浅沟槽结构的制备方法
【专利摘要】本发明的浅沟槽结构的制备方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上沉积一刻蚀掩模层；选择性刻蚀所述掩膜层和所述半导体衬底，在所述掩膜层在中形成一开口，并在所述半导体衬底中形成一浅沟槽；沉积一保护氧化层，所述保护氧化层覆盖所述浅沟槽和所述掩膜层；对所述保护氧化层进行第一退火处理；在所述保护氧化层上沉积一填充氧化层；对所述填充氧化层进行一第二退火处理；对所述填充氧化层进行一第三退火处理；进行研磨平坦化，去除所述填充氧化层和所述保护氧化层。本发明的浅沟槽结构的制备方法中，所述保护氧化层可以避免在进行所述第二退火处理的过程中所述浅沟槽结构下面的半导体衬底被氧化，从而提高形成的半导体器件的性能。
【专利说明】浅沟槽结构的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体【技术领域】，尤其涉及一种浅沟槽结构的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着半导体技术的飞速发展，集成电路制造工艺已经进入深亚微米时代。浅沟槽 隔离（Shallow Trench Isolation, STI)技术，由于其具有优异的隔离性能和平坦的表面形 状以及良好的抗锁性能等，已经成为一种广泛应用于CMOS器件制造过程中的器件隔离技 术。
[0003] 现有技术中的一种浅沟槽结构的制造方法，参考图la-图If所示，包括以下步 骤：
[0004] 首先，如图la所示，提供一半导体衬底10,所述半导体衬底10上沉积一掩膜层 20。所述掩膜层20为氮化硅层。
[0005] 接着，如图lb所示，选择性刻蚀所述掩膜层20和所述半导体衬底10,形成浅沟槽 30。较佳的，如图lc所示，在形成所述浅沟槽30之后，刻蚀所述掩膜层20靠近所述浅沟槽 30的侧壁，并对所述浅沟槽30进行热氧化处理，形成一热氧化层40。
[0006] 然后，如图Id所示，沉积一填充氧化层50,所述填充氧化层覆盖所述浅沟槽30和 所述掩膜层20。由于采用次大气压化学气相沉积沉积所述填充氧化层50,因此，在所述填 充氧化层50中，会形成一条细缝60。
[0007] 接着，对所述填充氧化层50进行一第一次退火处理。所述第一次退火处理的温度 为200°C -800°C，进行所述第一次退火处理过程中通入水蒸气。如图le所示，经过所述第 一次退火处理，所述细缝60消失。
[0008] 对所述填充氧化层50进行一第二次退火处理。所述第二次退火处理的温度不低 于800°C，进行所述第二次退火处理过程中通入惰性气体。
[0009] 如图If所示，进行研磨平坦化，去除所述掩膜层20上的所述填充氧化层50,并保 留所述浅沟槽30内的所述掩膜层20,形成浅沟槽结构。
[0010] 随着半导体器件特征尺寸的不断减小，用于器件隔离的浅沟槽结构的尺寸也变 小，相应的，用于形成浅沟槽结构的隔离沟槽的深宽比变大，现有技术制备浅沟槽结构的方 法中，为了消除沉积所述填充氧化层50过程中形成的细缝60,需要对所述填充氧化层50进 行通入水蒸气的第一次退火处理过程，由于所述热氧化层40难以形成致密的结构，使得引 入水蒸气进入导致浅沟槽下面的半导体衬底，导致半导体衬底被氧化，从而影响后续形成 的半导体器件的性能。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于，提供一种浅沟槽结构的制备方法，解决浅沟槽下面的半导体 衬底在对填充氧化层通入水蒸气进行退火处理时，热氧化层难以形成致密的结构阻挡水蒸 气进去半导体衬底导致半导体衬底被氧化的问题，从而提高形成的半导体器件的性能。
[0012] 为了实现上述目的，本发明的浅沟槽结构的制备方法，包括：
[0013] 提供半导体衬底，在所述半导体衬底上沉积一刻蚀掩模层；
[0014] 选择性刻蚀所述掩膜层和所述半导体衬底，在所述掩膜层在中形成一开口，并在 所述半导体衬底中形成一浅沟槽；
[0015] 沉积一保护氧化层，所述保护氧化层覆盖所述浅沟槽和所述掩膜层；
[0016] 对所述保护氧化层进行第一退火处理；
[0017] 在所述保护氧化层上沉积一填充氧化层；
[0018] 对所述填充氧化层进行一第二退火处理；
[0019] 对所述填充氧化层进行一第三退火处理；
[0020] 进行研磨平坦化，去除所述填充氧化层和所述保护氧化层。
[0021] 进一步的，所述掩膜层为氮化硅层。
[0022] 进一步的，采用干法工艺刻蚀所述掩膜层。
