專利名稱：淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
在集成電路制作中，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)用以將形成在硅基底上的元件與其他元件隔 離。已有技術(shù)一般采用硅的局部氧化(L0C0S)、選擇性多晶硅氧化(SEPOX)，凹槽多晶硅隔 層(RPSL)LOCOS等，而LOCOS法又是其中使用最廣泛的一種。但是，LOCOS隔離也存在某些問題。亦即，當(dāng)生長場氧化膜時，在襯墊氧化膜和氮 化物膜之間的界面，或者在硅襯底和襯墊氧化膜之間的界面會產(chǎn)生“鳥嘴”，并滲透進有源 區(qū)而使得電路可靠性降低。LOCOS隔離已不能進一步應(yīng)用于例如超大規(guī)模集成電路(VLSI) 的動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)的開發(fā)。隨著半導(dǎo)體制作技術(shù)的進步，淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation，STI)技術(shù) 已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件制作所采用的如局部硅氧化法(L0C0Q等其他隔離方法。現(xiàn)有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法一般包括在高溫氧化爐管內(nèi)氧化硅晶圓，在硅 襯底上形成襯墊氧化層(Pad Oxide)和氮化硅層(Nitride)；再進行淺溝槽蝕刻形成淺 溝槽；在淺溝槽的底部及側(cè)壁通過熱氧化工藝形成材質(zhì)為氧化硅的襯墊層(Liner)，所述 熱氧化工藝?yán)鐬樵徽羝晒に?ISSG)；采用例如低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)工藝 或高濃度等離子-化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)工藝在所述襯墊層上形成用于填充淺溝槽的 填充氧化層，接著以化學(xué)機械研磨(CMP)技術(shù)去除表面多出的材料，并以氮化硅層作為研 磨終止層，留下一平坦的表面，最后再將氮化硅層和襯墊氧化層去除，以供后續(xù)工藝的制 作。有關(guān)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作技術(shù)，可以在專利號為ZL98115052. 7、名稱為“避免碟形 凹陷的淺溝槽隔離方法”的中國發(fā)明專利，公開號為CN101211816A、名稱為“淺溝槽隔離 成形方法”的中國發(fā)明專利，以及專利號為US6，444，M1B1、名稱為“在制作淺溝槽隔離的 ^ ^Ρ Μ ΜΙ&Μ白勺^ti (Method for forming lining oxide in shallow trench isolationincorporating pre-annealing step) ”的美國發(fā)明專利找到更多的相關(guān)資料。由于現(xiàn)有技術(shù)中，淺溝槽是利用蝕刻工藝形成的，其各轉(zhuǎn)角大多呈尖銳狀，所述淺 溝槽的形狀不僅影響后續(xù)溝槽的填充效果，而且尖銳的淺溝槽轉(zhuǎn)角還容易引起邊緣漏電， 使得器件電學(xué)性能下降。另外，淺溝槽進行填充采用的是化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝，特別是 高濃度等離子-化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)工藝，而在淺溝槽的底部及側(cè)壁形成的襯墊層為 氧化硅，且其厚度較小，一般例如為30埃至200埃。在形成填充氧化層的過程中，等離子體 會不斷轟擊襯墊層，特別是對于襯墊層中位于淺溝槽各轉(zhuǎn)角處的呈尖銳狀的那一部分，受 到等離子體侵蝕會更加明顯，膜層厚度會被磨薄，甚至?xí)霈F(xiàn)被穿破并進而破壞位于襯墊 層之下的硅襯底的情形，產(chǎn)生漏電流，降低淺溝槽的隔離特性，從而導(dǎo)致最終形成的半導(dǎo)體 器件的質(zhì)量下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及其制作方法，避免了現(xiàn)有技術(shù)中由 于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)中的襯墊層圓滑度不夠、隔離特性較低等導(dǎo)致半導(dǎo)體器件性能不佳的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及其制作方法，包括提供半導(dǎo) 體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成淺溝槽；在所述淺溝槽內(nèi)形成材質(zhì)為氮氧化硅的襯墊層； 在所述襯墊層上形成用于填充淺溝槽的填充氧化層。可選地，所述襯墊層中氮的質(zhì)量百分比為0. 3%至10%。可選地，所述襯墊層的厚度為20埃至100埃?？蛇x地，所述襯墊層的彈性壓力為_300Mpa至_500Mpa。可選地，在所述淺溝槽內(nèi)形成材質(zhì)為氮氧化硅的襯墊層包括先后執(zhí)行氨氣的快速 熱氮化工藝和氧化亞氮的快速氧化工藝?？蛇x地，所述氨氣的快速熱氮化工藝的工藝參數(shù)包括溫度為700°C至1100°C，壓 強為IOTorr至500Tor，時間為5秒至90秒，氨氣的流量為1每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升至10每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升。