[发明专利]沟槽隔离结构的形成方法、化学气相沉积工艺

说明书

本发明技术方案公开了一种沟槽隔离结构的形成方法、化学气相沉积工艺。所述沟槽隔离结构的形成方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有研磨停止层；依次刻蚀所述研磨停止层和半导体衬底，在所述研磨停止层和半导体衬底内形成沟槽；采用原子层沉积工艺在所述研磨停止层表面、所述沟槽侧壁及底部形成氧化硅层；采用TEOS‑Ozone热化学气相沉积工艺向所述沟槽内填充氧化硅，所述氧化硅填满所述沟槽且覆盖所述氧化硅层。本发明技术方案能够优化TEOS‑Ozone氧化硅薄膜的沉积速率、均匀性、致密性，从而提高薄膜质量及产能。

技术领域

本发明涉及半导体工艺领域，尤其涉及一种沟槽隔离结构的形成方法，以及一种优化的TEOS-Ozone热化学气相沉积工艺。

背景技术

在集成电路制造中，正硅酸乙酯-臭氧热化学气相沉积(TEOS(TetraethylOrthosilicate)-Ozone(O₃)thermal CVD)工艺应用广泛，比如高深宽比(HARP，HighAspect Ration Process)沉积工艺、亚常压化学气相沉积(SACVD，Sub Atmospheric CVD)工艺由于填孔能力好被广泛用于浅沟槽结构(STI，Shallow Trench Isolation)以及金属前介质层(PMD，Pre Metal Dielectric)的沟槽填充。

在进行TEOS-Ozone热化学气相沉积工艺时，基底表面的物理化学性质会影响TEOS-Ozone沉积氧化硅(SiO₂)薄膜的沉积速率、均匀性、致密性等。研究表明，基底表面硅羟基(Si-OH)数量越多，越有利于TEOS-Ozone反应中间体的吸附，SiO₂的沉积速率、均匀性、致密性则越好。以STI沟槽填充为例，当前工艺是在STI的SiO₂沉积之前先采用原位蒸汽氧化反应工艺(ISSG，In Situ Steam Generation)或热氧化反应(Thermal)工艺制备一层氧化层，例如 SiO₂层，但ISSG或热氧化反应制备的SiO₂层表面缺少硅羟基。

因此如何优化TEOS-Ozone热化学气相沉积工艺的沉积速率、均匀性及致密性，从而提高薄膜质量及产能成为目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明技术方案要解决的技术问题是如何优化现有的TEOS-Ozone热化学气相沉积工艺的沉积速率、均匀性及致密性。

为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种沟槽隔离结构的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有研磨停止层；依次刻蚀所述研磨停止层和半导体衬底，在所述研磨停止层和半导体衬底内形成沟槽；采用原子层沉积工艺在所述研磨停止层表面、所述沟槽侧壁及底部形成氧化硅层；采用TEOS-Ozone热化学气相沉积工艺向所述沟槽内填充氧化硅，所述氧化硅填满所述沟槽且覆盖所述氧化硅层。

可选的，所述沟槽隔离结构的形成方法还包括：在原子层沉积工艺前，采用原位蒸汽氧化反应工艺或热氧化反应工艺在所述半导体衬底内的沟槽侧壁和底部形成中间氧化层。

可选的，所述采用原子层沉积工艺在所述研磨停止层表面、沟槽侧壁及底部形成氧化硅层包括：步骤1，使硅源反应物吸附在所述研磨停止层表面、沟槽侧壁及底部；步骤2，采用惰性气体清除未吸附的硅源反应物；步骤3，使氧源反应物与研磨停止层表面、沟槽侧壁及底部的硅源反应物进行吸附反应，形成第一氧化硅单层；步骤4，采用惰性气体清除反应副产物及没有形成第一氧化硅单层的反应物。

可选的，所述采用原子层沉积工艺在所述研磨停止层表面、浅沟槽侧壁及底部形成氧化硅层还包括：执行N次步骤5至步骤8，N≥1，其中，步骤5，使硅源反应物吸附在第N氧化硅单层；步骤6，采用惰性气体清除未吸附的硅源反应物；步骤7，使氧源反应物与第N氧化硅单层表面的硅源反应物进行吸附反应，在第N氧化硅单层上形成第N+1氧化硅单层；步骤8，采用惰性气体清除反应副产物及没有形成第N+1氧化硅单层的反应物。