沟槽隔离结构的形成方法技术

一种沟槽隔离结构的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有开口；在所述开口的侧壁表面形成第一绝缘衬垫层；在所述开口的底部表面形成第二绝缘衬垫层；在形成第一绝缘衬垫层和第二绝缘衬垫层之后，进行表面处理工艺，使所述开口内的第一绝缘衬垫层和第二绝缘衬垫层表面具有氢氧键，且所述第二绝缘衬垫层表面的氢氧键密度大于第一绝缘衬垫层表面的氢氧键密度；在表面处理工艺之后，在所述开口内的第一绝缘衬垫层和第二绝缘衬垫层表面形成填充满所述开口的绝缘层。所形成的浅沟槽隔离结构内无空隙、质量好。

【技术实现步骤摘要】
沟槽隔离结构的形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种沟槽隔离结构的形成方法。
技术介绍
浅沟槽隔离结构（ShallowTrenchIsolation，STI）在目前的半导体器件制造中用于器件隔离。所述浅沟槽隔离结构的工艺包括：采用刻蚀工艺在衬底内形成开口（即浅沟槽），所述浅沟槽常用于隔离衬底内的有源区；在所述衬底表面和开口内形成填充满开口的绝缘层，所述绝缘层的材料包括氧化硅；采用化学机械抛工艺去除高于开口顶部的绝缘层。随着半导体技术的发展，器件尺寸持续缩小，集成电路的集成化不断提高，导致浅沟槽隔离结构的宽度尺寸也相应减小，则用于形成浅沟槽隔离结构的开口的深宽比（aspectratio）不断增大，会导致所形成的浅沟槽隔离结构内产生空隙（void）。图1至图3是现有技术高深宽比的沟槽隔离结构的形成过程的剖面结构示意图。请参考图1，提供具有开口101的衬底100，所述开口101的深宽比大于3:1，所述开口101的侧壁和底部表面形成有氧化衬垫层102。请参考图2，采用化学气相沉积工艺在衬底100表面、以及开口101内形成绝缘薄膜103。在形成所述绝缘薄膜103的过程中，绝缘材料容易堆积在靠近开口101顶部的侧壁表面，导致形成于开口101顶部侧壁的绝缘薄膜103厚度较厚，而开口101底部的绝缘薄膜103厚度较薄。请参考图3，继续采用化学气相沉积工艺增厚绝缘薄膜103，位于开口101顶部的绝缘薄膜103首先闭合，而此时的开口101内任未被填充满，从而形成空隙104。现有技术为了克服在高深宽比的开口内的填充问题，采用高深宽比填孔工艺（HARP，HighAspectRatioProcess），以满足更高深宽比开口的填充需求，以实现高深宽比沟槽隔离结构的无空隙。具体的，以正硅酸乙酯（TEOS）与臭氧（O3）为反应气体，能够填充深宽比大于6:1的开口。然而，当用于形成沟槽隔离结构的开口深宽比继续增加，所述高深宽比填孔工艺还是会产生空隙问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种沟槽隔离结构的形成方法，，使所形成的浅沟槽隔离结构内无空隙、质量好。为解决上述问题，本专利技术提供一种沟槽隔离结构的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有开口；在所述开口的侧壁表面形成第一绝缘衬垫层；在所述开口的底部表面形成第二绝缘衬垫层；在形成第一绝缘衬垫层和第二绝缘衬垫层之后，进行表面处理工艺，使所述开口内的第一绝缘衬垫层和第二绝缘衬垫层表面具有氢氧键，且所述第二绝缘衬垫层表面的氢氧键密度大于第一绝缘衬垫层表面的氢氧键密度；在表面处理工艺之后，在所述开口内的第一绝缘衬垫层和第二绝缘衬垫层表面形成填充满所述开口的绝缘层。可选的，所述第一绝缘衬垫层的形成工艺为：在所述半导体衬底表面、以及开口的侧壁和底部表面沉积第一绝缘薄膜；回刻蚀所述第一绝缘薄膜，去除位于半导体衬底表面和开口底部表面的第一绝缘薄膜，形成第一绝缘衬垫层。