本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別是涉及溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法。

背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，襯底上電路元件變得越來(lái)越密集。為了防止元件間的相互作用，通常在晶體管有源區(qū)之間形成溝槽，然后在溝槽中填充介質(zhì)材料以形成溝槽隔離結(jié)構(gòu)（STI）來(lái)達(dá)到電學(xué)隔離。但是隨著集成電路中元件密度的持續(xù)增加，這些溝槽的寬度也相應(yīng)不斷減小，因此增加了溝槽的深寬比。深寬比定義為溝槽的深度與寬度的比值。高深寬比的典型值大于3:1，高深寬比的溝槽難以淀積形成厚度均勻的膜，并且會(huì)產(chǎn)生夾斷和孔洞?，F(xiàn)有技術(shù)中，高密度等離子體（HDP，highdensityplasma）工藝因其溝槽填充能力強(qiáng)、沉積薄膜質(zhì)量好以及耗時(shí)短而得到了廣泛應(yīng)用。但使用等離子體工藝進(jìn)行填充，會(huì)對(duì)溝槽內(nèi)的襯墊層造成破壞；而且隨著深寬比的進(jìn)一步增大，該方法已經(jīng)難以滿(mǎn)足無(wú)間隙填充要求。更多關(guān)于HDP工藝的知識(shí)，請(qǐng)參考1999年2月16日公開(kāi)的公開(kāi)號(hào)為US5872058A的美國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，還采用高縱深比填溝工藝（HARP,HighAspectRatioProcess）來(lái)實(shí)現(xiàn)高深寬比溝槽的無(wú)間隙填充。常采用正硅酸乙酯（TEOS）與O3作為反應(yīng)劑，在680-730℃下淀積，生成的SiO2具有非常好的保形性，可以很好的填充深寬比大于6:1的溝槽。但是該方法生成的SiO2層致密度小，導(dǎo)致吸收水汽，并且張力很大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的問(wèn)題是在填充高深寬比的溝槽時(shí)SiO2層容易形成孔洞，而 且形成的SiO2層致密度小、張力大。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供襯底，所述襯底上形成有溝槽，所述襯底位于反應(yīng)腔內(nèi)；在所述溝槽的側(cè)壁和底部形成第一氧化硅薄膜層；在反應(yīng)腔內(nèi)通入含硅氣體，所述第一氧化硅薄膜層表面吸附含硅氣體；在所述反應(yīng)腔內(nèi)通入含氧氣體，所述含氧氣體與所述第一氧化硅薄膜層表面吸附的含硅氣體反應(yīng)生成第二氧化硅薄膜層；或者，在反應(yīng)腔內(nèi)通入含硅氣體，使所述含氧氣體激發(fā)形成第一含氧等離子體，所述第一含氧等離子體與所述第一氧化硅薄膜層表面吸附的含硅氣體反應(yīng)生成第二氧化硅薄膜層；重復(fù)所述通入含硅氣體、含氧氣體、生成第二氧化硅薄膜層的步驟，直至所述溝槽被完全填充?？蛇x地，使用TEOS與O3或O2反應(yīng)形成所述第一氧化硅薄膜層?？蛇x地，形成所述第一氧化硅薄膜層后，通入含硅氣體之前，在所述反應(yīng)腔內(nèi)通入第二含氧等離子體以去除所述第一氧化硅薄膜層表面的雜質(zhì)。本發(fā)明中，除第一氧化硅薄膜層之外的所有氧化硅薄膜層均被稱(chēng)為第二氧化硅薄膜層，即含硅氣體與含氧氣體或第一含氧等離子體反應(yīng)生成的氧化硅薄膜層均稱(chēng)為第二氧化硅薄膜層?？蛇x地，在至少一次形成所述第二氧化硅薄膜層后，在所述反應(yīng)腔內(nèi)通入第二含氧等離子體以去除所述第二氧化硅薄膜層表面的雜質(zhì)。