[发明专利]一种隔离结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路制造领域，涉及一种隔离结构及其制造方法。

背景技术

随着半导体线宽逐渐微缩至20nm以下，可流动式电介质(Flowable dielectric)因其较佳的填洞能力已普遍使用在沟槽填充、介电隔离层(Dielectric isolation)的制作。

现有技术中存在如下问题：

1、可流动式电介质进行固化反应(移除溶剂时)，会产生大量的外气释放(Out gassing)。如图1a及图1b所示，如无法即时将释放的气体抽出，则释出的气体101将会沉积晶圆102上，并凝结(Condense)成微粒(particle)。

2、如图2所示，可流动式电介质进行固化反应时，如处于不适当的反应环境(瞬间高反应温度、大量反应气体环境)，则沟槽(trench)上部可流动式电介质会快速固化得到固化完成的电介质104，使得反应气体103难以达到沟糟底部(pinch-off top of trench)，而造成底部材料无法顺利执行固化反应，使得沟槽底部残留有大量未固化的电介质105，从而易形成孔洞。其中，所述沟槽形成于半导体衬底106中，所述沟槽与所述可流动式电介质之间形成有衬垫层107。此外，过度固化(温度过高或时间过长)将使可流动式电介质收缩率(Shrinkage rate)过高造成电介质薄膜应力过大，导致硅衬底差排(Dislocation)。因此电介质中残留的Si-H键、Si-N键及N-H键含量(未过度固化)也是重要的因素。

因此，如何提供一种隔离结构及其制造方法，以改善可流动式电介质固化制程中出现颗粒的问题，并提高可流动式电介质的填洞能力，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种隔离结构及其制造方法，用于解决现有技术中可流动式电介质固化制程中容易出现颗粒，且可流动式电介质的填洞能力不佳的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种隔离结构的制造方法，包括如下步骤：

提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有第一表面及相对于所述第一表面的第二表面；

形成至少一个沟槽在所述衬底中，用以界定出有源区，所述沟槽从所述第一表面构成开口，并往所述第二表面方向延伸；

沉积衬垫层在所述沟槽的侧壁及底面上；

形成可流动式电介质在所述衬垫层的表面，所述可流动式电介质填充满所述沟槽；及

将形成有所述可流动式电介质的所述半导体衬底送入反应室，阶梯式升温固化所述可流动式电介质，所述阶梯式升温使用的固化温度至少包含梯状递增的两种固化温度，使得在所述沟槽中的所述可流动式电介质的90wt％以上反应为氧化物隔离体。

可选地，所述阶梯式升温使用的固化温度范围是145～725℃，阶梯式升温固化所述可流动式电介质包括三个固化阶段：

第一固化阶段：将所述反应室的温度升至第一固化温度，在第一固化压力的含氧气氛下维持第一固化时间；

第二固化阶段：接着将所述反应室的温度升至第二固化温度，在第二固化压力的含氧气氛下维持第二固化时间；及

第三固化阶段：再将所述反应室的温度升至第三固化温度，在第三固化压力的含氧气氛下维持第三固化时间；

其中，所述第一固化温度、第二固化温度及第三固化温度依次递增。

可选地，所述第一固化温度范围是285～315℃，所述第二固化温度范围是385～415℃，所述第三固化温度范围是675～725℃；所述第一固化压力范围是375～425mTorr，所述第二固化压力范围是375～425mTorr，所述第三固化压力范围是375～425mTorr；所述第一固化时间范围是15～25分钟，所述第二固化时间范围是25～35分钟，所述第三固化时间范围是50～70分钟。

可选地，所述第一固化阶段、第二固化阶段及第三固化阶段的所述含氧气氛均包括氧气、臭氧及水蒸气中的至少一种，且每一固化阶段结束后均进行循环清除，将所述反应室内的气体排出。

可选地，所述第一固化阶段及第二固化阶段的所述含氧气氛均包含氧气，所述第三固化阶段的所述含氧气氛包含水蒸汽。

可选地，于所述第三固化阶段之后，还包括将沉积有所述可流动式电介质的所述半导体衬底在惰性气体气氛下进行退火的步骤。

可选地，所述惰性气体包括氮气、氩气及氦气中的至少一种，退火温度范围是675℃～725℃，退火时间范围是25～35分钟，退火时所述反应室内压力范围是400mTorr～1大气压。