專利名稱：帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，尤其是一種用于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法。
背景技術(shù)：
亞常壓化學(xué)汽相淀積(SA-CAD)和高濃度等離子體化學(xué)汽相淀積(HDP-CVD)工藝已廣泛地用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，應(yīng)用之一就是淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation, STI)，即用高質(zhì)量二氧化硅(Si02)來隔離有源區(qū)(Active Areas, AA) 對(duì)小于90nm的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，這兩種CVD技術(shù)表現(xiàn)出一些差異，但SA-CVD所具有的填充能力強(qiáng)、Si02膜應(yīng)力可調(diào)及不存在對(duì)底層材料造成損壞等方面的優(yōu)點(diǎn)使其成為70nm節(jié)點(diǎn)以下半導(dǎo)體器件的優(yōu)選 STI填充方案。由于未來技術(shù)節(jié)點(diǎn)的降低而不斷提高STI縱寬比，所以HDP-CVD Si02工藝的發(fā)展空間越來越小，人們開始采用SA-CVD工藝，即在540°C溫度下的03/TE0S化學(xué)組分的高深寬比工藝(HARP)。在STI應(yīng)用中，采用HARP取代HDP的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠保持優(yōu)良的STI填充能力并可拓展到45nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)和更低的節(jié)點(diǎn)上。HARP能在溝槽內(nèi)生長一種高度均勻的氧化物膜，但同時(shí)會(huì)在溝槽內(nèi)留下裂縫或者空隙，常用消除HARP留下的裂縫或者空隙的方法為蒸汽退火。蒸汽退火在消除裂縫或者空隙的同時(shí)會(huì)對(duì)半導(dǎo)體襯底產(chǎn)生氧化作用，使有源區(qū)的Si會(huì)被消耗，從而導(dǎo)致后續(xù)制程中有源區(qū)的關(guān)鍵尺寸(CD)很難控制。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明提供一種帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，可以有效克服蒸汽退火時(shí)由于硅的氧化所導(dǎo)致的有源區(qū)關(guān)鍵尺寸的控制困難。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為
一種帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，包括如下步驟 步驟a、形成一個(gè)初始復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述初始復(fù)合結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，覆蓋于所述半導(dǎo)體襯底上的氧化膜，覆蓋于所述氧化膜上的一層氮化硅襯墊以及于上述結(jié)構(gòu)上形成的圖案化溝槽；
步驟b、與所述溝槽內(nèi)壁及底部覆蓋一層氧化層，所述氧化層以及所述初始復(fù)合結(jié)構(gòu)組成第一復(fù)合結(jié)構(gòu)；
步驟C、在所述第一復(fù)合結(jié)構(gòu)表面生長一層多晶半導(dǎo)體襯墊，所述多晶半導(dǎo)體襯墊覆蓋于所述半導(dǎo)體襯底表面的氮化半導(dǎo)體襯墊上，以及所述溝槽內(nèi)壁及底部的氧化層上，所述多晶半導(dǎo)體襯墊與所述第一復(fù)合結(jié)構(gòu)組成第二復(fù)合結(jié)構(gòu)；
步驟d、采用高深寬比工藝的亞常壓化學(xué)汽相淀積法于所述第二復(fù)合結(jié)構(gòu)表面形成填充物層，使所述溝槽為所述填充物層充滿，所述填充物層與所述第二復(fù)合結(jié)構(gòu)組成第三復(fù)合結(jié)構(gòu)；
步驟e、對(duì)所述第三復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理； 步驟f、去除步驟d產(chǎn)生的填充物層的多余部分。
上述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述步驟b生長氧化層的方法為熱氧化法。上述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述步驟b生長氧化層的方法為化學(xué)汽相淀積法。上述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述步驟b生長氧化層地方法為物理汽相淀積法。上述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述步驟b生長的氧化層為二氧化硅薄膜。上述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述步驟c生長的多晶半導(dǎo)體襯墊為多晶硅。上述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述步驟f中去除填充物層的方法為化學(xué)機(jī)械研磨。上述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述步驟e中的熱處理方法為致密退火。上述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述致密退火包括如下步驟
