一种浅沟槽隔离结构的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种浅沟槽隔离结构的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着集成电路的发展，现代的CMOS芯片通常在一块普通的硅衬底材料上集成数 以百万计的有源器件（即NMOS晶体管和PMOS晶体管），然后通过特定的连接实现各种复杂 的逻辑功能或模拟功能，而除了这些特定的功能以外，在电路的设计过程中，通常假设不同 的器件之间一般是没有其他的互相影响的。因此在集成电路制造中必须能够把器件隔离开 来，这就需要隔离技术。
[0003] 随着器件向深亚微米发展，隔离技术由局部氧化（Local Oxidation of Silicon， LOCOS)工艺发展成为浅沟槽隔离（STI)技术。业界常用的浅沟槽隔离（STI)方法主要包括 以下步骤：首先，在硅衬底上依次沉积氧化层、氮化硅层，并在氮化硅层上形成图形化的光 刻胶层；之后以该图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀氮化硅层、氧化层和衬底，从而形成沟槽， 并定义出有源区（Active Area);接着在沟槽内生长线型氧化层（Liner Oxide)，以改善娃 衬底与后续填充的氧化物的界面特性；随后进行高温退火（High Temperature Anneal)以 释放应力，优化氧化层的质量；然后在这些沟槽中填入氧化物材料（如SiO2材料）作为隔 离材料；最后进行高温退火（High Temperature Anneal)以释放应力，并密化沟槽中的氧化 物材料。上述的隔离工艺可以完全消除局部氧化（L0C0S)隔离工艺所特有的氧化层边缘的 鸟嘴形状，由此可以形成更小的器件隔离区。
[0004] 随着器件尺寸降到65纳米以下，对浅沟槽的SiO2填充工艺的能力要求更高，SiO 2 填充工艺需要由高浓度等离子体（High Density Plasma，HDP)工艺发展成为高深宽比 (High Aspect Ratio Process，HARP)工艺。HARP的反应物之一是娃酸乙醋（分子式是 Si (OC2H5)4),在O3的氧化作用下生成SiO 2，能在沟槽内生长一种高度均匀的氧化物薄膜，但 在薄膜中化学键结构中仍有一些未形成SiO2网状结构的"-OH"键，由此导致在沟槽内留下 裂缝或者空隙，常用消除HARP留下的裂缝或者空隙的方法为水蒸汽退火，"-OH"化学键会 在水蒸汽退火中伴随脱水反应，从而达到修复空隙的结果，反应方程式如下：
[0005] …~Si-〇-H+H-〇-Si ~…-…Si-O-Si... +H2O
[0006] 由于水蒸汽退火在消除HARP工艺裂缝或者空隙的同时会对半导体衬底（沟槽侧 壁）的硅衬底产生氧化作用，使有源区（Active Area)的Si会被消耗，从而造成有源区临 界尺寸（Critical Dimension)缩小，从而导致后续制程中有源区的关键尺寸（CD)很难控 制，有源区的临界尺寸缩小会影响器件的饱和电流，进而影响到整个器件的性能。所以，在 退火处理后得到规定的有源区（Active Area)的临界尺寸为本领域技术人员亟待解决的技 术问题之一。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种浅沟槽隔离结构的制备方法，可以有效克服水蒸汽退 火时H2O及其它含氧基团的扩散，避免造成对有源区边界的硅损耗，从而避免有源区临界尺 寸的缩小。
[0008] 为了克服以上问题，本发明提供了一种浅沟槽隔离结构的制备方法，包括：
[0009] 提供一半导体衬底，在所述半导体衬底中形成沟槽；
[0010] 在所述沟槽的表面形成线型氧化层；
[0011] 在所述线型氧化层的表面形成线型非晶硅层；
[0012] 在所述沟槽中填充隔离介质层；
[0013] 对所述隔离介质层进行水蒸汽退火。
[0014] 进一步的，在所述半导体衬底中形成沟槽的步骤包括：
[0015] 在所述半导体衬底表面依次形成氧化层和氮化硅层；
[0016] 采用浅沟槽隔离刻蚀工艺依次刻蚀所述氮化硅层、氧化层以及半导体衬底，以在 所述半导体衬底中形成沟槽；
[0017] 对所述沟槽进行原位表面清洗。
[0018] 进一步的，对所述沟槽进行表面清洗的步骤是在酸槽设备中进行的，所使用的化 学品包括DHF清洗液、SCl清洗液和SC2清洗液中的至少一种。
[0019] 进一步的，在对所述沟槽进行表面清洗的步骤之前，还包括对所述沟槽侧壁的氮 化硅层进行湿法刻蚀，直至暴露出所述氮化硅层下方的氧化层的步骤。
[0020] 进一步的，所述沟槽的侧壁所刻蚀的氮化硅层的宽度为40 /\~100/\。
[0021] 进一步的，所述线型氧化层的形成工艺为原子层沉积工艺、炉火氧化工艺或原位 水汽氧化工艺。
[0022] 进一步的，所述线型氧化层在所述沟槽的表面的形成厚度为20人~70 A。
