一种隔离结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种隔离结构及其制造方法，所述方法包括如下步骤：提供一半导体衬底，在其中形成至少一个沟槽，沉积衬垫层在所述沟槽的侧壁及底面上，形成可流动式电介质在所述衬垫层的表面，并阶梯式升温固化所述可流动式电介质，所述阶梯式升温使用的固化温度至少包含梯状递增的两种固化温度，使得在所述沟槽中90 wt%以上的可流动式电介质反应为氧化物隔离体。本发明专利技术可避免快速固化反应造成沟槽上部的可流动式电介质快速固化，避免电介质中出现孔洞，并避免过度固化造成的电介质薄膜应力过大。固化完成后，电介质薄膜中Si‑H键、Si‑N键及N‑H键的总数量含量约为2~5%。本发明专利技术可改善可流动式电介质固化制程中出现微粒的现象，并提高可流动式电介质填洞能力表现。

【技术实现步骤摘要】
一种隔离结构及其制造方法
本专利技术属于集成电路制造领域，涉及一种隔离结构及其制造方法。
技术介绍
随着半导体线宽逐渐微缩至20nm以下，可流动式电介质(Flowabledielectric)因其较佳的填洞能力已普遍使用在沟槽填充、介电隔离层(Dielectricisolation)的制作。现有技术中存在如下问题：1、可流动式电介质进行固化反应(移除溶剂时)，会产生大量的外气释放(Outgassing)。如图1a及图1b所示，如无法即时将释放的气体抽出，则释出的气体101将会沉积晶圆102上，并凝结(Condense)成微粒(particle)。2、如图2所示，可流动式电介质进行固化反应时，如处于不适当的反应环境(瞬间高反应温度、大量反应气体环境)，则沟槽(trench)上部可流动式电介质会快速固化得到固化完成的电介质104，使得反应气体103难以达到沟糟底部(pinch-offtopoftrench)，而造成底部材料无法顺利执行固化反应，使得沟槽底部残留有大量未固化的电介质105，从而易形成孔洞。其中，所述沟槽形成于半导体衬底106中，所述沟槽与所述可流动式电介质之间形成有衬垫层107。此外，过度固化(温度过高或时间过长)将使可流动式电介质收缩率(Shrinkagerate)过高造成电介质薄膜应力过大，导致硅衬底差排(Dislocation)。因此电介质中残留的Si-H键、Si-N键及N-H键含量(未过度固化)也是重要的因素。因此，如何提供一种隔离结构及其制造方法，以改善可流动式电介质固化制程中出现颗粒的问题，并提高可流动式电介质的填洞能力，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种隔离结构及其制造方法，用于解决现有技术中可流动式电介质固化制程中容易出现颗粒，且可流动式电介质的填洞能力不佳的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种隔离结构的制造方法，包括如下步骤：提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有第一表面及相对于所述第一表面的第二表面；形成至少一个沟槽在所述衬底中，用以界定出有源区，所述沟槽从所述第一表面构成开口，并往所述第二表面方向延伸；沉积衬垫层在所述沟槽的侧壁及底面上；形成可流动式电介质在所述衬垫层的表面，所述可流动式电介质填充满所述沟槽；及将形成有所述可流动式电介质的所述半导体衬底送入反应室，阶梯式升温固化所述可流动式电介质，所述阶梯式升温使用的固化温度至少包含梯状递增的两种固化温度，使得在所述沟槽中的所述可流动式电介质的90wt％以上反应为氧化物隔离体，其中，不同的所述固化温度分别属于不同的固化阶段，每一固化阶段结束后均在温度稳定状态进行循环清除，以将所述反应室内的反应生成气体排出。可选地，在所述循环清除的过程中，在排气的同时往所述反应室内通入气体，通入的气体包括氧气，所述反应室内的压力范围是2Torr～5Torr。