本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及其形成方法。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體工藝進(jìn)入深亞微米時(shí)代，0.18微米以下的元件(例如CMOS集成電路的有源區(qū)之間)大多采用淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)進(jìn)行橫向隔離來(lái)制作。集成電路包括許多形成在半導(dǎo)體襯底上的晶體管，一般來(lái)說(shuō)，晶體管是通過(guò)絕緣或隔離結(jié)構(gòu)而彼此間隔開。通常用來(lái)形成隔離結(jié)構(gòu)的工藝是淺溝槽隔離(shallow trench isolation，簡(jiǎn)稱STI)工藝。

淺溝槽隔離工藝通常是在半導(dǎo)體襯底上形成凹槽，然后在凹槽內(nèi)填充絕緣材料，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)包圍半導(dǎo)體襯底上的各個(gè)有源區(qū)，將有源區(qū)以及有源區(qū)表面形成的晶體管之間進(jìn)行隔離。所述絕緣材料通常是氧化硅。

為了提高晶體管的性能，現(xiàn)有技術(shù)通常采用外延SiGe技術(shù)，形成PMOS晶體管的源漏極。具體的，在形成的PMOS柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽，然后在所述凹槽內(nèi)外延SiGe作為PMOS晶體管的源漏極。

由于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)作為器件之間的橫向隔離結(jié)構(gòu)，相鄰PMOS之間也通過(guò)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離，相鄰PMOS晶體管的源漏極分別位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)，所以，在形成SiGe源漏的過(guò)程中，刻蝕半導(dǎo)體襯底形成凹槽以及對(duì)凹槽進(jìn)行清洗的過(guò)程中，容易對(duì)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)造成損傷。而現(xiàn)有技術(shù)形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)的氧化硅比較疏松，在刻蝕形成凹槽的過(guò)程中容易受到損傷，使得淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的寬度變小，相鄰PMOS晶體管的源漏極之間間距變小，后續(xù)在所述源漏極表面形成金屬硅化物層，相鄰晶體管的源漏極表面的金屬硅化物層之間容易發(fā)生橋連，導(dǎo)致器件失效。

所以，現(xiàn)有技術(shù)形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能有待進(jìn)一步的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及其形成方法，提高淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽；形成填充滿凹槽下部分的第一氧化物層；在所述第一氧化物層以及未被填充的凹槽側(cè)壁表面形成致密氧化層；在所述致密氧化層表面形成填充滿所述凹槽的第二氧化物層，所述致密氧化層的致密度大于第一氧化物層和第二氧化物層的致密度。

可選的，所述致密氧化層的形成方法包括：在所述第一氧化物層以及未被填充的凹槽側(cè)壁表面形成硅層；對(duì)所述硅層進(jìn)行氧化處理。

可選的，所述硅層的厚度為

可選的，所述致密氧化層的厚度為

可選的，所述氧化處理的方法包括：快速熱氧化工藝、爐管氧化工藝、原位水汽氧化工藝或等離子體氧化工藝。

可選的，采用原子層沉積工藝形成所述硅層。

可選的，所述凹槽的形成方法包括：在所述半導(dǎo)體襯底表面形成掩膜層，所述掩膜層暴露出部分半導(dǎo)體襯底表面；以所述掩膜層為掩膜，刻蝕所述半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽。

可選的，所述硅層還覆蓋掩膜層的側(cè)壁及表面。

可選的，所述第一氧化物層的厚度為凹槽深度的1/3～2/3。

可選的，所述第一氧化物層的形成方法包括：形成填充滿所述凹槽的第一氧化物材料層；對(duì)所述第一氧化物材料層進(jìn)行回刻蝕，形成所述第一氧化物層，使所述第一氧化物層的表面低于半導(dǎo)體襯底的表面。

可選的，在對(duì)所述第一氧化物材料層進(jìn)行回刻蝕前，對(duì)所述第一氧化物材料層進(jìn)行退火處理。

可選的，采用濕法刻蝕或干法刻蝕工藝進(jìn)行所述回刻蝕。

可選的，采用化學(xué)氣相沉積工藝、高密度等離子體沉積工藝或高深寬比沉積工藝形成所述第一氧化物材料層。

可選的，在形成所述第一氧化物材料層之前，在所述凹槽內(nèi)壁表面形成墊氧化層。

可選的，所述第二氧化物層的形成方法包括：在所述致密氧化層表面形成填充滿凹槽的第二氧化物材料層；對(duì)所述第二氧化物材料層進(jìn)行平坦化，形成所述第二氧化物層。

