形成淺溝槽隔離區(qū)的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種形成淺溝槽隔離區(qū)的方法，所述淺溝槽隔離區(qū)在高介電常數(shù)柵氧化層之前形成，該方法包括：在半導(dǎo)體襯底上依次形成隔離氧化層和氮化硅層；依次刻蝕氮化硅層、隔離氧化層及半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成溝槽；在所述溝槽內(nèi)部表面生長(zhǎng)一層襯墊氧化硅；在溝槽內(nèi)進(jìn)行氧化物的填充及拋光，形成淺溝槽隔離區(qū)，并去除所述氮化硅層；其中，在溝槽內(nèi)進(jìn)行氧化物的填充采用常壓化學(xué)氣相沉積形成氧化硅層和增加氧化硅層密度相結(jié)合的方法，多次循環(huán)進(jìn)行。采用本發(fā)明能夠避免高介電常數(shù)柵氧化層的等效氧化層厚度增大。
【專(zhuān)利說(shuō)明】形成淺溝槽隔離區(qū)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制作技術(shù)，特別涉及一種形成淺溝槽隔離區(qū)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了控制短溝道效應(yīng)，更小尺寸器件要求進(jìn)一步提高柵電極電容。這能夠通過(guò)不斷減薄柵氧化層的厚度而實(shí)現(xiàn)，但隨之而來(lái)的是柵電極漏電流的提升。當(dāng)二氧化硅作為柵氧化層，厚度低于5.0納米時(shí)，漏電流就變得無(wú)法忍受了。解決上述問(wèn)題的方法就是使用高介電常數(shù)(HK)絕緣材料取代二氧化硅，高介電常數(shù)絕緣材料可以為鉿硅酸鹽、鉿硅氧氮化合物、鉿氧化物等，介電常數(shù)一般都大于15，采用這種材料能夠進(jìn)一步提高柵電容，同時(shí)柵漏電流又能夠得到明顯的改善。對(duì)于相同的柵氧化層厚度，將高介電常數(shù)絕緣材料與金屬柵電極搭配，其柵電極漏電流將減少幾個(gè)指數(shù)量級(jí)，而且用金屬柵電極取代多晶硅柵電極解決了高介電常數(shù)絕緣材料與多晶硅之間不兼容的問(wèn)題。
[0003]因此，高介電常數(shù)柵氧化層和金屬柵電極被用于制造MOS器件。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)在制作高介電常數(shù)柵氧化層之前，淺溝槽隔離區(qū)的具體制作方法包括如下步驟:
[0005]步驟11、在半導(dǎo)體襯底100上熱氧化生長(zhǎng)隔離氧化層101，以保護(hù)有源區(qū)在后續(xù)去掉氮化硅層的過(guò)程中免受化學(xué)玷污，以及作為氮化硅層與硅襯底之間的應(yīng)力緩沖層，所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底；
[0006]步驟12、在所述隔離氧化層101的表面沉積氮化硅層102 ;其中，本步驟中沉積得到的氮化硅層是一層堅(jiān)固的掩膜材料；
[0007]步驟13、淺溝槽的刻蝕:依次刻蝕氮化硅層102、隔離氧化層101及半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成溝槽；
[0008]步驟14、溝槽襯墊氧化硅103的生長(zhǎng)，在溝槽內(nèi)部表面生長(zhǎng)一層襯墊氧化硅103，該襯墊氧化硅103用于改善半導(dǎo)體襯底與后續(xù)填充的氧化物之間的界面特性；
[0009]步驟15、溝槽氧化物104填充及拋光，采用化學(xué)氣相沉積的方法，在溝槽內(nèi)填充氧化物，然后進(jìn)行氧化物的拋光；其中，在步驟12中沉積得到的氮化硅層，可以在執(zhí)行本步驟的過(guò)程中保護(hù)有源區(qū)，充當(dāng)拋光的阻擋材料，防止氧化物的過(guò)度拋光；
[0010]步驟16、去除所述氮化硅層102。
