专利名称：浅沟隔离结构的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种浅沟隔离结构的制备方法，特别涉及一种集成旋涂介电材料 (spin-on-dielectric, SOD)和高密度等离子化学气相沉积(high density plasma CVD， HDPCVD)介电材料的浅沟隔离结构的制备方法。
背景技术：
常规的半导体工艺为了避免电子元件相互干扰而产生短路现象一般采用局部硅氧化 法(local oxidation of silicon; LOCOS)或浅沟隔离法(shallow trench isolation; STI)电 气隔离芯片上的电子元件。由于局部硅氧化法形成的场氧化层占据芯片较大面积，且会 伴随形成鸟嘴现象，因此目前先进半导体工艺多采用浅沟隔离法电气隔离电子元件。
图1到图4例示常规浅沟隔离结构10的制备方法。首先，在硅衬底12上形成遮罩15， 其包含垫氧化层14和氮化硅层16,所述遮罩15具有开口18。之后，利用非等向性蚀刻工 艺在所述开口I8下方的硅衬底12中形成多个沟道20，其中所述沟道20环绕主动区域22。
参考图3，形成填满所述沟道20的氧化硅层，再进行平坦化工艺(例如，化学机械 研磨工艺)以局部去除所述遮罩15上方的氧化硅层而在所述沟道20中形成介电区块26。 之后，进行湿式蚀刻工艺，利用热磷酸溶液完全去除所述氮化硅层16，但在所述沟道20 中保留所述垫氧化层14和所述介电区块26而形成所述浅沟隔离结构10。然而，如果所 述氧化硅层的质量不佳，那么后续的湿式蚀刻工艺易于在所述主动区域22与所述介电区 块26的交界处形成凹部28，如图4所示。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种集成旋涂介电材料和高密度等离子化学气相沉积介电 材料的浅沟隔离结构的制备方法，其可应用于填满高纵横比(high aspect ratio)的沟道。
为了达成上述目的，本发明提出一种浅沟隔离结构的制备方法，其在半导体衬底上 形成具有至少一开口的遮罩，并在所述开口下方的半导体衬底中形成环绕主动区域的沟 道，再在所述沟道的内壁处形成衬层。之后，在所述沟道中形成第一介电区块，再在所 述第一介电区块上形成第二介电区块，其中所述第一介电区块的表面低于所述半导体衬 底的表面。
根据上述目的，本发明提出一种浅沟隔离结构的制备方法，其在半导体衬底上形成 具有至少一开口的遮罩，再在所述开口下方的半导体衬底中形成沟道，其中所述沟道环 绕主动区域。之后，在所述沟道的内壁处形成衬层，再进行旋涂工艺以形成旋涂介电层，其填满 所述沟道并覆盖所述半导体衬底表面。接着，局部去除所述半导体衬底表面和所述沟道 上部的旋涂介电层再进行高温氧化致密工艺使得所述旋涂介电层的表面低于所述半导体 衬底的表面，并形成填满所述沟道并覆盖所述半导体衬底表面的沉积介电层，再局部去 除所述半导体衬底表面的沉积介电层。
与常规技术相比，本发明是先利用填沟能力较佳的旋涂介电层填入所述高纵横比沟 道的下部，再利用高密度等离子化学气相沉积工艺在所述沟道的上部形成质量较佳的沉 积介电层。如此，本发明不仅具有较佳的填沟能力而且可应用于高集积度的先进工艺， 还可避免在所述沟道与所述主动区域的交界处形成凹部而影响电子元件的电气特性。
图1到图4例示常规浅沟隔离结构的制备方法；且
图5到图12例示本发明的浅沟隔离结构的制备方法。
具体实施例方式
图5到图12例示本发明的浅沟隔离结构30的制备方法。首先，在半导体衬底(例如， 硅衬底)32上形成遮罩35,其包含垫氧化层34 (厚度例如为I50埃)和氮化硅层36 (厚度 例如为650埃)，所述遮罩35具有多个开口38。之后，利用所述遮罩35为蚀刻遮罩，进行 非等向性蚀刻工艺以在所述开口38下方的半导体衬底32中形成多个沟道40，其中所述沟 道40的深度可为3100埃，宽度可为1200埃，且环绕主动区域42，如图6所示。
参考图7，进行热氧化工艺以在所述沟道40的内壁和遮罩35上形成衬层44 (厚度例如 为65-80埃)。所述衬层44可为氧化硅层或氮化硅层。之后，进行旋转涂布工艺以形成旋 涂介电层46，其厚度可为450纳米以填满所述沟道40并覆盖所述半导体衬底32的表面，如 图8所示。明确地说，旋转涂布工艺是将液态的介电材料填入所述沟道40，具有较佳的填 沟能力，可应用于填满高纵横比的沟道。
