沟槽隔离结构的形成方法技术

一种沟槽隔离结构的形成方法，包括：提供衬底，衬底上形成有沟槽，衬底位于反应腔内；在沟槽的侧壁和底部形成第一氧化硅薄膜层；在反应腔内通入含硅气体，第一氧化硅薄膜层表面吸附含硅气体；在反应腔内通入含氧气体，含氧气体与所述第一氧化硅薄膜层表面吸附的含硅气体反应生成第二氧化硅薄膜层；或者，在反应腔内通入含硅气体，使含氧气体激发形成第一含氧等离子体，第一含氧等离子体与第一氧化硅薄膜层表面吸附的含硅气体反应生成第二氧化硅薄膜层；重复通入含硅气体、含氧气体、生成第二氧化硅薄膜层的步骤，直至沟槽被完全填充。该方法可以实现无间隙高深宽比沟槽填充，填充层致密度高，并避免了张力应力的产生。

【技术实现步骤摘要】
沟槽隔离结构的形成方法
本专利技术属于半导体制造领域，特别是涉及沟槽隔离结构的形成方法。
技术介绍
随着半导体技术的发展，衬底上电路元件变得越来越密集。为了防止元件间的相互作用，通常在晶体管有源区之间形成沟槽，然后在沟槽中填充介质材料以形成沟槽隔离结构（STI）来达到电学隔离。但是随着集成电路中元件密度的持续增加，这些沟槽的宽度也相应不断减小，因此增加了沟槽的深宽比。深宽比定义为沟槽的深度与宽度的比值。高深宽比的典型值大于3:1，高深宽比的沟槽难以淀积形成厚度均匀的膜，并且会产生夹断和孔洞。现有技术中，高密度等离子体（HDP，highdensityplasma）工艺因其沟槽填充能力强、沉积薄膜质量好以及耗时短而得到了广泛应用。但使用等离子体工艺进行填充，会对沟槽内的衬垫层造成破坏；而且随着深宽比的进一步增大，该方法已经难以满足无间隙填充要求。更多关于HDP工艺的知识，请参考1999年2月16日公开的公开号为US5872058A的美国专利文献。现有技术中，还采用高纵深比填沟工艺（HARP,HighAspectRatioProcess）来实现高深宽比沟槽的无间隙填充。常采用正硅酸乙酯（TEOS）与O3作为反应剂，在680-730℃下淀积，生成的SiO2具有非常好的保形性，可以很好的填充深宽比大于6:1的沟槽。但是该方法生成的SiO2层致密度小，导致吸收水汽，并且张力很大。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是在填充高深宽比的沟槽时SiO2层容易形成孔洞，而且形成的SiO2层致密度小、张力大。为解决上述问题，本专利技术提供一种沟槽隔离结构的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底上形成有沟槽，所述衬底位于反应腔内；在所述沟槽的侧壁和底部形成第一氧化硅薄膜层；在反应腔内通入含硅气体，所述第一氧化硅薄膜层表面吸附含硅气体；在所述反应腔内通入含氧气体，所述含氧气体与所述第一氧化硅薄膜层表面吸附的含硅气体反应生成第二氧化硅薄膜层；或者，在反应腔内通入含硅气体，使所述含氧气体激发形成第一含氧等离子体，所述第一含氧等离子体与所述第一氧化硅薄膜层表面吸附的含硅气体反应生成第二氧化硅薄膜层；重复所述通入含硅气体、含氧气体、生成第二氧化硅薄膜层的步骤，直至所述沟槽被完全填充。可选地，使用TEOS与O3或O2反应形成所述第一氧化硅薄膜层。可选地，形成所述第一氧化硅薄膜层后，通入含硅气体之前，在所述反应腔内通入第二含氧等离子体以去除所述第一氧化硅薄膜层表面的杂质。本专利技术中，除第一氧化硅薄膜层之外的所有氧化硅薄膜层均被称为第二氧化硅薄膜层，即含硅气体与含氧气体或第一含氧等离子体反应生成的氧化硅薄膜层均称为第二氧化硅薄膜层。可选地，在至少一次形成所述第二氧化硅薄膜层后，在所述反应腔内通入第二含氧等离子体以去除所述第二氧化硅薄膜层表面的杂质。即每形成一层所述第二氧化硅薄膜层后，可在所述反应腔内通入第二含氧等离子体以去除该层所述第二氧化硅薄膜层表面的杂质。可选地，形成所述第一氧化硅薄膜层后，通入含硅气体之前，在所述反应腔内通入惰性等离子体轰击所述第一氧化硅薄膜层。可选地，在至少一次形成所述第二氧化硅薄膜层后，在所述反应腔内通入惰性等离子体轰击所述第二氧化硅薄膜层。即每形成一层所述第二氧化硅薄膜层后，可在所述反应腔内通入惰性等离子体轰击该层所述第二氧化硅薄膜层。可选地，所述含硅气体为SiH4或TEOS。可选地，所述含氧气体为O2或O3。可选地，所述第二含氧等离子体为O2等离子体。可选地，激发所述含氧气体为第一含氧等离子体的功率为100-2000W。可选地，所述含氧气体的流速为100-3000sccm。可选地，所述含氧气体的压强为0.1-100mtorr。可选地，所述第二含氧等离子体中混入稀释气体。可选地，所述稀释气体为He或Ar。可选地，所述惰性等离子体为Ar或He等离子体。可选地，形成所述惰性等离子体的功率为100-2000W。可选地，所述惰性等离子体的流速为100-3000sccm。可选地，所述惰性等离子体的压强为0.1-100mtorr。可选地，在形成所述第一氧化硅薄膜层之前，在所述沟槽内形成氧化层衬垫。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：在沟槽内形成第一氧化硅薄膜层作为含硅气体的吸附载体。之后，在反应腔内通入含硅气体，所述含硅气体比采用淀积法淀积的SiO2颗粒更容易进入沟槽，而且含硅气体比淀积的SiO2颗粒更容易吸附在第一氧化硅薄膜层表面，并均匀吸附在第一氧化硅薄膜层表面。含硅气体与反应腔内的含氧气体或第一含氧等离子体反应生成致密度高和厚度均匀性好的第二氧化硅薄膜层，避免了沟槽侧壁上形成凸点，进而避免了由于凸点而造成的孔洞。其次，含硅气体更容易进入第一氧化硅薄膜层中的空隙，形成的第二氧化硅薄膜层填充了第一氧化硅薄膜层中的空隙，提高了第一氧化硅薄膜层的致密度。同理，每形成一层第二氧化硅薄膜层后，通入的含硅气体比采用淀积法淀积的SiO2颗粒更容易进入沟槽，而且含硅气体比淀积的SiO2颗粒更容易吸附在该层第二氧化硅薄膜层表面，并均匀吸附在该层第二氧化硅薄膜层表面，通入的含硅气体还会进入该第二氧化硅薄膜层的空隙中。含硅气体与反应腔内的含氧气体或第一含氧等离子体反应生成致密度高和厚度均匀性好的另一第二氧化硅薄膜层，避免了沟槽侧壁上形成凸点，进而避免了由于凸点而造成的孔洞。形成的另一第二氧化硅薄膜层还能填充上一层第二氧化硅薄膜层的空隙，使沟槽得到致密填充。而且含硅气体与含氧气体或第一含氧等离子体的反应生成的第二氧化硅薄膜层直接依附在第一氧化硅薄膜层表面或上一第二氧化硅薄膜层表面，生成的第二氧化硅薄膜层厚度也较薄，可以避免在反应生成的第二氧化硅薄膜层中产生应力，同时有利于填充。在具体实施例中，使用第二含氧等离子体去除第一、第二氧化硅薄膜层表面的有机物、碳等杂质，提高了第一、第二氧化硅薄膜层表面对含硅气体的物理吸附性能。还可以通入惰性等离子体轰击所述第一、第二氧化硅薄膜层，一方面通过溅射刻蚀所述第一、第二氧化硅薄膜层，增大了沟槽的开口度，有利于含硅气体的进入并吸附在第一、第二氧化硅薄膜层表面；另一方面，惰性气体等离子体与第一、第二氧化硅薄膜层表面碰撞，使第一、第二氧化硅薄膜层致密化，并使第一、第二氧化硅薄膜层中的应力得到释放。使含氧气体激发为第一含氧等离子体时，提高了反应速率，进而提高了沟槽的填充效率。采用TEOS作为含硅气体，和采用O3作为含氧气体可进一步提高反应速率，提高了沟槽的填充效率。附图说明图1是本专利技术具体实施例的沟槽隔离结构的形成方法流程示意图;图2至图5是本专利技术具体实施例的制作沟槽隔离结构方法的剖面结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特点和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。参照图2，并结合参照图1，执本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底上形成有沟槽，所述衬底位于反应腔内；在所述沟槽的侧壁和底部形成第一氧化硅薄膜层；在反应腔内通入含硅气体，所述第一氧化硅薄膜层表面吸附含硅气体；在所述反应腔内通入含氧气体，所述含氧气体与所述第一氧化硅薄膜层表面吸附的含硅气体反应生成第二氧化硅薄膜层；或者，在所述反应腔内通入含氧气体，使所述含氧气体激发形成第一含氧等离子体，所述第一含氧等离子体与所述第一氧化硅薄膜层表面吸附的含硅气体反应生成第二氧化硅薄膜层；重复所述通入含硅气体、含氧气体、生成第二氧化硅薄膜层的步骤，直至所述沟槽被完全填充。

