[发明专利]浅沟槽隔离结构的制备方法

说明书

本发明提供了一种浅沟槽隔离结构的制备方法，包括依次进行：在半导体衬底中形成沟槽、在沟槽中形成线形氧化层、在沟槽内填充隔离介质层和高温退火，其中，形成线形氧化层的方法包括：在沟槽的内表面沉积氮化层；氧化氮化层，在沟槽的内表面形成氮氧化层。沉积了氮化层之后再进行氧化，可以圆滑沟槽表面和缓解沟槽内的应力，还可以避免直接对沟槽侧壁进行氧化对沟槽侧壁材料的严重损耗，进而增加了后续退火过程中含氧基团或形成的H₂O向半导体衬底中的扩散的难度；氮氧化层可以作为后续沟槽填充的过渡性材料，还可以有效阻止后续退火过程中含氧基团或形成的H₂O的扩散到沟槽侧壁的衬底，避免对有源区边界的氧化，从而减少有源区临界尺寸的缩小。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种浅沟槽隔离结构的制备方法。

背景技术

随着集成电路的发展，现代的CMOS芯片通常在一块普通的硅衬底材料上集成数以百万计的有源器件(即NMOS晶体管和PMOS晶体管)，然后通过特定的连接实现各种复杂的逻辑功能或模拟功能，而除了这些特定的功能以外，在电路的设计过程中，通常假设不同的器件之间一般是没有其他的互相影响的。因此在集成电路制造中必须能够把器件隔离开来，这就需要隔离技术。

随着器件向深亚微米发展，隔离技术由局部氧化(Local Oxidation of Silicon，LOCOS)工艺发展成为浅沟槽隔离(STI)技术。业界常用的浅沟槽隔离(STI)方法主要包括以下步骤：首先，在硅衬底上依次沉积氧化层、氮化硅层，并在氮化硅层上形成图形化的光刻胶层；之后以该图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀氮化硅层、氧化层和衬底，从而形成沟槽，并定义出有源区(Active Area)；接着在沟槽内生长线性氧化层(Liner Oxide)，以改善硅衬底与后续填充的氧化物的界面特性，随后进行高温退火(High Temperature Anneal)以释放应力，优化氧化层的质量；然后在这些沟槽中填入氧化物材料(如SiO2材料)作为隔离材料；最后进行高温退火(High Temperature Anneal)以释放应力，并密化沟槽中的氧化物材料。上述的隔离工艺可以完全消除局部氧化(LOCOS)隔离工艺所特有的氧化层边缘的鸟嘴形状，由此可以形成更小的器件隔离区。

用于有浅沟槽隔离结构的线性氧化层需要低缺陷和高致密度的薄膜，不仅能够改善硅衬底与后续填充的氧化物的界面特性，而且能够在后续的高温退火工艺中，阻挡隔离介质中的含氧基团向有源区的扩散，避免对有源区边界的氧化，从而大大减少有源区临界尺寸(AA CD)缩小；并且线性氧化层还能够阻挡高温退火工艺中形成的H₂O扩散到半导体衬底中造成硅的损耗，并能够造成有源区临界尺寸的减小。高温退火工艺中形成H₂O的反应原理如下：～Si-O-H+H-O-Si～…→…Si-O-Si…+H₂O。

现有的生长线性氧化层的方法中，通常包括：氧化沟槽侧壁形成一层薄薄的线性氧化层，由于直接在沟槽内进行氧化工艺形成氧化层，会造成沟槽侧壁上硅材料的大量损耗，而且后续的隔离介质层中的含氧基团或形成的H₂O特别容易扩散到有源区的边界将其氧化，从而缩小了有源区的临界尺寸。有源区的临界尺寸缩小会影响器件的饱和电流，进而影响到整个器件的性能。

发明内容

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种浅沟槽隔离结构的制备方法，通过改进线性氧化层的生长方式来减少含氧基团或H₂O的扩散，避免造成对有源区边界的氧化，从而避免有源区临界尺寸的缩小。

本发明提供了一种浅沟槽隔离结构的制备方法，其一种浅沟槽隔离结构的制备方法，包括依次进行：在半导体衬底中形成沟槽、在沟槽中形成线形氧化层、在沟槽内填充隔离介质层和高温退火，所述形成线形氧化层的方法包括：

步骤S41：在所述沟槽的内表面沉积氮化层；

步骤S42：氧化所述氮化层，在所述沟槽的内表面形成氮氧化层。