[發明專利]淺溝槽隔離結構的制備方法

有效

• 申請號: 201410427369.0
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN104157602B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 肖天金;康俊龍
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 31275 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 吳世華;林彥之<國際申請>=<國際公布>

本發明提供了一種淺溝槽隔離結構的制備方法，包括依次進行：在半導體襯底中形成溝槽、在溝槽中形成線形氧化層、在溝槽內填充隔離介質層和高溫退火，其中，形成線形氧化層的方法包括：在溝槽的內表面沉積氮化層；氧化氮化層，在溝槽的內表面形成氮氧化層。沉積了氮化層之后再進行氧化，可以圓滑溝槽表面和緩解溝槽內的應力，還可以避免直接對溝槽側壁進行氧化對溝槽側壁材料的嚴重損耗，進而增加了后續退火過程中含氧基團或形成的H₂O向半導體襯底中的擴散的難度；氮氧化層可以作為后續溝槽填充的過渡性材料，還可以有效阻止后續退火過程中含氧基團或形成的H₂O的擴散到溝槽側壁的襯底，避免對有源區邊界的氧化，從而減少有源區臨界尺寸的縮小。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種淺溝槽隔離結構的制備方法。

背景技術

隨著集成電路的發展，現代的CMOS芯片通常在一塊普通的硅襯底材料上集成數以百萬計的有源器件(即NMOS晶體管和PMOS晶體管)，然后通過特定的連接實現各種復雜的邏輯功能或模擬功能，而除了這些特定的功能以外，在電路的設計過程中，通常假設不同的器件之間一般是沒有其他的互相影響的。因此在集成電路制造中必須能夠把器件隔離開來，這就需要隔離技術。

隨著器件向深亞微米發展，隔離技術由局部氧化(Local Oxidation of Silicon，LOCOS)工藝發展成為淺溝槽隔離(STI)技術。業界常用的淺溝槽隔離(STI)方法主要包括以下步驟：首先，在硅襯底上依次沉積氧化層、氮化硅層，并在氮化硅層上形成圖形化的光刻膠層；之后以該圖形化的光刻膠層為掩膜刻蝕氮化硅層、氧化層和襯底，從而形成溝槽，并定義出有源區(Active Area)；接著在溝槽內生長線性氧化層(Liner Oxide)，以改善硅襯底與后續填充的氧化物的界面特性，隨后進行高溫退火(High Temperature Anneal)以釋放應力，優化氧化層的質量；然后在這些溝槽中填入氧化物材料(如SiO2材料)作為隔離材料；最后進行高溫退火(High Temperature Anneal)以釋放應力，并密化溝槽中的氧化物材料。上述的隔離工藝可以完全消除局部氧化(LOCOS)隔離工藝所特有的氧化層邊緣的鳥嘴形狀，由此可以形成更小的器件隔離區。

用于有淺溝槽隔離結構的線性氧化層需要低缺陷和高致密度的薄膜，不僅能夠改善硅襯底與后續填充的氧化物的界面特性，而且能夠在后續的高溫退火工藝中，阻擋隔離介質中的含氧基團向有源區的擴散，避免對有源區邊界的氧化，從而大大減少有源區臨界尺寸(AA CD)縮小；并且線性氧化層還能夠阻擋高溫退火工藝中形成的H₂O擴散到半導體襯底中造成硅的損耗，并能夠造成有源區臨界尺寸的減小。高溫退火工藝中形成H₂O的反應原理如下：～Si-O-H+H-O-Si～…→…Si-O-Si…+H₂O。

現有的生長線性氧化層的方法中，通常包括：氧化溝槽側壁形成一層薄薄的線性氧化層，由于直接在溝槽內進行氧化工藝形成氧化層，會造成溝槽側壁上硅材料的大量損耗，而且后續的隔離介質層中的含氧基團或形成的H₂O特別容易擴散到有源區的邊界將其氧化，從而縮小了有源區的臨界尺寸。有源區的臨界尺寸縮小會影響器件的飽和電流，進而影響到整個器件的性能。

發明內容

為了克服以上問題，本發明旨在提供一種淺溝槽隔離結構的制備方法，通過改進線性氧化層的生長方式來減少含氧基團或H₂O的擴散，避免造成對有源區邊界的氧化，從而避免有源區臨界尺寸的縮小。

本發明提供了一種淺溝槽隔離結構的制備方法，其一種淺溝槽隔離結構的制備方法，包括依次進行：在半導體襯底中形成溝槽、在溝槽中形成線形氧化層、在溝槽內填充隔離介質層和高溫退火，所述形成線形氧化層的方法包括：

步驟S41：在所述溝槽的內表面沉積氮化層；

步驟S42：氧化所述氮化層，在所述溝槽的內表面形成氮氧化層。