参考图9，进行平坦化工艺(例如，化学机械研磨工艺)以局部去除所述半导体衬底 32表面的旋涂介电层46。优选地，所述化学机械研磨工艺以所述遮罩35表面为研磨终点。之后， 在氧气环境中进行热处理工艺(温度例如为950度)以减少所述旋涂介电层46内的水分或 溶剂而固化所述旋涂介电层34，如图10所示。明确地说，本发明先利用化学机械研磨工 艺局部去除所述半导体衬底32表面的旋涂介电层46，再进行热处理工艺固化所述旋涂介
电层34，因此可避免应力引起(stress-induced)的空洞形成于所述沟道40的底部，并可 降低所述沟道40内的旋涂介电层34因固化而造成的深度差异。
参考图ll，进行湿式蚀刻工艺以局部去除所述遮罩35和所述沟道40上部的旋涂介电 层46而在所述沟道40的下部形成介电区块46'。所述湿式蚀刻工艺的蚀刻液可包含氢氟酸、乙烯和 去离子水。优选地，所述第一介电区块46'的表面低于所述半导体衬底32的表面。此外， 由于氮化硅构成介电材料易于产生缺陷，不适用于制备快闪存储器。本发明局部去除所 述半导体衬底32的转角49处的氮化硅层36，因而不会在所述转角49处形成可捕捉电子的 缺陷，因此可应用于制备快闪存储器。
参考图12，进行高密度等离子化学气相沉积工艺以形成沉积介电层，其厚度可为1500 埃以填满所述沟道40并覆盖所述半导体衬底32表面。之后，进行化学机械研磨工艺以局 部去除所述半导体衬底32表面的沉积介电层而在所述介电区块46'上形成介电区块50，而 完成所述浅沟隔离结构IO。优选地，所述化学机械研磨工艺以所述遮罩表面为研磨终点。
与常规技术相比，本发明先利用填沟能力较佳的旋涂介电层46填入所述高纵横比的 沟道40底部，并利用所述湿式蚀刻工艺显著加大了所述沟道40的开口尺寸，因此后续的 高密度等离子化学气相沉积工艺可在所述沟道40的上部轻易地形成质量较佳的沉积介电 层50并填满所述沟道40。如此，本发明不仅具有较佳的填沟能力而且可应用于高集积度 的先进工艺，还可避免在所述沟道40与所述主动区域42的交界处形成凹部而影响电子元 件的电气特性。
上文己揭示本发明的技术内容和技术特点，然而所属领域的技术人员仍可能基于本 发明的教示和揭示而作出种种不背离本发明精神的替换和修饰。因此，本发明的保护范 围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换和修饰，并为所附 权利要求书所涵盖。
权利要求
1.一种浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于包含下列步骤在半导体衬底上形成遮罩，所述遮罩具有至少一开口；在所述开口下方的半导体衬底中形成沟道，所述沟道环绕主动区域；在所述沟道的内壁处形成衬层；在所述沟道中形成第一介电区块，所述第一介电区块的表面低于所述半导体衬底的表面；和在所述第一介电区块上形成第二介电区块。
2. 根据权利要求l所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于在所述沟道的内壁处 形成衬层是通过热氧化工艺进行的。
3. 根据权利要求l所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述衬层是氧化硅层 或氮化硅层。
4. 根据权利要求l所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于在所述沟道中形成第 一介电区块包含下列步骤形成填满所述沟道并覆盖所述半导体衬底表面的旋涂介电层； 局部去除所述半导体衬底表面的旋涂介电层； 进行热处理工艺以减少所述旋涂介电层的溶剂；和进行蚀刻工艺以局部去除所述遮罩和所述沟道上部的旋涂介电层而形成所述第 一介电区块。
5. 根据权利要求4所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于局部去除所述半导体 衬底表面的旋涂介电层是通过化学机械研磨工艺进行的。
6. 根据权利要求5所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述化学机械研磨工 艺以所述遮罩表面为研磨终点。