[0011]根據(jù)上述描述，步驟11至15形成的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1a所示，步驟16形成的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1b所示。后續(xù)在淺溝槽隔離區(qū)之間的有源區(qū)域形成MOS器件。具體地，在半導(dǎo)體襯底100表面依次生長(zhǎng)界面層(圖中未示)、高介電常數(shù)柵氧化層105、保護(hù)層(圖中未示)和多晶硅層106，如圖1c所示。其中，界面層極薄，一般為氧化硅層，或者氮氧化硅層。高介電常數(shù)柵氧化層105可以為鉿硅酸鹽、鉿硅氧氮化合物或鉿氧化物等，介電常數(shù)一般都大于15。保護(hù)層可以為氮化鈦(TiN)或者氮化鉭(TaN)或者兩者組合的疊層。因?yàn)樽罱K形成的是金屬柵電極，替代柵極會(huì)被金屬柵電極替代，也就是說(shuō)替代柵極最終是不存在的，所以作為替代柵極的材料可以有多種，本實(shí)施例中替代柵極的材料為多晶硅。[0012]需要說(shuō)明的是，現(xiàn)有技術(shù)在溝槽內(nèi)填充氧化物，一般采用常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)的方法，正硅酸乙酯(TEOS)和臭氧(O3)反應(yīng)形成氧化硅，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于高的深寬比的槽，有優(yōu)良的覆蓋填充能力，但是這種沉積方法得到的氧化硅層，比較疏松，膜比較多孔，在高溫的環(huán)境下，膜中游離的氧很容易擴(kuò)散到高介電常數(shù)柵氧化層或者界面層中，而高介電常數(shù)柵氧化層中的鉿元素活性比較強(qiáng)，對(duì)氧的控制性比較差，所以很容易使高介電常數(shù)柵氧化層的等效氧化層厚度(EOT)變大，EOT越小，意味著MOS器件性能越好，因此如何增加淺溝槽隔離區(qū)內(nèi)填充的氧化硅層的密度，防止其中的氧擴(kuò)散成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]有鑒于此，本發(fā)明提供一種形成淺溝槽隔離區(qū)的方法，能夠避免高介電常數(shù)柵氧化層的等效氧化層厚度增大。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0015]一種形成淺溝槽隔離區(qū)的方法，所述淺溝槽隔離區(qū)在高介電常數(shù)柵氧化層之前形成，該方法包括:
[0016]在半導(dǎo)體襯底上依次形成隔離氧化層和氮化硅層；
[0017]依次刻蝕氮化硅層、隔離氧化層及半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成溝槽；
[0018]在所述溝槽內(nèi)部表面生長(zhǎng)一層襯墊氧化硅；
[0019]在溝槽內(nèi)進(jìn)行氧化物的填充及拋光，形成淺溝槽隔離區(qū)，并去除所述氮化硅層；
[0020]其特征在于，在溝槽內(nèi)進(jìn)行氧化物的填充采用常壓化學(xué)氣相沉積APCVD形成氧化硅層和增加氧化硅層密度相結(jié)合的方法，多次循環(huán)進(jìn)行。
[0021]增加氧化硅層密度的方法包括:在沉積反應(yīng)腔內(nèi)通入氮?dú)猓蛘吆碱?lèi)氣體，或者氬氣，或者三種氣體的任意組合。
[0022]在沉積反應(yīng)腔內(nèi)通入每種氣體的時(shí)間為5?25秒。
[0023]通入氣體時(shí),沉積反應(yīng)腔功率為50?500瓦。
[0024]沉積反應(yīng)腔內(nèi)通入每種氣體的流量為50?1000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘。
[0025]常壓化學(xué)氣相沉積采用正硅酸乙酯和臭氧反應(yīng)形成氧化硅。
[0026]從上述方案可以看出，本發(fā)明淺溝槽隔離區(qū)內(nèi)氧化物的填充分多次沉積完成，而且每次沉積之后，都對(duì)沉積的氧化層進(jìn)行增加膜密度的處理，這樣，可以防止氧擴(kuò)散至高介電常數(shù)柵氧化層中去，提高半導(dǎo)體器件的性能。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1a至圖1c為現(xiàn)有技術(shù)形成淺溝槽隔離區(qū)及后續(xù)在淺溝槽隔離區(qū)之間的有源區(qū)域形成高介電常數(shù)柵氧化層的具體過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明淺溝槽隔離區(qū)制作方法的流程示意圖。
