一种半导体结构的制造方法转让专利
申请号 : CN202011565146.2
文献号 : CN112289737B
文献日 : 2021-05-14
发明人 : 张星辉 , 蓝胜益
申请人 : 晶芯成(北京)科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种半导体结构的制造方法,其特征在于,包括:将衬底放置在第一刻蚀腔体中,所述衬底上包括垫氧化层和垫氮化层;
向所述第一刻蚀腔体中通入刻蚀气体,以对所述衬底进行刻蚀,而在所述衬底中形成至少一沟槽,所述沟槽从所述垫氮化层延伸至所述衬底中;
将已形成所述沟槽的所述衬底从所述第一刻蚀腔体转移至第二刻蚀腔体,所述第一刻蚀腔体和所述第二刻蚀腔体之间为真空状态;
向所述第二刻蚀腔体中通入氧气,以形成氧气等离子体,所述氧气等离子体与所述沟槽暴露出的所述衬底反应,而在所述沟槽暴露出的所述衬底表面形成衬氧化层;
将已形成所述衬氧化层的所述衬底从所述第二刻蚀腔体转移至沉积腔体内,用以在所述衬氧化层上形成介质层,且所述介质层填满所述沟槽;
对已形成所述介质层的所述衬底进行快速热处理;
其中,在向所述第二刻蚀腔体中通入所述氧气的同时,还包括向所述第二刻蚀腔体内通入氮气。
2.根据权利要求1所述的半导体结构的制造方法,其特征在于,所述垫氧化层的厚度小于所述垫氮化层的厚度。
3.根据权利要求1所述的半导体结构的制造方法,其特征在于,将所述衬底放置在所述第一刻蚀腔体之前,还在所述垫氮化层上形成图案化的光阻层,通过所述图案化的光阻层定义出所述沟槽的位置。
4.根据权利要求1所述的半导体结构的制造方法,其特征在于,所述刻蚀气体包括含氟气体。
5.根据权利要求1所述的半导体结构的制造方法,其特征在于,通入所述氧气的流量为
100‑5000sccm。
6.根据权利要求1所述的半导体结构的制造方法,其特征在于,所述衬氧化层的厚度为
200‑300埃。
7.根据权利要求1所述的半导体结构的制造方法,其特征在于,形成所述介质层至少包括第一阶段和第二阶段,所述第一阶段形成第一介质层,所述第二阶段形成第二介质层,所述第一介质层和所述第二介质层的应力类型相反。
8.根据权利要求7所述的半导体结构的制造方法,其特征在于,所述第一阶段和所述第二阶段交替进行。
9.根据权利要求7所述的半导体结构的制造方法,其特征在于,在所述第一阶段中,向所述沉积腔体中同时通入含硅前驱体和含氧前驱体,所述含硅前驱体的流量为2000‑
4000sccm,所述含氧前驱体的流量为12000‑32000sccm。
10.根据权利要求7所述的半导体结构的制造方法,其特征在于,在所述第二阶段中,向所述沉积腔体中同时通入含硅前驱体和含氧前驱体,所述含硅前驱体的流量为20‑30sccm,所述含氧前驱体的流量为40‑50sccm。
说明书 :
一种半导体结构的制造方法
技术领域
背景技术
但随着特征尺寸的不断降低,浅沟槽隔离结构工艺也在不断的改进和发展。对于浅沟槽隔
离结构工艺的基本要求是:当大量的晶体管器件等集成到越来越小的芯片上时,它能很好
的起到把每一个微小器件绝缘隔离开的作用,同时又不会影响这些器件的工作特性。
薄的氧化层,且当在炉管中生长绝缘介质层时,还需要先将氧化层刻蚀掉,然后在沟槽中形
成氧化层和绝缘介质层,因此这样会导致制程复杂,工艺时间变长。
发明内容
相反。
32000sccm。
从第一刻蚀腔体转移至第二刻蚀腔体,由于第一刻蚀腔体和第二刻蚀气体中间为真空状
态,因此不会在暴露出的衬底表面形成氧化层,然后向第二刻蚀腔体内通入氧气,从而在第
二刻蚀腔体内形成氧气等离子体,氧气等离子体与衬底反应,会在沟槽暴露出的衬底表面
形成衬氧化层。由于氧气等离子体与衬底的反应较快,因此形成衬氧化层的时间比较短。然
后将衬底转移至沉积腔体中,从而在沟槽中形成介质层。由于在形成沟槽时,第一刻蚀腔体
不包括含氧刻蚀气体,且第一刻蚀腔体和第二刻蚀腔体之间为真空状态,因此不会在衬底
上形成氧化层,因此也在形成衬氧化层之前,也不需要移除之前生长的氧化层。因此本发明
提出的半导体结构的制造方法可以缩短工艺流程,提高工艺效率。
应力会抵消,从而形成无应力状态或应力很小的介质层。
附图说明
107:第一介质层,108:第二介质层,109:介质层。
具体实施方式
施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离
本发明的精神下进行各种修饰或改变。
制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可
能更为复杂。
气体20,且第一刻蚀腔体10与第二刻蚀腔体20之间为真空状态。第二刻蚀腔体20连接沉积
腔体30,沉积腔体30连接退火腔体40。
氮化层103位于垫氧化层102上,且垫氮化层103的厚度大于垫氧化层102的厚度。垫氮化层
103还可以作为牺牲层。图案化的光阻层104位于垫氮化层103上,图案化的光阻层104暴露