【技术特征摘要】
1.一种沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底上形成有沟槽，所述衬底位于反应腔内；在所述沟槽的侧壁和底部形成第一氧化硅薄膜层；在反应腔内通入含硅气体，所述第一氧化硅薄膜层表面吸附含硅气体；在所述反应腔内通入所述含硅气体后，在所述反应腔内通入含氧气体，所述含氧气体与所述第一氧化硅薄膜层表面吸附的含硅气体反应生成第二氧化硅薄膜层；或者，在所述反应腔内通入含氧气体，使所述含氧气体激发形成第一含氧等离子体，所述第一含氧等离子体与所述第一氧化硅薄膜层表面吸附的含硅气体反应生成第二氧化硅薄膜层；重复所述通入含硅气体、含氧气体、生成第二氧化硅薄膜层的步骤，直至所述沟槽被完全填充。2.如权利要求1所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，使用TEOS与O3或O2反应形成所述第一氧化硅薄膜层。3.如权利要求1所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，形成所述第一氧化硅薄膜层后，通入含硅气体之前，在所述反应腔内通入第二含氧等离子体以去除所述第一氧化硅薄膜层表面的杂质。4.如权利要求1所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，在至少一次形成所述第二氧化硅薄膜层后，在所述反应腔内通入第二含氧等离子体以去除所述第二氧化硅薄膜层表面的杂质。5.如权利要求1所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，形成所述第一氧化硅薄膜层后，通入含硅气体之前，在所述反应腔内通入惰性等离子体轰击所述第一氧化硅薄膜层。6.如权利要求1所述的沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，在至少一次形成所述第二氧化硅薄膜层后，在所述反应腔内通入惰性等离子体轰击所述第二氧化硅薄膜层...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鸣，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31