專利名稱：溝槽隔離集成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體的制造技術(shù)，尤其涉及一種半導(dǎo)體工藝制作過程中 的溝槽隔離集成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體特征尺寸的進(jìn)一步縮小，溝槽隔離(TI， Trench-Isolation) 工藝被普遍采用。常規(guī)的TI集成工藝如圖1所示，包括以下步驟首先，TI 刻蝕在硅片上定義出一個(gè)溝槽(如圖3a)，然后用化學(xué)藥液清洗去除TI刻蝕 的副產(chǎn)物、顆粒和表面的不希望存在的微量元素，之后將硅片放入高溫爐 管，生長(zhǎng)一層氧化層，以消除上述刻蝕所帶來的硅襯底的損傷(如圖3b)， 接著用高密度等離子化學(xué)氣相沉積(HDPCVD， High Density Plasma Chemical Vapor D印osition)的方法填充氧化物(如圖3c)，然后在高溫 下致密化，最后用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP， Chemical Mechanical Polish)去 除不需要的氧化物以平坦化(如圖3d)。
在當(dāng)下，電路復(fù)雜性進(jìn)一步的提高，越來越多的器件被同時(shí)用于一個(gè) 電路時(shí)，這個(gè)常規(guī)的TI集成工藝遇到了瓶頸，即漏電，而大的漏電會(huì)限制的 電路密度的提高，因此需要一種新的方法來進(jìn)一步降低漏電。
原始硅片的制作過程是產(chǎn)生TI的漏電的主要來源之一。原始硅片制作 一般采用直拉法(下簡(jiǎn)稱CZ法)在石英坩鍋中完成，過程中不斷有氧氣氛 滲入硅內(nèi)，同時(shí)硅單晶的冷卻一般都大于熱平衡速度，所以導(dǎo)致最終的硅片中存在超過合理濃度的氧雜質(zhì)和體缺陷。體內(nèi)氧雜質(zhì)超過合理濃度會(huì)發(fā) 生氧沉淀，引入更多的間隙原子(嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生位錯(cuò))，其他體缺陷達(dá)到一 定濃度會(huì)聚集形成位錯(cuò)、層錯(cuò)、空洞等等。 一般硅片廠家采用一些熱處理 方法來降低氧沉淀和體缺陷到可以接受的范圍，但是空位、間隙等缺陷在 后續(xù)集成電路加工工藝中還是擴(kuò)散開去。
產(chǎn)生漏電最重要的原因還是后續(xù)集成電路加工中是不恰當(dāng)?shù)闹圃旃に?引入的位于硅襯底和硅與氧化層界面的缺陷，主要的缺陷有氧化誘生堆垛
層錯(cuò)(Oxide Induced Stack Fault，下簡(jiǎn)稱層錯(cuò))和位錯(cuò)。如圖2所示的A， B和C位置的位錯(cuò)和層錯(cuò)會(huì)造成很大的漏電。其中位置A為N型摻雜區(qū)與P型硅 襯底的PN結(jié)界面，B和C均為溝槽的下部轉(zhuǎn)角氧化硅與硅的界面，其中C貫穿 了整個(gè)下角。
產(chǎn)生這些缺陷的主要來源是在TI工藝中引入的。如圖3a-3d是TI傳統(tǒng)的 溝槽隔離集成工藝流程中的截面示意圖。在圖3a，原始硅片經(jīng)過反應(yīng)離子 刻蝕形成溝槽，該圖中A和B位置為內(nèi)外轉(zhuǎn)角，此處是應(yīng)力集中的部位，也 是將來產(chǎn)生大量位錯(cuò)和層錯(cuò)的主要部位，同時(shí)，由于溝槽表面長(zhǎng)時(shí)間暴露 在等離子體下，表面有很淺的一個(gè)等離子體損傷層，等離子體產(chǎn)生的遠(yuǎn)紫 外光輻照穿透表面在硅片內(nèi)部產(chǎn)生一些輻照缺陷 一 空位和間隙對(duì)。為了消 除表面的等離子體損傷和內(nèi)部的空位缺陷，如圖3b，高溫爐管氧化就顯得 非常重要，通過這個(gè)過程，損傷轉(zhuǎn)變成一層非晶的氧化層，同時(shí)氧化過程 大約膨脹2.25倍，向襯底注入大量間隙；接著用HDPCVD的方法填充氧化物， 并且高溫下致密化，由于硅的熱膨脹系數(shù)大約比二氧化硅大十倍，所以當(dāng) 高溫冷卻下來時(shí)，硅襯底收縮量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氧化物，導(dǎo)致圖3c中位置C為張應(yīng)力，D為壓應(yīng)力。為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的是，張應(yīng)力導(dǎo)致空位的富集，而