[0023] 进一步的，在沉积所述保护氧化层之前，还包括：对所述浅沟槽进行热氧化，形成 一热氧化层。
[0024] 进一步的，所述热氧化层的厚度不小于30A。
[0025] 进一步的，在形成所述浅沟槽的步骤对所述浅沟槽隔离进行热氧化的步骤之间， 还包括：采用磷酸湿法工艺刻蚀所述开口的侧壁。
[0026] 进一步的，采用次大气压化学气相沉积生长所述保护氧化层和所述填充氧化层。
[0027] 进一步的，采用正硅酸乙酯和臭氧制备所述保护氧化层和所述填充氧化层。
[0028] 进一步的，所述保护氧化层的厚度不小于50 A。
[0029] 进一步的，所述填充氧化层的厚度不小于ιοοΑ。
[0030] 进一步的，所述第一退火处理的温度不低于800°C，进行所述第一退火处理过的程 中通入惰性气体。
[0031] 进一步的，所述第二退火处理的温度为200°C -800°C，进行所述第二退火处理的 过程中通入水蒸气。
[0032] 进一步的，所述第三退火处理的温度不低于800°C，进行所述第三退火处理的过程 中通入惰性气体。
[0033] 进一步的，在进行第二退火处理和第三退火处理之间，还进行一氮气净化过程。
[0034] 进一步的，所述氮气净化过程的时间为5min-10min。
[0035] 与现有技术相比，本发明的浅沟槽结构的制备方法具有以下有益效果：
[0036] 本发明提供的浅沟槽结构的制备方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底 上沉积一刻蚀掩模层；选择性刻蚀所述掩膜层和所述半导体衬底，在所述掩膜层在中形成 一开口，并在所述半导体衬底中形成一浅沟槽；沉积一保护氧化层，所述保护氧化层覆盖所 述浅沟槽和所述掩膜层；对所述保护氧化层进行第一退火处理；在所述保护氧化层上沉积 一填充氧化层；对所述填充氧化层进行一第二退火处理；对所述填充氧化层进行一第三退 火处理；进行研磨平坦化，去除所述填充氧化层和所述保护氧化层。本发明的浅沟槽结构的 制备方法中，所述保护氧化层可以避免在进行所述第二退火处理的过程中所述浅沟槽结构 下面的半导体衬底被氧化，从而提高形成的半导体器件的性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 图la-图If为现有技术中浅沟槽结构制备方法各步骤对应的器件结构图；
[0038] 图2为本发明浅沟槽结构的制备方法的流程图；
[0039] 图3a_图3g为本发明中浅沟槽结构制备方法各步骤对应的器件结构图。
【具体实施方式】
[0040] 下面将结合示意图对本发明的金属污染的监测方法进行更详细的描述，其中表示 了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实 现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并 不作为对本发明的限制。
[0041] 在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要 求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非 精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0042] 本发明的核心思想在于，提供的浅沟槽结构的制备方法，包括：提供半导体衬底， 在所述半导体衬底上沉积一刻蚀掩模层；选择性刻蚀所述掩膜层和所述半导体衬底，在所 述掩膜层在中形成一开口，并在所述半导体衬底中形成一浅沟槽；沉积一保护氧化层，所述 保护氧化层覆盖所述浅沟槽和所述掩膜层；对所述保护氧化层进行第一退火处理；在所述 保护氧化层上沉积一填充氧化层；对所述填充氧化层进行一第二退火处理；对所述填充氧 化层进行一第三退火处理；进行研磨平坦化，去除所述填充氧化层和所述保护氧化层。本发 明的浅沟槽结构的制备方法中，所述保护氧化层可以避免在进行所述第二退火处理的过程 中所述浅沟槽结构下面的半导体衬底被氧化，从而提高形成的半导体器件的性能。
[0043] 具体的，结合上述核心思想，本发明的浅沟槽结构的制备方法的流程图参考图2 所示，下面结合图3a_图3f进行说明。
[0044] 执行步骤S1，参考图3a所示，提供一半导体衬底100,在所述半导体衬底100上沉 积一掩膜层200。较佳的，所述掩膜层200为氮化硅层，所述氮化硅层的厚度不小于300A。 所述氮化硅用于作为刻蚀所述半导体衬底的掩膜层，同时，作为进行研磨平坦化过程的停 止层。