步驟el、進(jìn)行蒸汽退火； 步驟e2、進(jìn)行干法退火。上述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述步驟el蒸汽退火所采用的溫度為600-800 C0。上述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述步驟e2干法退火的參數(shù)為溫度高于1050 C0，環(huán)境氣體為氮?dú)?。本發(fā)明的有益效果是
通過引入多晶半導(dǎo)體犧牲襯墊層降低了 AA的硅消耗，使后續(xù)制程中CD處于可控狀態(tài)， 同時(shí)通過干法退火使HARP填充薄膜收縮產(chǎn)生硅拉伸應(yīng)變以增強(qiáng)載流子的移動(dòng)性，提高器件的性能。


圖1是本發(fā)明帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法的流程示意框圖2是本發(fā)明帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法步驟a和步驟b完成后的狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法步驟c完成后的狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法步驟d完成后的狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法步驟e完成后的狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法步驟f完成后的狀態(tài)
4結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。如圖1所示，本發(fā)明帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法包括 如圖2所示，步驟a、形成一個(gè)初始復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述初始復(fù)合結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底1，覆
蓋于半導(dǎo)體襯底1上的氧化膜3，覆蓋于氧化膜3上的一層氮化硅襯墊4以及于上述結(jié)構(gòu)上形成的圖案化溝槽2 ；步驟b、與溝槽2內(nèi)壁及底部覆蓋一層氧化層31，氧化層31以及初始復(fù)合結(jié)構(gòu)組成第一復(fù)合結(jié)構(gòu)11 ；
如圖3所示，步驟c在第一復(fù)合結(jié)構(gòu)11表面生長一層多晶半導(dǎo)體襯墊5，多晶半導(dǎo)體襯墊5覆蓋于半導(dǎo)體襯底1表面的氮化半導(dǎo)體襯墊4上，以及溝槽2內(nèi)壁及底部的氧化層 31上，生長多晶半導(dǎo)體襯墊5的方法有多種，例如低壓化學(xué)汽相淀積法(LPCVD)、固相晶化法(SPC)或者準(zhǔn)分子激光晶化法(ELA)，當(dāng)然也可以采用其他可獲得同樣技術(shù)效果的方法， 形成的多晶半導(dǎo)體襯墊5為多晶硅薄膜，多晶半導(dǎo)體襯墊5與第一復(fù)合結(jié)構(gòu)11組成第二復(fù)合結(jié)構(gòu)12。如圖4所示，步驟d采用HARP工藝于第二復(fù)合結(jié)構(gòu)12表面形成填充物層6，使溝槽2為填充物層6充滿，填充物層6與第二復(fù)合結(jié)構(gòu)12組成第三復(fù)合結(jié)構(gòu)13，由于HARP工藝的特性，在填充物層6中產(chǎn)生裂縫和空隙；
如圖5所示，步驟e對(duì)第三復(fù)合結(jié)構(gòu)13進(jìn)行熱處理，熱處理方式為致密退火，致密退火可以分為兩個(gè)步驟，第一步先以600-800 C0的溫度進(jìn)行蒸汽退火，使步驟d中HARP工藝在填充物6中產(chǎn)生的裂縫和空隙消除，由于蒸汽退火的氧化作用使多晶半導(dǎo)體襯墊5被消耗， 即所謂多晶犧牲襯墊層，由于多晶半導(dǎo)體襯墊5的犧牲，使AA的硅消耗減少，從而使CD得到控制，第二步在干燥氮?dú)庵幸愿哂?050 C0的溫度進(jìn)行干法退火，進(jìn)一步消除裂縫和空隙的同時(shí)使HARP填充物薄膜收縮產(chǎn)生硅拉伸應(yīng)變以增強(qiáng)載流子的移動(dòng)性，提高器件的性能。如圖6所示步驟f去除步驟d產(chǎn)生的填充物層6的多余部分，所去除填充物層6 的多余部分大致上為高出氮化半導(dǎo)體襯墊4的部分填充物層6，去除填充物層6采用的方法可以是化學(xué)機(jī)械研磨。