專利名稱：淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法。
背景技術(shù)：
在超大規(guī)模集成電路的制造過程中，需要把獨立的不同類別的器件加以隔 離(isolation)。通常隔離技術(shù)基本上分兩種，一種稱之為局部氧化隔離技術(shù)(Local oxidation of silicon ;L0C0S)，這個技術(shù)已經(jīng)逐漸無法滿足目前的工藝。第二種，是淺溝 槽隔離(Shallow Trench Isolation ；STI)的元件隔離技術(shù)。在0. 25微米以下，這個技 術(shù)都已經(jīng)廣泛的應(yīng)用。在淺溝槽隔離中，流程基本上先在硅襯底上淀積二氧化硅，氮化硅， 然后，進行光刻、刻蝕，經(jīng)過襯墊的淀積，進行高密度等離子體的淀積和二氧化硅和氮化硅 CMP(化學(xué)機械研磨)的過程。HDP (高密度等離子體)CVD在STI中非常重要，如果淺溝槽中有縫隙會造成器件漏 電，隔離不良等，嚴(yán)重的會造成產(chǎn)品失效，良率下降等。隨著技術(shù)的發(fā)展，在65nm包括65nm 以上的工藝，在STI基本上都會用到HDP Gapfilling(填隙)。隨著特征線寬的縮小，HDP Gap-filling的難度越來越大。由于HDP Gap Filling前是襯墊的淀積。襯墊的淀積是采 用爐管的方式，襯墊的淀積速率，在淺槽的不同部位也是不同的，從而在不同的部位導(dǎo)致不 同的厚度，通常在溝槽的頂部氧化速率會更快，而且在淺槽的刻蝕中，氮化硅的頂部是方形 的，不利于 HDP Gap filling。隨著技術(shù)的發(fā)展，HDP的濺射氣體也慢慢的隨之變化，越來越傾向于分子量低，濺 射率低的氣體，如氦氣，氫氣等(見專利申請?zhí)?00610116845. 2)。并且隨著技術(shù)的進步，又 發(fā)展出原位(in-situ)淀積(D印osition)-刻蝕(Etch)-淀積的(D^osition)等方式進 行填隙(Gap filling)(見專利申請?zhí)?00710199062. X)，也就是在淀積過程中先進行部分 淀積然后進行刻蝕，一般是含氟內(nèi)氣體進行化學(xué)刻蝕等，然后再進行淀積的過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種與傳統(tǒng)工藝相比具有更大的填隙工藝窗口的淺溝 槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法，包括提供襯底，所 述襯底上依次形成有襯墊氧化層和氮化硅層，所述襯墊氧化層和氮化硅層內(nèi)形成有暴露出 襯底的開口 ；沿開口刻蝕所述襯底形成淺溝槽；在所述淺溝槽底部、側(cè)壁以及氮化硅層表 面形成保護層；采用HDPCVD對淺溝槽頂部的氮化硅進行圓化，形成頂部圓化的氮化硅；采 用HDPCVD沉積工藝對所述淺溝槽填充隔離介質(zhì)層?？蛇x的，在所述襯底內(nèi)形成淺溝槽步驟包括在所述襯墊氧化層和氮化硅層內(nèi)形 成暴露出襯底的開口，沿所述開口刻蝕所述襯底，形成淺溝槽?？蛇x的，所述淺溝槽頂部的氮化硅進行圓化工藝為高密度等離子體工藝。可選的，對淺溝槽頂部的氮化硅進行圓化的參數(shù)為頂端功率為1000-3000W，側(cè)部功率為1500-4000W，偏壓功率為100-1000W，氬氣流量為lO-lOOsccm，氧氣流量為 50-200sccm，時間為3-5秒，壓力為5-10毫托。可選的，所述在所述淺溝槽填充隔離介質(zhì)層的工藝為高密度等離子體沉積工藝?？蛇x的，所述淺溝槽頂部的氮化硅進行圓化工藝和所述在所述淺溝槽填充隔離介 質(zhì)層的工藝可以選用同一高密度等離子體沉積設(shè)備進行?？蛇x的，所述采用高密度等離子體對淺溝槽頂部的氮化硅進行圓化工藝和采用高 密度等離子體淀積工藝對所述淺溝槽填充隔離介質(zhì)層工藝為采用同一 HDPCVD完成?？蛇x的，所述采用高密度等離子體對淺溝槽頂部的氮化硅進行圓化工藝和采用高 密度等離子體淀積工藝對所述淺溝槽填充隔離介質(zhì)層工藝為集成在同一 HDPCVD淀積菜單 中。可選的，所述保護層材料為氧化硅?？蛇x的，所述保護層的形成工藝為氧化工藝或者化學(xué)氣相淀積?？蛇x的，所述隔離介質(zhì)層為氧化硅。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明通過在增加步驟使得淺溝槽頂端 圓化，從而調(diào)高后續(xù)淺溝槽的填隙的能力。本發(fā)明的優(yōu)點能夠填隙的能力，而無需額外的 工藝步驟。進一步的，本發(fā)明的所述對采用高密度等離子體對淺溝槽頂部的氮化硅進行圓 化工藝和采用高密度等離子體淀積工藝對所述淺溝槽填充隔離介質(zhì)層工藝為集成在同一 HDPCVD沉積菜單中，節(jié)約工藝步驟，提高生產(chǎn)效率。


