一種在矽片表面實施的溝槽隔離工藝的製作方法
2023-05-31 19:42:36 1
專利名稱：一種在矽片表面實施的溝槽隔離工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬集成電路工藝技術領域，具體涉及一種在矽片表面實施的溝槽隔 離工藝。
背景技術：
隨著半導體特徵尺寸的進一步縮小，溝槽隔離(Trench Isolation)工藝被 普遍採用。常規的溝槽隔離工藝包括刻蝕定義出一個溝槽，然後清洗去除刻蝕 副產物，之後進入高溫爐管生長一層氧化層以消除刻蝕帶來的矽村底的損傷， 接著用高密度等離子化學氣相沉積(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition,下簡稱HDPCVD)的工藝填充氧化層，然後在高溫下緻密化，最 後用化學機械拋光(Chemical Mechanical Polish，下簡稱CMP )去除不需要的氧 化物以平坦化。
但是現在這個常規的隔離工藝遇到了瓶頸，即漏電現象。由於漏電限制了 電路密度的提高，以前常規工藝的缺陷越來越變得不可接受，我們必須有新的 工藝進一步降低漏電。漏電其中一個主要來源於溝槽內的HDP (High-Density Plasma)和氮化矽硬掩護層表現為不同應力形式導致不匹配而產生的矽襯底的 缺陷，尤其在溝槽的角落處，由於溝槽角落處襯墊氧化層厚度通常比側壁或底 部要薄30%以上，很容易造成缺陷，出現漏電現象。
發明內容
本發明的目的在於提供一種新的溝槽隔離工藝，其可以有效改善襯墊氧化 層厚度的均勻性。
為實現上述目的，本發明提供一種在矽片表面實施的溝槽隔離工藝，該工 藝包括如下步驟a.通過刻蝕製程在矽片表面刻蝕出一個溝槽；b.去除刻蝕副產 物；c.對溝槽內部注入矽離子，使襯底表面非晶化，然後對矽片進行高溫退火
以修復注入損傷；d.生長一層襯墊氧化層；e.填充氧化物，使氧化物的質地在高 溫下緻密化；f.通過化學才幾械拋光實現矽片表面平坦化。
與現有技術相比，本發明的方法使襯底表面非晶化，襯底內部的晶格重新 排列，由於溝槽角落和周邊的非晶化深度基本一致，在生長襯墊氧化層的時候， 溝槽角落和周邊生長的氧化層的厚度更為均勻，使矽片溝槽角落和周邊應力釋 放均勻，可有效降低角落處的缺陷密度，從而減少漏電；另外，由於非晶化襯 底氧化速度較快，因此該村墊氧化層生長的速度也會有所提高，降低了溝槽隔 離工藝的時間成本。
通過以下對本發明一實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解其發明的 目的、具體結構特徵和優點。其中，附圖為 圖l是現有技術中溝槽隔離工藝的流程圖； 圖2是本發明溝槽隔離工藝的流程圖。
具體實施例方式
本發明提供的溝槽隔離工藝在矽片表面實施，是通過矽離子注入來改善溝 槽隔離襯墊氧化層厚度均勻性，即在溝槽刻蝕和清洗之後，注入適量的矽離子， 使襯底表面非晶化(amorphous),之後將氮氣作為工作氣體對矽片進行高溫退 火，來修復注入損傷。
本發明的溝槽隔離工藝詳細包括如下步驟
首先通過刻蝕製程在矽片表面刻蝕出一個溝槽(步驟11); 並通過清洗去 除刻蝕副產物(步驟12)。
將矽片送入反應腔內，將矽離子以一定能量，注入襯底表面以破壞襯底表 面的晶格注入適量的矽離子,使襯底表面非晶化(步驟13);然後將氮氣作為 工作氣體對矽片進行高溫退火以修復注入矽離子產生的損傷，使襯底內部的晶 格重新排列(步驟14 );通過步驟13和14重新排列了襯底內部的晶格，使得 矽晶體結構變得更加疏鬆；從而使步驟15中，在溝槽角落和周邊生長的氧化 層更為均勻。