[0045] 执行步骤S2,参考图3b所示，选择性刻蚀所述掩膜层200和所述半导体衬底100， 形成浅沟槽300。在本实施例中，采用光刻和干法工艺刻蚀的方式刻蚀所述掩膜层200,形 成一开口 400,作为刻蚀所述半导体衬底100的图形。刻蚀所述掩膜层的开口 400处的所述 半导体衬底100，形成浅沟槽300。较佳的，参考图3c所示，在形成所述浅沟槽300之后，还 刻蚀所述开口 400的侧壁，使得所述开口 400更大，形成开口 400'，便于后续步骤进行所述 保护氧化层和所述填充氧化层的沉积。较佳的，采用磷酸进行湿法工艺刻蚀方法刻蚀所述 开口 400的侧壁。较佳的，在形成所述开口 400'，对所述浅沟槽300进行热氧化处理，形成 一热氧化层500,所述热氧化层的厚度不小于30A。
[0046] 执行步骤S3,参考图3d所示，沉积一保护氧化层600,所述保护氧化层600覆盖所 述浅沟槽300和所述掩膜层200。在本实施例中，采用次大气压化学气相沉积（SACVD)生长 所述保护氧化层600。采用正硅酸乙酯（TEOS)和臭氧（03)制备所述保护氧化层600,所述 保护氧化层600的厚度不小于5〇人，优选的，所述保护氧化层600的厚度为100Λ-200人。
[0047] 执行步骤S4,对所述保护氧化层600进行第一退火处理。所述第一退火处理的温 度不低于800°C，较佳的，所述第一退火处理的温度为1000°C -1200°C。较佳的，进行所述第 一退火处理的过程中通入惰性气体。所述第一退火处理可以使得所述保护氧化层600变得 致密，因此可以阻挡水蒸气进入所述半导体衬底100中，避免-0H引起半导体衬底100的氧 化。
[0048] 执行步骤S5,参考图3e所示，在所述保护氧化层600上沉积一填充氧化层700。在 本实施例中，采用次大气压化学气相沉积（SACVD)生长所述填充氧化层700。采用正硅酸乙 酯（TE0S)和臭氧（0 3)制备所述填充氧化层700,所述填充氧化层700的厚度不小于100A， 优选的，所述填充氧化层700的厚度为150A-250A。由于采用次大气压化学气相沉积方法 沉积所述填充氧化层700，氧化层会先在所述浅沟槽结构的侧壁开始沉积，并从两边逐渐向 浅沟槽中心累积，但是，最终得到的填充氧化层700会在所述浅沟槽300的中心处会形成一 条细缝800。所述细缝800会影响后续形成的半导体器件的性能，因此，需要经过第二退火 处理修复所述细缝800。
[0049] 执行步骤S6,参考图3f所示，对所述填充氧化层700进行一第二退火处理。所述 第二退火处理的温度为200°C _800°C，进行所述第二退火处理的过程中通入水蒸气。在进 行所述第二退火处理的过程中，通入的水蒸气可以引入-0H，与所述填充氧化层700形成 Si-ΟΗ，两个Si-ΟΗ经过退水之后形成Si-0-Si键合。经过所述第二退火处理之后，所述细 缝600可以逐渐修复，使得所述填充氧化层700在所述浅沟槽300中心处连接完整。
[0050] 执行步骤S6,对所述填充氧化层700进行一第三退火处理。所述第三退火处理 的温度不低于800°C，进行所述第三退火处理的过程中通入惰性气体。较佳的，在进行第 二退火处理和第三退火处理之间，还进行一氮气净化过程，所述氮气净化过程的时间为 5min-10min，所述氮气净化过程可以将所述第二退火处理过程的残余的水蒸气吹走，避免 水蒸气对所述第三退火处理的影响。所述第三退火处理可以使得所述填充氧化层700的结 构变得较为致密。
[0051] 执行步骤S8,参考图3g所示，进行研磨平坦化，去除所述掩膜层200上的所述填充 氧化层700和所述保护氧化层600,并保留所述浅沟槽300和所述开口 400'内的所述掩膜 层200,形成浅沟槽结构。较佳的，采用化学机械研磨（CMP)进行研磨平坦化将所述掩膜层 200上的所述填充氧化层700和所述保护氧化层600,直至露出所述掩膜层200。
[0052] 综上所述，本发明提供的浅沟槽结构的制备方法，包括：提供半导体衬底，在所述 半导体衬底上沉积一刻蚀掩模层；选择性刻蚀所述掩膜层和所述半导体衬底，在所述掩膜 层在中形成一开口，并在所述半导体衬底中形成一浅沟槽；沉积一保护氧化层，所述保护氧 化层覆盖所述浅沟槽和所述掩膜层；对所述保护氧化层进行第一退火处理；在所述保护氧 化层上沉积一填充氧化层；对所述填充氧化层进行一第二退火处理；对所述填充氧化层进 行一第三退火处理；进行研磨平坦化，去除所述填充氧化层和所述保护氧化层。本发明的浅 沟槽结构的制备方法中，所述保护氧化层可以避免在进行所述第二退火处理的过程中所述 浅沟槽结构下面的半导体衬底被氧化，从而提高形成的半导体器件的性能。
