專(zhuān)利名稱(chēng)：淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法。
技術(shù)背景
目前，隨著半導(dǎo)體工藝進(jìn)入深亞微米時(shí)代，半導(dǎo)體器件有源區(qū)之間的隔離層大 多采用淺溝槽隔離6TI)工藝來(lái)制作。
現(xiàn)有技術(shù)中在晶圓上淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作過(guò)程示意圖請(qǐng)參閱圖Ia至圖le，形 成方法，包括以下步驟
步驟11、請(qǐng)參閱圖la，在半導(dǎo)體襯底100上依次形成墊氧化層101和刻蝕終止 層102，其中半導(dǎo)體襯底為硅或者絕緣體上硅；墊氧化層101—般為二氧化硅，采用熱氧 化的方法形成；刻蝕終止層102—般為氮化硅層，是一層堅(jiān)固的掩膜材料。
步驟12、請(qǐng)參閱圖lb，在刻蝕終止層的表面形成圖案化的光阻膠(圖中未顯 示)，定義隔離區(qū)的位置，然后以圖案化的光阻膠為掩膜，依次刻蝕刻蝕終止層、墊氧化 層以及半導(dǎo)體襯底，并且繼續(xù)刻蝕半導(dǎo)體襯底到一定深度，形成淺溝槽。
步驟13、請(qǐng)參閱圖lc，在淺溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層103，一般采用熱氧化的 方法。
步驟14、請(qǐng)參閱圖ld，在溝槽內(nèi)部以及刻蝕終止層表面，采用化學(xué)氣相沉積的 方法進(jìn)行溝槽氧化物104的填充。
步驟15、請(qǐng)參閱圖le，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，平坦化所述填充的溝槽氧化 物104，至顯露出刻蝕終止層，然后去除刻蝕終止層102和墊氧化層101。其中，在步驟 11中沉積得到的氮化硅層102，可以在執(zhí)行CMP的過(guò)程中充當(dāng)拋光的阻擋材料，在顯露 出刻蝕終止層時(shí)停止CMP。
至此，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成。
隨著半導(dǎo)體器件的尺寸不斷縮小，需要形成淺溝槽的深寬比也越來(lái)越大，即淺 溝槽相對(duì)較深，所以在執(zhí)行步驟14的時(shí)候，由于工藝的限制，間隙填充(gap filling)能 力較差，溝槽氧化物無(wú)法均勻填充滿(mǎn)淺溝槽底部，在淺溝槽底部形成空洞(void)。為了 解決此問(wèn)題，提供了一種填充溝槽氧化物的方法。其具體形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的步驟包 括
步驟21、請(qǐng)參閱圖&，在半導(dǎo)體襯底100上依次形成墊氧化層101和刻蝕終止 層102，其中半導(dǎo)體襯底為硅或者絕緣體上硅；墊氧化層101—般為二氧化硅，采用熱氧 化的方法形成；刻蝕終止層102—般為氮化硅層，是一層堅(jiān)固的掩膜材料。
步驟22、請(qǐng)參閱圖沈，在刻蝕終止層的表面形成圖案化的光阻膠(圖中未顯 示)，定義隔離區(qū)的位置，然后以圖案化的光阻膠為掩膜，依次刻蝕刻蝕終止層、墊氧化 層以及半導(dǎo)體襯底，并且繼續(xù)刻蝕半導(dǎo)體襯底到一定深度，形成淺溝槽。
步驟23、請(qǐng)參閱圖北，在淺溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層103，一般采用熱氧化的 方法。3
步驟M、請(qǐng)參閱圖2d，在溝槽內(nèi)部以及刻蝕終止層表面，采用化學(xué)氣相沉積的 方法沉積第一層溝槽氧化物201，但是沉積一段時(shí)間之后，溝槽開(kāi)口處的第一溝槽氧化物 的沉積量大于溝槽底部的沉積量，為了防止后續(xù)沉積溝槽氧化物時(shí)，溝槽內(nèi)產(chǎn)生空洞， 在沉積一定時(shí)間后，刻蝕溝槽開(kāi)口處的第一層溝槽氧化物，使溝槽的開(kāi)口打開(kāi)；
然后在第一層溝槽氧化物201的表面進(jìn)行第二層溝槽氧化物202的沉積，并刻蝕 溝槽開(kāi)口處的第二層溝槽氧化物202，使溝槽的開(kāi)口處打開(kāi)。圖2d中只示出了兩次循環(huán) 進(jìn)行溝槽氧化物沉積、刻蝕的示意圖，顯然，為了防止空洞的產(chǎn)生，可以多次循環(huán)進(jìn)行 溝槽氧化物沉積、刻蝕，使得溝槽底部沉積均勻，該步驟中形成的溝槽氧化物稱(chēng)之為前 層溝槽氧化物。
