[发明专利]浅沟槽隔离结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种浅沟槽隔离结构及其形成方法。

背景技术

半导体集成电路的发展方向为增加密度与缩小元件。在集成电路制造技术中，隔离结构是一种重要技术，形成在半导体衬底上的元件采用隔离结构进行相互间的绝缘隔离。随着半导体制造技术的进步，浅沟槽隔离（Shallow Trench Isolation，STI）技术由于其隔离效果好、制造工艺简单，已经逐渐取代了传统半导体器件制造技术中，采用例如局部硅氧化工艺（LOCOS）等工艺所形成的常用的隔离结构。

如图1至图5所示为现有技术形成浅沟槽隔离结构的方法的剖面结构示意图，包括：

请参考图1，提供半导体衬底10，所述半导体衬底10表面形成有氧化衬垫层11，所述氧化衬垫层11表面形成有硬掩膜层12。

请参考图2，去除部分硬掩膜层12和衬垫氧化层11并暴露出半导体衬底10表面，以剩余的硬掩膜层12和衬垫氧化层11为掩膜，在所述半导体衬底10内形成若干开口13。

请参考图3，采用热氧化和热氮化工艺在所述开口13侧壁和底部形成氮氧化硅层14。

需要说明的是，在所述热氮化工艺过程中，所述开口13在半导体衬底10内的侧壁顶部16被氮化地更严重，从而使氮化硅在所述开口13的侧壁顶部16大量聚积。

请参考图4，在所述开口13（如图3）的氮氧化硅层14表面填充氧化硅直至与硬掩膜层12齐平，形成绝缘层15。

请参考图5，采用化学机械抛光工艺去除硬掩膜层12、衬垫氧化层11、氮氧化硅层14以及高于半导体衬底10表面的绝缘层15，直至暴露出半导体衬底10。

然而，现有技术形成的浅沟槽隔离结构的隔离效果不良，导致采用所述浅沟槽隔离结构所隔离的半导体器件性能不稳定。

更多浅沟槽隔离结构的内容请参考公开号为US 7391096 B2的美国专利文件。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种浅沟槽隔离结构及其形成方法，提高浅沟槽隔离结构的隔离效果，且在所述浅沟槽隔离结构所隔离的半导体衬底表面形成半导体器件时，所述半导体器件的工作性能稳定。

为解决上述问题，本发明提供一种浅沟槽隔离结构，包括：

提供半导体衬底，在所述半导体衬底表面形成衬垫氧化层，在所述衬垫氧化层表面形成硬掩膜层；

去除部分硬掩膜层和衬垫氧化层并暴露出半导体衬底表面，以剩余的硬掩膜层和衬垫氧化层为掩膜，在所述半导体衬底内形成若干开口；

在所述开口侧壁和底部形成衬垫层，且所述衬垫层的材料为掺杂碳的硅、掺杂锗的硅或掺杂碳和锗的硅；

在所述衬垫层表面形成绝缘层，且所述绝缘层与所述硬掩膜层表面齐平；

去除硬掩膜层、衬垫氧化层以及高于半导体衬底表面的绝缘层。

可选的，在形成绝缘层之前，对所述衬垫层进行热氧化，在所述衬垫层表面形成氧化层。

可选的，所述衬垫层的厚度为1~10纳米。

可选的，所述衬垫层的形成工艺为选择性外延沉积工艺。

可选的，所述选择性外延沉积工艺的参数为温度600~1150℃，气压0.1~10Torr，时间5秒~5小时。

可选的，所述衬垫层的材料为掺杂碳的硅时，反应气体为硅源气体SiH4或SiH2Cl2、以及碳源气体C2H4。

可选的，所述衬垫层的材料为掺杂锗的硅时，反应气体为硅源气体SiH4或SiH2Cl2、以及锗源气体GeH4。

可选的，所述衬垫层的材料为掺杂碳和锗的硅时，反应气体为硅源气体SiH4或SiH2Cl2、锗源气体GeH4、以及碳源气体C2H4。

可选的，所述掺杂碳、掺杂锗或掺杂碳和锗的硅中，碳或锗的原子百分比浓度为0.1~50%。

可选的，所述衬垫氧化层的材料为氧化硅。

可选的，所述衬垫氧化层的形成工艺为热氧化工艺或沉积工艺。

可选的，所述硬掩膜层的材料为氮化硅。

可选的，所述硬掩膜层的形成工艺为沉积工艺。

本发明提供一种浅沟槽隔离结构的形成方法，包括：

半导体衬底；

位于半导体衬底内的若干开口；

位于所述开口侧壁和底部的衬垫层，所述衬垫层的材料为掺杂碳、掺杂锗或掺杂碳和锗的硅；

位于所述开口侧壁和底部的衬垫层表面的绝缘层，且所述绝缘层表面与所述半导体衬底表面齐平。

可选的，所述衬垫层的厚度为1~10纳米。