可選地，所述氧化亞氮的快速氧化工藝的工藝參數(shù)包括溫度為800°C至1200°C， 壓強為IOTorr至500Tor，時間為5秒至90秒，氧化亞氮的流量為1每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升至10每 分鐘標(biāo)準(zhǔn)升；氮氣的流量為0每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升至20每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升?？蛇x地，所述氨氣的快速熱氮化工藝和氧化亞氮的快速氧化工藝在同一機臺的不 同反應(yīng)室或同一反應(yīng)室中進行?？蛇x地，所述形成填充氧化層的方法為低壓化學(xué)氣相淀積工藝、次常壓化學(xué)汽相 沉積工藝或高濃度等離子-化學(xué)氣相沉積工藝。本發(fā)明在另一方面提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底，所述襯底內(nèi)具有 淺溝槽；襯墊層，形成于所述淺溝槽內(nèi)，所述襯墊層的材質(zhì)為氮氧化硅；填充氧化層，填充 所述淺溝槽，所述襯墊層位于所述淺溝槽和所述填充氧化層之間?？蛇x地，所述襯墊層中氮的質(zhì)量百分比為0. 3%至10%?？蛇x地，所述襯墊層的厚度為20埃至100埃?？蛇x地，所述襯墊層的彈性壓力為_300Mpa至_500Mpa。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案在制作淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)工藝中在填充淺溝槽之 前形成有為氮氧化硅的襯墊層，能提高淺溝槽的圓滑度和改善淺溝槽內(nèi)的應(yīng)力環(huán)境，避免 執(zhí)行后續(xù)工藝制作時對襯墊層及其下的半導(dǎo)體襯底的破壞，增強所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔 離性能，提高半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能(例如提高關(guān)電流和開電流性能，獲得更緊致的待機 電流分布)，進而提升半導(dǎo)體產(chǎn)品的良率。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方式中淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法的流程圖；圖2至圖5為根據(jù)圖1流程制作淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在制作淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)時，淺溝槽各轉(zhuǎn)角呈尖銳狀，且在后續(xù)利用HDP-CVD工藝形成填充氧化層時，由于HDP-CVD工藝具有一定的刻蝕能力，等離子體對由例 如原位蒸汽生成工藝(ISSG)的熱氧化工藝形成的襯墊層造成轟擊，且襯墊層隔離性能較 弱，特別是淺溝槽各轉(zhuǎn)角位置處的襯墊層也呈尖銳狀，因此襯墊層在等離子體轟擊下非常 容易被破壞，導(dǎo)致填充氧化層直接與淺溝槽內(nèi)的硅襯底接觸，使得淺溝槽內(nèi)的應(yīng)力變化，產(chǎn) 生漏電流，降低淺溝槽的隔離特性，從而導(dǎo)致最終形成的半導(dǎo)體器件的質(zhì)量下降。因此，在制作半導(dǎo)體器件時，為防止上述缺陷對半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能的影響。本 發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及其制作方法，所述制作方法包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述 半導(dǎo)體襯底上形成淺溝槽；在所述淺溝槽內(nèi)形成材質(zhì)為氮氧化硅的襯墊層；在所述襯墊層 上形成用于填充淺溝槽的填充氧化層。相對現(xiàn)有技術(shù)，形成的襯墊層為氮氧化硅，改善淺溝 槽內(nèi)的應(yīng)力環(huán)境，避免執(zhí)行后續(xù)工藝制作時對襯墊層及其下的半導(dǎo)體襯底的破壞，提高半 導(dǎo)體器件的電學(xué)性能。為此，如圖1所示，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法包括如下步驟S10，提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成淺溝槽。S12，在所述淺溝槽內(nèi)形成材質(zhì)為氮氧化硅的襯墊層；S14，在所述襯墊層上形成用于填充淺溝槽的填充氧化層。面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進行詳細說明。如圖1所示，首先執(zhí)行步驟S10，提供半導(dǎo)體襯底200，在半導(dǎo)體襯底200上依序形 成襯墊氧化層201、氮化硅層202和光阻圖案層203，形成如圖2所示的結(jié)構(gòu)。其中，所述半導(dǎo)體襯底200為形成有半導(dǎo)體器件的硅、形成有半導(dǎo)體器件的絕緣 體上硅(SOI)、或者為形成有半導(dǎo)體器件的II-VI或者III-V族化合物半導(dǎo)體。襯墊氧化層201的材質(zhì)一般為氧化硅。在現(xiàn)有技術(shù)中，形成襯墊氧化層201的工 藝是熱氧化法，即在高溫環(huán)境下，將半導(dǎo)體襯底200暴露在含氧環(huán)境中。該工藝通常在爐管 中實現(xiàn)。通常形成的襯墊氧化層201的厚度都在幾十埃左右，例如約50埃至250埃厚。因 形成襯墊氧化層201的工藝已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，故在此不再贅述。