[0053] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1. 一种浅沟槽结构的制备方法，包括： 提供半导体衬底，在所述半导体衬底上沉积一刻蚀掩模层； 选择性刻蚀所述掩膜层和所述半导体衬底，在所述掩膜层在中形成一开口，并在所述 半导体衬底中形成一浅沟槽； 沉积一保护氧化层，所述保护氧化层覆盖所述浅沟槽和所述掩膜层； 对所述保护氧化层进行第一退火处理； 在所述保护氧化层上沉积一填充氧化层； 对所述填充氧化层进行一第二退火处理； 对所述填充氧化层进行一第三退火处理； 进行研磨平坦化，去除所述填充氧化层和所述保护氧化层。
2. 如权利要求1所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，所述掩膜层为氮化硅层。
3. 如权利要求2所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，所述氮化硅的厚底不小 于300人。
4. 如权利要求2所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，采用干法工艺刻蚀所述 掩膜层。
5. 如权利要求1所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，在沉积所述保护氧化层 之前，还包括：对所述浅沟槽进行热氧化，形成一热氧化层。
6. 如权利要求5所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，所述热氧化层的厚度不 小于30人。
7. 如权利要求5所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，在形成所述浅沟槽的步 骤对所述浅沟槽隔离进行热氧化的步骤之间，还包括：刻蚀所述开口的侧壁。
8. 如权利要求5所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，采用磷酸湿法工艺刻蚀 所述开口的侧壁。
9. 如权利要求1所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，采用次大气压化学气相 沉积生长所述保护氧化层和所述填充氧化层。
10. 如权利要求9所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，采用正硅酸乙酯和臭氧 制备所述保护氧化层和所述填充氧化层。
11. 如权利要求9所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，所述保护氧化层的厚度 不小于5〇A。
12. 如权利要求9所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，所述填充氧化层的厚度 不小于ΙΟΟΑ。
13. 如权利要求1所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，所述第一退火处理的温 度不低于800°C，进行所述第一退火处理的过程中通入惰性气体。
14. 如权利要求1所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，所述第二退火处理的温 度为200°C -800°C，进行所述第二退火的处理过程中通入水蒸气。
15. 如权利要求1所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，所述第三退火处理的温 度不低于800°C，进行所述第三退火的处理过程中通入惰性气体。
16. 如权利要求1所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，在进行第二退火处理和 第三退火处理之间，还进行一氮气净化过程。
17. 如权利要求11所述的浅沟槽结构的制备方法，其特征在于，所述氮气净化过程的 时间为 5min_10min。
【文档编号】H01L21/762GK104157600SQ201410403364
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】鲍宇, 周晓强, 桑宁波, 雷通 申请人:上海华力微电子有限公司