壓應(yīng)力導(dǎo)致間隙的積聚。因此，A位置的空位可以與前面的氧化注入間隙中 和。而在位置B處間隙原子會(huì)大大富集，在某些嚴(yán)重的情況下，應(yīng)力最為集 中的地方一轉(zhuǎn)角處有可能發(fā)生聚集的間隙原子超過了臨界值的情況，這時(shí) 就導(dǎo)致產(chǎn)生了位錯(cuò)和層錯(cuò)。
因此針對(duì)前面所述的傳統(tǒng)TI集成工藝， 一般都是通過盡量減少間隙原 子的濃度，來減少位錯(cuò)和層錯(cuò)的產(chǎn)生。具體而言，降低原始硅片的氧含量， 缺陷密度，減少TI爐管高溫前溝槽內(nèi)裸露硅表面的氧含量的缺陷密度， 因?yàn)檠趸瘜痈采w之后，空位和間隙只能靠互相復(fù)合的方式減少了，然而這 種方式效率太低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種溝槽隔離集成方法，可減少位錯(cuò) 和層錯(cuò)的產(chǎn)生概率，降低硅片的缺陷密度，并且不會(huì)影響溝槽隔離的集成 效率。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種溝槽隔離集成方法，包括
在硅襯底上刻蝕出溝槽，并用化學(xué)藥液對(duì)硅片表面進(jìn)行清洗后，先對(duì)硅片 進(jìn)行高溫氫氣退火，然后進(jìn)行化學(xué)清洗，再使用高溫爐管生長(zhǎng)襯墊氧化層。 本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，具有這樣的有益效果，即通過將刻 出溝槽后的硅片采用氫氣退火，使硅片表面的氧含量降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，并
減少了氧沉淀產(chǎn)生的可能性，從而降低了位錯(cuò)密度；同時(shí)，由于退火硅襯 底表面原生缺陷密度大大降低，溝槽內(nèi)表面形成了一個(gè)潔凈區(qū)，從而更加 有效的降低了缺陷密度。對(duì)于之后的高溫?zé)徇^程而言，通過氫氣退火間隙原子的外擴(kuò)散，減少了溝槽轉(zhuǎn)角處位錯(cuò)和層錯(cuò)產(chǎn)生的幾率，從而最終減少 了缺陷密度。而且，該方法可以兼容現(xiàn)有的溝槽隔離集成工藝和設(shè)備，簡(jiǎn) 單易行。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中溝槽隔離工藝流程示意圖2為通過現(xiàn)有工藝所集成的溝槽隔離的缺陷示意圖3a-3d為通過現(xiàn)有工藝流程集成溝槽隔離的截面示意圖4為根據(jù)本發(fā)明所述方法集成溝槽隔離的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
在發(fā)明中，為了能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，在用化學(xué)藥液清 洗去除溝槽刻蝕的副產(chǎn)物、顆粒和表面的不希望存在的微量元素之后，再 將硅片進(jìn)行高溫退火，以在溝槽內(nèi)表面生成一層潔凈區(qū)，從而使得硅原 生和刻蝕誘生的缺陷密度大大降低，氧含量降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。
因此，如圖4所示，在一個(gè)實(shí)施例中本發(fā)明進(jìn)行溝槽隔離集成的方法 包括以下步驟
(1) 將原始硅片通過光刻確定圖形；
(2) 通過反應(yīng)離子刻蝕法在硅襯底上刻蝕出溝槽，刻蝕時(shí)所采用的 工作氣體一般是含氟氣體及氧氣等的混合氣體；
