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1、(10)申请公布号 CN 102881626 A (43)申请公布日 2013.01.16 C N 1 0 2 8 8 1 6 2 6 A *CN102881626A* (21)申请号 201110198492.6 (22)申请日 2011.07.15 H01L 21/762(2006.01) (71)申请人中芯国际集成电路制造（上海）有限 公司 地址 201203 上海市浦东新区张江路18号 (72)发明人卜伟海 (74)专利代理机构上海思微知识产权代理事务 所(普通合伙) 31237 代理人屈蘅 李时云 (54) 发明名称 浅沟槽隔离结构及其制造方法 (57) 摘要 本发明提供一种浅沟槽隔。
2、离结构及其制造方 法，所述浅沟槽隔离结构中远离隔离槽开口的隔 离槽下部的形状为球形，即浅沟槽隔离结构的边 角比较圆滑，由此将避免产生漏电及击穿的问题， 提高产品可靠性。此外，由于隔离槽下部的形状为 球形，在隔离槽同样深的情况下，本发明提供的浅 沟槽隔离结构使得其两侧的电子之间距离更远， 电子移转的路径更长，由此，可有效避免浅沟槽隔 离结构两侧的电子移转。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图7页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 7 页 1/2页 2 1.一种浅沟槽隔离结构，其特征在于，包括： 隔离槽，其包。
3、括接近隔离槽开口的隔离槽上部以及远离隔离槽开口的隔离槽下部，所 述隔离槽下部的形状为球形； 形成于所述隔离槽内的填充物。 2.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构，其特征在于，所述隔离槽下部的直径为1000 埃4000埃。 3.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构，其特征在于，所述隔离槽下部内形成有气泡。 4.如权利要求3所述的浅沟槽隔离结构，其特征在于，所述气泡的直径为300埃 3900埃。 5.如权利要求1至4中的任一项所述的浅沟槽隔离结构，其特征在于，所述填充物包 括： 覆盖所述隔离槽的侧壁和底部的衬垫氧化硅层；以及 覆盖所述衬垫氧化硅层的填充氧化硅层。 6.一种浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征。
4、在于，包括： 提供硅衬底，所述硅衬底上顺次形成有垫氧化硅层和氮化硅层； 依次刻蚀所述氮化硅层、垫氧化硅层和部分硅衬底，以形成隔离槽上部； 在所述隔离槽上部的侧壁形成侧墙结构； 刻蚀所述隔离槽上部曝露出的硅衬底，以形成隔离槽下部，从而形成包括隔离槽上部 及隔离槽下部的隔离槽，所述隔离槽下部的形状为球形； 去除所述侧墙结构； 在隔离槽内形成填充物，以形成浅沟槽隔离结构。 7.如权利要求6所述的浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述依次刻蚀所述 氮化硅层、垫氧化硅层和部分硅衬底的步骤中，所使用的刻蚀工艺为各向异性刻蚀工艺。 8.如权利要求6所述的浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述刻蚀所述。
5、隔离 槽上部内曝露出的硅衬底的步骤中，所使用的刻蚀工艺为各向同性刻蚀工艺。 9.如权利要求6所述的浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述隔离槽下部的 直径为1000埃4000埃。 10.如权利要求6所述的浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，在隔离槽内形成填 充物的步骤包括： 在隔离槽内形成衬垫氧化硅层； 形成填充氧化硅层，所述填充氧化硅层位于所述衬垫氧化硅层及氮化硅层上，同时，在 所述隔离槽下部形成气泡； 对所述填充氧化硅层进行化学机械研磨工艺。 11.如权利要求10所述的浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，形成填充氧化硅 层的步骤包括： 形成第一填充氧化硅层，所述第一填充氧化硅层位于。