可選的，采用化學(xué)氣相沉積工藝、高密度等離子體沉積工藝或高深寬比沉積工藝形成所述第二氧化物材料層。

可選的，還包括：在對(duì)所述第二氧化物材料層進(jìn)行平坦化之前，對(duì)所述第二氧化物材料層進(jìn)行退火處理。

可選的，所述第一氧化物層的材料為氧化硅、致密氧化層的材料為氧化硅，第二氧化物層的材料為氧化硅。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種采用上述方法形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的凹槽；填充滿凹槽下部分的第一氧化物層；位于所述第一氧化物層以及未被填充的凹槽側(cè)壁表面的致密氧化層；位于所述致密氧化層表面、填充滿所述凹槽的第二氧化物層，所述致密氧化層的致密度大于第一氧化物層和第二氧化物層的致密度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的技術(shù)方案，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽之后，形成填充滿凹槽下部分的第一氧化物層之后，在所述第一氧化物層以及未被填充的凹槽側(cè)壁表面形成致密氧化層，再在所述致密氧化層表面形成填充滿凹槽的第二氧化層，所述致密氧化層的致密度大于第一氧化層和第二氧化物的致密度從而使得所述致密氧化層的耐腐蝕性高于第一氧化物層和第二氧化物層。由于所述致密氧化層覆蓋第一氧化層上方的凹槽上部分的側(cè)壁，從而在襯底形成其他半導(dǎo)體器件過(guò)程中，當(dāng)刻蝕凹槽兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底暴露出致密氧化層時(shí)，所述致密氧化層耐腐蝕性較高，不容易受到損傷，從而確保形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu) 的隔離性能不受影響。

進(jìn)一步，本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述致密氧化層的形成方法包括：在所述第一氧化物層以及未被填充的凹槽側(cè)壁表面形成硅層；對(duì)所述硅層進(jìn)行氧化處理形成致密氧化層。先形成硅層再將所述硅層氧化形成致密氧化層，可以避免對(duì)凹槽兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底造成損耗。若直接對(duì)凹槽側(cè)壁表面進(jìn)行氧化，雖然也能形成致密氧化層，但是，會(huì)導(dǎo)致凹槽兩側(cè)的半導(dǎo)襯底面積減小，導(dǎo)致后續(xù)在凹槽兩側(cè)的半導(dǎo)襯底上形成的半導(dǎo)體器件性能下降。

附圖說(shuō)明

圖1至圖9是本發(fā)明的實(shí)施例的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如背景技術(shù)中所述，現(xiàn)有技術(shù)形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)在形成具有SiGe源漏的PMOS晶體管時(shí)，容易受到損傷。

本發(fā)明的實(shí)施例中，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成凹槽之后，在凹槽下部分填充第一氧化物層，在第一氧化物層表面以及凹槽側(cè)壁表面形成致密氧化層，再在所述致密氧化層表面形成第二氧化物層。由于致密氧化層的致密度較高，不易受到損傷，從而可以提高淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的性能。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。

請(qǐng)參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100。

所述半導(dǎo)體襯底100的材料包括硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體襯底100可以是體材料也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)如絕緣體上硅。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)半導(dǎo)體襯底100上形成的半導(dǎo)體器件選擇所述半導(dǎo)體襯底100的類型，因此所述半導(dǎo)體襯底的類型不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100的材料為硅。

本實(shí)施例中，還在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成掩膜層101，所述掩膜層101暴露出部分半導(dǎo)體襯底100的表面。所述掩膜層101的材料為氮化硅，本 實(shí)施例中，可以采用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述掩膜層101。所述掩膜層101還可以作為后續(xù)化學(xué)機(jī)械研磨工藝的停止層，所述掩膜層101的厚度可以為在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述掩膜層101還可以是包括位于半導(dǎo)體襯底100表面的氧化硅層以及位于氧化硅層表面的氮化硅層。

請(qǐng)參考圖2，在所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成凹槽200。

采用干法刻蝕工藝，以所述掩膜層101為掩膜，刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100，形成凹槽200。

本實(shí)施例中，采用等離子體刻蝕工藝刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100。所述凹槽200的深度可以為10nm～200nm，后續(xù)在所述凹槽200內(nèi)填充介質(zhì)材料，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施例中，由于在凹槽200頂部的刻蝕氣體交換速率較快，刻蝕速率較大，形成側(cè)壁傾斜的凹槽200。

