[發明專利]形成淺溝槽隔離區的方法

有效

• 申請號: 201210261968.0
• 申請日: 2012-07-26
• 公開（公告）號: CN103579076A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 周鳴;平延磊
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術領域

本發明涉及半導體器件的制作技術，特別涉及一種形成淺溝槽隔離區的方法。

背景技術

為了控制短溝道效應，更小尺寸器件要求進一步提高柵電極電容。這能夠通過不斷減薄柵氧化層的厚度而實現，但隨之而來的是柵電極漏電流的提升。當二氧化硅作為柵氧化層，厚度低于5.0納米時，漏電流就變得無法忍受了。解決上述問題的方法就是使用高介電常數（HK）絕緣材料取代二氧化硅，高介電常數絕緣材料可以為鉿硅酸鹽、鉿硅氧氮化合物、鉿氧化物等，介電常數一般都大于15，采用這種材料能夠進一步提高柵電容，同時柵漏電流又能夠得到明顯的改善。對于相同的柵氧化層厚度，將高介電常數絕緣材料與金屬柵電極搭配，其柵電極漏電流將減少幾個指數量級，而且用金屬柵電極取代多晶硅柵電極解決了高介電常數絕緣材料與多晶硅之間不兼容的問題。

因此，高介電常數柵氧化層和金屬柵電極被用于制造MOS器件。

現有技術在制作高介電常數柵氧化層之前，淺溝槽隔離區的具體制作方法包括如下步驟：

步驟11、在半導體襯底100上熱氧化生長隔離氧化層101，以保護有源區在后續去掉氮化硅層的過程中免受化學玷污，以及作為氮化硅層與硅襯底之間的應力緩沖層，所述半導體襯底為硅襯底；

步驟12、在所述隔離氧化層101的表面沉積氮化硅層102；其中，本步驟中沉積得到的氮化硅層是一層堅固的掩膜材料；

步驟13、淺溝槽的刻蝕：依次刻蝕氮化硅層102、隔離氧化層101及半導體襯底100，在所述半導體襯底100內形成溝槽；

步驟14、溝槽襯墊氧化硅103的生長，在溝槽內部表面生長一層襯墊氧化硅103，該襯墊氧化硅103用于改善半導體襯底與后續填充的氧化物之間的界面特性；

步驟15、溝槽氧化物104填充及拋光，采用化學氣相沉積的方法，在溝槽內填充氧化物，然后進行氧化物的拋光；其中，在步驟12中沉積得到的氮化硅層，可以在執行本步驟的過程中保護有源區，充當拋光的阻擋材料，防止氧化物的過度拋光；

步驟16、去除所述氮化硅層102。

根據上述描述，步驟11至15形成的結構示意圖如圖1a所示，步驟16形成的結構示意圖如圖1b所示。后續在淺溝槽隔離區之間的有源區域形成MOS器件。具體地，在半導體襯底100表面依次生長界面層（圖中未示）、高介電常數柵氧化層105、保護層（圖中未示）和多晶硅層106，如圖1c所示。其中，界面層極薄，一般為氧化硅層，或者氮氧化硅層。高介電常數柵氧化層105可以為鉿硅酸鹽、鉿硅氧氮化合物或鉿氧化物等，介電常數一般都大于15。保護層可以為氮化鈦（TiN）或者氮化鉭（TaN）或者兩者組合的疊層。因為最終形成的是金屬柵電極，替代柵極會被金屬柵電極替代，也就是說替代柵極最終是不存在的，所以作為替代柵極的材料可以有多種，本實施例中替代柵極的材料為多晶硅。

需要說明的是，現有技術在溝槽內填充氧化物，一般采用常壓化學氣相沉積（APCVD）的方法，正硅酸乙酯（TEOS）和臭氧（O₃）反應形成氧化硅，這種方法的優點是對于高的深寬比的槽，有優良的覆蓋填充能力，但是這種沉積方法得到的氧化硅層，比較疏松，膜比較多孔，在高溫的環境下，膜中游離的氧很容易擴散到高介電常數柵氧化層或者界面層中，而高介電常數柵氧化層中的鉿元素活性比較強，對氧的控制性比較差，所以很容易使高介電常數柵氧化層的等效氧化層厚度（EOT）變大，EOT越小，意味著MOS器件性能越好，因此如何增加淺溝槽隔離區內填充的氧化硅層的密度，防止其中的氧擴散成為業內關注的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種形成淺溝槽隔離區的方法，能夠避免高介電常數柵氧化層的等效氧化層厚度增大。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種形成淺溝槽隔離區的方法，所述淺溝槽隔離區在高介電常數柵氧化層之前形成，該方法包括：

在半導體襯底上依次形成隔離氧化層和氮化硅層；

依次刻蝕氮化硅層、隔離氧化層及半導體襯底，在所述半導體襯底內形成溝槽；

在所述溝槽內部表面生長一層襯墊氧化硅；

在溝槽內進行氧化物的填充及拋光，形成淺溝槽隔離區，并去除所述氮化硅層；

其特征在于，在溝槽內進行氧化物的填充采用常壓化學氣相沉積APCVD形成氧化硅層和增加氧化硅層密度相結合的方法，多次循環進行。

增加氧化硅層密度的方法包括：在沉積反應腔內通入氮氣，或者含碳類氣體，或者氬氣，或者三種氣體的任意組合。

在沉積反應腔內通入每種氣體的時間為5～25秒。