在襯墊氧化層201上形成氮化硅層202。所述氮化硅層202的材質(zhì)為氮化硅。在 現(xiàn)有技術(shù)中，形成氮化硅層202的方法例如是化學(xué)氣相淀積工藝(CVD)。在本實施例中，形 成的氮化硅層202的厚度大約為500埃至2000埃。因形成氮化硅層202的工藝已為本領(lǐng) 域技術(shù)人員所熟知，故在此不再贅述。在氮化硅層202上形成光阻圖案層203。所述光阻圖案層203形成有開口 204，所 述開口 204大致界定了后續(xù)淺溝槽的范圍。接著，進行蝕刻以形成淺溝槽205，形成如圖3所示的結(jié)構(gòu)。所述淺溝槽205是用 于對半導(dǎo)體襯底200所形成的柵極結(jié)構(gòu)(未予以圖示)進行電隔離。在現(xiàn)有技術(shù)中，形成 淺溝槽205的方法是蝕刻工藝，優(yōu)選地，所述蝕刻工藝為微影蝕刻工藝，具體來講，是通過 非等向性蝕刻，且以含有HBr、Cl與CF4為反應(yīng)氣體，將半導(dǎo)體襯底200蝕刻至一預(yù)定深度。 形成的淺溝槽205的深度一般為0. 3微米(um)至0. 5微米。因形成淺溝槽205的工藝已 為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，故在此不再贅述。接著執(zhí)行步驟S12，在淺溝槽205內(nèi)形成材質(zhì)為氮氧化硅的襯墊層206，形成如圖 4所示的結(jié)構(gòu)。襯墊層206是形成在淺溝槽205的底部和側(cè)壁上，其材質(zhì)為氮氧化硅，其中 氮的質(zhì)量百分比為0. 3%至10%。襯墊層206的厚度為20埃至100埃，具有為_300Mpa至-500Mpa的彈性壓力。上述形成材質(zhì)為氮氧化硅的襯墊層具體包括先后執(zhí)行氨氣的快速熱氮化工藝 和氧化亞氮的快速氧化工藝，其中，所述氨氣的快速熱氮化工藝的工藝參數(shù)包括溫度為 700°C至1100°C，壓強為IOTorr至500Tor，時間為5秒至90秒，氨氣的流量為1每分鐘標(biāo) 準(zhǔn)升Gtandard Liter per Minute, SLM)至10每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升。所述氧化亞氮的快速氧化 工藝的工藝參數(shù)包括溫度為800°C至1200°C，壓強為IOTorr至500Tor，時間為5秒至90 秒，氧化亞氮的流量為1每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升至10每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升；氮氣的流量為0每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升 至20每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升。相比現(xiàn)有技術(shù)中通過ISSG工藝形成的材質(zhì)為氧化硅的襯墊層，在本發(fā)明技術(shù)方 案中，通過氨氣的快速熱氮化工藝和氧化亞氮的快速氧化工藝相結(jié)合形成材質(zhì)為氮氧化硅 的襯墊層，具有更大的彈性壓力，能提高淺溝槽的圓滑度和改善淺溝槽內(nèi)的應(yīng)力環(huán)境，避免 執(zhí)行后續(xù)工藝制作時對襯墊層及其下的半導(dǎo)體襯底的破壞，增強所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔 離性能，提高半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能，進而提升半導(dǎo)體產(chǎn)品的良率。特別地，所述氨氣的快速熱氮化工藝和氧化亞氮的快速氧化工藝既可以是在同一 機臺的不同反應(yīng)室也可以是在同一機臺的同一反應(yīng)室中進行。優(yōu)選地，所述氨氣的快速熱 氮化工藝和氧化亞氮的快速氧化工藝在同一反應(yīng)室中依序完成，以此節(jié)省設(shè)備費用，降低 了生產(chǎn)成本；快速熱處理始終在一個腔室內(nèi)完成，使得工藝處方中不需要增加額外的開關(guān) 腔室的步驟，降低了腔室中工作壓力調(diào)節(jié)時間，減少了工藝的時間，相應(yīng)的降低了產(chǎn)品生產(chǎn) 時間，提高產(chǎn)品的產(chǎn)能；并且產(chǎn)品不需要從一個腔室轉(zhuǎn)移到另一個腔室，所以使得產(chǎn)品在轉(zhuǎn) 移過程中受到的污染可能性減少，提高了產(chǎn)品的良率。接著執(zhí)行步驟S14，在襯墊層206上形成用于填充淺溝槽205的填充氧化層207， 形成如圖5所示的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。填充氧化層207的材質(zhì)為氧化硅。在現(xiàn)有技術(shù)中，形成填充氧化層207的方法 可以是低壓化學(xué)氣相淀積(Low-Pressure CVD, LPCVD)工藝、次常壓化學(xué)汽相沉積工藝 (Sub-Atmosphere CVD，SACVD)或高濃度等離子-化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)工藝。優(yōu)選地， 可以是例如以SiH4、02*Ar的混合氣體作為等離子化的氣體源的HDP-CVD工藝對溝槽進行 填充，因該HDP-CVD工藝的具體實施方法已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。由于 通過上述步驟S12形成的為氮氧化硅的襯墊層能改善淺溝槽內(nèi)的應(yīng)力環(huán)境，具有隔離性能 較佳的優(yōu)點，能有效保護其下的半導(dǎo)體襯底200，避免HDP-CVD工藝中等離子對襯墊層206 及其下半導(dǎo)體襯底200的破壞。