請(qǐng)參考圖3，形成填充滿所述凹槽200的第一氧化物材料層201，所述第一氧化物層201還覆蓋掩膜層101的表面。

本實(shí)施例中，所述第一氧化物材料層201的材料為氧化硅?？梢圆捎没瘜W(xué)氣相沉積工藝、高密度等離子體沉積工藝或高深寬比沉積工藝形成所述第一氧化物材料層201。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，在形成所述第一氧化物材料層201之前，可以在所述凹槽200的內(nèi)壁表面形成墊氧化層。由于直接在所述凹槽200內(nèi)填充第一氧化物材料層201時(shí)，第一氧化物材料層201與凹槽200的側(cè)壁硅粘附性較差，容易出現(xiàn)空洞，而所述墊氧化層與第一氧化物材料層201的粘附性較高，可以避免產(chǎn)生空洞。并且，所述墊氧化層還可以避免第一氧化物材料層201與凹槽200側(cè)壁的硅不匹配形成較大應(yīng)力，并且可以修復(fù)在刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100形成凹槽200時(shí)對(duì)凹槽200側(cè)壁表面造成的損傷，提高后續(xù)形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離效果。所述墊氧化層的形成工藝可以為熱氧化工藝。

請(qǐng)參考圖4，平坦化所述第一氧化物材料層201，使所述第一氧化物材料層201與掩膜層101表面齊平。

以所述掩膜層101作為停止層，采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)所述第一氧化物材料層201進(jìn)行平坦化。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以在形成凹槽200之后，去除所述掩膜層101，對(duì)所述第一氧化物材料層201進(jìn)行平坦化后，使所述第一氧化物材料層201表面與半導(dǎo)體襯底100表面齊平。

在對(duì)所述第一氧化物材料層201進(jìn)行平坦化前，對(duì)所述第一氧化物材料層201進(jìn)行退火處理，可以提高所述第一氧化物材料層201的致密度，減少所述第一氧化物材料層201內(nèi)的缺陷，從而提高形成的第一氧化物層202的質(zhì)量，提高所述第一氧化物層202的隔離效果。

請(qǐng)參考圖5，對(duì)所述第一氧化物材料層201(請(qǐng)參考圖4)進(jìn)行回刻蝕，形成所述第一氧化物層202，使所述第一氧化物層202的表面低于半導(dǎo)體襯底100的表面。

采用濕法或干法刻蝕工藝刻蝕所述第一氧化物材料層201，第一氧化物材料層201，使得最終刻蝕后的第一氧化物層202的表面低于半導(dǎo)體襯底100表面。

本實(shí)施例中，采用干法刻蝕工藝刻蝕所述第一氧化物材料層201，所述干法刻蝕工藝采用的刻蝕氣體包括CF₄、C₂F₆或CHF₃等，所述刻蝕氣體流量為20sccm～200sccm。

所述第一氧化物層202填充凹槽200的下部分，所述第一氧化物層202的厚度如果過(guò)小，則剩余的凹槽200的上部分的深寬比較大，不利于后續(xù)在凹槽200上部分的內(nèi)壁表面形成致密氧化層以及在上部分內(nèi)填充第二氧化物層；所述第一氧化物層202的厚度也不能過(guò)大，在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)形成晶體管的SiGe源漏過(guò)程中，形成的源漏凹槽的深度大于第一氧化物層202上方的凹槽上部分深度，導(dǎo)致源漏凹槽側(cè)壁會(huì)暴露出部分第一氧化物層202，從而使得所述第一氧化物層202受到損傷，導(dǎo)致最終形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的性能較差。本實(shí)施例中，所述第一氧化物層202厚度為凹槽200深度的1/3～2/3，例如可以是1/2、2/5或3/5。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以根據(jù)后續(xù)襯底上待形成的晶體管的SiGe源漏的深度進(jìn)行調(diào)整，即所述凹槽上部分的 深度大于SiGe源漏的深度。

請(qǐng)參考圖6，在所述第一氧化物層202以及未被填充的凹槽200側(cè)壁表面形成硅層203。

所述硅層203的厚度較小，可以采用原子層沉積工藝形成所述硅層203。本實(shí)施例中，所述硅層203還覆蓋掩膜層101的壁及表面。

所述硅層203用于形成致密氧化物層，所以所述硅層203的厚度決定了后續(xù)形成的致密氧化物層的厚度。所述硅層203的厚度如果過(guò)大，后續(xù)形成的致密氧化物層的厚度也較大，使得凹槽剩余空間的深寬比較大，后續(xù)形成填充滿凹槽的第二氧化物層的沉積較大，容易使得第二氧化物層內(nèi)出現(xiàn)空洞等問(wèn)題，導(dǎo)致隔離效果下降；若所述硅層203的厚度較小，則形成的致密氧化物層的厚度較小，耐腐蝕性較低。本實(shí)施例中，所述硅層203的厚度為例如可以是或等。

