专利名称：浅沟隔离结构的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种浅沟隔离结构的制备方法，特别涉及一种没有氮化硅衬层且在沟道 内壁的氧化硅层具有上薄下厚结构的浅沟隔离结构的制备方法。
背景技术：
常规的半导体工艺为了避免电子元件相互干扰而产生短路现象一般采用局部硅氧化 法(local oxidation of silicon; LOCOS)或浅沟隔离法(shallow trench isolation; STI)电 气隔离芯片上的电子元件。由于局部硅氧化法形成的场氧化层占据芯片较大面积，且会 伴随形成鸟嘴现象，因此目前先进半导体工艺多采用浅沟隔离法电气隔离电子元件。
图1到图4例示常规浅沟隔离结构10的制备方法。首先，在硅衬底12上形成遮罩15， 其包含垫氧化层14和氮化硅层16,所述遮罩15具有开口18。之后，利用非等向性蚀刻工 艺在所述开口18下方的硅衬底12中形成多个沟道20，再利用热氧化工艺在所述沟道20的 底面和内壁处形成氧化硅层(wall oxide layer) 24，其中所述沟道20环绕主动区域(active area) 22。
参考图3，形成覆盖所述氧化硅层24和所述氮化硅层16的氮化硅衬层(liner nitride layer) 26以及覆盖所述氮化硅衬层26的氧化硅衬层(liner oxide layer) 28。所述氮化硅衬 层26用于避免所述沟道20的内壁(即，所述半导体衬底12)在后续的热处理工艺中过度 氧化。之后，形成填满所述沟道20的介电层30，再利用化学机械研磨工艺局部去除所述 氮化硅层16上的氮化硅衬层26和氧化硅衬层28而完成所述浅沟隔离结构10，如图4所示。 然而，上述工艺因使用易于形成可捕捉电子的缺陷的氮化硅衬层26，使得上述工艺无法 应用于制备快闪存储器。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种浅沟隔离结构的制备方法，其没有氮化硅衬层且在沟 道内壁的氧化硅层具有上薄下厚结构，可应用于制备快闪存储器并可避免在所述浅沟隔 离结构处形成空洞。
为了达成上述目的，本发明提出一种浅沟隔离结构的制备方法，其首先在半导体衬 底中形成至少一沟道，再局部氮化所述沟道上部的内壁。之后，形成填满所述沟道并覆
盖所述半导体衬底表面的旋涂介电层，再进行热氧化工艺以形成覆盖所述沟道内壁的氧 化硅层，其中所述氧化硅层在所述沟道下部的厚度大于在所述沟道上部的厚度。
根据上述目的，本发明提出一种浅沟隔离结构的制备方法，其首先在半导体衬底中 形成至少一沟道，再进行掺杂工艺以将含氮掺杂剂植入所述沟道内壁。之后，形成填满 所述沟道的旋涂介电层，再进行热氧化工艺以形成覆盖所述沟道内壁的氧化硅层，其中 所述氧化硅层在所述沟道下部的厚度大于在所述沟道上部的厚度。
与常规技术相比，本发明的浅沟隔离结构没有易于形成可捕捉电子的缺陷的氮化硅 衬层，因而可应用于制备快闪存储器。此外，本发明的浅沟隔离结构在所述沟道内壁的 氧化硅层具有上薄下厚结构，可避免在所述浅沟隔离结构处形成空洞。
图1到图4例示常规浅沟隔离结构的制备方法；和
图5到图IO例示本发明的浅沟隔离结构的制备方法。
具体实施例方式
图5到图10例示本发明的浅沟隔离结构40的制备方法。首先，在半导体衬底(例如， 硅衬底)42上形成遮罩45，其包含垫氧化层44和氮化硅层46，所述遮罩45具有多个开口 48。之后，利用所述遮罩45为蚀刻遮罩进行非等向性蚀刻工艺以在所述开口48下方的半 导体衬底42中形成多个沟道50，其中所述沟道50环绕主动区域52,如图6所示。
参考图7，进行热氧化工艺以在所述沟道50的内壁处形成氧化硅衬层54。之后，进行 掺杂工艺以将含氮掺杂剂54植入所述沟道50的内壁以局部氮化所述沟道50上部的内壁， 使得所述含氮掺杂剂54在所述沟道50上部的浓度高于在所述沟道50下部的浓度，如图8 所示。所述掺杂工艺可以是倾斜式掺杂工艺或等离子浸置(plasma immersion)掺杂工艺 ，而所述含氮掺杂剂可选自氮离子、氮气离子、氧化亚氮离子和氧化氮离子组成的群组