出需要刻蚀的垫氮化层103上,也就是说图案化的光阻层104暴露出后续形成沟槽的位置。
所述衬底101的材料可以是以下所提到的材料中的至少一种:Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、
InAs、GaAs、InP、InGaAs或者其它III/V化合物半导体,所述衬底101还包括这些半导体构成
的多层结构等,或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S‑
SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。
102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。垫氧化层
102的厚度可以在500‑1000埃。垫氧化层102可以作为衬底101保护层,在后续工艺中其覆盖
的半导体衬底101起到保护作用,避免半导体衬底101受到不必要的损伤。垫氧化层102的材
料可以为二氧化硅。在形成垫氧化层102后,在垫氧化层102上形成垫氮化层103。该垫氮化
层103的材料可以是氮化硅,氮氧化物或金属氮化物。该垫氮化层103可以通过低压化学气
相沉积,次大气压化学气相沉积,常压化学气相沉积,离子体增强化学气相沉积或高密度等
离子体化学气相淀积中的一种实施的。
通入的刻蚀气体例如为含氟气体,例如为Cl2、HBr或HBr与其它气体的混合气体。当然,在一
些实施例中,还可以是HBr与O2和Cl2的混合气体,或HBr与NF3和He的混合气体。所述刻蚀气
体可以在衬底101中刻蚀出沟槽105,且沟槽105的侧壁较为光滑,具有较少的晶格缺陷,且
形成的沟槽105的深度可以通过刻蚀时间控制。
104为掩膜层,依次刻蚀垫氮化层103和垫氧化层102,然后去除图案化的光刻胶层104,然后
以垫氮化层103和垫氧化层102为掩膜层,刻蚀衬底101,从而形成沟槽105。从图4中可以看
出,在衬底101中形成多个沟槽105,图4中显示出两个沟槽105。沟槽105从垫氮化层103延伸
至衬底101中。沟槽105的形状为上宽下窄的倒梯形,也就是沟槽105顶部的宽度大于沟槽
105底部的宽度。当然,在一些实施例中,沟槽105的形状还可以为U形。
10中不包括氧气,因此沟槽105暴露出的部分衬底101不会被氧化,也就是不会在沟槽105暴
露出的衬底表面形成衬氧化层。本实施例通过向第二刻蚀腔体20内通入氧气,氧气将形成
氧气等离子体,氧气等离子体会与沟槽105暴露出的衬底101发生反应,将在沟槽105暴露出
的衬底101表面上形成衬氧化层106。本实施例向第二刻蚀腔体20通入氧气的流量可以在
100‑5000sccm,例如为300sccm,通入氧气的时间可以为3‑5min,例如为4min。形成衬氧化层
106的厚度例如为200‑300埃,例如为250埃。
103上不会形成衬氧化层106。本实施例通过向第二刻蚀腔体20中通入氧气,从而形成氧气
等离子体,由于氧气等离子体与衬底101的反应速率较快,因此可以在较短的时间内形成衬
氧化层106,从而可以提高制造效率。
底101反应,在衬底101上形成衬氧化层106,但是由于第一刻蚀腔体10内还包括其他刻蚀气
体,例如刻蚀气体Cl2,刻蚀气体Cl2在刻蚀衬底101的同时,还将会将衬氧化层106刻蚀掉,无
法保证衬氧化层106的完整性,因此本实施例不需要向第一刻蚀腔体10中通入氧气。
沉积作用。氧气等离子体还会对垫氮化层103进行刻蚀,从而使得垫氮化层103的厚度相对
减小。在一些实施例中,第二刻蚀腔体20还可以起到刻蚀作用,例如当需要连续刻蚀衬底
101时,衬底101可以先在第一刻蚀腔体10中进行第一次刻蚀,然后将衬底101转移至第二刻
蚀腔体20中进行第二次刻蚀。
沉积腔体30中同时通入含氧前驱体和含硅前驱体,从而在沟槽105中形成介质层109。
氧前驱体和含硅前驱体反应形成第二介质层108。在本实施例中,第一阶段和第二阶段交替
进行,也就是说第一介质层107和第二介质层108间隔设置。第一介质层107和第二介质层
108的应力类型相反。
所述含氧前驱体(臭氧)的流量例如在12000‑32000sccm,例如为20000sccm。需要说明的是,
在第一阶段中,沉积腔体30内的温度例如为400‑800℃,沉积腔体30内的压力例如为400‑
1000torr。在第一阶段中可以形成第一介质层107,第一介质层107可以具有较强的拉应力,
由于第一介质层107是在亚大气压的状态下形成的,形成第一介质层107(氧化硅膜层)的致
密度不是很高,氧化硅分子之间分子键合力的作用没有达到紧密收缩的状态。第一阶段进
行完毕时,进行第二阶段,也就是向沉积腔体30内同时通入含氧前驱体和含硅前驱体,所述
含氧前驱体(氧气)的流量在40‑50sccm,所述含硅前驱体(硅烷)的流量在20‑30sccm。在第
二阶段中,沉积腔体30内的压力为15‑20mTorr,产生等离子体射频功率7000‑8000W,从而在