步驟25、請(qǐng)參閱圖&，在第二層溝槽氧化物202的表面沉積第一頂層溝槽氧 化物203，該第一頂層溝槽氧化物203的沉積采用低速率的沉積(Low Deposition Rate, LDR)，沉積速率在1000 1800埃/分鐘(A/min)，逐漸將淺溝槽底部填充均勻。
然后執(zhí)行步驟沈、進(jìn)行第二頂層溝槽氧化物204的沉積，該層沉積速度較快， 沉積速率在6000 8000Α/η ι，最終完成溝槽氧化物的填充。如圖2f所示。但是低速 率沉積的氧化物的應(yīng)力與前層溝槽氧化物和處于其上層的正常沉積速率的氧化物的應(yīng)力 不匹配，導(dǎo)致粘合力比較差，出現(xiàn)嚴(yán)重的顆粒效應(yīng)。這里顆粒效應(yīng)指的是在沉積工藝 中，沉積膜不但會(huì)沉積在晶圓上，還會(huì)沉積在用于沉積工藝的反應(yīng)腔內(nèi)側(cè)壁上，即反應(yīng) 腔內(nèi)側(cè)壁上會(huì)沉積有前層的溝槽氧化物、低速率沉積的氧化物以及較快速率沉積的氧化 物，上述提到由于低速率沉積的氧化物，與前層溝槽氧化物和處于其上層的較快沉積速 率的氧化物的粘合力較差，就會(huì)有氧化物顆粒從反應(yīng)腔內(nèi)側(cè)壁上剝落下來(lái)，落在正在制 作的半導(dǎo)體器件上，嚴(yán)重影響半導(dǎo)體器件的良率。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是低速率沉積的氧化物，與前層溝槽氧化 物和處于其上層的較快沉積速率的氧化物的粘合力較差，導(dǎo)致的顆粒缺陷。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明公開(kāi)了一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，所述結(jié)構(gòu)在反應(yīng)腔內(nèi)形成，包 括
在半導(dǎo)體襯底上依次形成墊氧化層和刻蝕終止層；
依次刻蝕刻蝕終止層、墊氧化層以及半導(dǎo)體襯底，形成淺溝槽；
在淺溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層；
在淺溝槽內(nèi)的襯氧化層及刻蝕終止層表面形成前層溝槽氧化物；
在所述前層溝槽氧化物表面沉積第一頂層溝槽氧化物；
在所述第一頂層溝槽氧化物表面進(jìn)行過(guò)渡沉積溝槽氧化物，所述過(guò)渡沉積溝槽 氧化物時(shí)的沉積速率大于第一頂層溝槽氧化物的沉積速率，并且小于第二頂層溝槽氧化 物的沉積速率；
在所述過(guò)渡沉積的溝槽氧化物表面沉積第二頂層溝槽氧化物；
平坦化所填充的溝槽氧化物至顯露出刻蝕終止層，并去除刻蝕終止層和墊氧化層。
形成前層溝槽氧化物之后，沉積第一頂層溝槽氧化物之前，該方法進(jìn)一步包括 對(duì)反應(yīng)腔進(jìn)行氫氣處理。
形成前層溝槽氧化物之后，沉積第一頂層溝槽氧化物之前，該方法進(jìn)一步包括 對(duì)反應(yīng)腔進(jìn)行氧氣處理和氫氣處理。
所述過(guò)渡沉積溝槽氧化物時(shí)反應(yīng)腔內(nèi)通入氧氣的流量為150 300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米 /分鐘seem。
所述過(guò)渡沉積溝槽氧化物時(shí)反應(yīng)腔內(nèi)高頻射頻功率為5000 7000瓦，低頻射頻 功率為5000 7000瓦。
所述過(guò)渡沉積溝槽氧化物時(shí)反應(yīng)腔內(nèi)通入硅烷幻氏的流量為10 20SCCm，氦氣 的流量為300 400sccm，氫氣的流量為500 800sccm。
所述過(guò)渡沉積溝槽氧化物的時(shí)間為1 3秒。
所述氫氣處理時(shí)反應(yīng)腔內(nèi)高頻射頻功率為7000 9000瓦，低頻射頻功率為 5000 7000瓦；向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣的流量為400 800sccm ；氦氣和氧氣的總流量不 小于 500sccm。
所述氧氣處理時(shí)反應(yīng)腔內(nèi)高頻射頻功率為2000 4000瓦，低頻射頻功率為 2000 4000瓦，氧氣的流量為200 500sccm。