参考图9，进行旋转涂布工艺以形成旋涂介电层56，其填满所述沟道50并覆盖所述半 导体衬底42的表面。旋转涂布工艺是将液态的介电材料填入所述沟道50，具有较佳的填 沟能力，可应用于填满高纵横比的沟道。之后，进行热氧化工艺以形成覆盖所述沟道50 内壁的氧化硅层54'而完成所述浅沟隔离结构40。由于植入所述沟道50上部的含氮可抑制 所述硅衬底42的氧化速率，因此所述热氧化工艺形成的氧化硅层54'在所述沟道50下部的 厚度大于在所述沟道50上部的厚度，也就是说，所述氧化硅层54'具有上薄下厚的结构， 如图10所示。
明确地说，形成所述氧化硅层54'的氧化反应的空间(体积)来自所述旋涂介电层56 和所述硅衬底42，其中所述氧化硅层54'约有56%来自所述旋涂介电层56，而大约44免来 自所述硅衬底42。换句话说，在所述沟道50下部增加了大约44%的氧化硅。虽然所述热 氧化工艺可减少所述旋涂介电层58的溶剂而固化所述旋涂介电层58，导致其体积縮小而 易于在所述沟道50下部形成空洞，但是来自所述硅衬底42的44%氧化硅的体积可补偿所 述旋涂介电层56因氧化而縮小的体积，不但可避免在所述沟道50下部形成空洞，更可增 加在所述沟道50下部的氧化硅的致密度。
与常规技术相比，本发明的浅沟隔离结构40没有氮化硅衬层且在所述沟道50内壁的 氧化硅层54'具有上薄下厚结构，可避免在所述浅沟隔离结构40处形成空洞。明确地说， 本发明选择性地在所述沟道50上部的内壁植入可抑制氧化速率的含氮掺杂剂56而取代常 规的氮化硅衬层，避免在所述沟道50上部的硅衬底42在后续的热处理工艺中过度氧化而 影响电子元件的电气特性。由于本发明的浅沟隔离结构40没有易于形成可捕捉电子的缺 陷的氮化硅衬层，因而可应用于制备快闪存储器。
此外，由于所述含氮掺杂剂56在所述沟道50上部的浓度高于在所述沟道50下部的浓 度，因此后续的热氧化工艺得以形成上薄下厚结构的氧化硅层54'，其不但可避免在所述 沟道50下部形成空洞，更可增加在所述沟道50下部的氧化硅的致密度。
上文己揭示本发明的技术内容和技术特点，然而所属领域的技术人员仍可能基于本 发明的教示和揭示内容而作出种种不背离本发明精神的替换和修饰。因此，本发明的保 护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换和修饰，并为 所附权利要求书所涵盖。
权利要求
1.一种浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于包含下列步骤在半导体衬底中形成至少一沟道；局部氮化所述沟道上部的内壁；形成填满所述沟道并覆盖所述半导体衬底表面的旋涂介电层；和进行热氧化工艺以形成覆盖所述沟道内壁的氧化硅层，其中所述氧化硅层在所述沟道下部的厚度大于在所述沟道上部的厚度。
2. 根据权利要求l所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于在半导体衬底中形成 至少一沟道包含下列步骤在所述半导体衬底上形成遮罩，所述遮罩具有至少一开口；和 进行非等向性蚀刻工艺以局部去除所述开口下方的半导体衬底而形成所述沟道。
3. 根据权利要求l所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于在局部氮化所述沟道 上部的内壁之前，另外包含在所述沟道内壁处形成衬层。
4. 根据权利要求3所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于在所述沟道的内壁处 形成衬层是通过热氧化工艺进行的。
5. 根据权利要求3所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述衬层是氧化硅层。
6. 根据权利要求l所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于局部氮化所述沟道上 部的内壁是进行倾斜式掺杂工艺以将含氮掺杂剂植入所述沟道上部的内壁。
7. 根据权利要求6所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述含氮掺杂剂选自 氮离子、氮气离子、氧化亚氮离子和氧化氮离子组成的群组。