即每形成一層所述第二氧化硅薄膜層后，可在所述反應(yīng)腔內(nèi)通入第二含氧等離子體以去除該層所述第二氧化硅薄膜層表面的雜質(zhì)?？蛇x地，形成所述第一氧化硅薄膜層后，通入含硅氣體之前，在所述反應(yīng)腔內(nèi)通入惰性等離子體轟擊所述第一氧化硅薄膜層。可選地，在至少一次形成所述第二氧化硅薄膜層后，在所述反應(yīng)腔內(nèi)通入惰性等離子體轟擊所述第二氧化硅薄膜層。即每形成一層所述第二氧化硅 薄膜層后，可在所述反應(yīng)腔內(nèi)通入惰性等離子體轟擊該層所述第二氧化硅薄膜層?？蛇x地，所述含硅氣體為SiH4或TEOS?？蛇x地，所述含氧氣體為O2或O3?？蛇x地，所述第二含氧等離子體為O2等離子體。可選地，激發(fā)所述含氧氣體為第一含氧等離子體的功率為100-2000W?？蛇x地，所述含氧氣體的流速為100-3000sccm?？蛇x地，所述含氧氣體的壓強(qiáng)為0.1-100mtorr。可選地，所述第二含氧等離子體中混入稀釋氣體?？蛇x地，所述稀釋氣體為He或Ar?？蛇x地，所述惰性等離子體為Ar或He等離子體?？蛇x地，形成所述惰性等離子體的功率為100-2000W?？蛇x地，所述惰性等離子體的流速為100-3000sccm?？蛇x地，所述惰性等離子體的壓強(qiáng)為0.1-100mtorr?？蛇x地，在形成所述第一氧化硅薄膜層之前，在所述溝槽內(nèi)形成氧化層襯墊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：在溝槽內(nèi)形成第一氧化硅薄膜層作為含硅氣體的吸附載體。之后，在反應(yīng)腔內(nèi)通入含硅氣體，所述含硅氣體比采用淀積法淀積的SiO2顆粒更容易進(jìn)入溝槽，而且含硅氣體比淀積的SiO2顆粒更容易吸附在第一氧化硅薄膜層表面，并均勻吸附在第一氧化硅薄膜層表面。含硅氣體與反應(yīng)腔內(nèi)的含氧氣體或第一含氧等離子體反應(yīng)生成致密度高和厚度均勻性好的第二氧化硅薄膜 層，避免了溝槽側(cè)壁上形成凸點(diǎn)，進(jìn)而避免了由于凸點(diǎn)而造成的孔洞。其次，含硅氣體更容易進(jìn)入第一氧化硅薄膜層中的空隙，形成的第二氧化硅薄膜層填充了第一氧化硅薄膜層中的空隙，提高了第一氧化硅薄膜層的致密度。同理，每形成一層第二氧化硅薄膜層后，通入的含硅氣體比采用淀積法淀積的SiO2顆粒更容易進(jìn)入溝槽，而且含硅氣體比淀積的SiO2顆粒更容易吸附在該層第二氧化硅薄膜層表面，并均勻吸附在該層第二氧化硅薄膜層表面，通入的含硅氣體還會(huì)進(jìn)入該第二氧化硅薄膜層的空隙中。含硅氣體與反應(yīng)腔內(nèi)的含氧氣體或第一含氧等離子體反應(yīng)生成致密度高和厚度均勻性好的另一第二氧化硅薄膜層，避免了溝槽側(cè)壁上形成凸點(diǎn)，進(jìn)而避免了由于凸點(diǎn)而造成的孔洞。形成的另一第二氧化硅薄膜層還能填充上一層第二氧化硅薄膜層的空隙，使溝槽得到致密填充。而且含硅氣體與含氧氣體或第一含氧等離子體的反應(yīng)生成的第二氧化硅薄膜層直接依附在第一氧化硅薄膜層表面或上一第二氧化硅薄膜層表面，生成的第二氧化硅薄膜層厚度也較薄，可以避免在反應(yīng)生成的第二氧化硅薄膜層中產(chǎn)生應(yīng)力，同時(shí)有利于填充。在具體實(shí)施例中，使用第二含氧等離子體去除第一、第二氧化硅薄膜層表面的有機(jī)物、碳等雜質(zhì)，提高了第一、第二氧化硅薄膜層表面對(duì)含硅氣體的物理吸附性能。還可以通入惰性等離子體轟擊所述第一、第二氧化硅薄膜層，一方面通過(guò)濺射刻蝕所述第一、第二氧化硅薄膜層，增大了溝槽的開(kāi)口度，有利于含硅氣體的進(jìn)入并吸附在第一、第二氧化硅薄膜層表面；另一方面，惰性氣體等離子體與第一、第二氧化硅薄膜層表面碰撞，使第一、第二氧化硅薄膜層致密化，并使第一、第二氧化硅薄膜層中的應(yīng)力得到釋放。