由上述的技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明在形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)時(shí)，在第一頂層溝槽氧 化物和第二頂層溝槽氧化物之間，沉積過(guò)渡富氧層，該過(guò)渡富氧層充當(dāng)?shù)谝豁攲訙喜垩?化物和第二頂層溝槽氧化物的過(guò)渡層，增加粘合力，這樣就可以有效防止從反應(yīng)腔內(nèi)側(cè) 壁上落下顆粒。進(jìn)一步地，由于形成前層溝槽氧化物時(shí)，使用了刻蝕工序，含氟的刻蝕 氣體存在于反應(yīng)腔內(nèi)，形成的含氟類(lèi)副產(chǎn)物也會(huì)吸附在反應(yīng)腔內(nèi)側(cè)壁上，本發(fā)明在形成 前層溝槽氧化物之后采用了氫氣處理，將含氟類(lèi)副產(chǎn)物從反應(yīng)腔帶走，更進(jìn)一步地防止 了顆粒缺陷的發(fā)生。


圖Ia至圖Ie為現(xiàn)有技術(shù)中淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作過(guò)程示意圖。
圖&至圖2f為現(xiàn)有技術(shù)中另一種實(shí)施例的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作過(guò)程示意圖。
圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施 例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的核心思想是在形成前層溝槽氧化物之后，對(duì)反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行氧氣和氫 氣處理，去除腔體內(nèi)壁吸附的氟離子，以提高低速率沉積的氧化物與反應(yīng)腔的粘合力， 以及與前層溝槽氧化物和較快沉積速率的氧化物的粘合力，防止顆粒效應(yīng)。另一方面， 在沉積完成低速率氧化物之后，加入短暫的過(guò)渡沉積步驟，使低速率氧化物和較快速率 氧化物的過(guò)渡更加平緩，制程更加穩(wěn)定，從而增強(qiáng)低速率沉積的氧化物和較快速率沉積 的氧化物之間的粘合力。
為了有效防止顆粒效應(yīng)，本發(fā)明的第一實(shí)施例為在形成前層溝槽氧化物之后，對(duì)反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行氧氣和氫氣處理，提高低速率沉積的氧化物與反應(yīng)腔的粘合力，以及與 前層溝槽氧化物和較快沉積速率的氧化物的粘合力。
具體形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法為
步驟31、請(qǐng)參閱圖&，在半導(dǎo)體襯底100上依次形成墊氧化層101和刻蝕終止 層102，其中半導(dǎo)體襯底為硅或者絕緣體上硅；墊氧化層101—般為二氧化硅，采用熱氧 化的方法形成；刻蝕終止層102—般為氮化硅層，是一層堅(jiān)固的掩膜材料。
步驟32、請(qǐng)參閱圖沈，在刻蝕終止層的表面形成圖案化的光阻膠(圖中未顯 示)，定義隔離區(qū)的位置，然后以圖案化的光阻膠為掩膜，依次刻蝕刻蝕終止層、墊氧化 層以及半導(dǎo)體襯底，并且繼續(xù)刻蝕半導(dǎo)體襯底到一定深度，形成淺溝槽。
步驟33、請(qǐng)參閱圖北，在淺溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層103，一般采用熱氧化的 方法。
步驟34、請(qǐng)參閱圖2d，在溝槽內(nèi)部以及刻蝕終止層表面，采用化學(xué)氣相沉積的 方法沉積第一層溝槽氧化物201，但是沉積一段時(shí)間之后，溝槽開(kāi)口處的第一溝槽氧化物 的沉積量大于溝槽底部的沉積量，為了防止后續(xù)沉積溝槽氧化物時(shí)，溝槽內(nèi)產(chǎn)生空洞， 在沉積一定時(shí)間后，刻蝕溝槽開(kāi)口處的第一層溝槽氧化物，使溝槽的開(kāi)口打開(kāi)；