圖1為本發(fā)明的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖；圖2至圖6為本發(fā)明的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法的示意圖。
具體實施例方式圖1為本發(fā)明的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖；圖2至圖6為本發(fā)明的淺溝 槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法的示意圖，下面結(jié)合圖2至圖6對本發(fā)明的一實施例進行詳細說明，其 包括下列步驟步驟S101，提供襯底，所述襯底上依次形成有襯墊氧化層和氮化硅層，所述襯墊氧 化層和氮化硅層內(nèi)形成有暴露出襯底的開口。請參考圖2，具體的，提供襯底200，所述襯底200用于為后續(xù)工藝提供平臺，所述 襯底200可以選自N型硅襯底、P型硅襯底、絕緣層上的硅(SOI)等襯底。所述襯底200上依次形成有襯墊氧化層210和氮化硅層220。所述襯墊氧化層210材料選自SiO2，所述襯墊氧化層210為后續(xù)形成的氮化硅層 220提供緩沖層，具體地說，氮化硅層220直接形成到襯底上由于應(yīng)力較大會在襯底表面造 成位錯，而襯墊氧化層210形成在襯底200和氮化硅層220之間，避免了直接在襯底上形成 氮化硅層220會產(chǎn)生位錯的缺點，并且襯墊氧化層210還可以作為后續(xù)刻蝕氮化硅層220 步驟中的刻蝕停止層。所述襯墊氧化層210可以為選用熱氧化工藝形成。所述熱氧化工藝可以選用氧化 爐執(zhí)行。
所述氮化硅層220用于作為后續(xù)化學(xué)機械拋光工藝的停止層，所述氮化硅層220 形成工藝可以為現(xiàn)有的化學(xué)氣相淀積工藝。在所述襯墊氧化層210和氮化硅層220內(nèi)形成有暴露襯底的開口 201，所述開口 201的形成工藝可以現(xiàn)有的等離子體刻蝕工藝。步驟S102，沿開口刻蝕所述襯底形成淺溝槽。參考圖3，刻蝕所述襯底200的工藝可以為等離子體刻蝕工藝，具體地，沿開口選 用等離子體工藝刻蝕所述襯底200，形成淺溝槽202。步驟S103，在所述淺溝槽底部、側(cè)壁以及氮化硅層表面形成保護層。
所述保護層材料為氧化硅。參考圖4，所述保護層230用于避免直接在所述淺溝槽202填充隔離介質(zhì)層時，隔 離介質(zhì)層與淺溝槽202側(cè)壁的硅粘附性差，容易出現(xiàn)空洞，且隔離介質(zhì)層與淺溝槽202側(cè)壁 的硅不匹配形成較大應(yīng)力，同時可以修復(fù)在刻蝕淺溝槽的過程中，對淺溝槽側(cè)壁硅表面造 成的損傷。所述保護層230形成工藝為氧化工藝或者化學(xué)氣相淀積。請參考圖5，如步驟S104所述，采用高密度等離子體對淺溝槽202頂部的氮化硅層 220進行圓化，形成頂部圓化的氮化硅層220。優(yōu)選的，在本步驟中，采用高密度等離子體的物理轟擊的刻蝕方法，由于淺溝槽頂 部的氮化硅呈尖銳的角度(90度角)，為一尖端，而根據(jù)尖端帶電原理，尖端較易的吸附刻 蝕離子和轟擊離子，形成頂部圓化的氮化硅。高密度等離子體圓化具體工藝為頂端功率為1000-3000W，優(yōu)選為1000W，1500W, 2500W ；側(cè)部功率為 1500-4000W，優(yōu)選為 1500W，2000W，35000W ；偏壓功率為 100-1000W，優(yōu)選 為 300ff,600ff, IOOOff ；氬氣流量為 lO-lOOsccm，優(yōu)選為 IOsccm, 40sccm, IOOsccm ；氧氣流量 為50-200sccm，優(yōu)選為50sccm, IOOsccm, 200sccm ；時間為3-5秒，優(yōu)選為3秒，4秒，5秒；壓 力為5-10毫托，優(yōu)選為5毫托，7毫托，10毫托。需要注意的是，在圓化淺溝槽頂部的氮化硅的同時，也會去氮化硅層220表面的 保護層230以及部分淺溝槽底部、側(cè)壁的保護層230。還需要說明的是，步驟S104可以的實現(xiàn)是通過在HDPCVD淀積菜單中增加一步來 實現(xiàn)的，與后續(xù)的在所述淺溝槽填充隔離介質(zhì)層的步驟可以集成在一個淀積菜單中，執(zhí)行 完步驟S104后可以采用同一 HDPCVD設(shè)備，并且不需要將待淀積的襯底200移出HDPCVD的 淀積腔室，即可執(zhí)行后續(xù)的淺溝槽填充隔離介質(zhì)層步驟，節(jié)約的工藝時間和步驟。在其他實施例中，所述高密度等離子體也可以采用其他的高密度等離子體發(fā)生設(shè) 備產(chǎn)生，例如高密度等離子體刻蝕設(shè)備，在這里不一一例舉。但是需要說明的是，淺溝槽202 頂部的圓化在其他高密度等離子體發(fā)生設(shè)備中進行，在后續(xù)沉積時還需要轉(zhuǎn)移到沉積設(shè)備 中，需要花費額外的工藝步驟時間。