專利名稱：制作sti的襯氧化層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制作STI的襯氧化層的方法。
背景技術(shù)：
淺槽隔離(Shallow Trench Isolation :STI)是目前半導(dǎo)體集成芯片常用的隔離 技術(shù)。在半導(dǎo)體器件之中制作淺溝槽，然后在淺溝槽中填充絕緣物，形成STI，達(dá)到絕緣隔 離的目的。STI結(jié)構(gòu)的形成通常是先在半導(dǎo)體基底上沉積一層氮化硅層，然后圖案化此氮 化硅層形成硬掩膜，接著蝕刻基底，形成陡峭的溝槽。最后在溝槽中填入絕緣物形成STI結(jié) 構(gòu)。目前淺槽中的絕緣物通常采用氧化硅，淺槽中的氧化硅的填充通常分兩步進(jìn)行，進(jìn)行襯 氧化層(Lining Oxide)的生長和主氧化物的沉積。STI襯氧化層是在密封腔室內(nèi)形成，包 括步驟第一步，是把產(chǎn)品晶片放進(jìn)入熱氧化爐管，在200sCCm的02的作用下，溫度從 500°c緩慢升高到1000°C，在1000°C的條件下，02的流量更改為IOslm來進(jìn)行熱氧化層的 生長，當(dāng)厚度生長到100埃的時候，停止02的供應(yīng)，再通進(jìn)去IOslm的N2，同時開始降溫從 1000°C降到500°C。然后等晶片冷卻后，把晶片拿出爐管進(jìn)行膜厚的測量，可準(zhǔn)確控制其膜 厚度在100埃。在這樣的過程和條件下，我們完成了晶片的熱氧化過程?？蓞⒖紙D1所示 的高溫?zé)嵫趸臏囟惹€。第二步，把上面完成熱氧化過程的晶片再放進(jìn)入同一根爐管，在10slmN2的作用 下，溫度從700°C緩慢升高到1100°C，然后在1100°C和IOslm N2的條件下，對晶片進(jìn)行二個 小時的退火。完成后，在IOslm N2的條件下，緩慢地把爐管溫度從1100°C降到700°C。然 后等晶片冷卻后，再把晶片從爐管中拿出。在這樣的過程和條件下，我們完成了晶片的高溫 退火的過程?？蓞⒖枷聢D2所示的高溫?zé)嵬嘶鸬臏囟惹€。上面形成STI熱氧化和高溫thermal anneal的過程，就會在硅和Si02的界面生 成SiO的氣態(tài)不穩(wěn)定物質(zhì)。由于氧化層的厚度在STI corner的地方太薄，只有4到5nm， 這種不穩(wěn)定的物質(zhì)會在1100°C N2的環(huán)境下，從氧化層中爆裂出來，導(dǎo)致了 AA damage的缺 陷，在對90nm工藝中，利用上述方法得到的產(chǎn)品測試，發(fā)現(xiàn)在做完STI整個工藝流程 之后，發(fā)現(xiàn)每片產(chǎn)品都出現(xiàn)了 10到50個STI拐角(corner)，如圖3所示，有爆炸開的缺陷， 我們稱之為AA damage缺陷，最終導(dǎo)致產(chǎn)品電性不穩(wěn)，良率和可靠性降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是減少基底溝槽表面的拐角處的孔洞缺陷。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種制作STI的襯氧化層的方法，包括以下步 驟將腔室的溫度升高到使硅氧化的溫度即第一溫度，當(dāng)?shù)竭_(dá)第一溫度時，向腔室內(nèi)通入第 一流量的氧氣；將所述腔室的溫度繼續(xù)升高到第二溫度，并減小氧氣的流量到第二流量，并 向所述腔室內(nèi)通入氮氣；降低所述腔室的溫度，并繼續(xù)通入氮氣及第二流量的氧氣。
優(yōu)選的，所述第一溫度的持續(xù)時間為0. 5分鐘至30分鐘。優(yōu)選的，所述第一溫度為800°C至1050°C。優(yōu)選的，所述第一流量為klm至30slm。優(yōu)選的，所述第二溫度為1050°C至1150°C。優(yōu)選的，所述第二溫度的持續(xù)時間為30分鐘至300分鐘。優(yōu)選的，所述第二流量為3sccm至200sccm。優(yōu)選的，所述氮氣流量為klm至30slm。優(yōu)選的，將腔室的溫度升高到使硅氧化的溫度即第一溫度步驟前還包括向所述腔室內(nèi)通入流量為180SCCm至220SCCm的02，并且腔室溫度從400°C至 600°C升高到第一溫度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要具有以下優(yōu)點本發(fā)明通過將腔室的溫度升高到使硅氧化的溫度即第一溫度，當(dāng)?shù)竭_(dá)第一溫度 時，向腔室內(nèi)通入第一流量的氧氣；將所述腔室的溫度繼續(xù)升高到第二溫度，并減小氧氣的 流量到第二流量，并向所述腔室內(nèi)通入氮氣；降低所述腔室的溫度，并繼續(xù)通入氮氣及第二 流量的氧氣。