[0029]圖2a至2e為本發(fā)明形成淺溝槽隔離區(qū)具體過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0031]本發(fā)明在制作高介電常數(shù)柵氧化層之前，淺溝槽隔離區(qū)的具體制作過(guò)程示意圖請(qǐng)參閱圖2a至圖2e，具體制作方法的流程示意圖如圖2所示，包括如下步驟:
[0032]步驟21、在半導(dǎo)體襯底100上依次形成隔離氧化層101和氮化硅層102 ；
[0033]具體地，在半導(dǎo)體襯底100上熱氧化生長(zhǎng)隔離氧化層101，以保護(hù)有源區(qū)在后續(xù)去掉氮化硅層的過(guò)程中免受化學(xué)玷污，以及作為氮化硅層與硅襯底之間的應(yīng)力緩沖層；然后在所述隔離氧化層101的表面沉積氮化硅層102 ;其中，本步驟中沉積得到的氮化硅層是一層堅(jiān)固的掩膜材料；
[0034]步驟22、淺溝槽的刻蝕:依次刻蝕氮化硅層102、隔離氧化層101及半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成溝槽；
[0035]步驟23、溝槽襯墊氧化硅103的生長(zhǎng)，在溝槽內(nèi)部表面生長(zhǎng)一層襯墊氧化硅103，該襯墊氧化硅103用于改善半導(dǎo)體襯底與后續(xù)填充的氧化物之間的界面特性；
[0036]根據(jù)步驟21至步驟23形成的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2a所示。
[0037]步驟24、在溝槽內(nèi)進(jìn)行氧化物的填充及拋光，形成淺溝槽隔離區(qū)；
[0038]其中，在溝槽內(nèi)進(jìn)行氧化物的填充采用常壓化學(xué)氣相沉積形成氧化硅層和增加氧化硅層密度相結(jié)合的方法，多次循環(huán)進(jìn)行。一般循環(huán)次數(shù)不小于2次。增加氧化硅層密度的方法有多種，可以為:在沉積反應(yīng)腔內(nèi)通入氮?dú)猓蛘吆碱?lèi)氣體，或者氬氣，或者三種氣體的任意組合。具體來(lái)講，三種氣體的任意組合指的是依次通入各種氣體，每種氣體作用在氧化物表面預(yù)定時(shí)間。本發(fā)明實(shí)施例以2次循環(huán)為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0039]步驟241、采用常壓化學(xué)氣相沉積方法進(jìn)行第一次氧化硅層沉積，形成第一氧化硅層201，如圖2b所示；
[0040]本發(fā)明實(shí)施例中氧化物的填充厚度共為6000埃，那么第一次氧化硅層沉積厚度約為3000埃。
[0041]步驟242、在沉積反應(yīng)腔內(nèi)通入氮?dú)猓缓笸ㄈ霘鍤膺M(jìn)行增加氧化硅層密度的處理；
[0042]其中，在沉積反應(yīng)腔內(nèi)通入氮?dú)獾哪康脑谟?，將第一次氧化硅層沉積時(shí)游離的氧，與氮?dú)庀嘟Y(jié)合，將游離的氧固定在半導(dǎo)體襯底中，防止氧擴(kuò)散至高介電常數(shù)柵氧化層中。通入氬氣的目的在于，通過(guò)物理轟擊的方法增加第一次沉積氧化硅層的密度。這里，通入氮?dú)獾牧髁?0?1000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘，設(shè)置反應(yīng)腔功率為50?500瓦，通入時(shí)間為5?25秒；在氮?dú)馀c第一次沉積的氧化硅層充分作用后，再通入氬氣，通入氬氣的流量50?1000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘，設(shè)置反應(yīng)腔功率為50?500瓦，通入時(shí)間為5?25秒。
[0043]步驟243、采用常壓化學(xué)氣相沉積方法進(jìn)行第二次氧化硅層沉積，形成第二氧化硅層202，如圖2c所示；
[0044]本發(fā)明實(shí)施例中氧化物的填充厚度共為6000埃，那么第二次氧化硅層沉積厚度也約為3000埃。