可选地，所述阶梯式升温使用的固化温度范围是145～725℃，阶梯式升温固化所述可流动式电介质包括三个固化阶段：第一固化阶段：将所述反应室的温度升至第一固化温度，在第一固化压力的含氧气氛下维持第一固化时间；第二固化阶段：接着将所述反应室的温度升至第二固化温度，在第二固化压力的含氧气氛下维持第二固化时间；及第三固化阶段：再将所述反应室的温度升至第三固化温度，在第三固化压力的含氧气氛下维持第三固化时间；其中，所述第一固化温度、第二固化温度及第三固化温度依次递增。可选地，所述第一固化温度范围是285～315℃，所述第二固化温度范围是385～415℃，所述第三固化温度范围是675～725℃；所述第一固化压力范围是375～425Torr，所述第二固化压力范围是375～425Torr，所述第三固化压力范围是375～425Torr。可选地，所述第一固化时间范围是15～25分钟，所述第二固化时间范围是25～35分钟，所述第三固化时间范围是50～70分钟。可选地，所述第一固化阶段、第二固化阶段及第三固化阶段的所述含氧气氛均包括氧气、臭氧及水蒸气中的至少一种。可选地，所述第一固化阶段及第二固化阶段的所述含氧气氛均包含氧气，所述第三固化阶段的所述含氧气氛包含水蒸汽。可选地，在完成所述第三固化阶段之后的所述循环清除之后，还包括将沉积有所述可流动式电介质的所述半导体衬底在惰性气体气氛下于温度稳定状态进行退火的步骤。可选地，所述惰性气体包括氮气、氩气及氦气中的至少一种，退火温度范围是675℃～725℃，退火时间范围是25～35分钟，退火时所述反应室内压力范围是400Torr～1大气压。可选地，于所述退火步骤之后，将所述反应室的温度降至145℃～155℃，然后于温度稳定状态将沉积有所述可流动式电介质的所述半导体衬底送出所述反应室。可选地，将形成有所述可流动式电介质的所述半导体衬底送入所述反应室的过程中，所述反应室内为含氧气氛，所述反应室内的温度介于145℃～155℃之间，且处于温度稳定状态。可选地，所述含氧气氛包括氧气。可选地，将形成有所述可流动式电介质的所述半导体衬底送入所述反应室之后，阶梯式升温固化所述可流动式电介质之前，在温度稳定状态下进行循环清除，将所述反应室内的气体排出。可选地，所述沟槽的深宽比范围是14～18。可选地，所述可流动式电介质的材料包含聚硅氮烷，所述可流动式电介质中包含Si-H键、Si-N键及N-H键，所述半导体衬底包括硅衬底，所述衬垫层的材料包括氧化硅及氮化硅中的至少一种，所述氧化物隔离体的材料包括氧化硅。可选地，固化步骤完成后，所述沟槽中残留的可流动式电介质中，未反应的Si-H键、Si-N键及N-H键的总数量占所述沟槽中的氧化物隔离体的Si-O键数量的2～5％。可选地，固化步骤完成后，所述沟槽底部保留有0.001～10wt％的可流动式电介质未被固化。本专利技术还提供一种隔离结构，包括：一半导体衬底，具有第一表面及相对于所述第一表面的第二表面，其中至少一个沟槽形成在所述半导体衬底中，用以界定出有源区，所述沟槽从所述第一表面构成开口，并往所述第二表面方向延伸；一衬垫层，沉积在所述沟槽的侧壁及底面上；及可流动式电介质，形成在所述衬垫层的表面，所述可流动式电介质填充满所述沟槽，在所述沟槽中的所述可流动式电介质的90wt％以上反应为氧化物隔离体。可选地，所述沟槽的深宽比范围是14～18，并且多个晶体管结构形成在由所述氧化物隔离体围绕界定的所述有源区中。可选地，所述半导体衬底包括硅衬底，所述衬垫层的材料包括氧化硅及氮化硅中的至少一种，所述氧化物隔离体的材料包括氧化硅。可选地，所述沟槽中残留的可流动式电介质中，未反应的Si-H键、Si-N键及N-H键的总数量占所述沟槽中的氧化物隔离体的Si-O键数量的2～5％。可选地，所述沟槽中残留的可流动式电介质位于所述沟槽的底部且在所述氧化物隔离体和所述衬垫层之间。可选地，所述沟槽底部保留有0.001～10wt％的可流动式电介质未被固化。