然后在第一層溝槽氧化物201的表面進(jìn)行第二層溝槽氧化物202的沉積，并刻蝕 溝槽開(kāi)口處的第二層溝槽氧化物202，使溝槽的開(kāi)口處打開(kāi)。圖2d中只示出了兩次循環(huán) 進(jìn)行溝槽氧化物沉積、刻蝕的示意圖，顯然，為了防止空洞的產(chǎn)生，可以多次循環(huán)進(jìn)行 溝槽氧化物沉積、刻蝕，使得溝槽底部沉積均勻，該步驟中形成的溝槽氧化物稱(chēng)之為前 層溝槽氧化物。
步驟35、向反應(yīng)腔內(nèi)通入的氣體包括氧氣、氬氣和氦氣，主要起作用的氣體為 氧氣。因?yàn)榍皩訙喜垩趸镞M(jìn)行刻蝕時(shí)，一般采用含氟類(lèi)氣體，而產(chǎn)生的含氟類(lèi)的副產(chǎn) 物容易吸附在反應(yīng)腔內(nèi)側(cè)壁上，不容易被排出反應(yīng)腔，吸附在反應(yīng)腔內(nèi)側(cè)壁上的含氟類(lèi) 物質(zhì)也是造成前層溝槽氧化物和低速率沉積的氧化物之間粘合力差，出現(xiàn)顆粒缺陷的一 個(gè)因素，所以本實(shí)施中通入的氧氣與氟元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)成O-F鍵，就很容易隨稀釋氣 體，如氬氣、氦氣排出反應(yīng)腔。通入氧氣時(shí)反應(yīng)腔的高頻射頻功率為2000 4000瓦，低 頻射頻功率為2000 4000瓦，氧氣的流量控制在200 500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘sccm， 處理時(shí)間為4 6秒。
接著，向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣，氫氣也用于與氟元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)成H-F鍵，更 容易地排出反應(yīng)腔，沒(méi)有了含氟類(lèi)副產(chǎn)物的存在，自然提高了前層溝槽氧化物和低速率 沉積的氧化物之間的粘合力，以及低速率沉積的氧化物與反應(yīng)腔的粘合力。通入氫氣時(shí) 反應(yīng)腔的高頻射頻功率為7000 9000瓦，低頻射頻功率為5000 7000瓦，氫氣的流量 控制在400 SOOsccm。由于氫氣原子量小，沒(méi)有方向性，所以施加一定的偏壓是必要 的，偏置功率控制在1500 3000瓦，而且同時(shí)需要通入一些較重的原子，例如氦氣和氧 氣，氦氣和氧氣的總流量控制在500SCCm以上。處理時(shí)間為1 3秒。
需要說(shuō)明的是，該步驟中向反應(yīng)腔內(nèi)先通入氧氣，再通入氫氣，是本實(shí)施例的 優(yōu)選方法，因?yàn)闅湓优c氟原子成鍵的能力相比氧原子與氟原子成鍵能力要更好一些， 更容易將刻蝕時(shí)引入的氟離子帶走，所以本步驟中也可以只采用氫氣進(jìn)行處理，而省略 氧氣處理；也可以將氫氣處理設(shè)置在氧氣處理的前面，都可以實(shí)現(xiàn)提高粘合力，降低顆粒效應(yīng)的目的。
步驟36、請(qǐng)參閱圖&，在第二層溝槽氧化物202的表面沉積第一頂層溝槽氧 化物203，該第一頂層溝槽氧化物203的沉積采用低速率的沉積，沉積速率在1000 1800A/min,逐漸將淺溝槽底部填充均勻。其中進(jìn)行LDR時(shí)，反應(yīng)腔的高頻射頻功率為 8800 9200瓦，低頻射頻功率為5800 6200瓦，硅烷^iH4)流量為10 20sccm，氧 氣流量控制與幻氏的比值約為2 1，氫氣流量為1000 1500SCCm，沉積時(shí)間為50 70秒。
然后執(zhí)行步驟37、請(qǐng)參閱圖2f，進(jìn)行第二頂層溝槽氧化物204的沉積，沉積速 率在6000 8000Α/η ι，最終完成溝槽氧化物的填充。反應(yīng)腔的高頻射頻功率為5000 7000瓦，低頻射頻功率為5000 7000瓦，SH4流量為100 150sccm，氧氣流量控制 與SH4的比值約為1.5 2，氫氣流量為100 200sccm，氦氣流量為200 500sccm， 沉積時(shí)間為20 30秒。
當(dāng)然，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成，還需進(jìn)行CMP，平坦化所述填充的溝槽氧化物 至顯露出刻蝕終止層，然后去除刻蝕終止層和墊氧化層。其中，刻蝕終止層一般為氮 化硅層，刻蝕終止層的去除可以采用熱磷酸溶液濕法刻蝕；墊氧化層一般也采用濕法刻 蝕，例如采用氫氟酸溶液進(jìn)行刻蝕。
