CN101183659B - 一种在硅片表面实施的沟槽隔离工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在硅片表面实施的沟槽隔离工艺，该工艺包括如下步骤：a.通过刻蚀制程在硅片表面刻蚀出一个沟槽；b.去除刻蚀副产物；c.对沟槽内部注入硅离子，使衬底表面非晶化，然后对硅片进行高温退火以修复注入损伤；d.生长一层衬垫氧化层；e.填充氧化物，使氧化物的质地在高温下致密化；f.通过化学机械抛光实现硅片表面平坦化。与现有技术相比，本发明的方法使沟槽角落和周边生长的氧化层的厚度更为均匀，最终使硅片沟槽角落和周边应力释放均匀，可有效降低角落处的缺陷密度，从而减少漏电；另外，非晶化衬底氧化速度较快，所以该衬垫氧化层生长的速度也会有所提高，降低了沟槽隔离工艺的时间成本。

Description

一种在硅片表面实施的沟槽隔离工艺
技术领域
本发明属集成电路工艺技术领域，具体涉及一种在硅片表面实施的沟槽隔离工艺。
背景技术
随着半导体特征尺寸的进一步缩小，沟槽隔离(Trench Isolation)工艺被普遍采用。常规的沟槽隔离工艺包括刻蚀定义出一个沟槽，然后清洗去除刻蚀副产物，之后进入高温炉管生长一层氧化层以消除刻蚀带来的硅衬底的损伤，接着用高密度等离子化学气相沉积(High Density Plasma Chemical VaporDeposition，下简称HDPCVD)的工艺填充氧化层，然后在高温下致密化，最后用化学机械抛光(Chemical Mechanical Polish，下简称CMP)去除不需要的氧化物以平坦化。
但是现在这个常规的隔离工艺遇到了瓶颈，即漏电现象。由于漏电限制了电路密度的提高，以前常规工艺的缺陷越来越变得不可接受，我们必须有新的工艺进一步降低漏电。漏电其中一个主要来源于沟槽内的HDP(High-DensityPlasma)和氮化硅硬掩护层表现为不同应力形式导致不匹配而产生的硅衬底的缺陷，尤其在沟槽的角落处，由于沟槽角落处衬垫氧化层厚度通常比侧壁或底部要薄30％以上，很容易造成缺陷，出现漏电现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的沟槽隔离工艺，其可以有效改善衬垫氧化层厚度的均匀性。
为实现上述目的，本发明提供一种在硅片表面实施的沟槽隔离工艺，该工艺包括如下步骤：a.通过刻蚀制程在硅片表面刻蚀出一个沟槽；b.去除刻蚀副产物；c.对沟槽内部注入硅离子，使衬底表面非晶化，然后对硅片进行高温退火以修复注入损伤；d.生长一层衬垫氧化层；e.填充氧化物，使氧化物的质地在高温下致密化；f.通过化学机械抛光实现硅片表面平坦化。
与现有技术相比，本发明的方法使衬底表面非晶化，衬底内部的晶格重新排列，由于沟槽角落和周边的非晶化深度基本一致，在生长衬垫氧化层的时候，沟槽角落和周边生长的氧化层的厚度更为均匀，使硅片沟槽角落和周边应力释放均匀，可有效降低角落处的缺陷密度，从而减少漏电；另外，由于非晶化衬底氧化速度较快，因此该衬垫氧化层生长的速度也会有所提高，降低了沟槽隔离工艺的时间成本。
附图说明
通过以下对本发明一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：
图1是现有技术中沟槽隔离工艺的流程图；
图2是本发明沟槽隔离工艺的流程图。
具体实施方式
本发明提供的沟槽隔离工艺在硅片表面实施，是通过硅离子注入来改善沟槽隔离衬垫氧化层厚度均匀性，即在沟槽刻蚀和清洗之后，注入适量的硅离子，使衬底表面非晶化(amorphous)，之后将氮气作为工作气体对硅片进行高温退火，来修复注入损伤。
本发明的沟槽隔离工艺详细包括如下步骤：
首先通过刻蚀制程在硅片表面刻蚀出一个沟槽(步骤11)；并通过清洗去除刻蚀副产物(步骤12)。
将硅片送入反应腔内，将硅离子以一定能量，注入衬底表面以破坏衬底表面的晶格注入适量的硅离子，使衬底表面非晶化(步骤13)；然后将氮气作为工作气体对硅片进行高温退火以修复注入硅离子产生的损伤，使衬底内部的晶格重新排列(步骤14)；通过步骤13和14重新排列了衬底内部的晶格，使得硅晶体结构变得更加疏松；从而使步骤15中，在沟槽角落和周边生长的氧化层更为均匀。
经实验验证，注入硅离子的能量范围在15keV～50keV，硅离子的注入量为1e13～5e14/cm2，其注入量根据要求的衬垫氧化层厚度变化而变化，同时也得考虑氮化硅的抗注入能力。在高温退火的步骤中退火的温度范围为800℃～950℃，至少持续15分钟以上。
在本发明较佳实施例中，对于衬垫氧化层厚度为150
Figure 2007101722664_0
，掩蔽氮化硅膜1600
Figure 2007101722664_1
，比较合适的注入条件为：硅离子注入量为8e13_30keV，退火条件为850℃，至少持续30分钟。
然后，将硅片送入炉管内并充入氧气，在硅片的表面生长一层衬垫氧化层(步骤15)；采用传统工艺填充氧化物，接着在炉管下高温致密化(步骤16)；步骤16中通过高密度等离子化学气相沉积(High Density Plasma ChemicalVapor Deposition，下简称HDPCVD)的工艺填充氧化层，然后在通过退火制程或者是快速热制程，以使氧化物的质地在高温下致密化。
最后通过化学机械抛光实现硅片表面平坦化(步骤17)。
由于衬底内部的晶格重新排列，硅晶体结构变得疏松，所以在步骤15中生长衬垫氧化层的时候，沟槽角落和周边生长的氧化层的厚度更为均匀，最终使硅片沟槽角落和周边应力释放均匀；另外，由于非晶化衬底氧化速度较快，因此该衬垫氧化层生长的速度也会有所提高。