[0045]步驟244、在沉積反應(yīng)腔內(nèi)通入氬氣進(jìn)行增加氧化硅層密度的處理；
[0046]同理,通入気氣的流量50?1000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘,設(shè)置反應(yīng)腔功率為50?500瓦，通入時(shí)間為5?25秒。
[0047]步驟245、對(duì)溝槽內(nèi)填充的氧化物進(jìn)行拋光，如圖2d所示。其中，在步驟21中沉積得到的氮化硅層，可以在執(zhí)行本步驟的過(guò)程中保護(hù)有源區(qū)，充當(dāng)拋光的阻擋材料，防止氧化物的過(guò)度拋光；
[0048]步驟25、去除所述氮化硅層102，如圖2e所示。
[0049]至此，本發(fā)明實(shí)施例淺溝槽隔離區(qū)已經(jīng)形成。
[0050]上述實(shí)施例氧化物的填充分兩次沉積，而且第一填充之后依次采用氮?dú)夂蜌鍤膺M(jìn)行增加膜密度的處理，第二次填充之后采用氬氣進(jìn)行增加膜密度的處理。這只是所舉其中一種方式，還有多種實(shí)現(xiàn)方式，本發(fā)明包括但不限于此。例如，氧化物的填充分為兩次以上沉積，每次填充之后可以單獨(dú)采用氮?dú)?，或者含碳?lèi)氣體，或者氬氣進(jìn)行處理。其中，含碳類(lèi)氣體可以為甲烷、乙烯、三氟甲烷等任意含碳類(lèi)氣體，其目的在于，將第一次氧化硅層沉積時(shí)游離的氧，與該含碳類(lèi)氣體相結(jié)合，將游離的氧固定在半導(dǎo)體襯底中，防止氧擴(kuò)散至高介電常數(shù)柵氧化層中。
[0051]綜上，通過(guò)本發(fā)明形成淺溝槽隔離區(qū)的方法，增加了氧化物的填充密度，這樣就不會(huì)有游離的氧擴(kuò)散到后續(xù)形成的高介電常數(shù)柵氧化層中去，從而避免高介電常數(shù)柵氧化層的等效氧化層厚度增大，提高了半導(dǎo)體器件的性能。
[0052]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種形成淺溝槽隔離區(qū)的方法，所述淺溝槽隔離區(qū)在高介電常數(shù)柵氧化層之前形成，該方法包括: 在半導(dǎo)體襯底上依次形成隔離氧化層和氮化硅層； 依次刻蝕氮化硅層、隔離氧化層及半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成溝槽； 在所述溝槽內(nèi)部表面生長(zhǎng)一層襯墊氧化硅； 在溝槽內(nèi)進(jìn)行氧化物的填充及拋光，形成淺溝槽隔離區(qū)，并去除所述氮化硅層； 其特征在于，在溝槽內(nèi)進(jìn)行氧化物的填充采用常壓化學(xué)氣相沉積APCVD形成氧化硅層和增加氧化硅層密度相結(jié)合的方法，多次循環(huán)進(jìn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，增加氧化硅層密度的方法包括:在沉積反應(yīng)腔內(nèi)通入氮?dú)?，或者含碳?lèi)氣體，或者IS氣，或者三種氣體的任意組合。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在沉積反應(yīng)腔內(nèi)通入每種氣體的時(shí)間為5?25秒。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，通入氣體時(shí)，沉積反應(yīng)腔功率為50?500瓦。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，沉積反應(yīng)腔內(nèi)通入每種氣體的流量為50?1000標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，常壓化學(xué)氣相沉積采用正硅酸乙酯和臭氧反應(yīng)形成氧化硅。
【文檔編號(hào)】H01L21/762GK103579076SQ201210261968
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月26日
【發(fā)明者】周鳴, 平延磊 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司