從而使得在升溫退火的步驟中可以繼續(xù)形成二氧化硅層到所需厚度，并且由 于退火的步驟中通入了氧氣因此抑制了一氧化硅的生成，較少了基底溝槽表面的拐角處的 孔洞缺陷。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目 的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按 實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。圖1至圖2為現(xiàn)有的制作STI的襯氧化層的方法中的溫度變化示意圖；圖3為現(xiàn)有的制作STI的襯氧化層的方法形成的半導(dǎo)體器件的測試圖；圖4為現(xiàn)有的制作STI的襯氧化層的方法形成缺陷原理示意圖；圖5本發(fā)明的制作STI的襯氧化層的方法流程圖；圖6為本發(fā)明的制作STI的襯氧化層的方法中的溫度變化示意圖；圖7為現(xiàn)有的制作STI的襯氧化層的方法形成的半導(dǎo)體器件缺陷圖；圖8為本發(fā)明的制作STI的襯氧化層的方法形成的半導(dǎo)體器件缺陷圖。
具體實施例方式由背景技術(shù)可知，在對90nm工藝中，利用現(xiàn)有的方法得到的產(chǎn)品測試，發(fā)現(xiàn)在做 完STI整個工藝流程之后，發(fā)現(xiàn)每片產(chǎn)品都出現(xiàn)了 10到50個STI拐角(corner)有爆炸開 的缺陷，我們稱之為AA damage缺陷。同時從TEM(透視電鏡)切片的圖中可以明顯地看出，問題是出在形成STI Oxide(襯氧化層)的時候，可以看到，硅襯底有明顯被破壞的現(xiàn)象。發(fā)明人經(jīng)過大量研究， 找到了這種缺陷的形成機(jī)制在傳統(tǒng)的利用擴(kuò)散技術(shù)生成的Si02過程中，如果02的分壓足 夠的小，溫度足夠高的情況下，例如圖4所示的曲線表示的條件下，在Si和Si02的界面會 生成一種SiO的氣態(tài)不穩(wěn)定的物質(zhì)。這種物質(zhì)在高溫下會從Si02中鉆出，然后就會把整個Si02和Si的襯底全部破壞掉，形成了這種特殊的缺陷。我們還從TEM的分析可以看到，這 種缺陷都是發(fā)生在STI OX corner(襯氧化層拐角)的地方，如圖3所示，在STI的底部和 頂部的角部。這是由于Si02生長過程中的階梯覆蓋效應(yīng)(St印coverage)的影響，拐角的 地方都會比側(cè)壁部分薄，拐角地方的厚度只有4nm到5nm，而側(cè)壁的地方的厚度卻有IOnm以 上，所以AA damage的缺陷很容易在STI OX corner的地方產(chǎn)生。發(fā)明人經(jīng)過分析認(rèn)為STI OX是在氧氣非常充足的情況下生長，而生長之后的退火 是在高溫純氮氣缺氧氣的環(huán)境中進(jìn)行，所以這種缺陷是在二氧化硅薄膜生成之后的退火之 后產(chǎn)生的。由于AA damage缺陷是晶片在退火高溫缺氧的環(huán)境下形成SiO氣態(tài)不穩(wěn)定物， 其在STI corner爆出來而產(chǎn)生的。因此發(fā)明人想到在高溫富氧的情形下進(jìn)行退火，使SiO氣態(tài)不穩(wěn)定物生成Si02固 定下來，從而抑制了 AA damage缺陷的產(chǎn)生。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā) 明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不 違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表 示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。圖5為本發(fā)明的制作STI的襯氧化層的方法流程圖，圖6為本發(fā)明的制作STI的 襯氧化層的方法中的溫度變化示意圖，其中步驟SlO的時間為t2至t3，步驟S20的時間為 t3至t4，步驟S30的的時間為t4至t5。下面參考圖2和圖3對本發(fā)明進(jìn)行說明。針對特征尺寸為90nm的制程，STI的襯氧化層制作是在密封腔室內(nèi)在蝕刻好的硅 基底上直接氧化制作，本發(fā)明的制作STI的襯氧化層的方法包括以下步驟步驟10 將腔室的溫度升高到使硅氧化的溫度即第一溫度，當(dāng)?shù)竭_(dá)第一溫度時， 向腔室內(nèi)通入第一流量的氧氣。具體的，使密封腔室內(nèi)的溫度升高，例如使用爐管加熱，使腔室內(nèi)的溫度升高到使 硅氧化的溫度，即第一溫度，并同時或升溫之后向腔室內(nèi)通入第一流量的氧氣。