一种浅沟道隔离结构的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体工艺领域，特别是涉及一种浅沟道隔离结构的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着半导体技术的发展，集成电路中器件的特征尺寸越来越小，器件和系统的速 度随之提高。半导体工艺进入深亚微米阶段后，为实现高密度、高性能的器件和电路，隔离 与平坦化工艺变得原来越重要。
[0003]目前，形成隔离区域的方法主要有局部氧化隔离工艺（L0C0S)或浅沟道隔离工艺 (STI)。
[0004]L0C0S工艺是在晶片表面淀积一层氧化硅，然后再进行刻蚀，对部分凹进区域进行 氧化生长氧化硅，有源器件在氮化硅所确定的区域生成。但是，L0C0S工艺具有一系列的缺 点：1)存在氮化硅边缘生长的"鸟嘴"（bird'sbeak)现象，所述"鸟嘴"占用了实际的空 间，增大了电路的体积，"鸟嘴"使场氧化硅侵入有源区；2)场注入在高温氧化过程中发生再 分布，引起有源器件的窄宽度效应（narrowwidtheffect) ;3)场氧化娃在窄隔离区变薄； 4)不平坦的表面形状。因此，L0C0S工艺只适用于大尺寸器件的设计和制造，则基于L0C0S 的隔离技术在微米级亚微米工艺中得到了广泛的应用。
[0005] 而浅沟道隔离（STI)工艺克服了L0C0S工艺的局限性，具有优异的隔离性能、平坦 的表面形状、良好的抗锁定性能以及几乎为零的场侵蚀。随着半导体工艺进入深亚微米时 代，STI工艺现已成为0. 25ym、0. 18ym、0. 13ym及以下器件的有源区隔离层的主流隔离 技术。
[0006] 在STI工艺中，先在衬底上形成沟槽，元件之间用刻蚀的沟槽隔开，再利用化学气 相沉积（CVD)在沟槽中填入介电材料，例如氧化硅，在侧壁氧化和填入介电材料之后，用化 学机械抛光（CMP)的方法使晶片平坦化。
[0007] 由于深亚微米元件的沟槽的深宽比（aspectratio,AR)比较高，所以一般采用高 密度等离子体化学气相沉积（HDP)来填充氧化硅，HDP工艺解决的问题是加速沟槽底部的 生长速率的同时限制侧壁以及沟槽开口处氧化硅的生长速率，保证具有高深宽比的沟槽填 充时无孔洞，更致密。
[0008] 现有技术中采用高密度等离子体化学气相沉积进行绝缘材料正式填充之前，会对 半导体衬底1A进行预热处理和初始沉积，预热和初始沉积均发生在反应腔工艺中，反应工 艺腔中具有〇2和He气形成的等离子体环境，由于预热和初始沉积阶段，沟槽表面暴露于等 离子体环境中，〇等离子体会对沟槽壁产生氧化或者化学侵蚀，在沟槽表面形成缺陷3A，如 图1所示，这样会导致漏电流增大，甚至发生隔离失效。另外，现有工艺中一般在绝缘材料 7A填充前在沟槽表面先制备一层衬氧化层6A作为缓冲层，但是由于衬氧化层6A采用热氧 化制备，其厚度只有100埃左右，也并不致密，因此，即使沟槽表面有衬氧化层6A，也无法抵 挡等离子体对沟槽表面的氧化和侵蚀。
[0009]因此，提供一种浅沟道隔离结构制备方法来降低沟槽表面的等离子损伤是本领域 技术惋需要解决的课题。
【发明内容】
[0010] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种浅沟道隔离结构的制 备方法，用于解决现有技术中半导体的沟槽表面受到等离子体的损伤而产生缺陷的问题。
[0011] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种浅沟道隔离结构的制备方法， 所述浅沟道隔离解结构的制备方法至少包括步骤 ：
[0012] 1)提供一半导体衬底，刻蚀所述半导体衬底在所述半导体衬底中形成沟槽；
[0013] 2)提供一反应腔，于所述反应腔中通入Ar气作为溅射气体，并等离子化所述Ar 气；
[0014] 3)将所述半导体衬底置于所述反应腔中进行预热处理；
[0015] 4)在所述沟槽中填充绝缘材料，从而形成浅沟道隔离结构。
[0016] 优选地，所述步骤2)中Ar气的流量范围为10~200sccm。
[0017] 优选地，所述步骤2)中所述溉射气体还包括He气，所述He气的流量范围为500~ 2000sccm〇
[0018] 优选地，所述步骤3)中预热处理的温度范围为360~400°C，反应腔中的射频功率 为2000~3000瓦，预热处理进行的时间范围为45~100秒。
[0019] 优选地，所述步骤4)中采用高密度等离子体化学气相沉积工艺在所述沟槽中填充 绝缘材料。
[0020] 优选地，所述高密度等离子体化学气相沉积工艺中，采用SiH4和02作为反应气体， 其中，SiH4的流量范围为30~lOOsccm，02的流量范围为50~150sccm。
[0021] 优选地，进行高密度等离子体化学气相沉积工艺时，采用的溅射气体为H2和He。
[0022] 优选地，所述步骤1)中形成所述沟槽的具体过程为：首先，在所述半导体衬底上 自下而上依次沉积垫氧化层、垫氮化层和光刻胶层；然后图形化光刻胶层形成多个开口，再 依次对开口下方的垫氮化层、垫氧化层和半导体衬底进行刻蚀形成多个沟槽。
[0023] 优选地，所述步骤1)中还包括在所述沟槽表面中制备衬氧化层的步骤。