如上所述，本专利技术的隔离结构及其制造方法，具有以下有益效果：本专利技术的隔离结构及其制造方法中，隔离结构为沟槽型(深宽比为14～18)，首先沉积衬垫氧化硅于沟槽内，然后沉积可流动式电介质，可流动式电介质固化温度使用区间为145℃～725℃，其中，首本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔离结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有第一表面及相对于所述第一表面的第二表面；形成至少一个沟槽在所述衬底中，用以界定出有源区，所述沟槽从所述第一表面构成开口，并往所述第二表面方向延伸；沉积衬垫层在所述沟槽的侧壁及底面上；形成可流动式电介质在所述衬垫层的表面，所述可流动式电介质填充满所述沟槽；及将形成有所述可流动式电介质的所述半导体衬底送入反应室，阶梯式升温固化所述可流动式电介质，所述阶梯式升温使用的固化温度至少包含梯状递增的两种固化温度，使得在所述沟槽中的所述可流动式电介质的90wt％以上反应为氧化物隔离体，其中，不同的所述固化温度分别属于不同的固化阶段，每一固化阶段结束后均在温度稳定状态进行循环清除，以将所述反应室内的反应生成气体排出。

【技术特征摘要】
2017.08.29 CN 20171075766651.一种隔离结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有第一表面及相对于所述第一表面的第二表面；形成至少一个沟槽在所述衬底中，用以界定出有源区，所述沟槽从所述第一表面构成开口，并往所述第二表面方向延伸；沉积衬垫层在所述沟槽的侧壁及底面上；形成可流动式电介质在所述衬垫层的表面，所述可流动式电介质填充满所述沟槽；及将形成有所述可流动式电介质的所述半导体衬底送入反应室，阶梯式升温固化所述可流动式电介质，所述阶梯式升温使用的固化温度至少包含梯状递增的两种固化温度，使得在所述沟槽中的所述可流动式电介质的90wt％以上反应为氧化物隔离体，其中，不同的所述固化温度分别属于不同的固化阶段，每一固化阶段结束后均在温度稳定状态进行循环清除，以将所述反应室内的反应生成气体排出。2.根据权利要求1所述的隔离结构的制造方法，其特征在于：在所述循环清除的过程中，在排气的同时往所述反应室内通入气体，通入的气体包括氧气，所述反应室内的压力范围是2Torr～5Torr。3.根据权利要求1所述的隔离结构的制造方法，其特征在于：所述阶梯式升温使用的固化温度范围是145～725℃，阶梯式升温固化所述可流动式电介质包括三个固化阶段：第一固化阶段：将所述反应室的温度升至第一固化温度，在第一固化压力的含氧气氛下维持第一固化时间第二固化阶段：接着将所述反应室的温度升至第二固化温度，在第二固化压力的含氧气氛下维持第二固化时间；及第三固化阶段：再将所述反应室的温度升至第三固化温度，在第三固化压力的含氧气氛下维持第三固化时间；其中，所述第一固化温度、第二固化温度及第三固化温度依次递增。4.根据权利要求3所述的隔离结构的制造方法，其特征在于：所述第一固化温度范围是285～315℃，所述第二固化温度范围是385～415℃，所述第三固化温度范围是675～725℃；所述第一固化压力范围是375～425Torr，所述第二固化压力范围是375～425Torr，所述第三固化压力范围是375～425Torr。5.根据权利要求4所述的隔离结构的制造方法，其特征在于：所述第一固化时间范围是15～25分钟，所述第二固化时间范围是25～35分钟，所述第三固化时间范围是50～70分钟。6.根据权利要求3所述的隔离结构的制造方法，其特征在于：所述第一固化阶段、第二固化阶段及第三固化阶段的所述含氧气氛均包括氧气、臭氧及水蒸气中的至少一种。7.根据权利要求6所述的隔离结构的制造方法，其特征在于：所述第一固化阶段及第二固化阶段的所述含氧气氛均包含氧气，所述第三固化阶段的所述含氧气氛包含水蒸汽。8.根据权利要求3所述的隔离结构的制造方法，其特征在于：在完成所述第三固化阶段之后的所述循环清除之后，还包括将沉积有所述可流动式电介质的所述半导体衬底在惰性气体气氛下于温度稳定状态进行退火的步骤。9.根据权利要求8所述的隔离结构的制造方法，其特征在于：所述惰性气体包括氮气、氩气及氦气中的至少一种，退火温度范围是675℃～725℃，退火时间范围是25～35分...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34