沟槽隔离结构及其形成方法技术

本发明专利技术提供了一种沟槽隔离结构及其形成方法。通过在沟槽中填充含氧绝缘层，并进一步注入硼离子以形成氧化硼，从而可利用含氧化硼的含氧绝缘层构成沟槽隔离结构的绝缘材料，相当于提高了沟槽隔离结构其绝缘材料的绝缘性能，有利于同时改善沟槽隔离结构的隔离性能与填沟能力。

Trench isolation structure and its forming method

【技术实现步骤摘要】
沟槽隔离结构及其形成方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种沟槽隔离结构及其形成方法。
技术介绍
随着半导体技术的发展，半导体器件的尺寸趋于减小以及其密度也逐步增加，尤其是在超大规模集成电路(VeryLargeScaleIntegrationCircuit，VLSI)的制程技术中，随着各种元器件的集成规模的提升，相邻元器件之间的绝缘隔离尤其重要。通常，在相邻的元器件之间可利用沟槽隔离结构实现电性隔离，其中现有的沟槽隔离结构的形成方法一般包括如下步骤。第一步骤，具体参考图1a所示，提供一衬底10，并在所述衬底10上形成一掩膜层12，以利用所述掩膜层12为掩膜形成有一沟槽10a在所述衬底10中。第二步骤，具体参考图1b所示，沉积绝缘材料层20在所述衬底上，并使所述绝缘材料层20填充所述沟槽10a。其中，可利用高密度等离子体工艺(HighDensityPlasma，HDP)形成所述绝缘材料层20，以提高所述绝缘材料层20在所述沟槽10a中填充性能。应当认识到，如图1b所示，所述绝缘材料层20还覆盖所述衬底的顶表面，并且为确保绝缘材料层20能够填满所述沟槽，从而导致绝缘材料层20覆盖在衬底顶表面的厚度较大，并且使绝缘材料层20中对应在沟槽区域的部分相对于绝缘材料层20中非对应沟槽区域的部分存在较大的凹陷20a。此外，在形成所述绝缘材料层20时，通常采用化学气相沉积工艺(例如，为提高沟槽的填充性能可采用高密度等离子工艺)沉积绝缘材料层20，而在此高温工艺中将会导致所形成的绝缘材料层20具有较大的内应力。第三步骤，具体参考图1c所示，刻蚀所述绝缘材料层20，以去除所述绝缘材料层20远离所述沟槽的部分。即，保留所述绝缘材料层20靠近所述沟槽的部分。如此，即可去除大部分的绝缘材料层20，以减少后续化学机械研磨工艺时的研磨量。显然，此时衬底表面上仍残留有较大厚度的绝缘材料层20，此将在后续步骤中利用化学机械研磨工艺去除。第四步骤，具体参考图1d所示，执行化学机械研磨工艺(ChemicalMechanicalPolishing)，以去除凸出于所述沟槽的绝缘材料层。需要说明的是，现有的形成方法中，虽然可以采用高密度等离子体工艺改善绝缘材料层对沟槽的填充性能，然而在此基础上会直接导致衬底表面上相应的沉积有较大厚度的绝缘材料层，从而使衬底表面呈现为极不平坦的表面，这将导致化学机械研磨后的表面更容易产生凹陷(dishing)，使得研磨后的表面平坦度差，此将会对后续的工艺造成不利影响(例如，会影响后续的光刻工艺的精度)。此外，在形成所述沟槽隔离结构时，不可避免的会采用高温制程，而高温制程会导致填充在沟槽中的绝缘材料层产生较大的内应力，从而会对沟槽隔离结构的隔离性能造成影响。特别是随着半导体技术的发展，元器件的尺寸不断缩减，并且相邻元器件之间的间距也趋于减小，因此如何进一步提高沟槽隔离结构的隔离性能尤其重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种沟槽隔离结构的形成方法，以提高沟槽隔离结构的隔离性能。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种沟槽隔离结构的形成方法，包括：提供一衬底，所述衬底中形成至少一沟槽；填充含氧绝缘层在所述衬底的所述沟槽中；执行离子注入工艺，以注入硼离子至所述含氧绝缘层中，所述硼离子与所述含氧绝缘层中的氧结合形成氧化硼；以及，形成绝缘介质层在所述沟槽中的所述含氧绝缘层上，并且所述绝缘介质层顶表面高出衬底顶表面。可选的，所述沟槽的形成方法包括：形成一掩膜层在所述衬底上，并形成图形化的光刻胶层在所述掩膜层上；以及，以所述光刻胶层为掩膜依次刻蚀所述掩膜层和部分衬底，以形成至少一沟槽，所述沟槽贯穿所述掩膜层并延伸至所述衬底中，并且所述沟槽的开口尺寸从沟槽顶部至沟槽底部逐渐减小，以使所述沟槽具有倾斜侧壁。可选的，在执行所述离子注入工艺之前，所述含氧绝缘层还覆盖所述掩膜层的顶表面，以使所述含氧绝缘层具有凸出于所述沟槽的凸出部，以及所述含氧绝缘层填充在所述沟槽中的部分构成填充部；在执行所述离子注入工艺时，所述硼离子注入至所述含氧绝缘层的所述填充部中；以及，在执行所述离子注入工艺之后，还包括执行退火工艺，在执行所述退火工艺的过程中，所述凸出部遮盖所述填充部。可选的，采用旋涂工艺形成所述含氧绝缘层；以及，在执行所述退火工艺之后还包括：利用回刻蚀工艺去除所述含氧绝缘层的所述凸出部，并保留至少部分所述填充部。可选的，所述掩膜层的材质包括氮化硅；在形成所述掩膜层之前还包括形成一垫氧化层在所述衬底上；以及，在形成所述掩膜层时，所述掩膜层间隔所述垫氧化层覆盖在所述衬底上。可选的，填充所述含氧绝缘层至所述沟槽中时，所述含氧绝缘层的顶表面高出所述衬底的顶表面；在执行所述离子注入工艺之后还包括：刻蚀所述含氧绝缘层，并刻蚀至对应于衬底顶表面的高度位置，以暴露出所述垫氧化层朝向所述沟槽的侧壁；以及，在暴露出所述垫氧化层的侧壁之后，还包括：侧向刻蚀所述垫氧化层，以去除所述垫氧化层靠近所述沟槽的部分。可选的，在侧向刻蚀所述垫氧化层之后，填充所述绝缘介质层在所述沟槽中，所述绝缘介质层连接剩余的含氧绝缘层，并且所述绝缘介质层未覆盖所述衬底靠近所述沟槽的顶表面。可选的，在形成所述沟槽之后以及填充所述含氧绝缘层之前，还包括：形成一隔离屏障层在所述沟槽的侧壁和底壁上；在填充所述含氧绝缘层并执行所述离子注入工艺之后，利用所述隔离屏障层阻挡注入至所述含氧绝缘层中的离子扩散至所述衬底中。可选的，含氧化硼的含氧绝缘层的材质包括氧化硅和氧化硼，其中所述氧化硅和所述氧化硼的摩尔比介于15：1～40：1。本专利技术的又一目的在于提供一种沟槽隔离结构，包括：衬底，所述衬底中有至少一沟槽；含氧化硼的含氧绝缘层，填充在所述衬底的所述沟槽中；以及绝缘介质层，所述绝缘介质层在所述沟槽中的所述含氧绝缘层上，并且所述绝缘介质层顶表面高出衬底顶表面。可选的，所述沟槽隔离结构还包括：垫氧化层，形成在所述衬底的顶表面上，并且所述垫氧化层未覆盖所述衬底靠近所述沟槽的顶表面。可选的，所述沟槽隔离结构还包括：隔离屏障层，形成在所述沟槽的侧壁和底壁上，以利用所述隔离屏障层间隔所述含氧绝缘层和所述衬底。在本专利技术提供的沟槽隔离结构的形成方法中，通过形成含氧绝缘层并进一步注入硼离子，从而可最终形成含氧化硼的含氧绝缘层，以构成沟槽隔离结构的绝缘材料。由于氧化硼具备较好的绝缘性能，即相当于提高了沟槽隔离结构其绝缘材料的绝缘性能，从而可相应的增加了沟槽隔离结构的隔离性能。进一步的，本专利技术提供的沟槽隔离结构的形成方法中，在形成含氧化硼的含氧绝缘层之后，还可进一步部分去除含氧绝缘层，以释放含氧绝缘层的内应力(例如，可以缓解高温制程中含氧绝缘层发生收缩而产生的应力)。更进一步的，本专利技术提供的沟槽隔离结构的形成方法中，通过依次填本文档来自技高网...