[0024] 优选地，所述步骤4)中包括在所述沟槽中进行初始沉积绝缘材料的步骤；形成所 述浅沟道隔离结构之后还包括将所述垫氧化层和垫氮化层去除的步骤。
[0025] 如上所述，本发明提一种浅沟道隔离结构的制备方法，包括步骤：首先，提供一半 导体衬底，刻蚀所述半导体衬底在所述半导体衬底中形成沟槽；然后，提供一反应腔，于所 述反应腔中通入Ar气作为溅射气体，并等离子化所述Ar气；接着，将所述半导体衬底置于 所述反应腔中进行预热处理；最后在所述沟槽中填充绝缘材料，从而形成浅沟道隔离结构。 本发明提供的浅沟道隔离结构的制备方法在半导体衬底预热阶段采用Ar气作为等离子体 的源气体，取代了传统工艺中的〇2，可以避免预热阶段半导体衬底的沟槽表面遭受〇的氧化 和侵蚀，降低了器件漏电流，防止器件发生隔离失效，提高器件可靠性。另外，Ar等离子体 可以改善整个等离子体体系的解离效果，有利于填充工艺的顺利进行。
【附图说明】
[0026] 图1为现有技术中半导体衬底的沟槽表面存在缺陷的结构示意图。
[0027] 图2为本发明的浅沟道隔离结构的制备方法流程示意图。
[0028] 图3~5为本发明的浅沟道隔离结构的制备方法中步骤1)呈现的结构示意图。
[0029] 图6~9为本发明的浅沟道隔离结构的制备方法步骤4)呈现的结构示意图。
[0030] 元件标号说明
【主权项】
1. 一种浅沟道隔离结构的制备方法，其特征在于，所述浅沟道隔离结构的制备方法至 少包括步骤： 1) 提供一半导体衬底，刻蚀所述半导体衬底在所述半导体衬底中形成沟槽； 2) 提供一反应腔，于所述反应腔中通入Ar气作为溅射气体，并等离子化所述Ar气； 3) 将所述半导体衬底置于所述反应腔中进行预热处理； 4) 在所述沟槽中填充绝缘材料，从而形成浅沟道隔离结构。
2. 根据权利要求1所述的浅沟道隔离结构的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中Ar 气的流量范围为10~200sccm。
3. 根据权利要求1所述的浅沟道隔离结构的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中所 述溅射气体还包括He气，所述He气的流量范围为500~2000sccm。
4. 根据权利要求1所述的浅沟道隔离结构的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中预 热处理的温度范围为360~400°C，反应腔中的射频功率为2000~3000瓦，预热处理进行 的时间范围为45~100秒。
5. 根据权利要求1所述的浅沟道隔离结构的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中采 用高密度等离子体化学气相沉积工艺在所述沟槽中填充绝缘材料。
6. 根据权利要求5所述的浅沟道隔离结构的制备方法，其特征在于：所述高密度等离 子体化学气相沉积工艺中，采用SiH4和O2作为反应气体，其中，SiH4的流量范围为30~ lOOsccm，O2的流量范围为50~150sccm。
7. 根据权利要求6所述的浅沟道隔离结构的制备方法，其特征在于：进行高密度等离 子体化学气相沉积工艺时，采用的溅射气体为H2和He。
8. 根据权利要求1所述的浅沟道隔离结构的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中形 成所述沟槽的具体过程为：首先，在所述半导体衬底上自下而上依次沉积垫氧化层、垫氮化 层和光刻胶层；然后图形化光刻胶层形成多个开口，再依次对开口下方的垫氮化层、垫氧化 层和半导体衬底进行刻蚀形成多个沟槽。
9. 根据权利要求8所述的浅沟道隔离结构的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中还 包括在所述沟槽表面中制备衬氧化层的步骤。
10. 根据权利要求1所述的浅沟道隔离结构的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中 包括在所述沟槽中进行初始沉积绝缘材料的步骤；形成所述浅沟道隔离结构之后还包括将 所述垫氧化层和垫氮化层去除的步骤。
【专利摘要】本发明提一种浅沟道隔离结构的制备方法，所述浅沟道隔离结构的制备方法至少包括步骤：首先，提供一半导体衬底，刻蚀所述半导体衬底在所述半导体衬底中形成沟槽；然后，提供一反应腔，于所述反应腔中通入Ar气作为溅射气体，并等离子化所述Ar气；接着，将所述半导体衬底置于所述反应腔中进行预热处理；最后在所述沟槽中填充绝缘材料，从而形成浅沟道隔离结构。本发明在半导体衬底预热阶段采用Ar气作为等离子体的源气体，取代了传统工艺中的O2，可以避免预热阶段半导体衬底的沟槽表面遭受O等离子体的氧化和侵蚀，降低了器件漏电流，防止器件发生隔离失效，提高器件可靠性。另外，Ar等离子体可以改善整个等离子体体系的解离效果，有利于填充工艺的顺利进行。
【IPC分类】H01L21-762
【公开号】CN104835775
【申请号】CN201410045876
【发明人】张玉, 宁振佳, 单伟中, 何海杰, 袁嘉国
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2014年2月8日