[發明專利]一種隔離結構及其制造方法

在審

• 申請號: 201710757666.5
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107393864A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 睿力集成電路有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙)31219
• 代理人: 劉星

技術領域

本發明屬于集成電路制造領域，涉及一種隔離結構及其制造方法。

背景技術

隨著半導體線寬逐漸微縮至20nm以下，可流動式電介質(Flowable dielectric)因其較佳的填洞能力已普遍使用在溝槽填充、介電隔離層(Dielectric isolation)的制作。

現有技術中存在如下問題：

1、可流動式電介質進行固化反應(移除溶劑時)，會產生大量的外氣釋放(Out gassing)。如圖1a及圖1b所示，如無法即時將釋放的氣體抽出，則釋出的氣體101將會沉積晶圓102上，并凝結(Condense)成微粒(particle)。

2、如圖2所示，可流動式電介質進行固化反應時，如處于不適當的反應環境(瞬間高反應溫度、大量反應氣體環境)，則溝槽(trench)上部可流動式電介質會快速固化得到固化完成的電介質104，使得反應氣體103難以達到溝糟底部(pinch-off top of trench)，而造成底部材料無法順利執行固化反應，使得溝槽底部殘留有大量未固化的電介質105，從而易形成孔洞。其中，所述溝槽形成于半導體襯底106中，所述溝槽與所述可流動式電介質之間形成有襯墊層107。此外，過度固化(溫度過高或時間過長)將使可流動式電介質收縮率(Shrinkage rate)過高造成電介質薄膜應力過大，導致硅襯底差排(Dislocation)。因此電介質中殘留的Si-H鍵、Si-N鍵及N-H鍵含量(未過度固化)也是重要的因素。

因此，如何提供一種隔離結構及其制造方法，以改善可流動式電介質固化制程中出現顆粒的問題，并提高可流動式電介質的填洞能力，成為本領域技術人員亟待解決的一個重要技術問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種隔離結構及其制造方法，用于解決現有技術中可流動式電介質固化制程中容易出現顆粒，且可流動式電介質的填洞能力不佳的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種隔離結構的制造方法，包括如下步驟：

提供一半導體襯底，所述半導體襯底具有第一表面及相對于所述第一表面的第二表面；

形成至少一個溝槽在所述襯底中，用以界定出有源區，所述溝槽從所述第一表面構成開口，并往所述第二表面方向延伸；

沉積襯墊層在所述溝槽的側壁及底面上；

形成可流動式電介質在所述襯墊層的表面，所述可流動式電介質填充滿所述溝槽；及

將形成有所述可流動式電介質的所述半導體襯底送入反應室，階梯式升溫固化所述可流動式電介質，所述階梯式升溫使用的固化溫度至少包含梯狀遞增的兩種固化溫度，使得在所述溝槽中的所述可流動式電介質的90wt％以上反應為氧化物隔離體。

可選地，所述階梯式升溫使用的固化溫度范圍是145～725℃，階梯式升溫固化所述可流動式電介質包括三個固化階段：

第一固化階段：將所述反應室的溫度升至第一固化溫度，在第一固化壓力的含氧氣氛下維持第一固化時間；

第二固化階段：接著將所述反應室的溫度升至第二固化溫度，在第二固化壓力的含氧氣氛下維持第二固化時間；及

第三固化階段：再將所述反應室的溫度升至第三固化溫度，在第三固化壓力的含氧氣氛下維持第三固化時間；

其中，所述第一固化溫度、第二固化溫度及第三固化溫度依次遞增。

可選地，所述第一固化溫度范圍是285～315℃，所述第二固化溫度范圍是385～415℃，所述第三固化溫度范圍是675～725℃；所述第一固化壓力范圍是375～425mTorr，所述第二固化壓力范圍是375～425mTorr，所述第三固化壓力范圍是375～425mTorr；所述第一固化時間范圍是15～25分鐘，所述第二固化時間范圍是25～35分鐘，所述第三固化時間范圍是50～70分鐘。

可選地，所述第一固化階段、第二固化階段及第三固化階段的所述含氧氣氛均包括氧氣、臭氧及水蒸氣中的至少一種，且每一固化階段結束后均進行循環清除，將所述反應室內的氣體排出。

可選地，所述第一固化階段及第二固化階段的所述含氧氣氛均包含氧氣，所述第三固化階段的所述含氧氣氛包含水蒸汽。

可選地，于所述第三固化階段之后，還包括將沉積有所述可流動式電介質的所述半導體襯底在惰性氣體氣氛下進行退火的步驟。

可選地，所述惰性氣體包括氮氣、氬氣及氦氣中的至少一種，退火溫度范圍是675℃～725℃，退火時間范圍是25～35分鐘，退火時所述反應室內壓力范圍是400mTorr～1大氣壓。