6、所述衬垫氧化硅层及氮化硅层 上，同时，在所述隔离槽下部形成气泡； 形成第二填充氧化硅层，所述第二填充氧化硅层位于所述第一填充氧化硅层上。 12.如权利要求10或11所述的浅沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述气泡的 权 利 要 求 书CN 102881626 A 2/2页 3 直径为300埃3900埃。 权 利 要 求 书CN 102881626 A 1/5页 4 浅沟槽隔离结构及其制造方法 技术领域 0001 本发明涉及集成电路制造工艺，特别涉及一种浅沟槽隔离结构及其制造方法。 背景技术 0002 随着集成电路尺寸的减小，构成电路的器件必须更密集地放置，以适应芯片上可 用的有限空间。由于。
7、目前的研究致力于增大硅衬底的单位面积上有源器件的密度，所以电 路间的有效绝缘隔离变得更加重要。现有技术中形成隔离区域的方法主要有局部氧化隔离 (LOCOS)工艺或浅沟槽隔离(STI)工艺。 0003 LOCOS工艺是在晶片表面淀积一层氮化硅，然后再进行刻蚀，对部分凹进区域进行 氧化生长二氧化硅，有源器件在氮化硅所确定的区域生成。对于隔离技术来说，LOCOS工艺 在电路中的有效局部氧化隔离仍然存在问题，其中一个问题就是在氮化硅边缘生长的“鸟 嘴”现象，这是由于在氧化的过程中氮化硅和硅之间的热膨胀性能不同造成的。这个“鸟嘴” 占用了实际的空间，增大了电路的体积，并在氧化过程中，对晶片产生应力破坏。。
8、因此LOCOS 工艺只适用于大尺寸器件的设计和制造。 0004 浅沟槽隔离(STI)技术比局部氧化隔离(LOCOS)工艺拥有多项的制程及电性隔离 优点，包括可减少占用硅晶圆表面的面积同时增加器件的集成度，保持表面平坦度及较少 通道宽度侵蚀等。因此，目前0.18微米以下的元件例如MOS电路的有源区隔离层已大多采 用浅沟槽隔离工艺来制作。 0005 请参考图1a1e，其为现有的浅沟槽隔离结构的制造方法的示意图。 0006 如图1a所示，首先，提供硅衬底10，所述硅衬底10上顺次形成有垫氧化硅层(Pad Oxide)11和氮化硅层12； 0007 如图1b所示，其次，依次刻蚀所述氮化硅层12、垫氧化。
9、硅层11和部分硅衬底10， 以形成隔离槽100； 0008 如图1c所示，接着，在所述隔离槽100内形成衬垫氧化硅层(Linear Oxide)13，通 过所述衬垫氧化硅层13可修复前述工艺中引起的表面缺陷并可缓解应力； 0009 如图1d所示，然后，在所述衬垫氧化硅层13及氮化硅层12表面形成填充氧化硅 层14； 0010 如图1e所示，最后，通过化学机械研磨工艺去除所述氮化硅层12表面的填充氧化 硅层14，形成浅沟槽隔离结构110。 0011 然而，通过现有的浅沟槽隔离结构的制造方法，所形成的浅沟槽隔离结构110，其 边角比较尖锐(如图1e所示)，由此，将容易产生漏电及击穿等问题，降低了产。
10、品的可靠性。 此外，现有的浅沟槽隔离结构110由于其侧面及底面都是直线，在隔离槽没有足够深的情 况下，很容易发生浅沟槽隔离结构110两侧的电子移转的问题。 发明内容 0012 本发明的目的在于提供一种浅沟槽隔离结构及其制造方法，以解决现有的浅沟槽 说 明 书CN 102881626 A 2/5页 5 隔离结构易于产生漏电、击穿及浅沟槽隔离结构两侧电子易于移转的问题。 0013 为解决上述技术问题，本发明提供一种浅沟槽隔离结构，包括：隔离槽，其包括接 近隔离槽开口的隔离槽上部以及远离隔离槽开口的隔离槽下部，所述隔离槽下部的形状为 球形；形成于所述隔离槽内的填充物。 0014 可选的，在所述的浅沟。