步驟S105，采用HDPCVD淀積工藝對所述淺溝槽填充隔離介質(zhì)層。請參考圖6，所述隔離介質(zhì)層為氧化硅。所述填充工藝為HDPCVD淀積工藝，由于在之前步驟中形成頂部圓化的氮化硅，降 低本步驟的填充難度，有效的擴大HDP在淺溝槽隔離中填隙的工藝窗口。同樣需要說明的是，步驟S105與步驟S104可以在同一 HDPCVD中完成，且可以集成在同一 HDPCVD淀積菜單中，而不需要額外的操作步驟，即執(zhí)行完HDPCVD對淺溝槽202頂 部的氮化硅層220進行圓化工藝后立刻執(zhí)行采用HDPCVD淀積工藝對所述淺溝槽填充隔離 介質(zhì)層。這樣，不但可以降低填充隔離介質(zhì)層的填充難度，有效的擴大HDP在淺溝槽隔離中 填隙的工藝窗口，而且節(jié)約的工藝步驟和工藝時間，提高生產(chǎn)效率。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。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)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，包括提供襯底，所述襯底上依次形成有襯墊氧化層和氮化硅層；在所述襯底形成淺溝槽；在所述淺溝槽側(cè)壁以及氮化硅層表面形成保護層；對淺溝槽頂部的氮化硅進行圓化，形成頂部圓化的氮化硅；在所述淺溝槽填充隔離介質(zhì)層。
2.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，在所述襯底內(nèi)形成淺 溝槽步驟包括在所述襯墊氧化層和氮化硅層內(nèi)形成暴露出襯底的開口，沿所述開口刻蝕 所述襯底，形成淺溝槽。
3.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，所述淺溝槽頂部的氮 化硅進行圓化工藝為高密度等離子體工藝。
4.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，對淺溝槽頂部的氮 化硅進行圓化的參數(shù)為頂端功率為1000-3000W，側(cè)部功率為1500-4000W，偏壓功率為 100-1000W，氬氣流量為lO-lOOsccm，氧氣流量為50_200sccm，時間為3-5秒，壓力為5-10 毫托。
5.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，所述在所述淺溝槽填 充隔離介質(zhì)層的工藝為高密度等離子體沉積工藝。
6.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，所述淺溝槽頂部的氮 化硅進行圓化工藝和所述在所述淺溝槽填充隔離介質(zhì)層的工藝可以選用同一高密度等離 子體沉積設(shè)備進行。
7.如權(quán)利要求6所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，所述采用高密度等離 子體對淺溝槽頂部的氮化硅進行圓化工藝和采用高密度等離子體淀積工藝對所述淺溝槽 填充隔離介質(zhì)層工藝為采用同一 HDPCVD完成。
8.如權(quán)利要求7所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，所述采用高密度等離 子體對淺溝槽頂部的氮化硅進行圓化工藝和采用高密度等離子體淀積工藝對所述淺溝槽 填充隔離介質(zhì)層工藝為集成在同一 HDPCVD淀積菜單中。
9.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，所述保護層材料為氧 化硅。
10.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，所述保護層的形成工 藝為氧化工藝或者化學(xué)氣相淀積。
11.如權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，所述隔離介質(zhì)層為氧化硅。
全文摘要
一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法，包括提供襯底，所述襯底上依次形成有襯墊氧化層和氮化硅層；在所述襯底形成淺溝槽；在所述淺溝槽側(cè)壁以及氮化硅層表面形成保護層；對淺溝槽頂部的氮化硅進行圓化，形成頂部圓化的氮化硅；在所述淺溝槽填充隔離介質(zhì)層。本發(fā)明降低淺溝槽的填充難度，有效的擴大HDP(高密度等離子體)CVD(化學(xué)氣相淀積)在淺溝槽隔離中填隙的工藝窗口。
文檔編號H01L21/762GK101937862SQ20101027867
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者胡正軍 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司