可选的，所述回刻蚀工艺为各向异性的干法刻蚀工艺。可选的，所述第一绝缘衬垫层的材料为氮化硅，所述第二绝缘衬垫层的材料为氧化硅。可选的，所述第二绝缘衬垫层的形成工艺为热氧化工艺。可选的，在热氧化工艺之后，进行热退火工艺，所述热退火工艺的参数为：在热氧化工艺之后，进行热退火工艺，所述热退火工艺的参数为：温度为500摄氏度～800摄氏度，时间为30分钟～90分钟。可选的，所述表面处理工艺为：温度为400℃～550℃，水汽H2O的流量为3000标准毫升/分钟～6000标准毫升/分钟，载气氦气的流量为5000标准毫升/分钟～15000标准毫升/分钟，气压为2托～8托，射频功率为500瓦～1000瓦。可选的，所述开口的深宽比大于8:1。可选的，所述开口的形成工艺为：在半导体衬底表面形成掩膜层，所述掩膜层暴露出部分半导体衬底表面，所述掩膜层的材料为氮化硅；以所述掩膜层为掩膜刻蚀半导体衬底，形成开口，所述掩膜层在形成绝缘层之后被去除。可选的，所述绝缘层的形成工艺为：在所述半导体衬底、第一绝缘衬垫层和第二绝缘衬垫层表面形成填充满开口绝缘薄膜；采用化学机械抛光工艺去除位于半导体衬底表面的绝缘薄膜，直至暴露出半导体衬底为止。可选的，所述绝缘薄膜的材料为氧化硅，形成工艺为化学气相沉积工艺。可选的，所述化学气相沉积工艺的沉积气体包括正硅酸乙酯和臭氧，所述正硅酸乙酯的流量为500毫克/分钟～8000毫克/分钟，臭氧的流量为5000标准毫升/分钟～3000标准毫升/分钟，气压为300托～600托，温度为400摄氏度～600摄氏度。可选的，所述沉积气体还包括：氮气、氧气和氦气，氮气的流量为1000标准毫升/分钟～10000标准毫升/分钟，氧气的流量为0标准毫升/分钟～5000标准毫升/分钟，氦气的流量为5000标准毫升/分钟～20000标准毫升/分钟。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：在用于形成隔离结构的开口侧壁表面形成第一绝缘衬垫层，所述第一绝缘衬垫层作为后续形成的绝缘层和半导体衬底之间的过渡；在所述开口的底部表面形成第二绝缘衬垫层；由于材料表面的氢氧键的密度由材料本身的特性决定，能够通过调整材料的种类，使第二绝缘衬垫层表面的氢氧键密度大于所述第一绝缘衬垫层表面的氢氧键密度；由于所述氢氧键密度越大，后续形成绝缘层的速率越快，因此开口底部形成绝缘层的速率大于开口侧壁形成绝缘层的速率，能够抑制开口顶部绝缘层因形成速率过快而过早闭合的问题，保证了开口的绝缘层内无空隙。所形成的沟槽隔离结构致密、质量好、性能稳定。进一步，所述第一绝缘衬垫层的材料为氮化硅，所述第二绝缘衬底层的材料为氧化硅；由于材料本身的特性决定，氧化硅表面的氢氧键密度大于氮化硅表面的氢氧键密度，所述第一绝缘衬垫层表面的氢氧键密度多于第二绝缘衬垫层表面的氢氧键密度，因此在第二绝缘衬垫层表面形成绝缘层的速率小于第一绝缘衬垫层表面形成绝缘层的速率，能够避免在开口未填充满时开口顶部已闭合的问题，有利于形成无空隙的沟槽隔离结构。附图说明图1至图3是现有技术高深宽比的沟槽隔离结构的形成过程的剖面结构示意图；图4至图8是本专利技术的实施例所述沟槽隔离结构的形成过程的剖面结构示意图；图9是采用正硅酸乙酯和臭氧、以高深宽比沉积工艺形成绝缘薄膜的机理示意图。具体实施方式如
技术介绍
