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。沟槽隔离结构的形成方法包括：提供半导体衬底，半导体衬底上形成有研磨停止层；依次刻蚀研磨停止层和半导体衬底，在研磨停止层和半导体衬底内形成沟槽；在半导体衬底内的沟槽侧壁及底部形成氧化硅层；采用紫外光以及含羟基的气态或液态物质对氧化硅层进行表面处理，或者，采用紫外光以及反应物组合对氧化硅层进行表面处理，所述反应物组合适于反应生成含羟基的物质；采用TEOS‑Ozone热化学气相沉积工艺向沟槽内填充氧化硅，所述氧化硅填满所述沟槽且覆盖所述研磨停止层。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。

Formation Method and Chemical Vapor Deposition Technology of Groove Isolation Structure

【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；在所述半导体衬底内的沟槽侧壁及底部形成氧化硅层；采用紫外光以及含羟基的气态或液态物质对所述氧化硅层进行表面处理，或者，采用紫外光以及反应物组合对所述氧化硅层进行表面处理，所述反应物组合适于反应生成含羟基的物质；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研磨停止层。可选的，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氧化硅层。可选的，所述含羟基的气态或液态物质包括H2O、H2O2或醇类。可选的，所述反应物组合包括O3和H2或者包括O2和H2。可选的，在采用紫外光进行表面处理时，还通入强氧化性物质。可选的，所述强氧化性物质包括O3。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；在所述半导体衬底上形成氧化硅层；采用紫外光以及含羟基的气态或液态物质对所述氧化硅层进行表面处理，或者，采用紫外光以及反应物组合对所述氧化硅层进行表面处理，所述反应物组合适于反应生成含羟基的物质；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，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，所述含羟基的气态或液态物质包括H2O、H2O2或醇类。可选的，所述反应物组合包括O3和H2或者包括O2和H2。可选的，在采用紫外光进行表面处理时，还通入强氧化性物质。可选的，所述强氧化性物质包括O3。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(SiO2)薄膜前，先采用紫外光以及含羟基的气态或液态物质对所述氧化硅层进行表面处理，或者，采用紫外光以及反应物组合(适于反应生成含羟基的物质)对所述氧化硅层进行表面处理，利用紫外光提供能量以击断硅氧(Si-O)键，使得含羟基(-OH)物质中的羟基可以与硅(Si-)结合成硅羟基(Si-OH)，由此增加表面的硅羟基数量，从而能够优化TEOS-Ozone氧化硅薄膜的沉积速率、均匀性、致密性，提高薄膜质量及产能。进一步，在采用紫外光进行表面处理时，还通入强氧化性物质，例如O3，O3很容易分解产生O2和O自由基，O自由基的化学活性很高，可以更轻松的抢夺Si-O键中的O形成O2逃逸掉，因此UV+O3的处理可以加强破坏Si-O键的过程。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薄膜的原理示意图；图3A至图3E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4为本专利技术实施例的对氧化硅层进行表面处理以增加硅羟基数量的原理示意图；图5A至图5E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(Si-OH)脱水形成硅氧键(Si-O)，均匀、高密的硅氧键(Si-O)在衬底10表面形成均匀、致密的SiO2薄膜11。以图2为例：(a')半导体衬底10'表面有少量的硅羟基(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(表面反应模式)，TEOS反应中间物在没有硅羟基(Si-OH)的位置(气相反应模式)形成聚硅氧烷(polysiloxane，(-Si-O-Si-O-)n)；(d')经过脱水反应(Dehydrationreaction)，衬底10'表面形成聚硅氧烷、少量的硅氧键(Si-O，siliconoxygenbond)和硅羟基(Si-OH)；(e')2个硅羟基(Si-OH)脱水形成硅氧键(Si-O)，少量、不均匀的硅氧键(Si-O)在衬底10'表面形成不均匀、致密性差的SiO2薄膜11'，影响了薄膜沉积质量。基于此，为了优化TEOS-Ozone热化学气相沉积工艺，本专利技术技术方案在TEOS-Ozone热化学气相沉积工艺前先采用紫外光以及含羟基的气态或液态物质对半导体衬底上的氧化硅层进行表面处理，或者，采用紫外光以及适于产生含羟基的物质的反应物组合对半导体衬底上的氧化硅层进行表面处理，以增加表面的硅羟基数量。下面结合实施例和附图对本专利技术技术方案进行详细说明。本专利技术实施例提供的化学气相沉积工艺包括：提供半导体衬底1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；在所述半导体衬底内的沟槽侧壁及底部形成氧化硅层；采用紫外光以及含羟基的气态或液态物质对所述氧化硅层进行表面处理，或者，采用紫外光以及反应物组合对所述氧化硅层进行表面处理，所述反应物组合适于反应生成含羟基的物质；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研磨停止层。

【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；在所述半导体衬底内的沟槽侧壁及底部形成氧化硅层；采用紫外光以及含羟基的气态或液态物质对所述氧化硅层进行表面处理，或者，采用紫外光以及反应物组合对所述氧化硅层进行表面处理，所述反应物组合适于反应生成含羟基的物质；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研磨停止层。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，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氧化硅层。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，所述含羟基的气态或液态物质包括H2O、H2O2或醇类。4.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，所述反应物组合包括O3和H2或者包括O2和H2。5.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，在采用紫外光进行表面处理时，还通入强氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李众，鲁旭斋，张锋，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