8. 根据权利要求l所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于局部氮化所述沟道上 部的内壁是进行等离子浸置掺杂工艺以将含氮掺杂剂植入所述沟道上部的内壁。
9. 根据权利要求8所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述含氮掺杂剂选自 氮离子、氮气离子、氧化亚氮离子和氧化氮离子组成的群组。
10. 根据权利要求l所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述热氧化工艺减少 所述旋涂介电层的溶剂而固化所述旋涂介电层。
11. 一种浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于包含下列步骤在半导体衬底中形成至少一沟道；进行掺杂工艺以将含氮掺杂剂植入所述沟道内壁；形成填满所述沟道的旋涂介电层；和进行热氧化工艺以形成覆盖所述沟道内壁的氧化硅层，其中所述氧化硅层在所述 沟道下部的厚度大于在所述沟道上部的厚度。
12. 根据权利要求ll所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于在半导体衬底中形成 至少一沟道包含下列步骤在所述半导体衬底上形成遮罩，所述遮罩具有至少一开口；和 进行非等向性蚀刻工艺以局部去除所述开口下方的半导体衬底而形成所述沟道。
13. 根据权利要求ll所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于在局部氮化所述沟道 上部的内壁之前，另外包含在所述沟道内壁处形成衬层。
14. 根据权利要求13所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于在所述沟道的内壁处 形成衬层是通过热氧化工艺进行的。
15. 根据权利要求13所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述衬层是氧化硅 层。
16. 根据权利要求ll所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述掺杂工艺是倾斜 式掺杂工艺，以将所述含氮掺杂剂植入所述沟道上部的内壁。
17. 根据权利要求16所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述含氮掾杂剂选自 氮离子、氮气离子、氧化亚氮离子和氧化氮离子组成的群组。
18. 根据权利要求ll所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述掺杂工艺是等离 子浸置掺杂工艺，以将所述含氮掺杂剂植入所述沟道上部的内壁。
19. 根据权利要求18所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述含氮掺杂剂选自 氮离子、氮气离子、氧化亚氮离子和氧化氮离子组成的群组。
20. 根据权利要求ll所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述含氮掺杂剂在所 述沟道上部的浓度高于在所述沟道下部的浓度。
全文摘要
本发明提出一种浅沟隔离结构的制备方法，其首先在半导体衬底中形成至少一沟道，再进行掺杂工艺以将含氮掺杂剂植入所述沟道上部的内壁，使得所述含氮掺杂剂在所述沟道上部的浓度高于在所述沟道下部的浓度。之后，形成填满所述沟道并覆盖所述半导体衬底表面的旋涂介电层，再进行热氧化工艺以形成覆盖所述沟道内壁的氧化硅层。由于可抑制氧化速率的含氮掺杂剂在所述沟道上部的浓度高于在所述沟道下部的浓度，因此所述氧化硅层在所述沟道下部的厚度大于在所述沟道上部的厚度。
文档编号H01L21/70GK101345205SQ200710128078
公开日2009年1月14日 申请日期2007年7月9日 优先权日2007年7月9日
发明者赵海军 申请人:茂德科技股份有限公司