經實驗驗證，注入矽離子的能量範圍在15keV 50keV，矽離子的注入量為 lel3 5el4/cm2，其注入量根據要求的襯墊氧化層厚度變化而變化，同時也得考 慮氮化矽的抗注入能力。在高溫退火的步驟中退火的溫度範圍為800。C 950。C, 至少持續15分鐘以上。
在本發明較佳實施例中，對於襯墊氧化層厚度為150A,掩蔽氮化矽膜 1600A，比較合適的注入條件為矽離子注入量為8el3一30keV,退火條件為 850°C，至少持續30分鐘。
然後，將矽片送入爐管內並充入氧氣，在矽片的表面生長一層襯墊氧化層 (步驟15);釆用傳統工藝填充氧化物，接著在爐管下高溫緻密化(步驟16); 步驟16中通過高密度等離子化學氣相沉積(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition,下簡稱HDPCVD)的工藝填充氧化層，然後在通過退火製程 或者是快速熱製程，以使氧化物的質地在高溫下緻密化。
最後通過化學機械拋光實現矽片表面平坦化(步驟17)。
由於襯底內部的晶格重新排列，矽晶體結構變得疏鬆，所以在步驟15中 生長襯墊氧化層的時候，溝槽角落和周邊生長的氧化層的厚度更為均勻，最終 使矽片溝槽角落和周邊應力釋放均勻；另外，由於非晶化襯底氧化速度較快， 因此該襯墊氧化層生長的速度也會有所提高。
權利要求
1、一種在矽片表面實施的溝槽隔離工藝，該工藝包括如下步驟a.通過刻蝕製程在矽片表面刻蝕出一個溝槽；b.去除刻蝕副產物；c.對溝槽內部注入矽離子，使襯底表面非晶化，然後對矽片進行高溫退火以修復注入損傷；d.生長一層襯墊氧化層；e.填充氧化物，使氧化物的質地在高溫下緻密化；f.通過化學機械拋光實現矽片表面平坦化。
2、 如權利要求1所述的一種在矽片表面實施的溝槽隔離工藝，其特徵在於注 入矽離子的能量範圍在15keV 50keV。
3、 如權利要求1所述的一種在矽片表面實施的溝槽隔離工藝，其特徵在於矽 離子的注入量為Iel3~5el4/cm2。
4、 如權利要求3所述的一種在矽片表面實施的溝槽隔離工藝，其特徵在於矽 離子注入量取決於襯墊氧化層厚度。
5、 如權利要求1所述的一種在矽片表面實施的溝槽隔離工藝，其特徵在於釆 用氮氣作為工作氣體對矽片進行高溫退火以修復注入矽離子產生的損傷。
6、 如權利要求1或5所述的一種在矽片表面實施的溝槽隔離工藝，其特徵在於 所述高溫退火的溫度範圍為800。C 950。C，至少持續15分鐘以上。
7、 如權利要求1所述的一種在矽片表面實施的溝槽隔離工藝，其特徵在於在 步驟d中通過化學氣相沉積的工藝填充氧化層，然後在通過退火製程或者是快 速熱製程，以使氧化物的質地緻密化。
全文摘要
本發明提供一種在矽片表面實施的溝槽隔離工藝，該工藝包括如下步驟a.通過刻蝕製程在矽片表面刻蝕出一個溝槽；b.去除刻蝕副產物；c.對溝槽內部注入矽離子，使襯底表面非晶化，然後對矽片進行高溫退火以修復注入損傷；d.生長一層襯墊氧化層；e.填充氧化物，使氧化物的質地在高溫下緻密化；f.通過化學機械拋光實現矽片表面平坦化。與現有技術相比，本發明的方法使溝槽角落和周邊生長的氧化層的厚度更為均勻，最終使矽片溝槽角落和周邊應力釋放均勻，可有效降低角落處的缺陷密度，從而減少漏電；另外，非晶化襯底氧化速度較快，所以該襯墊氧化層生長的速度也會有所提高，降低了溝槽隔離工藝的時間成本。
文檔編號H01L21/70GK101183659SQ20071017226
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月13日 優先權日2007年12月13日
發明者葉紅波 申請人:上海集成電路研發中心有限公司