沟槽隔离结构的形成方法、化学气相沉积工艺技术

本发明专利技术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。本发明专利技术技术方案能够优化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。

【技术实现步骤摘要】
沟槽隔离结构的形成方法、化学气相沉积工艺
本专利技术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。
技术介绍
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)thermalCVD)工艺应用广泛，比如高深宽比(HARP，HighAspectRationProcess)沉积工艺、亚常压化学气相沉积(SACVD，SubAtmosphericCVD)工艺由于填孔能力好被广泛用于浅沟槽结构(STI，ShallowTrenchIsolation)以及金属前介质层(PMD，PreMetalDielectric)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，InSituSteamGeneration)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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。可选的，所述原子层沉积工艺为等离子体增强原子层沉积工艺。可选的，各步骤进行的时间范围分别为0.01s～60s。可选的，所述原子层沉积工艺进行的温度范围为50℃～500℃。可选的，所述硅源反应物包括SiH4、BTBAS或BDEAS，所述氧源反应物包括O2、O3或N2O。可选的，所述沟槽隔离结构的形成方法还包括：在原子层沉积工艺后、TEOS-Ozone热化学气相沉积工艺前，通入含氢氧的气态物质对所述氧化硅层进行表面处理。可选的，所述沟槽隔离结构的形成方法还包括：在形成最后一层氧化硅单层的过程中，通入氧源反应物的同时还通入氧化剂和含氢氧的气态物质。为解决上述技术问题，本专利技术技术方案还提供一种化学气相沉积工艺，包括：提供半导体衬底；采用原子层沉积工艺在所述半导体衬底表面形成氧化硅层；采用TEOS-Ozone热化学气相沉积工艺在所述氧化硅层表面沉积氧化硅。可选的，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表面形成中间氧化层。可选的，所述化学气相沉积工艺应用于浅沟槽隔离结构、深沟槽隔离结构、金属前介质层或金属间介质层的形成工艺中。可选的，所述采用原子层沉积工艺在所述半导体衬底表面形成氧化硅层包括：步骤1，使硅源反应物吸附在所述半导体衬底表面；步骤2，采用惰性气体清除未吸附的硅源反应物；步骤3，使氧源反应物与半导体衬底表面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半导体衬底表面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。可选的，所述硅源反应物包括SiH4、BTBAS或BDEAS，所述氧源反应物包括O2、O3或N2O。可选的，所述化学气相沉积工艺还包括：在原子层沉积工艺后、TEOS-Ozone热化学气相沉积工艺前，通入含氢氧的气态物质对所述氧化硅层进行表面处理。可选的，所述化学气相沉积工艺还包括：在形成最后一层氧化硅单层的过程中，通入氧源反应物的同时还通入氧化剂和含氢氧的气态物质。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下有益效果：在采用TEOS-Ozone热化学气相沉积工艺沉积氧化硅薄膜前，先采用原子层沉积工艺在衬底表面沉积氧化硅层，以增加表面的硅羟基数量，由此能够优化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。附图说明图1和图2为衬底表面硅羟基数量影响TEOS-Ozone沉积SiO2薄膜的说明示意图；图3A至图3C为本专利技术实施例的化学气相沉积工艺的各步骤对应的结构示意图；图4A至图4E为本专利技术实施例的浅沟槽隔离结构的形成方法各步骤对应的结构示意图。具体实施方式在进行TEOS-Ozone热化学气相沉积工艺时，半导体衬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。衬底表面硅羟基(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。以图1为例：(a)半导体衬底10表面有数量较多的硅羟基(Si-OH)；(b)进行TEOS-Ozone沉积工艺时，TEOS被O3激活；(c)TEOS反应中间物(reactiveintermediates)吸附在衬底10表面有硅羟基(Si-OH)的位置；(d)经过脱水反应(Dehydrationreaction)，衬底10表面吸附均匀、高密度的硅氧键(Si-O，siliconoxygenbond)和硅羟基(Si-OH)；(e)2个硅羟基(S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，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。3.如权利要求1所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，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。4.如权利要求3所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，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。5.如权利要求3或4所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述原子层沉积工艺为等离子体增强原子层沉积工艺。6.如权利要求3或4所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，各步骤进行的时间范围分别为0.01s～60s。7.如权利要求3或4所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述原子层沉积工艺进行的温度范围为50℃～500℃。8.如权利要求3或4所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述硅源反应物包括SiH4、BTBAS或BDEAS，所述氧源反应物包括O2、O3或N2O。9.如权利要求3或4所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，还包括：在原子层沉积工艺后、TEOS-Ozone热化学气相沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁旭斋，黄建，张锋，吴孝哲，吴龙江，林宗贤，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32