本發(fā)明第二實(shí)施例的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法流程示意圖如圖3所示，包括 以下步驟
步驟41、請(qǐng)參閱圖&，在半導(dǎo)體襯底100上依次形成墊氧化層101和刻蝕終止 層102，其中半導(dǎo)體襯底為硅或者絕緣體上硅；墊氧化層101—般為二氧化硅，采用熱氧 化的方法形成；刻蝕終止層102—般為氮化硅層，是一層堅(jiān)固的掩膜材料。
步驟42、請(qǐng)參閱圖沈，在刻蝕終止層的表面形成圖案化的光阻膠(圖中未顯 示)，定義隔離區(qū)的位置，然后以圖案化的光阻膠為掩膜，依次刻蝕刻蝕終止層、墊氧化 層以及半導(dǎo)體襯底，并且繼續(xù)刻蝕半導(dǎo)體襯底到一定深度，形成淺溝槽。
步驟43、請(qǐng)參閱圖北，在淺溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層103，一般采用熱氧化的 方法。
步驟44、請(qǐng)參閱圖2d，在溝槽內(nèi)部以及刻蝕終止層表面，采用化學(xué)氣相沉積的 方法沉積第一層溝槽氧化物201，但是沉積一段時(shí)間之后，溝槽開(kāi)口處的第一溝槽氧化物 的沉積量大于溝槽底部的沉積量，為了防止后續(xù)沉積溝槽氧化物時(shí)，溝槽內(nèi)產(chǎn)生空洞， 在沉積一定時(shí)間后，刻蝕溝槽開(kāi)口處的第一層溝槽氧化物，使溝槽的開(kāi)口打開(kāi)；
然后在第一層溝槽氧化物201的表面進(jìn)行第二層溝槽氧化物202的沉積，并刻蝕 溝槽開(kāi)口處的第二層溝槽氧化物202，使溝槽的開(kāi)口處打開(kāi)。圖2d中只示出了兩次循環(huán) 進(jìn)行溝槽氧化物沉積、刻蝕的示意圖，顯然，為了防止空洞的產(chǎn)生，可以多次循環(huán)進(jìn)行 溝槽氧化物沉積、刻蝕，使得溝槽底部沉積均勻，該步驟中形成的溝槽氧化物稱(chēng)之為前 層溝槽氧化物。
步驟45、請(qǐng)參閱圖&，在第二層溝槽氧化物202的表面沉積第一頂層溝槽氧 化物203，該第一頂層溝槽氧化物203的沉積采用低速率的沉積，沉積速率在1000 1800A/min,逐漸將淺溝槽底部填充均勻。其中進(jìn)行LDR時(shí)，反應(yīng)腔的高頻射頻功率為 8800 9200瓦，低頻射頻功率為5800 6200瓦，SH4流量為10 20sccm，氧氣流量控制與SH4的比值約為2 1，氫氣流量為1000 1500sccm，沉積時(shí)間為50 70秒。
步驟46、進(jìn)行過(guò)渡沉積步驟，該步驟沉積速率相對(duì)于LDR的速率要高，相對(duì)于 正常沉積速率要低，即沉積速率處于兩者之間，而且沉積時(shí)間也比較短，控制在1 3 秒。而且該過(guò)程中與低速率沉積相比，通入的氧氣量增加，與形成第二頂層溝槽氧化物 204時(shí)通入的氧氣量相同，為150 300SCCm，氧氣含量增加，意味著生成的氧化物氧元 素含量多，形成粘合力很好的富氧過(guò)渡層，則可以增加第一頂層溝槽氧化物203與后續(xù) 形成的第二頂層溝槽氧化物204之間的粘合力。過(guò)渡沉積過(guò)程中反應(yīng)腔高頻射頻功率為 5000 7000瓦，低頻射頻功率為5000 7000瓦，SiH4的流量為10 20sccm，氦氣的 流量為300 400SCCm，氫氣的流量為500 800SCCm。因?yàn)槌练e過(guò)程中，氧化物是邊沉 積邊刻蝕的，但沉積速率大于刻蝕速率，其中，氫氣和氦氣就是用于轟擊刻蝕的，而硅 烷和氧氣主要用于沉積氧化物。
然后執(zhí)行步驟47、請(qǐng)參閱圖2f，進(jìn)行第二頂層溝槽氧化物204的沉積，沉積速 率在6000 8000Α/η ι，最終完成溝槽氧化物的填充。反應(yīng)腔的高頻射頻功率為5000 7000瓦，低頻射頻功率為5000 7000瓦，SH4流量為100 150sccm，氧氣流量控制 與SH4的比值約為1.5 2，氫氣流量為100 200sccm，氦氣流量為200 500sccm， 沉積時(shí)間為20 30秒。
當(dāng)然，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成，還需進(jìn)行CMP，即步驟48、平坦化所述填充的 溝槽氧化物至顯露出刻蝕終止層，然后去除刻蝕終止層和墊氧化層。其中，刻蝕終止層 一般為氮化硅層，刻蝕終止層的去除可以采用熱磷酸溶液濕法刻蝕；墊氧化層一般也采 用濕法刻蝕，例如采用氫氟酸溶液進(jìn)行刻蝕。