以上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍，所以凡運(yùn)用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所作出的等效結(jié)構(gòu)變化、利用公知的與本發(fā)明中提到具等同作用的物質(zhì)進(jìn)行代替，利用公知的與本發(fā)明中提到的手段方法具等同作用的手段方法進(jìn)行替換，所得到的實(shí)施方式或者實(shí)施結(jié)果均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟步驟a、形成一個(gè)初始復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述初始復(fù)合結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，覆蓋于所述半導(dǎo)體襯底上的氧化膜，覆蓋于所述氧化膜上的一層氮化硅襯墊以及于上述結(jié)構(gòu)上形成的圖案化溝槽；步驟b、與所述溝槽內(nèi)壁及底部覆蓋一層氧化層，所述氧化層以及所述初始復(fù)合結(jié)構(gòu)組成第一復(fù)合結(jié)構(gòu)；步驟C、在所述第一復(fù)合結(jié)構(gòu)表面生長一層多晶半導(dǎo)體襯墊，所述多晶半導(dǎo)體襯墊覆蓋于所述半導(dǎo)體襯底表面的氮化硅襯墊上，以及所述溝槽內(nèi)壁及底部的氧化層上，所述多晶半導(dǎo)體襯墊與所述第一復(fù)合結(jié)構(gòu)組成第二復(fù)合結(jié)構(gòu)；步驟d、采用高深寬比工藝的亞常壓化學(xué)汽相淀積法于所述第二復(fù)合結(jié)構(gòu)表面形成填充物層，所述填充物層與所述第二復(fù)合結(jié)構(gòu)組成第三復(fù)合結(jié)構(gòu)； 步驟e、對(duì)所述第三復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理； 步驟f、去除步驟d產(chǎn)生的填充物層的多余部分。
2.如權(quán)利要求1所述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟b生長氧化層的方法為熱氧化法。
3.如權(quán)利要求1所述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟b生長氧化層的方法為化學(xué)汽相淀積法。
4.如權(quán)利要求1所述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟b生長氧化層地方法為物理汽相淀積法。
5.如權(quán)利要求1所述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟b生長的氧化層為二氧化硅薄膜。
6.如權(quán)利要求1所述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟c生長的多晶半導(dǎo)體襯墊為多晶硅。
7.如權(quán)利要求1所述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟f中去除填充物層的方法為化學(xué)機(jī)械研磨。
8.如權(quán)利要求1所述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟e中的熱處理方法為致密退火。
9.如權(quán)利要求8所述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述致密退火包括如下步驟步驟el、進(jìn)行蒸汽退火； 步驟e2、進(jìn)行干法退火。
10.如權(quán)利要求9所述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟el蒸汽退火所采用的溫度為600-800 C0。
11.如權(quán)利要求9所述帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步驟e2干法退火的參數(shù)為溫度高于1050 C0，環(huán)境氣體為氮?dú)狻?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶有多晶犧牲襯墊層的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，包括如下步驟步驟a、形成一個(gè)初始復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述初始復(fù)合結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底，覆蓋于所述半導(dǎo)體襯底上的氧化膜，覆蓋于所述氧化膜上的一層氮化硅襯墊以及于上述結(jié)構(gòu)上形成的圖案化溝槽；步驟b、與所述溝槽內(nèi)壁及底部覆蓋一層氧化層，所述氧化層以及所述初始復(fù)合結(jié)構(gòu)組成第一復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果是，通過引入多晶半導(dǎo)體犧牲襯墊層降低了有源區(qū)的硅消耗，使后續(xù)制程中關(guān)鍵尺寸處于可控狀態(tài)，同時(shí)通過干法退火使高深寬比工藝填充薄膜收縮產(chǎn)生硅拉伸應(yīng)變以增強(qiáng)載流子的移動(dòng)性，提高器件的性能。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102420141SQ20111013815
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者張文廣, 徐強(qiáng), 鄭春生, 陳玉文 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司