[发明专利]一种浅沟槽隔离结构的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种浅沟槽隔离（STI）结构的制作方法。

背景技术

浅沟槽隔离结构是半导体工艺中最常用的隔离结构之一。图1A-1D示出了采用传统工艺制作浅沟槽隔离结构过程中各步骤所获得的器件的剖视图。首先，如图1A所示，提供半导体衬底100，在半导体衬底100上依次形成氧化物层101和掩膜层102。在掩膜层102上形成具有图案的光刻胶层103，光刻胶层103中包含的图案用于形成浅沟槽隔离结构。如图1B所示，以光刻胶层103为掩膜依次对掩膜层102、氧化物层101和半导体衬底100进行刻蚀，以在半导体衬底100中形成沟槽104。如图1C所示，在沟槽104表面形成较薄的衬垫氧化物层105。如图1D所示，在沟槽104中填满STI氧化物。然后去除半导体衬底100表面以外的材料层即可形成浅沟槽隔离结构。

但是，随着器件关键尺寸的不断缩短，刻蚀形成的沟槽的深宽比（AR）不断增大，这样就给STI氧化物的填充带来很大困难，会在填充在沟槽中的STI氧化物中形成孔洞。为了克服该问题，目前采用高密度等离子体氧化物和高深宽比氧化物进行填充。但是，由于目前沟槽的深宽比已经增加至8:1，即使高深宽比氧化物也很难避免在随后形成的浅沟槽隔离结构中形成孔洞。

因此，目前急需一种浅沟槽隔离结构的制作方法，以解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种浅沟槽隔离结构的制作方法，包括：a）提供半导体衬底，在所述半导体衬底中形成用于填充STI氧化物的沟槽；b）在所述沟槽的底面和侧壁上形成硅材料层；c）在所述硅材料层中掺杂氧；以及d）在氧氛围下执行退火工艺，以使硅材料层转变为所述STI氧化物填充在所述沟槽内。

优选地，所述a）步骤包括：在所述半导体衬底上依次形成氧化物层、氮化物层和具有图案的光刻胶层；依次对所述氮化物层、所述氧化物层和所述半导体衬底进行刻蚀，以形成所述沟槽。

优选地，所述硅材料层的材料为多晶硅。

优选地，所述硅材料层的厚度为所述沟槽的宽度的0.1-0.5倍。

优选地，所述c）步骤是通过执行氧气的离子注入工艺实现的。

优选地，所述离子注入工艺所采用的注入能量为0.5keV至40keV。

优选地，所述离子注入工艺所采用的注入剂量为1×10⁵cm^-2至5×10¹⁸cm^-2。

优选地，所述退火工艺中退火温度为800℃至1100℃。

优选地，所述退火工艺中退火时间为10秒至2小时。

优选地，所述退火工艺中通入的气体包括氧气/水蒸气和氮气。

优选地，所述氧气/水蒸气的流量小于50sccm，所述氮气的流量为10sccm-100sccm。

优选地，在所述b）步骤之前，在所述沟槽的底面和侧壁上形成衬垫氧化物层。

优选地，所述沟槽的深宽比大于8:1。

本发明的方法由于仅在沟槽的一部分内填充硅材料层，并通过将该硅材料层氧化来形成填满沟槽的STI氧化物层。一方面，在现行工艺中，硅材料的填充能力高于氧化硅的填充能力强；另一方面，即使在硅材料层中形成了少量的缝隙，在后续的掺杂和氧化过程中，硅材料层氧化形成氧化硅会引起体积增大，从而填补形成的缝隙，因此该方法可以应用于填充深宽比达到8：1（甚至12:1）以上的沟槽。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1A-1D示出了采用传统工艺制作浅沟槽隔离结构过程中各步骤所获得的器件的剖视图；

图2为根据本发明一个实施方式制作浅沟槽隔离结构的工艺流程图；

图3A-3G为根据本发明一个实施方式制作浅沟槽隔离结构过程中各步骤所获得的器件的剖视图。

具体实施方式