第二阶段中形成第二介质层108,第二介质层108(氧化硅膜层)具有很高的致密程度,因而
第二介质层108具有较高的压应力。当然,在一些实施例中,第一介质层107的应力状态还可
以为压应力,第二介质层108的应力状态还可以为拉应力。
反,因此第一介质层107和第二介质层108的应力会抵消,因此介质层109的应力会变小或者
表现为无应力状态。在本实施例中,第一介质层107和第二介质层108的厚度相同或基本相
同。
将垫氮化层103上的第一介质层107和第二介质层108研磨掉。
火时间例如为5‑10秒,从而进一步消除衬氧化层106和沟槽侧壁与填充的介质层109之间的
应力。
定在衬底101中,防止游离的氧扩散至垫氧化层102中。
机存取存储器,静态随机存取存储器或只读存储器等等。所述集成电路还可以是逻辑器件,
如可编程逻辑阵列,专用集成电路,合并式逻辑集成电路,射频电路或任意其他电路器件。
所述集成电路还可以用于例如用户电子产品,如个人计算机,便携式计算机,游戏机,蜂窝
式电话,个人数字助理,摄像机,数码相机,手机等各种电子产品中。
从第一刻蚀腔体转移至第二刻蚀腔体,由于第一刻蚀腔体和第二刻蚀气体中间为真空状
态,因此不会在暴露出的衬底表面形成氧化层,然后向第二刻蚀腔体内通入氧气,从而在第
二刻蚀腔体内形成氧气等离子体,氧气等离子体与衬底反应,会在沟槽暴露出的衬底表面
形成衬氧化层。由于氧气等离子体与衬底的反应较快,因此形成衬氧化层的时间比较短。然
后将衬底转移至沉积腔体中,从而在沟槽中形成介质层。由于在形成沟槽时,第一刻蚀腔体
不包括含氧刻蚀气体,且第一刻蚀腔体和第二刻蚀腔体之间为真空状态,因此不会在衬底
上形成氧化层,因此也在形成衬氧化层之前,也不需要移除之前生长的氧化层。因此本发明
提出的半导体结构的制造方法可以缩短工艺流程,提高工艺效率。
应力会抵消,从而形成无应力状态或应力很小的介质层。
征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中,并且不一定在所有实施例中。因而,在
整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中(in one embodiment)”、“在实施例中(in
an embodiment)”或“在具体实施例中(in a specific embodiment)”的各个表象不一定是
指相同的实施例。此外,本发明的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适
的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的发明实施例的其他变型
和修改可能是根据本文教导的,并将被视作本发明精神和范围的一部分。
供。
或组合能力是不清楚的而被预见的情况下,部件或步骤的组合也将视为已被指明。
所用,除非另外指明,“在…中(in)”的意思包括“在…中(in)”和“在…上(on)”。
明的具体实施例和本发明的实例,但是正如本领域技术人员将认识和理解的,各种等效修
改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的,可以按照本发明所述实施例的上述描
述来对本发明进行这些修改,并且这些修改将在本发明的精神和范围内。
到,本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践,或者利用其它装
置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下,并未特别示出或详细描
述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。
的前提下,在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此,可以进行许
多修改,以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下
面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实
施例,但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而,
本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。
方案,同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进行
任意组合而形成的其它技术方案,例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功
能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。