從上述可以看出，本發(fā)明可以從兩方面防止顆粒缺陷，一是在形成前層溝槽氧 化物之后，對(duì)反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行氧氣和氫氣處理，提高低速率沉積的氧化物與反應(yīng)腔的粘合 力，以及與前層溝槽氧化物和較快沉積速率的氧化物的粘合力，防止顆粒效應(yīng)。另一方 面，在沉積完成低速率氧化物之后，加入短暫的過(guò)渡沉積步驟，使低速率氧化物和較快 速率氧化物的過(guò)渡更加平緩，制程更加穩(wěn)定，從而增強(qiáng)低速率沉積的氧化物和較快速率 沉積的氧化物之間的粘合力。所以將兩種技術(shù)方案結(jié)合起來(lái)，共同防止顆粒效應(yīng)，為本 發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的方法包括
步驟51、請(qǐng)參閱圖&，在半導(dǎo)體襯底100上依次形成墊氧化層101和刻蝕終止 層102，其中半導(dǎo)體襯底為硅或者絕緣體上硅；墊氧化層101—般為二氧化硅，采用熱氧 化的方法形成；刻蝕終止層102—般為氮化硅層，是一層堅(jiān)固的掩膜材料。
步驟52、請(qǐng)參閱圖沈，在刻蝕終止層的表面形成圖案化的光阻膠(圖中未顯 示)，定義隔離區(qū)的位置，然后以圖案化的光阻膠為掩膜，依次刻蝕刻蝕終止層、墊氧化 層以及半導(dǎo)體襯底，并且繼續(xù)刻蝕半導(dǎo)體襯底到一定深度，形成淺溝槽。
步驟53、請(qǐng)參閱圖北，在淺溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層103，一般采用熱氧化的 方法。
步驟M、請(qǐng)參閱圖2d，在溝槽內(nèi)部以及刻蝕終止層表面，采用化學(xué)氣相沉積的 方法沉積第一層溝槽氧化物201，但是沉積一段時(shí)間之后，溝槽開(kāi)口處的第一溝槽氧化物 的沉積量大于溝槽底部的沉積量，為了防止后續(xù)沉積溝槽氧化物時(shí)，溝槽內(nèi)產(chǎn)生空洞， 在沉積一定時(shí)間后，刻蝕溝槽開(kāi)口處的第一層溝槽氧化物，使溝槽的開(kāi)口打開(kāi)；
然后在第一層溝槽氧化物201的表面進(jìn)行第二層溝槽氧化物202的沉積，并刻蝕 溝槽開(kāi)口處的第二層溝槽氧化物202，使溝槽的開(kāi)口處打開(kāi)。圖2d中只示出了兩次循環(huán) 進(jìn)行溝槽氧化物沉積、刻蝕的示意圖，顯然，為了防止空洞的產(chǎn)生，可以多次循環(huán)進(jìn)行 溝槽氧化物沉積、刻蝕，使得溝槽底部沉積均勻，該步驟中形成的溝槽氧化物稱(chēng)之為前 層溝槽氧化物。
步驟55、向反應(yīng)腔內(nèi)通入的氣體包括氧氣、氬氣和氦氣，主要起作用的氣體為 氧氣。因?yàn)榍皩訙喜垩趸镞M(jìn)行刻蝕時(shí)，一般采用含氟類(lèi)氣體，而產(chǎn)生的含氟類(lèi)的副產(chǎn) 物容易吸附在反應(yīng)腔內(nèi)側(cè)壁上，不容易被排出反應(yīng)腔，吸附在反應(yīng)腔內(nèi)側(cè)壁上的含氟類(lèi) 物質(zhì)也是造成前層溝槽氧化物和低速率沉積的氧化物之間粘合力差，出現(xiàn)顆粒缺陷的一 個(gè)因素，所以本實(shí)施中通入的氧氣與氟元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)成O-F鍵，就很容易隨稀釋氣 體，如氬氣、氦氣排出反應(yīng)腔。通入氧氣時(shí)反應(yīng)腔的高頻射頻功率為2000 4000瓦，低 頻射頻功率為2000 4000瓦，氧氣的流量控制在200 500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘sccm， 處理時(shí)間為4 6秒。
接著，向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣，氫氣也用于與氟元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)成H-F鍵，更 容易地排出反應(yīng)腔，沒(méi)有了含氟類(lèi)副產(chǎn)物的存在，自然提高了前層溝槽氧化物和低速率 沉積的氧化物之間的粘合力，以及低速率沉積的氧化物與反應(yīng)腔的粘合力。通入氫氣時(shí) 反應(yīng)腔的高頻射頻功率為7000 9000瓦，低頻射頻功率為5000 7000瓦，氫氣的流量 控制在400 SOOsccm。由于氫氣原子量小，沒(méi)有方向性，所以施加一定的偏壓是必要 的，偏置功率控制在1500 3000瓦，而且同時(shí)需要通入一些較重的原子，例如氦氣和氧 氣，氦氣和氧氣的總流量控制在500SCCm以上。處理時(shí)間為1 3秒。