第一溫度可 以為800°C至1050°C，第一流量可以為klm至30slm。例如當(dāng)?shù)谝粶囟葹?000°C時，第一 流量可以為20slm。在本實施例中，首先把產(chǎn)品晶片放在熱氧化爐管，在200sCCm的02的作用下，溫度 從400°C至600°C，例如500°C緩慢升高到第一溫度，例如1000°C。然后，在第一溫度，即1000°C的條件下，02的流量更改為第一流量，例如IOslm，來 進(jìn)行熱氧化層的生長，直到厚度生長到90埃，例如第一溫度的持續(xù)時間為0. 5分鐘至30分鐘。S20 將所述腔室的溫度繼續(xù)升高到第二溫度，并減小氧氣的流量到第二流量，并 向所述腔室內(nèi)通入氮氣。通常在生成二氧化硅之后要進(jìn)行退火，從而使得生成的二氧化硅更加致密，和襯 底結(jié)合的更好。退火通常是在惰性氣體氛圍中進(jìn)行，但是本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)一種退火步 驟在氮氣的退火環(huán)境下進(jìn)行的工藝，在基底溝槽表面的拐角處容易形成一氧化硅，而一氧化硅為氣態(tài)，因此在后續(xù)沉積主氧化硅層或其它膜層的時候，容易爆裂，從而在基底溝槽表 面的拐角處容易形成孔洞缺陷。因此本發(fā)明中利用下列步驟，在退火的同時還繼續(xù)生成部 分的二氧化硅層。具體的，在本實施例中，第二溫度為1050°C至1150°C。當(dāng)襯氧化層厚度生長到 90埃的時候，開始緩慢升溫從第一溫度，例如1000°C，升高到第二溫度，例如1100°C，在 這個過程當(dāng)中，02的流量從第一流量，例如IOslm更改為第二流量，第二流量為3SCCm至 200sccm，例如20sccm，然后在1100°C的條件下，同時通有5slm至20slm的N2，例如通入 IOslm N2和20sccm的02進(jìn)行高溫的退火，退火時間為30分鐘至300分鐘，例如兩個小時。第二溫度下一方面溫度升高可以達(dá)到退火的目的，并且因為在退火的同時向密封 腔室內(nèi)通入惰性氣體和氧氣，因此可抑制氧氣與形成的二氧化硅反應(yīng)生成一氧化硅。因此 有效抑制在硅基底上制作的淺槽表面拐角處一氧化硅的形成，可有效避免因一氧化硅的形 成導(dǎo)致的有源區(qū)缺陷。另一方面，氧氣要繼續(xù)和硅襯底反應(yīng)形成二氧化硅。S30 降低所述腔室的溫度，并繼續(xù)通入氮氣及第二流量的氧氣?，F(xiàn)有技術(shù)中，退火步驟會通入惰性氣體，由于在降溫的過程中，溫度從第二溫度， 例如1100°C降低下來，在缺氧的環(huán)境中，二氧化硅也比較容易和硅襯底形成一氧化硅，因此 在本發(fā)明中在升溫退火步驟完成后，降溫的過程中，繼續(xù)通入第二流量的氧氣和惰性氣體。具體的，在IOslm N2和20sCCm的02條件下，緩慢把爐管溫度從1100°C降到 500°C，再等晶片冷卻后，把晶片拿出爐管進(jìn)行膜厚的測量，可準(zhǔn)確控制厚度在100埃。在這樣的過程和條件下，我們同時完成了晶片的熱氧化形成襯氧化層過程和高溫 退火過程。可參考如圖6所示的熱氧化過程和高溫退火過程的共同溫度曲線。對于這個本發(fā)明的反應(yīng)條件，高溫?zé)嵫趸透邷責(zé)嵬嘶鸷喜⒊稍谝粋€制程中完 成，并且在退火及前后的升降溫過程當(dāng)中始終有20sCCm的氧氣的存在，因此這樣一個反應(yīng) 就會使02跟SiO的氣態(tài)不穩(wěn)定物發(fā)生反應(yīng)形成Si02固定下來，從而沒有SiO不穩(wěn)定的物 質(zhì)爆裂出來的現(xiàn)象。從而，有效抑制在退火結(jié)束后的降溫過程中，硅基底上制作的淺槽表面拐角處一 氧化硅的形成，可有效避免因一氧化硅的形成導(dǎo)致的有源區(qū)缺陷。另外，在該步驟中，氧氣要繼續(xù)和硅襯底反應(yīng)形成二氧化硅，因此結(jié)合步驟SlO熱 氧化形成二氧化硅層的步驟和步驟S20的退火步驟，使得在步驟S30之后形成的二氧化硅 層的厚度和現(xiàn)有技術(shù)中形成的二氧化硅層的厚度接近，滿足后續(xù)工藝的要求，例如在步驟 S30之后形成的二氧化硅層的厚度為100埃。對比采用相同的生長溫度、氧氣流量、退火溫度、退火時間以及退火氣體氮氣流量 下，本發(fā)明STI的襯氧化層的制作方法與傳統(tǒng)STI的襯氧化層制作方法形成的襯氧化層對 STI的覆蓋率更好。圖7為現(xiàn)有的制作STI的襯氧化層的方法形成的半導(dǎo)體器件缺陷圖； 圖8為本發(fā)明的制作STI的襯氧化層的方法形成的半導(dǎo)體器件缺陷圖，其中黑點為缺陷，從 圖7和圖8可以看出，針對特征尺寸為90nm的制程，本發(fā)明可以將生產(chǎn)良率提高5. 