7. 根据权利要求l所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于在所述第一介电区块 上形成第二介电区块包含下列步骤形成填满所述沟道并覆盖所述半导体衬底表面的沉积介电层；和 局部去除所述半导体衬底表面的沉积介电层而形成所述第二介电区块。
8. 根据权利要求7所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于形成沉积介电层是通 过高密度等离子化学气相沉积工艺进行的。
9. 根据权利要求7所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于局部去除所述半导体 衬底表面的沉积介电层是通过化学机械研磨工艺进行的。
10. 根据权利要求9所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述化学机械研磨工 艺以所述遮罩表面为研磨终点。
11. 一种浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于包含下列步骤在半导体衬底上形成遮罩，所述遮罩具有至少一开口； 在所述开口下方的半导体衬底中形成沟道，所述沟道环绕主动区域； 在所述沟道的内壁处形成衬层；进行旋涂工艺以形成填满所述沟道并覆盖所述半导体衬底表面的旋涂介电层； 局部去除所述半导体衬底表面和所述沟道上部的旋涂介电层再进行致密工艺，使 得所述旋涂介电层的表面低于所述半导体衬底的表面；形成填满所述沟道并覆盖所述半导体衬底表面的沉积介电层；和 局部去除所述半导体衬底表面的沉积介电层。
12. 根据权利要求ll所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于中在所述沟道的内壁 处形成衬层是通过热氧化工艺进行的。
13. 根据权利要求ll所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述衬层是氧化硅层 或氮化硅层。
14. 根据权利要求ll所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于局部去除所述沟道上 部的旋涂介电层包含下列步骤-进行化学机械研磨工艺以局部去除所述半导体衬底表面的旋涂介电层； 进行所述致密工艺以减少所述旋涂介电层的溶剂；和 进行蚀刻工艺以局部去除所述遮罩和所述沟道上部的旋涂介电层。
15. 根据权利要求14所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述化学机械研磨工 艺以所述遮罩表面为研磨终点。
16. 根据权利要求ll所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于形成沉积介电层是通 过高密度等离子化学气相沉积工艺进行的。
17. 根据权利要求ll所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于局部去除所述半导体 衬底表面的沉积介电层是通过化学机械研磨工艺进行的。
18. 根据权利要求17所述的浅沟隔离结构的制备方法，其特征在于所述化学机械研磨工 艺以所述遮罩表面为研磨终点。
全文摘要
本发明提出一种浅沟隔离结构的制备方法，首先在半导体衬底上形成具有至少一开口的遮罩，再利用蚀刻工艺在所述开口下方的半导体衬底中形成沟道，其中所述沟道环绕主动区域。接着，在所述沟道的内壁处形成衬层，再进行旋涂工艺以形成填满所述沟道并覆盖所述半导体衬底表面的旋涂介电层。之后，局部去除所述半导体衬底表面和所述沟道上部的旋涂介电层再进行高温氧化致密工艺，使得所述旋涂介电层的表面低于所述半导体衬底的表面，并形成填满所述沟道并覆盖所述半导体衬底表面的沉积介电层，再局部去除所述半导体衬底表面的沉积介电层。
文档编号H01L21/762GK101345206SQ200710128079
公开日2009年1月14日 申请日期2007年7月9日 优先权日2007年7月9日
发明者杨能辉, 赵海军 申请人:茂德科技股份有限公司