11、槽隔离结构中，所述隔离槽下部的直径为1000埃4000 埃。 0015 可选的，在所述的浅沟槽隔离结构中，所述隔离槽下部内形成有气泡。 0016 可选的，在所述的浅沟槽隔离结构中，所述气泡的直径为300埃3900埃。 0017 可选的，在所述的浅沟槽隔离结构中，所述填充物包括：覆盖所述隔离槽的侧壁和 底部的衬垫氧化硅层；以及覆盖所述衬垫氧化硅层的填充氧化硅层。 0018 本发明还提供一种浅沟槽隔离结构的制造方法，包括：提供硅衬底，所述硅衬底上 顺次形成有垫氧化硅层和氮化硅层；依次刻蚀所述氮化硅层、垫氧化硅层和部分硅衬底，以 形成隔离槽上部；在所述隔离槽上部的侧壁形成侧墙结构；刻蚀所述隔离槽上部。
12、曝露出的 硅衬底，以形成隔离槽下部，从而形成包括隔离槽上部及隔离槽下部的隔离槽，所述隔离槽 下部的形状为球形；去除所述侧墙结构；在隔离槽内形成填充物，以形成浅沟槽隔离结构。 0019 可选的，在所述的浅沟槽隔离结构的制造方法中，所述依次刻蚀所述氮化硅层、垫 氧化硅层和部分硅衬底的步骤中，所使用的刻蚀工艺为各向异性刻蚀工艺。 0020 可选的，在所述的浅沟槽隔离结构的制造方法中，所述刻蚀所述隔离槽上部内曝 露出的硅衬底的步骤中，所使用的刻蚀工艺为各向同性刻蚀工艺。 0021 可选的，在所述的浅沟槽隔离结构的制造方法中，所述隔离槽下部的直径为1000 埃4000埃。 0022 可选的，在所述的浅沟。
13、槽隔离结构的制造方法中，在隔离槽内形成填充物的步骤 包括：在隔离槽内形成衬垫氧化硅层；形成填充氧化硅层，所述填充氧化硅层位于所述衬 垫氧化硅层及氮化硅层上，同时，在所述隔离槽下部形成气泡；对所述填充氧化硅层进行化 学机械研磨工艺。 0023 可选的，在所述的浅沟槽隔离结构的制造方法中，形成填充氧化硅层的步骤包括： 形成第一填充氧化硅层，所述第一填充氧化硅层位于所述衬垫氧化硅层及氮化硅层上，同 时，在所述隔离槽下部形成气泡；形成第二填充氧化硅层，所述第二填充氧化硅层位于所述 第一填充氧化硅层上。 0024 可选的，在所述的浅沟槽隔离结构的制造方法中，所述气泡的直径为300埃 3900埃。 002。
14、5 在本发明提供的浅沟槽隔离结构及其制造方法中，远离隔离槽开口的隔离槽下部 的形状为球形，即浅沟槽隔离结构的边角比较圆滑，由此将避免产生漏电及击穿的问题，提 高产品可靠性。 0026 此外，由于隔离槽下部的形状为球形，在隔离槽同样深的情况下，本发明提供的浅 沟槽隔离结构使得其两侧的电子之间距离更远，电子移转的路径更长，由此，可有效避免浅 沟槽隔离结构两侧的电子移转。 附图说明 说 明 书CN 102881626 A 3/5页 6 0027 图1a1e是现有的浅沟槽隔离结构的制造方法的示意图； 0028 图2是本发明实施例的浅沟槽隔离结构的示意图； 0029 图3是本发明实施例的浅沟槽隔离结构的。
15、制造方法的流程图； 0030 图4a4i是本发明实施例的浅沟槽隔离结构的制造方法的示意图。 具体实施方式 0031 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的浅沟槽隔离结构及其制造方法作进 一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是， 附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明 实施例的目的。 0032 请参考图2，其为本发明实施例的浅沟槽隔离结构的示意图。如图2所示，所述浅 沟槽隔离结构210包括： 0033 隔离槽200，所述隔离槽200包括接近隔离槽200开口的隔离槽上部201以及远离 隔离槽200开口的隔离槽下部202。
