专利名称：填充高深宽比沟槽隔离区的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体集成电路的制造工艺方法，特别是涉及一种填充高深宽比 沟槽隔离区的方法。
背景技术：
在半导体集成电路的制造工艺中，通常需要采用一定的技术手段把两个器件或组 件隔离开来，以防止产生不期望的电耦合。浅槽隔离是一种常见的隔离方法。浅槽隔离一般包含以下步骤首先在硅片上形 成沟槽，再用化学气相沉积方法在沟槽内淀积绝缘层，最后用化学机械研磨的方法使绝缘 层平坦化。随着半导体器件尺寸的减小、元器件密度的增加，浅槽隔离区的宽度也变得越来 越小。但是由于器件隔离的需要，浅槽隔离区的深度不能减小太多甚至还要增加，这就导致 了浅槽隔离区的深宽比变得越来越大。深宽比是指沟槽的深度和宽度之比。大于或等于3 的深宽比一般被认为是高深宽比。对于浅槽隔离工艺，沟槽填充比较关键，一般情况下要求绝缘层填充工艺有较好 的阶梯覆盖性。对化学气相沉积而言，沟槽填充效果跟深宽比关系非常大。对于高深宽比 的沟槽，即使是阶梯覆盖能力很好的高密度等离子体化学气相沉积，在沟槽内仍有可能有 孔隙或接缝，这是由于绝缘膜在沟槽侧壁上的不均勻生长所造成的。距离沟槽顶部越远，沟 槽侧壁生长越慢。沟槽的深宽比越高，沟槽侧壁的顶部和底部的生长速率的差异越大。所 以沟槽的深宽比越大，沟槽内部越容易产生孔隙或接缝(参见图1，其中的标号3表示绝缘 层)，并且这些孔隙和接缝一般都位于沟槽的上方。在化学气相沉积填充沟槽后，一般会用 化学机械研磨方法使其平坦化，位于沟槽顶部的空隙和接缝有可能会被研磨出来，对后续 的工艺造成不良影响。沟槽中孔隙和接缝的存在还会导致沟槽隔离性能的下降，有时甚至 会导致短路。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种填充高深宽比沟槽隔离区的方法，使填充后 的沟槽隔离区内不产生孔隙和接缝，沟槽隔离区具有良好的隔离性能。为解决上述技术问题，本发明的填充高深宽比沟槽隔离区的方法包括如下步骤 在硅片或硅外延层上形成沟槽；在所述沟槽表面依次形成氧化层、氮化层；用选择性刻蚀 去除沟槽底部的氮化层和氧化层，暴露出沟槽底部的硅；用选择性硅外延工艺方法生长硅 外延层对沟槽进行填充；对硅外延层顶部进行高温氧化，使其转化为氧化硅层。采用本发明的方法，由于选用选择性硅外延工艺方法对沟槽进行填充，只在沟槽 底部生长硅，沟槽侧壁和顶部不会生长硅，阶梯覆盖能力是100%，因此沟槽内不会产生孔 隙和接缝。另外，由于沟槽侧壁和沟槽顶部都有绝缘层，在横向和纵向都不会发生导通，可以起到隔离临近元器件的作用。当然，相对于沟槽内完全填充绝缘层，采用本发明的方法形成 的沟槽隔离区隔离性能有一定的下降，但可以通过适当增加沟槽的深度来弥补。采用本发明的方法能使填充后的高深宽比沟槽隔离区内不产生孔隙和接缝，使该 沟槽隔离区具有良好的隔离性能，不会对对后续的工艺产生影响，满足后续工艺的要求。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是采用现有的方法填充高深宽比沟槽后产生的孔隙示意图；图2是本发明的方法一实施例沟槽刻蚀示意图；图3是本发明的方法一实施例氧化层和氮化层生长示意图；图4是本发明的方法一实施例去除沟槽底部氮化层和氧化层示意图；图5是本发明的方法一实施例选择性外延生长示意图；图6是本发明的方法一实施例顶部硅外延层氧化示意图。
具体实施例方式对于浅槽隔离工艺，必须保证横向隔离和纵向隔离，防止其在横向和纵向两个方 向上发生导通才能起到隔离效果。鉴于此目的，其实只要在沟槽的三个方向上生长绝缘层 即可，即在沟槽侧壁和底部生长绝缘层，或者在沟槽侧壁和沟槽填充物的顶部生长绝缘层。 沟槽内一般要有沟槽填充物，以满足后续的工艺的要求。对于一般的填充工艺，由于阶梯覆 盖能力的限制，沟槽填充后可能会有空隙和接缝的存在。而这些孔隙和接缝一般都位于沟 槽顶部，在后续的化学机械研磨后，这些孔隙和接缝会暴露出来，而这一般是不允许的。为了获得没有孔隙和接缝的高深宽比沟槽隔离区，本发明提供了一种新的方法； 本发明所述的高深宽比沟槽是指沟槽的深度和宽度之比大于或等于3，下面仅以深度为 1. 5 μ m，宽度为0. 5 μ m的沟槽填充为实施例具体说明填充高深宽比沟槽的过程及方法。步骤一、参见图2所示，在硅片1上(或者在硅外延层上)采用干法刻蚀或湿法刻 蚀形成深度为1. 5 μ m，宽度为0. 5μπι的沟槽2。在本发明的其它实施例中，所述沟槽的深 度为 0. Ιμ 5·0μπ 。步骤二、结合图3所示，用高温氧化的方法在沟槽2的表面(包括沟槽2的两侧壁 和底部，硅片1的表面)形成一层100埃的氧化层7 ；然后，用化学气相沉积的方法在该氧 化层7上形成一层100埃的氮化层4。所述氧化层7和氮化层4作为沟槽2的绝缘层。