需要說(shuō)明的是，該步驟中向反應(yīng)腔內(nèi)先通入氧氣，再通入氫氣，是本實(shí)施例的 優(yōu)選方法，因?yàn)闅湓优c氟原子成鍵的能力相比氧原子與氟原子成鍵能力要更好一些， 更容易將刻蝕時(shí)引入的氟離子帶走，所以本步驟中也可以只采用氫氣進(jìn)行處理，而省略 氧氣處理；也可以將氫氣處理設(shè)置在氧氣處理的前面，都可以實(shí)現(xiàn)提高粘合力，降低顆 粒效應(yīng)的目的。
步驟56、請(qǐng)參閱圖&，在第二層溝槽氧化物202的表面沉積第一頂層溝槽氧 化物203，該第一頂層溝槽氧化物203的沉積采用低速率的沉積，沉積速率在1000 1800A/min,逐漸將淺溝槽底部填充均勻。其中進(jìn)行LDR時(shí)，反應(yīng)腔的高頻射頻功率為 8800 9200瓦，低頻射頻功率為5800 6200瓦，硅烷^iH4)流量為10 20sccm，氧 氣流量控制與幻氏的比值約為2 1，氫氣流量為1000 1500SCCm，沉積時(shí)間為50 70秒。
步驟57、進(jìn)行過(guò)渡沉積步驟，該步驟沉積速率相對(duì)于LDR的速率要高，相對(duì)于 正常沉積速率要低，即沉積速率處于兩者之間，而且沉積時(shí)間也比較短，控制在1 3 秒。而且該過(guò)程中與低速率沉積相比，通入的氧氣量增加，與形成第二頂層溝槽氧化物 204時(shí)通入的氧氣量相同，氧氣含量增加，意味著生成的氧化物氧元素含量多，形成粘合 力很好的富氧過(guò)渡層，則可以增加第一頂層溝槽氧化物203與后續(xù)形成的第二頂層溝槽 氧化物204之間的粘合力。過(guò)渡沉積過(guò)程中反應(yīng)腔高頻射頻功率為5000 7000瓦，低頻 射頻功率為5000 7000瓦，SiH4的流量為10 20sccm，氦氣的流量為300 400sccm， 氫氣的流量為500 SOOsccm。因?yàn)槌练e過(guò)程中，氧化物是邊沉積邊刻蝕的，但沉積速率大于刻蝕速率，其中，氫氣和氦氣就是用于轟擊刻蝕的，而硅烷和氧氣主要用于沉積 氧化物。
然后執(zhí)行步驟58、請(qǐng)參閱圖2f，進(jìn)行第二頂層溝槽氧化物204的沉積，沉積速 率在6000 8000Α/η ι，最終完成溝槽氧化物的填充。反應(yīng)腔的高頻射頻功率為5000 7000瓦，低頻射頻功率為5000 7000瓦，SH4流量為100 150sccm，氧氣流量控制 與SH4的比值約為1.5 2，氫氣流量為100 200sccm，氦氣流量為200 500sccm， 沉積時(shí)間為20 30秒。
當(dāng)然，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成，還需進(jìn)行CMP，平坦化所述填充的溝槽氧化物 至顯露出刻蝕終止層，然后去除刻蝕終止層和墊氧化層。其中，刻蝕終止層一般為氮 化硅層，刻蝕終止層的去除可以采用熱磷酸溶液濕法刻蝕；墊氧化層一般也采用濕法刻 蝕，例如采用氫氟酸溶液進(jìn)行刻蝕。
通過(guò)本發(fā)明的任意一種實(shí)施方式，都可以有效降低反應(yīng)腔內(nèi)的顆粒效應(yīng)，優(yōu)選 為氫氣處理和過(guò)渡沉積步驟相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。重要的是，顆粒效應(yīng)主要來(lái)源 于第一頂層溝槽氧化物和第二頂層溝槽氧化物之間應(yīng)力不匹配，所以過(guò)渡沉積步驟是本 發(fā)明更為關(guān)鍵的技術(shù)，使得兩層更好地結(jié)合起來(lái)，克服了顆粒效應(yīng)。