16、，所述隔离槽下部202的形状为球形； 0034 形成于所述隔离槽200内的填充物21。 0035 在本发明提供的浅沟槽隔离结构210中，远离隔离槽200开口的隔离槽下部202 的形状为球形，即浅沟槽隔离结构210的边角比较圆滑，由此将避免产生漏电及击穿的问 题，提高产品可靠性。此外，由于隔离槽下部202的形状为球形，在隔离槽同样深的情况下， 本发明提供的浅沟槽隔离结构210使得其两侧的电子之间距离更远，电子移转的路径更 长，由此，可有效避免浅沟槽隔离结构两侧的电子移转。 0036 本发明还提供一种浅沟槽隔离结构的制造方法，具体请参考图3和图4a图4i， 其中，图3为本发明实施例的浅沟槽隔离结构。
17、的制造方法的流程图；图4a4i为本发明实 施例的浅沟槽隔离结构的制造方法的示意图。 0037 如图3所示，所述浅沟槽隔离结构的制造方法包括如下步骤： 0038 S310：提供硅衬底，所述硅衬底上顺次形成有垫氧化硅层和氮化硅层； 0039 S320：依次刻蚀所述氮化硅层、垫氧化硅层和部分硅衬底，以形成隔离槽上部； 0040 S330：在所述隔离槽上部的侧壁形成侧墙结构； 0041 S340：刻蚀所述隔离槽上部曝露出的硅衬底，以形成隔离槽下部，从而形成包括隔 离槽上部及隔离槽下部的隔离槽，所述隔离槽下部的形状为球形； 0042 S350：去除所述侧墙结构； 0043 S360：在隔离槽内形成填充物。
18、，以形成浅沟槽隔离结构。 0044 请同时参考图3和图4a图4i，所述浅沟槽隔离结构的制造方法具体如下： 0045 首先，执行步骤S310，如图4a所示，提供硅衬底40，所述硅衬底40上顺次形成有 垫氧化硅层41和氮化硅层42。在本实施例中，所述硅衬底40可以是单晶硅、多晶硅以及非 晶硅中的一种。 0046 其中，所述垫氧化硅层41的厚度为50埃500埃；形成所述垫氧化硅层41的方 法可以是高温炉管氧化、快速热氧化、原位水蒸气产生氧化法中的一种，当然也可以是化学 气相沉积等工艺。通过所述垫氧化硅层41，可以平衡所述硅衬底40表面的应力，从而提高 所形成的器件的可靠性。 说 明 书CN 1028。
19、81626 A 4/5页 7 0047 其中，所述氮化硅层42的厚度为100埃1000埃；形成所述氮化硅层42的方法 可以是化学气相沉积或原子层沉积，也可以是其他工艺。所述氮化硅层42可以作为后续在 硅衬底40中刻蚀隔离槽的硬掩膜层，也可以作为后续进行化学机械研磨工艺的停止层，从 而提高工艺的可靠性。 0048 其次，执行步骤S320，如图4b所示，依次刻蚀所述氮化硅层42、垫氧化硅层41和 部分硅衬底40，此处的部分硅衬底40指部分厚度的硅衬底40，以形成隔离槽上部401。所 述形成隔离槽上部401的刻蚀工艺为各向异性的刻蚀工艺，例如等离子体干法刻蚀工艺。 详细的，可以首先刻蚀氮化硅层42和。
20、垫氧化硅层41，所使用的刻蚀气体可以为CF 4 ；接着， 刻蚀部分厚度的硅衬底40，所使用的刻蚀气体可以为Cl 2 或HBr与其他气体的混合气体，例 如可以是HBr、O 2 与Cl 2 的混合气体，或HBr、NF 3 和He的混合气体等。通过刻蚀工艺形成的 隔离槽上部401的深度可通过刻蚀的时间控制，本发明对此不作任何限制。 0049 接着，执行步骤S330，如图4c所示，在所述隔离槽上部401的侧壁形成侧墙结构 43。在本实施例中，可通过化学气相沉积工艺，在所述隔离槽上部401的侧壁形成侧墙结构 43，所述侧墙结构43的材料例如为氧化硅，以在后续刻蚀形成隔离槽下部的工艺中保护隔 离槽上部40。
21、1的侧壁。 0050 接着，执行步骤S340，如图4d所示，刻蚀所述隔离槽上部401内曝露出的硅衬底， 以形成隔离槽下部402，从而形成包括隔离槽上部401及隔离槽下部402的隔离槽400，所 述隔离槽下部402的形状为球形。所述形成隔离槽下部402的刻蚀工艺为各向同性刻蚀工 艺，例如湿法刻蚀工艺。在本实施例中，所述球形隔离槽下部402的直径为1000埃4000 埃，在本发明的其他实施例中，所述球形隔离槽下部402的直径也可以更大或者更小。 0051 随后，执行步骤S350，如图4e所示，去除所述侧墙结构43。 0052 最后，执行步骤S360，在隔离槽400内形成填充物，以形成浅沟槽隔离结构。