【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：/n提供一衬底，所述衬底中形成至少一沟槽；/n填充含氧绝缘层在所述衬底的所述沟槽中；/n执行离子注入工艺，以注入硼离子至所述含氧绝缘层中，所述硼离子与所述含氧绝缘层中的氧结合形成氧化硼；以及，/n形成绝缘介质层在所述沟槽中的所述含氧绝缘层上，并且所述绝缘介质层顶表面高出衬底顶表面。/n

【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：
提供一衬底，所述衬底中形成至少一沟槽；
填充含氧绝缘层在所述衬底的所述沟槽中；
执行离子注入工艺，以注入硼离子至所述含氧绝缘层中，所述硼离子与所述含氧绝缘层中的氧结合形成氧化硼；以及，
形成绝缘介质层在所述沟槽中的所述含氧绝缘层上，并且所述绝缘介质层顶表面高出衬底顶表面。


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，所述沟槽的形成方法包括：
形成一掩膜层在所述衬底上，并形成图形化的光刻胶层在所述掩膜层上；以及，
以所述图形化的光刻胶层为掩膜依次刻蚀所述掩膜层和部分衬底，以形成至少一沟槽，所述沟槽贯穿所述掩膜层并延伸至所述衬底中，并且所述沟槽的开口尺寸从沟槽顶部至沟槽底部逐渐减小，以使所述沟槽具有倾斜侧壁。


3.如权利要求2所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，在执行所述离子注入工艺之前，所述含氧绝缘层还覆盖所述掩膜层的顶表面，以使所述含氧绝缘层具有凸出于所述沟槽的凸出部，以及所述含氧绝缘层填充在所述沟槽中的部分构成填充部；
在执行所述离子注入工艺时，所述硼离子注入至所述含氧绝缘层的所述填充部中；以及，
在执行所述离子注入工艺之后，还包括执行退火工艺，在执行所述退火工艺的过程中，所述凸出部遮盖所述填充部。


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，采用旋涂工艺形成所述含氧绝缘层；
以及，在执行所述退火工艺之后还包括：利用回刻蚀工艺去除所述含氧绝缘层的所述凸出部，并保留至少部分所述填充部。


5.如权利要求2所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述掩膜层的材质包括氮化硅；在形成所述掩膜层之前还包括形成一垫氧化层在所述衬底上；
以及，在形成所述掩膜层时，所述掩膜层间隔所述垫氧化层覆盖在所述衬底上。


6.如权利要求5所述的沟槽隔离结...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉贵，吴佳特，
申请(专利权)人：合肥晶合集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34