缘出的顶层硅的突出部分的氧化的减少最后能减少有源区边缘的顶层硅的损耗量并使有源区边缘的顶层硅的损耗量得到控制，能提升器件的电学性能并使器件的电学性能达到要求值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1a-图1c是现有fdsoi工艺中浅沟槽隔离结构的形成方法的各步骤中的器件结构示意图；

图2是本发明实施例fdsoi工艺中浅沟槽隔离结构的形成方法的流程图；

图3a-图3c是本发明实施例fdsoi工艺中浅沟槽隔离结构的形成方法的各步骤中的器件结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例方法是在现有技术问题进行分析的基础上得到，在详细介绍本发明实施例方法之前先介绍一下现有方法如下：如图1a至图1c所示，是现有fdsoi工艺中浅沟槽隔离结构的形成方法的各步骤中的器件结构示意图，现有fdsoi工艺中浅沟槽隔离结构的形成方法包括如下步骤：

步骤一、如图1a所示，提供一fdsoi衬底结构，所述fdsoi衬底包括体硅层101，埋氧层102和顶层硅103，所述埋氧层102形成于所述体硅层101表面，所述顶层硅103形成于所述埋氧层102表面；在所述顶层硅103表面形成由衬垫氧化层104和第一氮化硅层105叠加而成的硬掩模层。

步骤二、如图1a所示，光刻定义出浅沟槽201的形成区域，所述浅沟槽201之外的区域为有源区；将所述浅沟槽201的形成区域的所述第一氮化硅层105和所述衬垫氧化层104打开，以打开后的所述硬掩模层为掩模依次对所述顶层硅103、所述埋氧层102和所述体硅层101进行刻蚀形成所述浅沟槽201。

步骤三、如图1b所示，进行形成线性氧化层203之前的预清洗。现有技术中，所述预清洗中包括采用hf溶液去除所述浅沟槽201表面的氧化膜的工艺，现有方法的hf溶液的清洗过程会对所述衬垫氧化层4和所述埋氧化层形成消耗，从而会使得所述顶层硅103在所述浅沟槽201的侧面会形成如虚线圈202所示的突出区域。

步骤四、如图1c所示，采用issg工艺进行线性氧化层203的生长，issg工艺的热过程容易对虚线圈202所示的顶层硅103的突出区域进行氧化，从而会使得有源区的尺寸减少，最后会影响器件的性能。

步骤五、采用harp工艺对所述浅沟槽201的进行氧化层填充形成浅沟槽隔离结构。

现有方法中，图1b形成的顶层硅103的突出区域结合后续的具有高温热过程的用issg工艺会容易使得顶层硅103的边缘区域被氧化，这种顶层硅103的边缘区域被氧化的结构在有源区的尺寸较大时被氧化的区域的尺寸相对于整体的aa区域的尺寸可以忽略，但是随着工艺节点的提升，如在22nm以下的fdsoi工艺中，上述现有方法形成的得顶层硅103的边缘区域被氧化的尺寸变得不可忽略，顶层硅103的边缘区域被氧化会对器件的电性造成很大的不利影响。

本发明实施例方法：

如图2所示，是本发明实施例fdsoi工艺中浅沟槽隔离结构的形成方法的流程图；如图3a至图3c所示，是本发明实施例fdsoi工艺中浅沟槽隔离结构的形成方法的各步骤中的器件结构示意图，本发明实施例fdsoi工艺中浅沟槽隔离结构的形成方法包括如下步骤：

步骤一、如图3a所示，提供一fdsoi衬底结构，所述fdsoi衬底包括体硅层1，埋氧层2和顶层硅3，所述埋氧层2形成于所述体硅层1表面，所述顶层硅3形成于所述埋氧层2表面；在所述顶层硅3表面形成由衬垫氧化层4和第一氮化硅层5叠加而成的硬掩模层。

本发明实施例中，fdsoi工艺为22nm以下的fdsoi工艺制程。最小有源区的宽度达80nm以下。所述顶层硅3的厚度达6nm以下。

步骤二、如图3a所示，光刻定义出浅沟槽301的形成区域，所述浅沟槽301之外的区域为有源区；将所述浅沟槽301的形成区域的所述第一氮化硅层5和所述衬垫氧化层4打开，以打开后的所述硬掩模层为掩模依次对所述顶层硅3、所述埋氧层2和所述体硅层1进行刻蚀形成所述浅沟槽301。

步骤三、如图3b所示，进行形成线性氧化层303之前的预清洗，所述预清洗中包括采用hf溶液去除所述浅沟槽301表面的氧化膜的工艺，控制所述hf溶液的稀释度和所述hf溶液的清洗时间使得在保证去除所述浅沟槽301表面的氧化膜的条件下减少对所述衬垫氧化层4和所述埋氧化层的消耗量，从而减少所述浅沟槽301边缘处的所述顶层硅3的突出量。所述顶层硅3的在所述浅沟槽301的侧面的突出区域如虚线圈302所示。

本发明实施例中，在所述预清洗中将对所述衬垫氧化层4和所述埋氧化层的消耗量控制在较佳为，在所述预清洗中的所述hf溶液的hf：h2o的体积比为1:100～1:1000；所述hf溶液的清洗时间为0.5分钟～10分钟；所述hf溶液的清洗温度为10℃～70℃。

在所述预清洗工艺中，在进行所述hf溶液的清洗之前还包括如下步骤：

采用臭氧去离子水去除有机物。

在进行所述hf溶液的清洗之后还包括如下步骤：

采用1号液去除所述fdsoi衬底表面残留的微颗粒和有机物；

采用2号液去除残留原子和离子污染物。

步骤四、如图3c所示，采用原子层沉积工艺进行线性氧化层303的生长，利用所述原子层沉积工艺减少所述线性氧化层303生长过程中的热预算以及结合步骤三中的所述浅沟槽301边缘处的所述顶层硅3的突出量的减少来减少所述线性氧化层303生长过程中对所述顶层硅3的消耗量，从而提升器件的电学性能并使器件的电学性能达到要求值。

本发明实施例中，所述原子层沉积工艺的温度为200℃～500℃。

所述线性氧化层303的厚度为

步骤五、采用harp工艺对所述浅沟槽301的进行氧化层填充形成浅沟槽隔离结构。

本发明实施例对fdsoi工艺中浅沟槽隔离结构的形成工艺中的线性氧化层303形成之前的预清洗工艺以及线性氧化层303的形成工艺进行了特别的设置，通过控制预清洗中的hf溶液的稀释度和hf溶液的清洗时间来实现在保证去除浅沟槽301表面的氧化膜的条件下减少对衬垫氧化层4和埋氧化层的消耗量，从而减少浅沟槽301边缘处的顶层硅3的突出量；而在线性氧化层303的形成工艺中则采用了热预算低的原子层沉积工艺，这样，较低的热预算会减少在线性氧化层303的形成工艺中对的浅沟槽301边缘出的顶层硅3的突出部分的氧化，结合预清洗中对浅沟槽301边缘处的顶层硅3的突出量的减少以及线性氧化层303的形成工艺中对的浅沟槽301边缘出的顶层硅3的突出部分的氧化的减少最后能减少有源区边缘的顶层硅3的损耗量并使有源区边缘的顶层硅3的损耗量得到控制，能提升器件的电学性能并使器件的电学性能达到要求值。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。