Claims (7)

1. 一种在硅片表面实施的沟槽隔离工艺，该工艺包括如下步骤：
a.通过刻蚀制程在硅片表面刻蚀出一个沟槽；
b.去除刻蚀副产物；
c.对沟槽内部注入硅离子，使衬底表面非晶化，然后对硅片进行高温退火以修复注入损伤；
d.生长一层衬垫氧化层；
e.填充氧化物，使氧化物的质地在高温下致密化；
f.通过化学机械抛光实现硅片表面平坦化。
2. 如权利要求1所述的一种在硅片表面实施的沟槽隔离工艺，其特征在于：注入硅离子的能量范围在15keV～50keV。
3. 如权利要求1所述的一种在硅片表面实施的沟槽隔离工艺，其特征在于：硅离子的注入量为1e13～5e14/cm2。
4. 如权利要求3所述的一种在硅片表面实施的沟槽隔离工艺，其特征在于：硅离子注入量取决于衬垫氧化层厚度。
5. 如权利要求1所述的一种在硅片表面实施的沟槽隔离工艺，其特征在于：采用氮气作为工作气体对硅片进行高温退火以修复注入硅离子产生的损伤。
6. 如权利要求1或5所述的一种在硅片表面实施的沟槽隔离工艺，其特征在于：所述高温退火的温度范围为800℃～950℃，至少持续15分钟以上。
7. 如权利要求1所述的一种在硅片表面实施的沟槽隔离工艺，其特征在于：在步骤d中通过化学气相沉积的工艺填充氧化层，然后在通过退火制程或者是快速热制程，以使氧化物的质地致密化。
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