使含氧氣體激發(fā)為第一含氧等離子體時(shí)，提高了反應(yīng)速率，進(jìn)而提高了溝槽的填充效率。采用TEOS作為含硅氣體，和采用O3作為含氧氣體可進(jìn)一步提高反應(yīng)速率，提高了溝槽的填充效率。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法流程示意圖;圖2至圖5是本發(fā)明具體實(shí)施例的制作溝槽隔離結(jié)構(gòu)方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的上述目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類(lèi)似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。其次本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。參照?qǐng)D2，并結(jié)合參照?qǐng)D1，執(zhí)行步驟S1，提供襯底101，所述襯底101上形成有溝槽104，所述襯底101位于反應(yīng)腔內(nèi)（未示出）。襯底101可為硅襯底、硅鍺襯底、絕緣體上硅（SOI）襯底等常規(guī)的半導(dǎo)體襯底。在具體實(shí)施例中，襯底101上由下至上還依次形成有隔離氧化層102和氮化物層103。所述隔離氧化層102用于保護(hù)有源區(qū)在去掉氮化物層103的過(guò)程中免受化學(xué)沾污，其材料可以為SiO2。所述氮化物層103可以在填充溝槽的過(guò)程中保護(hù)有源區(qū)，還可以在后續(xù)平坦化工藝中作為阻擋材料，其材料可以為氮化硅。形成溝槽104的方法可以為干法刻蝕或濕法刻蝕。在具體實(shí)施例中，溝槽104形成后，可以在溝槽104的側(cè)壁上生長(zhǎng)一層襯墊氧化層（未示出），用于改善襯底101與填充氧化硅之間的界面特性。參照?qǐng)D3，并結(jié)合參照?qǐng)D1，執(zhí)行步驟S2，在所述溝槽104的側(cè)壁和底部形成第一氧化硅薄膜層105。在具體實(shí)施例中，采用TEOS與O3作為氣源，使用化學(xué)氣相沉積法形成第一氧化硅薄膜層105，沉積時(shí)間為1-50s。由于沒(méi)有使用等離子體，不會(huì)對(duì)所述襯墊氧化層襯墊造成損傷。襯底101材料本身吸附含硅氣體的能力較弱，所以需要以沉積的方式先在溝槽104內(nèi)形成第一氧化硅薄膜層105作為吸附后續(xù)通入的含硅氣體的載體。TEOS具有很高的遷移率，以TEOS作為原料，反應(yīng)后生成的氧化硅具有非常好的階梯覆蓋能力，形成的氧化硅薄膜層厚度均勻。以TEOS與O3反應(yīng)為例，反應(yīng)難免不完全，未參與反應(yīng)的TEOS會(huì)吸附在第一氧化硅薄膜層105表面，或者由于反應(yīng)不充分，反應(yīng)后TEOS中的碳未以氣體形式溢出而粘附在第一氧化硅薄膜層105表面。這些有機(jī)物、碳等雜質(zhì)粘附在第一氧化硅薄膜層105表面減弱了第一氧化硅薄膜層105表面的活性，降低了第一氧化硅薄膜層105表面對(duì)含硅氣體的吸附能力。在具體實(shí)施例中，形成所述第一氧化硅薄膜層105后，會(huì)在所述反應(yīng)腔內(nèi)通入第二含氧等離子體以去除所述第一氧化硅薄膜層105表面吸附的有機(jī)物、碳等雜質(zhì)，暴露出所述第一氧化硅薄膜層105表面的斷鍵，以提高所述第一氧化硅薄膜層105表面對(duì)含硅氣體的吸附性能。所述第二含氧等離子體可以為O2等離子體，所述含氧等離子體的流速為100-3000sccm，壓強(qiáng)為0.1-100mtorr，并由O2在100-2000W的射頻偏置下激發(fā)為O2等離子體。