本發(fā)明技術(shù)方案在制作淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)工藝中在填充淺溝槽之前形成有為氮氧 化硅的襯墊層，能提高淺溝槽的圓滑度和改善淺溝槽內(nèi)的應(yīng)力環(huán)境，避免執(zhí)行后續(xù)工藝制 作時對襯墊層及其下的半導(dǎo)體襯底的破壞，增強所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能，提高半 導(dǎo)體器件的電學(xué)性能(例如提高關(guān)電流和開電流性能，獲得更緊致的待機電流分布)，進而 提升半導(dǎo)體產(chǎn)品的良率。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技 術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保 護范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成淺溝槽；在所述淺溝槽內(nèi)形成材質(zhì)為氮氧化硅的襯墊層；在所述襯墊層上形成用于填充淺溝槽的填充氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述襯墊層中氮的 質(zhì)量百分比為0.3%至10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述襯墊層的厚度 為20埃至100埃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述襯墊層的彈性 壓力為 _300Mpa 至-500Mpa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，在所述淺溝槽內(nèi)形 成材質(zhì)為氮氧化硅的襯墊層包括先后執(zhí)行氨氣的快速熱氮化工藝和氧化亞氮的快速氧化工藝。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述氨氣的快速熱 氮化工藝的工藝參數(shù)包括溫度為700°C至1100°C，壓強為KXTorr至50(yTor，時間為5秒 至90秒，氨氣的流量為1每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升至10每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述氧化亞氮的快 速氧化工藝的工藝參數(shù)包括溫度為800°C至1200°C，壓強為KXTorr至500Tor，時間為5秒 至90秒，氧化亞氮的流量為1每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升至10每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升；氮氣的流量為0每分鐘標(biāo) 準(zhǔn)升至20每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升。
8.如權(quán)利要求5所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述氨氣的快速熱 氮化工藝和氧化亞氮的快速氧化工藝在同一機臺的不同反應(yīng)室或同一反應(yīng)室中進行。
9.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述形成填充氧化 層的方法為低壓化學(xué)氣相淀積工藝、次常壓化學(xué)氣相沉積工藝或高濃度等離子-化學(xué)氣相 沉積工藝。
10.一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括半導(dǎo)體襯底，所述襯底內(nèi)具有淺溝槽；襯 墊層，形成于所述淺溝槽內(nèi)，所述襯墊層的材質(zhì)為氮氧化硅；填充氧化層，填充所述淺溝槽， 所述襯墊層位于所述淺溝槽和所述填充氧化層之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯墊層中氮的質(zhì)量百分 比為0. 3%至10%。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯墊層的厚度為20埃至 100 埃。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯墊層的彈性壓力 為-300Mpa 至-500Mpa。
全文摘要
一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及其制作方法，所述制作方法包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成淺溝槽；在所述淺溝槽內(nèi)形成材質(zhì)為氮氧化硅的襯墊層；在所述襯墊層上形成用于填充淺溝槽的填充氧化層。本發(fā)明技術(shù)方案通過在填充淺溝槽之前形成材質(zhì)為氮氧化硅的襯墊層，能提高淺溝槽的圓滑度和改善淺溝槽內(nèi)的應(yīng)力環(huán)境，避免執(zhí)行后續(xù)工藝制作時對襯墊層及其下的半導(dǎo)體襯底的破壞，增強所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能，提高半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能，進而提升半導(dǎo)體產(chǎn)品的良率。
文檔編號H01L27/04GK102122628SQ201010022568
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者何永根 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司