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā) 明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，所述結(jié)構(gòu)在反應(yīng)腔內(nèi)形成，包括 在半導(dǎo)體襯底上依次形成墊氧化層和刻蝕終止層；依次刻蝕刻蝕終止層、墊氧化層以及半導(dǎo)體襯底，形成淺溝槽； 在淺溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層；在淺溝槽內(nèi)的襯氧化層及刻蝕終止層表面形成前層溝槽氧化物； 在所述前層溝槽氧化物表面沉積第一頂層溝槽氧化物；在所述第一頂層溝槽氧化物表面進(jìn)行過(guò)渡沉積溝槽氧化物，所述過(guò)渡沉積溝槽氧化 物時(shí)的沉積速率大于第一頂層溝槽氧化物的沉積速率，并且小于第二頂層溝槽氧化物的 沉積速率；在所述過(guò)渡沉積的溝槽氧化物表面沉積第二頂層溝槽氧化物； 平坦化所填充的溝槽氧化物至顯露出刻蝕終止層，并去除刻蝕終止層和墊氧化層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成前層溝槽氧化物之后，沉積第一頂層 溝槽氧化物之前，該方法進(jìn)一步包括對(duì)反應(yīng)腔進(jìn)行氫氣處理。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成前層溝槽氧化物之后，沉積第一頂層 溝槽氧化物之前，該方法進(jìn)一步包括對(duì)反應(yīng)腔進(jìn)行氧氣處理和氫氣處理。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述過(guò)渡沉積溝槽氧化物時(shí)反應(yīng) 腔內(nèi)通入氧氣的流量為150 300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘seem。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述過(guò)渡沉積溝槽氧化物時(shí)反應(yīng)腔內(nèi)高頻 射頻功率為5000 7000瓦，低頻射頻功率為5000 7000瓦。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述過(guò)渡沉積溝槽氧化物時(shí)反應(yīng)腔內(nèi)通 入硅烷SiH4的流量為10 20sccm，氦氣的流量為300 400sccm，氫氣的流量為500 800sccm。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述過(guò)渡沉積溝槽氧化物的時(shí)間為1 3秒。
8.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述氫氣處理時(shí)反應(yīng)腔內(nèi)高頻射頻功 率為7000 9000瓦，低頻射頻功率為5000 7000瓦；向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣的流量為 400 800sccm ；氦氣和氧氣的總流量不小于500sccm。
9.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述氧氣處理時(shí)反應(yīng)腔內(nèi)高頻射頻功率為 2000 4000瓦，低頻射頻功率為2000 4000瓦，氧氣的流量為200 500sccm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法在半導(dǎo)體襯底上依次形成墊氧化層和刻蝕終止層；依次刻蝕刻蝕終止層、墊氧化層以及半導(dǎo)體襯底，形成淺溝槽；在淺溝槽內(nèi)表面形成襯氧化層；在淺溝槽內(nèi)的襯氧化層及刻蝕終止層表面形成前層溝槽氧化物；在所述前層溝槽氧化物表面沉積第一頂層溝槽氧化物；在所述第一頂層溝槽氧化物表面進(jìn)行過(guò)渡沉積溝槽氧化物，所述過(guò)渡沉積溝槽氧化物時(shí)的沉積速率大于第一頂層溝槽氧化物的沉積速率，并且小于第二頂層溝槽氧化物的沉積速率；在所述過(guò)渡沉積的溝槽氧化物表面沉積第二頂層溝槽氧化物；平坦化所填充的溝槽氧化物至顯露出刻蝕終止層，并去除刻蝕終止層和墊氧化層。該方法有效降低顆粒缺陷。
文檔編號(hào)C23C16/44GK102024741SQ20091019586
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者李敏, 袁宏韜 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司