O2等離子體與粘附在第一氧化硅薄膜層105表面的有機(jī)物、碳等雜質(zhì)反應(yīng)速率很快，產(chǎn)生過(guò)高的溫度可能會(huì)導(dǎo)致這些雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入第一氧化硅薄膜層105內(nèi)部，為了控制反應(yīng)速率，可以在所述含氧等離子體中混入稀釋氣體，稀釋氣體還可以將反應(yīng)生成的氣體帶出反應(yīng)腔。所述稀釋氣體可以為He或Ar。在具體實(shí)施例中，還可以在形成所述第一氧化硅薄膜層105后，通入惰性等離子體1-50s。所述惰性等離子體在反應(yīng)腔內(nèi)加速而獲得動(dòng)能，并定向遷移 至第一氧化硅薄膜層105表面，并轟擊第一氧化硅薄膜層105，轟擊后使得第一氧化硅薄膜層105中的材料被濺射，該過(guò)程稱(chēng)為濺射刻蝕。由于被刻蝕的材料表面在45°方向上的刻蝕速率大約為垂直方向上的3-4倍，所以?xún)H在所述溝槽104頂部的第一氧化硅薄膜層105被刻蝕，刻蝕后呈45°傾斜，而其他部位的第一氧化硅薄膜層105未被損傷。所述濺射刻蝕增大了溝槽104的開(kāi)口度，有利于含硅氣體的進(jìn)入并吸附在所述第一氧化硅薄膜層105表面，而且僅刻蝕所述溝槽104頂部的第一氧化硅薄膜層105，而其他部位的第一氧化硅薄膜層105不會(huì)被損傷。所述惰性氣體等離子體與所述第一氧化硅薄膜層105表面碰撞時(shí)，其效果猶如對(duì)金屬進(jìn)行噴砂處理，不僅能使所述第一氧化硅薄膜層105致密化，還能釋放所述第一氧化硅薄膜層105中存在的應(yīng)力，而且由于惰性等離子體性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)與第一氧化硅薄膜層105發(fā)生反應(yīng)。所述惰性等離子體可以為Ar或He等離子體，Ar或He等離子體在100-2000W的射頻偏置下形成，Ar或He等離子體的流速為100-3000sccm，壓強(qiáng)為0.1-100mtorr。上述通入第二含氧等離子體以去除所述第一氧化硅薄膜層105表面吸附的有機(jī)物、碳等雜質(zhì)工藝，與通入惰性等離子體工藝可以單獨(dú)采用，也可以都采用，并且兩工藝無(wú)嚴(yán)格先后次序。參照?qǐng)D1，執(zhí)行步驟S3，在反應(yīng)腔內(nèi)通入含硅氣體，所述第一氧化硅薄膜層105表面吸附含硅氣體.在具體實(shí)施例中，含硅氣體可以為SiH4或TEOS。參照?qǐng)D4，所述含硅氣體比采用淀積法淀積的SiO2顆粒更容易進(jìn)入溝槽104，而且含硅氣體比淀積的SiO2顆粒更容易吸附在第一氧化硅薄膜層105表面，并更容易均勻吸附在第一氧化硅薄膜層105表面。含硅氣體與反應(yīng)腔內(nèi)的含氧氣體或第一含氧等離子體反應(yīng)生成致密度高和厚度均勻性好的第二氧化硅薄膜層106，避免了溝槽104側(cè)壁上形成凸點(diǎn)，進(jìn)而避免了由于凸點(diǎn)而造成的孔洞，可以得到無(wú)間隙的溝槽填充。其次，含硅氣體更容易進(jìn)入第一氧化硅薄膜層105中的空隙，形成的 第二氧化硅薄膜層填充了第一氧化硅薄膜層中的空隙，提高了第一氧化硅薄膜層105的致密度。而且含硅氣體與含氧氣體或第一含氧等離子體反應(yīng)生成的第二氧化硅薄膜層106直接依附在第一氧化硅薄膜層105表面，生成的第二氧化硅薄膜層厚度106也較小，可以避免在反應(yīng)生成的第二氧化硅薄膜層106中產(chǎn)生應(yīng)力。