請(qǐng)參考圖7，對(duì)所述硅層203(請(qǐng)參考圖6)進(jìn)行氧化處理，形成致密氧化層204。

所述氧化處理的方法包括：快速熱氧化工藝、爐管氧化工藝、原位水汽氧化工藝或等離子體氧化工藝。本實(shí)施例中，可以采用快速熱氧化工藝進(jìn)行所述氧化處理，采用O₂作為氧化氣體，溫度為900℃～1200℃。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以采用其他含氧氣體作為氧化氣體，例如H₂O、O₂和H₂O的混合氣體等。

所述氧化處理，硅層203轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅苎趸瘜?04。由于所述致密氧化層204通過(guò)氧化工藝形成，所以所述致密氧化層204的致密度大于第一氧化層203的致密度，從而所述致密氧化層204的耐腐蝕性大于第一氧化層203的耐腐蝕性。由于所述致密氧化層204覆蓋第一氧化層203上方的凹槽上部分的側(cè)壁，從而在襯底形成其他半導(dǎo)體器件過(guò)程中，當(dāng)刻蝕凹槽兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100暴露出致密氧化層204，所述致密氧化層204耐腐蝕性較高，不容易受到損傷，從而確保形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能不受影響。

當(dāng)硅層203轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅苎趸瘜?04時(shí)，厚度會(huì)增加，本實(shí)施例中，所述致密氧化層204的厚度為

本實(shí)施例中，先形成硅層203，再將所述硅層203氧化形成致密氧化層204，可以避免對(duì)凹槽兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100造成損耗。若直接對(duì)凹槽側(cè)壁表面進(jìn)行氧化，雖然也能形成致密氧化層，但是，會(huì)導(dǎo)致凹槽兩側(cè)的半導(dǎo)襯底100面積減小，導(dǎo)致后續(xù)在凹槽兩側(cè)的半導(dǎo)襯底100上形成的半導(dǎo)體器件性能下降。

請(qǐng)參考圖8，在所述致密氧化層204表面形成填充滿凹槽200的第二氧化物材料層205。

本實(shí)施例中，所述第一氧化物材料層201的材料為氧化硅?？梢圆捎没瘜W(xué)氣相沉積工藝、高密度等離子體沉積工藝或高深寬比沉積工藝形成所述第二氧化物材料層205。

所述第二氧化物材料層205填充滿凹槽，且覆蓋掩膜層201表面的致密氧化層204。

請(qǐng)參考圖9，對(duì)所述第二氧化物材料層205(請(qǐng)參考圖8)進(jìn)行平坦化，形成第二氧化物層206。

以所述掩膜層101作為停止層，采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)所述第二氧化物材料層205進(jìn)行平坦化，形成第二氧化物層206。

所述平坦化工藝還去除了位于掩膜層101表面的致密氧化層204，暴露出掩膜層101的表面。

在對(duì)所述第二氧化物材料層205進(jìn)行平坦化前，對(duì)所述第二氧化物材料層205進(jìn)行退火處理，可以提高所述第二氧化物材料層205的致密度，減少所述第二氧化物材料層205內(nèi)的缺陷，從而提高形成的第二氧化物層206的質(zhì)量，提高所述第二氧化物層206的隔離效果。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種采用上述方法形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。

請(qǐng)參考圖9，為所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括：半導(dǎo)體襯底100；位于所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的凹槽；填充滿凹槽下部分的第一氧化物層202；位于所述第一氧化物層202以及未被填充的凹槽側(cè)壁表面的致密氧化層204；位于所述致密氧化層204表面、填充滿所述凹槽的第 二氧化物層206，所述致密氧化層204的致密度大于第一氧化物層202和第二氧化物層206的致密度。

本實(shí)施例中還包括位于半導(dǎo)體襯底100表面的掩膜層101，所述致密氧化層204還覆蓋掩膜層101的側(cè)壁，所述第二氧化物層206還填充滿掩膜層101之間的開口。

所述第一氧化物層202的材料為氧化硅、致密氧化層204的材料為氧化硅，第二氧化物層206的材料為氧化硅。

本實(shí)施例中，所述第一氧化物層202厚度為凹槽200深度的1/3～2/3，例如可以是1/2、2/5或3/5。

所述致密氧化層204的厚度為例如可以是或等。既不影響第二氧化物層206的形成，又具有較高的耐腐蝕性。

由于所述致密氧化層204覆蓋第一氧化層203上方的凹槽上部分的側(cè)壁，從而在襯底形成其他半導(dǎo)體器件過(guò)程中，當(dāng)刻蝕凹槽兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100暴露出致密氧化層204，所述致密氧化層204耐腐蝕性較高，不容易受到損傷，從而確保形成的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的隔離性能不受影響。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。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)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。