(3) 用化學(xué)藥液(如氨水和雙氧水、水的混合藥液，加上硫酸和雙 氧水、水的混合藥液)對(duì)硅片表面進(jìn)行清洗，以去除上述溝槽刻蝕所產(chǎn)生的副產(chǎn)物、顆粒和硅片表面不希望存在的微量元素；然后對(duì)硅片進(jìn)行高溫 退火；在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，高溫退火時(shí)的工作氣體是氫氣，退火溫度 大于900攝氏度，退火時(shí)間大于20分鐘。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間氫氣高溫退火后， 通過氫氣在高溫下對(duì)于氧化物的還原作用，硅片表面的氧含量可以降低一 個(gè)數(shù)量級(jí)；同時(shí)在氫氣退火氣氛下，硅片表面和體內(nèi)的間隙原子容易向外 擴(kuò)散，使體內(nèi)空位和間隙密度容易達(dá)到平衡；另外，由于氫氣在高溫下具 有對(duì)氧化物的還原作用，因此可將二氧化硅還原為一氧化硅等不完全化合 物揮發(fā)為氣相去除，從而減少了由于硅片表面不均勻的氧化層而導(dǎo)致的后 續(xù)過程產(chǎn)生的硅坑；而且，由于氫氣在高溫下對(duì)硅具有一定的腐蝕作用， 因此通過退火，還可使淺表面的原生缺陷移動(dòng)到表面，從而大大降低了表 面缺陷密度。因此，經(jīng)過氫氣高溫退火后，最終可在溝槽的內(nèi)表面形成一 層潔凈區(qū)，并使得硅原生和刻蝕誘生的缺陷密度大大降低，并且可以保 證當(dāng)硅片在經(jīng)歷隨后的集成電路工藝后，最終成品缺陷密度將大大降低。
(4) 再用化學(xué)藥液(如氨水和雙氧水、水的混合藥液，加上硫酸和雙 氧水、水的混合藥液)對(duì)硅片表面進(jìn)行清洗，然后使用高溫爐管生長(zhǎng)襯墊 氧化層，以消除刻蝕所帶來的硅襯底的損傷。
(5) 用高密度等離子化學(xué)氣相沉積(HDP CVD)的方法填充氧化物， 為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所熟悉的是，所述高密度等離子化學(xué)氣相沉積的方 法一般通過調(diào)整氣體比率和電源工作功率以滿足足夠的填充能力，從而保 證填充氧化物可以無損傷無空洞地填入溝槽。
(6) 在高溫下進(jìn)行填充氧化物的致密化，例如可在溫度為約900°C 以上，及氮?dú)夥障驴焖倩驙t管退火，來實(shí)現(xiàn)填充氧化物的致密化。(7)用化學(xué)機(jī)械拋光去除不需要的氧化物以平坦化，最后就得到了 所需的溝槽隔離。
權(quán)利要求
1、一種溝槽隔離集成方法，其特征在于，包括在硅襯底上刻蝕出溝槽，并用化學(xué)藥液對(duì)硅片表面進(jìn)行清洗后，先對(duì)硅片進(jìn)行高溫氫氣退火，然后進(jìn)行化學(xué)清洗，再使用高溫爐管生長(zhǎng)襯墊氧化層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的溝槽隔離集成方法，其特征在于，對(duì)硅片進(jìn)行高溫氫氣退火的溫度大于900。C，且退火時(shí)間大于20分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溝槽隔離集成方法，通過將刻出溝槽后的硅片采用氫氣進(jìn)行高溫退火，使硅片表面的氧含量降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，并減少了氧沉淀產(chǎn)生的可能性，從而降低了位錯(cuò)密度；同時(shí)，由于退火硅襯底表面原生缺陷密度大大降低，溝槽內(nèi)表面形成了一個(gè)潔凈區(qū)，從而更加有效的降低了缺陷密度。對(duì)于之后的高溫?zé)徇^程而言，通過氫氣退火間隙原子的外擴(kuò)散，減少了溝槽轉(zhuǎn)角處位錯(cuò)和層錯(cuò)產(chǎn)生的幾率，從而最終減少了缺陷密度。而且，該方法可以兼容現(xiàn)有的溝槽隔離集成工藝和設(shè)備，簡(jiǎn)單易行。
文檔編號(hào)H01L21/762GK101414574SQ20071009414
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月16日
發(fā)明者儉 陳 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司