第一氧化硅薄膜層105吸附含硅氣體具有上限，如果通含硅氣體的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，并不能增加第一氧化硅薄膜層105對(duì)含硅氣的吸附量，導(dǎo)致原料浪費(fèi)，而且第一氧化硅薄膜層105對(duì)含硅氣的吸附量并非越大越好，吸附過(guò)多的含硅氣可能導(dǎo)致含硅氣與含氧氣體或第一含氧等離子體的反應(yīng)不完全，生成的第二氧化硅薄膜層106的雜質(zhì)含量較多，影響后續(xù)工藝的進(jìn)行，形成的第二氧化硅薄膜層106過(guò)厚還可能產(chǎn)生較大的應(yīng)力。通含硅氣體的時(shí)間過(guò)短，則溝槽填充效率不高。通常，通含硅氣體的時(shí)間為1-50s。參照?qǐng)D4，并結(jié)合參照?qǐng)D1，執(zhí)行步驟S4，在所述反應(yīng)腔內(nèi)通入含氧氣體，所述含氧氣體與所述第一氧化硅薄膜層105表面吸附的含硅氣體反應(yīng)生成第二氧化硅薄膜層106；或者，在所述反應(yīng)腔內(nèi)通入含氧氣體，使所述含氧氣體等激發(fā)形成第一含氧等離子體，所述第一含氧等離子體與所述第一氧化硅薄膜層105表面吸附的含硅氣體反應(yīng)生成第二氧化硅薄膜層106。在具體實(shí)施例中，所述含氧氣體可以為O2或O3，所述含氧氣體的流速為100-3000sccm，壓強(qiáng)為0.1-100mtorr，還可以在100-2000W的射頻偏置下激發(fā)為等離子體。含硅氣體與含氧氣體或第一含氧等離子體的反應(yīng)生成的第二氧化硅薄膜層106直接依附在第一氧化硅薄膜層105表面，生成的第二氧化硅薄膜層106厚度也較小，可以避免在反應(yīng)生成的第二氧化硅薄膜層106中產(chǎn)生應(yīng)力。使用O2或O3等離子體進(jìn)行反應(yīng)，可以提高反應(yīng)速率，進(jìn)而提高溝槽的填充效率。第一氧化硅薄膜層105與第二氧化硅薄膜層106之間并無(wú)明顯接線，但為 描述方便，圖4中將兩者分開(kāi)，兩者之間加入接線以區(qū)分。參照?qǐng)D5，并結(jié)合參照?qǐng)D1，執(zhí)行步驟S5，重復(fù)所述通入含硅氣體、含氧氣體、生成第二氧化硅薄膜層106的步驟，直至所述溝槽104被完全填充。每形成一層第二氧化硅薄膜層后，通入的含硅氣體會(huì)進(jìn)入該層第二氧化硅薄膜層的空隙中，所述含硅氣體與反應(yīng)腔內(nèi)的含氧氣體或第一含氧等離子體反應(yīng)形成的另一第二氧化硅薄膜層會(huì)將該層第二氧化硅薄膜層的空隙填充，溝槽可以得到致密填充。而且含硅氣體與含氧氣體或第一含氧等離子體的反應(yīng)生成的第二氧化硅薄膜層106直接依附在上一第二氧化硅薄膜層表面，生成的第二氧化硅薄膜層厚度也較小，可以避免在反應(yīng)生成的第二氧化硅薄膜層中產(chǎn)生應(yīng)力。本發(fā)明中，除第一氧化硅薄膜層之外的所有氧化硅薄膜層均被稱(chēng)為第二氧化硅薄膜層，即含硅氣體與含氧氣體或第一含氧等離子體反應(yīng)生成的氧化硅薄膜層均稱(chēng)為第二氧化硅薄膜層。每形成一層所述第二氧化硅薄膜層后，可在所述反應(yīng)腔內(nèi)通入第二含氧等離子體以去除該層所述第二氧化硅薄膜層表面的雜質(zhì)。每形成一層所述第二氧化硅薄膜層后，還可在所述反應(yīng)腔內(nèi)通入惰性等離子體轟擊該層所述第二氧化硅薄膜層。但并非每形成一層所述第二氧化硅薄膜層后都要求在所述反應(yīng)腔內(nèi)通入第二含氧等離子體以去除該層所述第二氧化硅薄膜層表面的雜質(zhì)或可在所述反應(yīng)腔內(nèi)通入惰性等離子體轟擊該層所述第二氧化硅薄膜層。上述通入第二含氧等離子體以去除所述第二氧化硅薄膜層表面吸附的有機(jī)物、碳等雜質(zhì)工藝，與通入惰性等離子體工藝可以單獨(dú)采用，也可以都采用，并且兩工藝無(wú)嚴(yán)格先后次序。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。