[发明专利]一种浅沟槽隔离氧化层的制备方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种制备浅沟槽隔离氧化层的方法及其装置。

背景技术

集成电路（IC）是现代信息产业的基础，集成电路所用的材料主要是硅、锗、砷化镓等，全球90%以上的IC都采用硅片。随着科技的不断进步，市场和消费者对半导体器件制造要求也越来越高，为了满足现代微处理器和其他逻辑芯片的工艺需求，集成电路的制造工艺难度也越来越高。因此，制造集成电路的硅片，不仅要求具有极高的平面度和极小的表面粗糙度，而且要求表面无变质层、无划伤。

目前通常采用热氧化生长的方式生成氧化膜，以使集成电路的表面得到较低的界面缺陷密度氧化膜，从而使集成电路达到平面度和粗糙度的要求。其中，热氧化生长可分为干氧氧化以及湿氧氧化两种。在传统的热氧化反应中，氧化速率与晶体方向有关，不同硅片晶面上，氧化速率也不相同，其中，硅片（111）或（110）晶面上的氧化速率大于（100）晶面的氧化速率，尤其在热氧化初期的线性阶段，速率的差别最大。如图1所示，硅片的（110）晶面上生成的二氧化硅的厚度大于（100）晶面的二氧化硅厚度。

在集成电路中，绝大多数是采用（100）晶面的硅片作为后续反应的基体，如果其他晶面上生成的二氧化硅过厚，会对（100）晶面上的二氧化硅的性能造成极大的影响，从而影响集成电路的性能。

另外，在实际应用中，通常使用的浅沟槽隔离氧化层制备方法为硅基体分别在氧气和水气的环境下，进行的热氧化反应，热氧化过程中硅与二氧化硅的界面会向硅片的内部迁移。由于生成的浅沟槽隔离氧化层通常具有凹槽结构，采用传统的氧化反应生长浅沟槽隔离氧化层时，在凹槽结构的拐角处就产生应力作用，使在拐角处生成的二氧化硅的厚度变薄，从而使生成的二氧化硅层厚度不均匀。

现有技术中，还可使用现场水汽生成(ISSG，in-situ steam generation)工艺制备浅沟槽隔离氧化层，该工艺具采用高氧化活性的自由基与衬底接触，氧化生成浅沟槽隔离氧化层，但是该工艺不能有效改善刻蚀浅沟槽隔离氧化层中的硅损伤，有较差的硅氧界面态。需要后继使用热处理技术对氧化层进行修复，增加了工艺的复杂性。

为了使浅沟槽具有更好的台阶均匀性，还可以在原有的技术基础上，通过化学机械的方法来实现。专利CN103377912A公开了一种浅沟槽隔离化学机械平坦化方法，包括：在衬底上形成硬掩膜层；光刻/刻蚀硬掩膜层形成硬掩膜图形；以硬掩膜图形为掩膜刻蚀衬底形成浅沟槽；在硬掩膜层上以及浅沟槽内沉积绝缘层，其中不同区域内的绝缘层顶部存在高度差；在绝缘层上形成共形的保护层；化学机械平坦化绝缘层以及保护层，直至露出硬掩膜层该防止了浅沟槽区域内处于谷部的氧化物被过度移除，从而有效地提高了台阶高度的均匀性，但是上述步骤繁琐，且化学机械平坦化绝缘层及保护层无法满足集成电路中精度的要求。

因此，需要对能提高浅沟槽隔离氧化层的均匀度且无需修复硅氧界面态步骤的制备方法进行进一步的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种能有效提高浅沟槽隔离氧化层的厚度均匀性的浅沟槽隔离氧化层制备方法，可以有效解决不同晶面的氧化速率差异的问题，以克服现有技术中厚度均匀性不佳的缺陷。

本发明的第一方面提供了一种浅沟槽隔离氧化层的制备方法，其步骤包括：

提供一具有浅沟槽隔离凹槽的半导体衬底；

将所述半导体衬底放置于一反应腔室中；

于该反应腔室中通入氧化气体和催化气体，生成自由基，该自由基与所述半导体衬底的表面反应，以于所述浅沟槽隔离凹槽的底部及其侧壁生成隔离氧化层。

所述的催化气体为分成至少三股入口高度各不相同的气体通入反应腔中。

上述的制备方法中，所述的自由基包括：O^*，H^*或OH^*中的一种或多种的混合物。

上述的制备方法中，所述的催化气体优选为氢气，所述的氧化气体优选为氧气。

上述的制备方法中，氢气和氧气混合体积比优选为1：99-30：70，更优选为5：95-10：90。

上述的制备方法中，氧气的流量范围优选为5-30slm，更优选为10-20slm。

上述的制备方法中，通过控制氢气的流量控制氢气的流量及其浓度，氢气的流量范围优选为1-4slm。

上述的制备方法中所述的氢气和氧气温度优选为800-1000℃，更优选为900-1000℃，压力优选为0.1-0.6Torr，更优选为0.2-0.5Torr。