[发明专利]浅沟槽隔离及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，特别是涉及一种具有巨大负／正热膨胀系数介质材料的浅沟槽隔离(STI)及其制造方法。

背景技术

随着集成电路的规模持续提高以及尺寸持续缩小，器件单元之间的绝缘隔离变得越来越重要，传统的场氧隔离因为制作工艺的限制在隔离区边缘会存在隔离氧化物减薄的“鱼嘴”效应，使得高密度、小尺寸器件的隔离性能下降。为此,业界目前多采用浅沟槽隔离(shallow trench isolation,STI)，如图1所示，也即在有源区周围刻蚀衬底1(可为单晶体硅，或者为包括埋氧层2的绝缘体上硅(SOI))形成通常纵深比(AR)比较大的沟槽，然后在沟槽中沉积填充例如为氧化物、氮化物或氮氧化物的STI隔离材料3，通过STI隔离材料3为包围其中的有源区4提供良好的电绝缘隔离保护。常用的STI隔离材料3例如包括二氧化硅、氮化硅这些非晶态介质材料。然而这些非晶态介质材料中通常会包含较多的电荷，特别是在长时间工作以及受到辐射之后，这些积累的电荷对器件会产生不利影响，造成器件性能和可靠性降低。

此外，在器件之间填充STI隔离材料的过程中，往往需要控制材料或工艺使得STI材料产生一定的压应力或拉应力，例如在填充之后加热使得与衬底热膨胀率不同的STI产生并向沟道区施加应力(负热膨胀介质材料受热收缩产生拉应力,正热膨胀介质受热膨胀产生压应力)，期望借此来改进器件性能。然而，非晶态介质材料的STI与单晶的衬底之间由于晶格不匹配，难于将应力完整引入器件沟道区，特别是在STI填充过程中可能会在沟槽侧壁形成孔洞或空隙5，使得沟道区受到的应力减弱乃至消失。因此，这些传统材料的STI难于有效提高器件性能。

总之，在现有的STI隔离技术中，传统的非晶态STI填充材料存在寄生电荷与应力缺陷问题，难以有效提高器件性能，因此亟需一种能有效提高器件性能的新材质和新结构。

发明内容

由上所述，本发明的目的在于提供一种能有效提高器件性能的STI结构及其制造方法。

为此，本发明提供了一种STI结构，包括衬底以及衬底中的隔离氧化物，其特征在于：在100K温度下，隔离氧化物的线性体积膨胀系数的绝对值大于10^-4/K。

本发明还提供了一种STI结构的制造方法，包括：提供衬底；在衬底上进行光刻/刻蚀形成浅沟槽；在衬底上以及浅沟槽中沉积隔离氧化物,其中,在100K温度下,隔离氧化物的线性体积膨胀系数的绝对值大于10^-4/K；平坦化隔离氧化物直至暴露衬底。

其中,沉积隔离氧化物的温度大于器件的工作温度。其中,沉积隔离氧化物的温度大于400℃,器件的工作温度小于100℃。

其中,隔离氧化物为负热膨胀介质材料。其中,隔离氧化物为钙钛矿型氧化物。其中,隔离氧化物包括Bi_0.95La_0.05NiO₃、BiNiO₃、ZrW₂O₈。

其中,隔离氧化物为正热膨胀介质材料。其中,隔离氧化物为框架材料。其中,隔离氧化物包括Ag₃[Co(CN)₆]。

依照本发明的STI结构及其制造方法，采用100K的温度下线性体积膨胀系数的绝对值大于10^-4/K的隔离氧化物来填充STI,大幅度提高了STI的应力，并且避免了STI内电荷聚集,提高了器件的电学性能以及可靠性。

附图说明

以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：

图1为现有技术的STI的剖面示意图；以及

图2至图5为依照本发明的填充有负/正热膨胀介质材料的STI的制造方法各步骤的剖面示意图。

具体实施方式

以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本发明技术方案的特征及其技术效果,公开了能有效提高器件性能的STI结构及其制造方法。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修饰各种器件结构或制造工序。这些修饰除非特别说明并非暗示所修饰器件结构或制造工序的空间、次序或层级关系。

图2至图5为依照本发明的填充有负/正热膨胀介质材料的STI的制造方法各步骤的剖面示意图。