所述，现有技术所形成的高深宽比的沟槽隔离结构内容易形成空隙。经过本专利技术的专利技术人研究发现，采用高深宽比工艺以硅酸乙酯和臭氧为反应气体形成氧化硅薄膜时，沉积速率与所沉积表面的氢氧键密度有关，当所沉积表面的氢氧键密度越高时，沉积速率越快。现有技术中，用于形成绝缘层的开口侧壁和底部表面的材料相同，则氢氧键密度相近，在所述开口侧壁和底部表面沉积氧化硅薄膜的速率相近。然而，反应气体首先容易接触开口顶部的侧壁，即所述开口顶部的侧壁表面会先抓取反应气体并形成氧化硅，导致在所述开口顶部形成氧化硅薄膜的速率较开口底部更快；当所述开口的深宽继续增大，例如大于10:1时，反应气体到达开口底部的难度增大，导致开口底部形成氧化硅薄膜的速率降低，同时开口顶部形成氧化硅薄膜的速率较快，因此依旧会导致开口顶部的氧化硅绝缘层先闭合，而在开口内形成空隙，导致所形成的沟槽隔离结构内产生空隙，所述空隙会降低隔离效果，或捕获电荷，容易造成所形成的器件性本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，所述半导体衬底内具有开口；在所述开口的侧壁表面形成第一绝缘衬垫层；在所述开口的底部表面形成第二绝缘衬垫层；在形成第一绝缘衬垫层和第二绝缘衬垫层之后，进行表面处理工艺，使所述开口内的第一绝缘衬垫层和第二绝缘衬垫层表面具有氢氧键，且所述第二绝缘衬垫层表面的氢氧键密度大于第一绝缘衬垫层表面的氢氧键密度；在表面处理工艺之后，在所述开口内的第一绝缘衬垫层和第二绝缘衬垫层表面形成填充满所述开口的绝缘层。

【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，所述半导体衬底内具有开口；在所述开口的侧壁表面形成第一绝缘衬垫层；在所述开口的底部表面形成第二绝缘衬垫层；在形成第一绝缘衬垫层和第二绝缘衬垫层之后，进行表面处理工艺，使所述开口内的第一绝缘衬垫层和第二绝缘衬垫层表面具有氢氧键，且所述第二绝缘衬垫层表面的氢氧键密度大于第一绝缘衬垫层表面的氢氧键密度；在表面处理工艺之后，在所述开口内的第一绝缘衬垫层和第二绝缘衬垫层表面形成填充满所述开口的绝缘层，所述绝缘层的材料为氧化硅。2.如权利要求1所述沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述第一绝缘衬垫层的形成工艺为：在所述半导体衬底表面、以及开口的侧壁和底部表面沉积第一绝缘薄膜；回刻蚀所述第一绝缘薄膜，去除位于半导体衬底表面和开口底部表面的第一绝缘薄膜，形成第一绝缘衬垫层。3.如权利要求2所述沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述回刻蚀工艺为各向异性的干法刻蚀工艺。4.如权利要求1所述沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述第一绝缘衬垫层的材料为氮化硅，所述第二绝缘衬垫层的材料为氧化硅。5.如权利要求4所述沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述第二绝缘衬垫层的形成工艺为热氧化工艺。6.如权利要求5所述沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，在热氧化工艺之后，进行热退火工艺，所述热退火工艺的参数为：温度为500摄氏度～800摄氏度，时间为30分钟～90分钟。7.如权利要求1所述沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述表面处理工艺为：温度为400℃～550℃，水汽H2O的流量为3000标准毫升/分钟～6000标...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓浩，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31