生 长氮化层4的目的是防止沟槽2的侧壁和顶部生长硅外延层，另外，在后面的硅外延层高温 氧化时保护沟槽2的侧壁和顶部，防止沟槽2的侧壁和硅片1上表面的硅被氧化。而氧化 层7可以降低硅和氮化层4之间的应力。步骤三、参见图4所示，在硅片1的上表面涂光刻胶，用光刻胶保护沟槽2的顶部； 采用各相异性干法刻蚀的方法对沟槽2底部进行刻蚀，去除沟槽2底部的绝缘层，使沟槽2 底部的硅暴露出来以供后续的硅外延生长；然后再把光刻胶去除。步骤四、参见图5，利用选择性外延生长技术，在沟槽2的底部硅暴露的区域生长 硅外延层5，沟槽的侧壁和顶部(即硅片1的上表面)不生长硅外延层5 (即氮化层4上不 生长硅外延层幻，直至硅外延层5完全或部分填充沟槽；在本实施例中硅外延层5的最终厚度低于沟槽2的顶部0. 44 μ m。生长硅外延层5时，硅外延生长的硅源前驱物是硅烷、二 氯二氢硅、三氯氢硅和四氯氢硅中的一种。硅外延层5的厚度为0. 045 μ m 5. 0 μ m,并且 小于或等于沟槽2的深度。步骤五、结合图5所示，对硅外延层5顶部进行高温氧化，使其顶部一定厚度的硅 外延层5转化为氧化硅层6 ；在本实施例中在硅外延层5的顶部通过高温氧化形成0. 8 μ m 厚度的氧化硅层6。进行高温氧化后沟槽2被完全填充，或者氧化硅层6略高于沟槽2的顶 部，即硅外延层5的厚度和氧化硅层6的厚度之和大于或等于沟槽2的深度。如果氧化硅 层6高于沟槽2的顶部，可以用化学机械研磨将其磨平，使沟槽2的表面平坦化。以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，实施例各步骤中所述的具体实 施方法及参数，仅仅是为了便于理解本发明，并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原 理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范 围。
权利要求
1.一种填充高深宽比沟槽隔离区的方法，其特征在于，包括如下步骤在硅片或硅外 延层上形成沟槽；在所述沟槽表面依次形成氧化层、氮化层；用选择性刻蚀去除沟槽底部 的氮化层和氧化层，暴露出沟槽底部的硅；用选择性硅外延工艺方法生长硅外延层对沟槽 进行填充；对硅外延层顶部进行高温氧化，使其转化为氧化硅层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述沟槽的深度为0.1 μ m 5. 0 μ m。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述氧化层采用高温氧化的方法形成。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述氮化层用化学气相沉积的方法形成。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述选择性刻蚀是在所述硅片的上表面涂 光刻胶，用光刻胶保护沟槽的顶部；采用各相异性干法刻蚀的方法对所述沟槽底部进行刻 蚀，去除所述沟槽底部的氧化层和氮化层，然后再去除所述光刻胶。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述硅外延层只在所述沟槽底部暴露出的 硅区域生长，所述氮化层上不生长硅外延层。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于生长所述硅外延层时，硅外延生长的硅源前 驱物是硅烷、一氯氢硅、二氯二氢硅、三氯氢硅和四氯氢硅中的一种。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述硅外延层的厚度为0.045μπι 5. 0 μ m，并且小于或等于所述沟槽的深度。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述硅外延层的厚度和氧化硅层的厚度之 和大于或等于所述沟槽的深度。
10.如权利要求1或9所述的方法，其特征在于当所述氧化硅层高于所述沟槽顶部时 采用化学机械研磨将高出的部分去除，使所述沟槽的表面平坦化。
全文摘要
本发明公开了一种填充高深宽比沟槽隔离区的方法，在硅片或硅外延层上形成沟槽；在所述沟槽表面依次形成氧化层、氮化层；用选择性刻蚀去除沟槽底部的氮化层和氧化层，暴露出沟槽底部的硅；用选择性硅外延工艺方法生长硅外延层对沟槽进行填充；对硅外延层顶部进行高温氧化，使其转化为氧化硅层。本发明能使填充后的沟槽隔离区内不产生孔隙和接缝，使沟槽隔离区具有良好的隔离性能。
文档编号H01L21/762GK102054735SQ200910201728
公开日2011年5月11日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年10月28日
发明者刘继全 申请人:上海华虹Nec电子有限公司