22、410。在 本实施例中，请参考图4f4i，所述在隔离槽400内形成填充物包括如下步骤： 0053 首先，如图4f所示，在隔离槽400内形成衬垫氧化硅层44。在本实施例中，可通过 炉管工艺进行硅的氧化工艺，所述工艺的温度可以为8001200；所述工艺的时间可以 为10s60s；可以通入氧气或者水蒸气等反应气体。通过所述衬垫氧化硅层44可以修复 硅衬底40表面的缺陷以及缓解应力。 0054 接着，形成填充氧化硅层，所述填充氧化硅层位于所述衬垫氧化硅层44及氮化硅 层42上，同时，在所述隔离槽下部402形成气泡。具体的， 0055 如图4g所示，先形成第一填充氧化硅层45，所述第一填充氧化硅层45位。
23、于所述衬 垫氧化硅层44及氮化硅层42上，通过所述第一填充氧化硅层45对隔离槽下部402进行封 闭，同时在所述隔离槽下部402中形成气泡46。由于所述气泡46的介电常数低，因此，将 进一步提高后续形成的浅沟槽隔离结构的隔离效果。在本实施例中，所述气泡46的直径为 300埃3900埃，在本发明的其他实施例中，所述气泡46的直径也可以更大或者更小。在 本实施例中，通过低压化学气相沉积形成所述第一填充氧化硅层45。 0056 如图4h所示，接着形成第二填充氧化硅层47，所述第二填充氧化硅层47位于所述 第一填充氧化硅层45上，通过所述第二填充氧化硅层47以填充所述隔离槽400，在此，即填 满隔离槽上。
24、部401。所述第二填充氧化硅层47可以通过低压化学气相沉积、常压化学气相 沉积、高密度等离子体化学气相沉积等工艺实现。 说 明 书CN 102881626 A 5/5页 8 0057 最后，如图4i所示，对填充氧化硅层进行化学机械研磨工艺，形成浅沟槽隔离结 构410。所述化学机械研磨工艺的研磨速率可以为1000埃/分3000埃/分。在本实施 例中，对所述第二填充氧化硅层47及第一填充氧化硅层45进行化学机械研磨工艺，去除位 于氮化硅层42上的填充氧化硅层，形成浅沟槽隔离结构410。 0058 通过本发明实施例中上述浅沟槽隔离结构的制造方法，可得到浅沟槽隔离结构 410，包括：隔离槽400，其包。
25、括接近隔离槽400开口的隔离槽上部401以及远离隔离槽400 开口的隔离槽下部402，所述隔离槽下部402的形状为球形；形成于所述隔离槽400内的填 充物。进一步的，所述球形隔离槽下部402内形成有气泡46，由于所述气泡46的介电常数 低，因此，将进一步提高后续形成的浅沟槽隔离结构410的隔离效果。在本实施例中，所述 气泡46的直径为300埃3900埃；所述球形隔离槽下部402的直径为1000埃4000埃。 0059 上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发 明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护 范围。 说 明 书CN 1。
26、02881626 A 1/7页 9 图1a 图1b 图1c 说 明 书 附 图CN 102881626 A 2/7页 10 图1d 图1e 说 明 书 附 图CN 102881626 A 10 3/7页 11 图2 说 明 书 附 图CN 102881626 A 11 4/7页 12 图3 图4a 说 明 书 附 图CN 102881626 A 12 5/7页 13 图4b 图4c 图4d 说 明 书 附 图CN 102881626 A 13 6/7页 14 图4e 图4f 图4g 说 明 书 附 图CN 102881626 A 14 7/7页 15 图4h 图4i 说 明 书 附 图CN 102881626 A 15 。