0%到 10%。而且本發(fā)明將部分的熱氧化和退火步驟一起進(jìn)行，從而大大節(jié)約了生產(chǎn)時間。本發(fā)明制作的STI襯氧化層可有效解決傳統(tǒng)STI的襯氧化層制作導(dǎo)致的有源區(qū)缺陷，顯著提高襯氧化層的覆蓋率。隨著半導(dǎo)體制程不斷向更小的特征尺寸發(fā)展，由90nm到 65nm，逐漸發(fā)展到45nm，制作的STI的襯氧化層的厚度是在不斷減小的，隨著制作的STI的 襯氧化層厚度的變化，制作襯氧化層流量、氮氣的流量和制作時間也會作相應(yīng)變化。因此， 本發(fā)明實施例例舉的具體制作工藝數(shù)據(jù)不作為對本發(fā)明的限制。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。任 何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方 法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實 施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做 的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制作STI的襯氧化層的方法，其特征在于，包括以下步驟將腔室的溫度升高到使硅氧化的溫度即第一溫度，當(dāng)?shù)竭_(dá)第一溫度時，向腔室內(nèi)通入 第一流量的氧氣；將所述腔室的溫度繼續(xù)升高到第二溫度，并減小氧氣的流量到第二流量，并向所述腔 室內(nèi)通入氮氣；降低所述腔室的溫度，并繼續(xù)通入氮氣及第二流量的氧氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作STI的襯氧化層的方法，其特征在于，所述第一溫度的持 續(xù)時間為0. 5分鐘至30分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作STI的襯氧化層的方法，其特征在于，所述第一溫度為 800 0C M 1050 0C ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作STI的襯氧化層的方法，其特征在于，所述第一流量為 5slm 至 30slmo
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作STI的襯氧化層的方法，其特征在于，所述第二溫度為 1050 0C M 1150°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作STI的襯氧化層的方法，其特征在于，所述第二溫度的持 續(xù)時間為30分鐘至300分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作STI的襯氧化層的方法，其特征在于，所述第二流量為 3sccm 至 200sccmo
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作STI的襯氧化層的方法，其特征在于，所述氮氣流量為 5slm 至 30slmo
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作STI的襯氧化層的方法，其特征在于，將腔室的溫度升高 到使硅氧化的溫度即第一溫度步驟前還包括向所述腔室內(nèi)通入流量為180SCCm至220SCCm的02，并且腔室溫度從400°C至600°C升高到第一溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制作STI的襯氧化層的方法，包括以下步驟將腔室的溫度升高到使硅氧化的溫度即第一溫度，當(dāng)?shù)竭_(dá)第一溫度時，向腔室內(nèi)通入第一流量的氧氣；將所述腔室的溫度繼續(xù)升高到第二溫度，并減小氧氣的流量到第二流量，并向所述腔室內(nèi)通入氮氣；降低所述腔室的溫度，并繼續(xù)通入氮氣及第二流量的氧氣。本發(fā)明減少基底溝槽表面的拐角處的孔洞缺陷。
文檔編號H01L21/316GK102122629SQ201010022570
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者朱佳娜, 朱晨靚, 王燕軍, 鈕偉宗, 黃軍 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司