[0023] 进一步的，所述线型氧化层为氧化层或氮氧化层。
[0024] 进一步的，采用原子层沉积工艺来沉积所述氮化层，采用原位水蒸气氧化工艺来 氧化所述氮化层，所述氮氧化层包括被氧化的所述氮化层和与所述沟槽表面接触的所述氮 化层。
[0025] 进一步的，采用低压气相化学沉积（LPCVD)方式形成所述线型非晶硅层。
[0026] 进一步的，所述线型非晶硅层在所述线型氧化层的表面的形成厚度为 20A~100A。
[0027] 进一步的，所述隔离介质层的材料为二氧化硅。
[0028] 与现有技术相比，本发明提出的浅沟槽隔离结构的制备方法，在沟槽中形成线型 氧化层之后，引入线型非晶硅层，来消耗后续的对所述隔离介质层进行水蒸汽退火步骤中 产生的H 2O及其它含氧基团，进而阻止了形成的H2O及其它含氧基团向半导体衬底中的扩 散，且该线型非晶硅层在水蒸汽退火时，替代沟槽侧壁的半导体衬底而被消耗并完全转化 为SiO 2，成为沟槽中隔离介质层的一部分，由此可以避免水蒸汽退火过程对沟槽侧壁的有 源区边界的氧化，降低了沟槽侧壁半导体衬底材料的消耗，减少了有源区临界尺寸（AA CD) 缩小，同时避免沟槽填充的隔离介质内部的空洞或缝隙缺陷。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明具体实施例的浅沟槽隔离结构的制备方法流程示意图；
[0030] 图2A至2F是本发明具体实施例的浅沟槽隔离结构的制备方法中的器件剖面结构 示意图。
【具体实施方式】
[0031] 为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作 进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。以下 将结合附图1和图2A至2F和具体实施例对浅沟槽隔离结构的制备方法作进一步详细说 明。其中，图2A为半导体衬底的有源区上有氮化硅沉积后的器件结构剖面示意图，图2B为 半导体衬底中沟槽刻蚀后的器件结构剖面示意图，图2C为氮化硅后拉工艺后的器件结构 剖面示意图，图2D为沟槽中有线型氧化层形成后的器件结构剖面示意图，图2E为沟槽中有 线型非晶硅层形成后的器件结构剖面示意图，图2F为水蒸汽退火后的器件结构剖面示意 图。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达 到辅助说明本实施例的目的。
[0032] 请参考图1，本发明提供了一种浅沟槽隔离结构的制备方法，包括：
[0033] S1，提供一半导体衬底，在所述半导体衬底中形成沟槽；
[0034] S2,在所述沟槽的表面形成线型氧化层；
[0035] S3,在所述线型氧化层的表面形成线型非晶硅层；
[0036] S4,在所述沟槽中填充隔离介质层；
[0037] S5,对所述隔离介质层进行水蒸汽退火。
[0038] 请参考图2A和图2B，在步骤Sl中，首先，在半导体衬底100表面上从下至上依次 覆盖氧化层101和氮化硅层102 ;接着，在氮化硅层102上形成光刻胶层103 ;然后，对该光 刻胶层103图形化以定义有源区和浅沟槽隔离区，并形成界定浅沟槽的开口。以该图形化 的光刻胶层103为掩膜，执行浅沟槽刻蚀工艺，具体地，干法刻蚀覆盖半导体衬底100表面 的氮化硅层102和氧化层101，直至在半导体衬底100中形成沟槽104,沟槽104用以形成 隔离有源区的浅沟槽隔离结构。本实施例中，提供的半导体衬底100可以为形成有半导体 器件的硅、形成有半导体器件的绝缘体上硅（SOI)、或者为形成有半导体器件的II-VI或者 III-V族化合物半导体。氧化层101 -般为二氧化硅层或氮氧化硅层，氧化层101和氮化硅 层102的制备均采用本领域技术人员熟知的工艺，在此不作赘述。刻蚀形成的沟槽104可 以为V型或U型槽。
[0039] 较佳的，浅沟槽刻蚀工艺后，对所述沟槽104进行原位表面清洗，具体地，所使用 DHF清洗液、SCl清洗液和SC2清洗液中的至少一种，在酸槽设备中清洗沟槽表面，去除沟槽 104表面的颗粒和自然氧化层，得到清洁的浅沟槽表面，有利于后续线型氧化层的生长。其 中，DHF(HF)清洗液可以选用20°C~25°C DHF，以腐蚀掉沟槽内表面的自然氧化膜，同时沟 槽内表面的娃几乎不被腐蚀；SCI (Ammonium hydroxide/hydrogen per ox ide/DI water mixture，APM)清洗液可以选用 30°C ~80°C 的 NH40H/H202/H20,其配方为：NH 40H:H202:H20 =1:1:5~1:2:7,由于H 2O2的作用，沟槽内表面有一层自然氧化膜（SiO2)，呈亲水性，沟 槽内表面和粒子之间可被清洗液浸透，同时自然氧化膜被NH 4OH腐蚀，因此附着在沟槽内 表面的颗粒便落入清洗液中，从而达到去除粒子的目的，且在NH4