專利名稱：淺溝槽隔離結構的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體制造中淺溝槽隔離結構的制備方法。
技術背景淺溝槽隔離結構(STI)為半導體制造中較為通用的隔離技術，其主 要利用淀積二氧化硅對刻蝕出的溝槽進行回填以形成隔離氧化區。常規的 淺溝槽隔離結構的制備流程(參見圖1至圖6)為1) 在硅襯底上依次淀積氧化硅和氮化硅；2) 進行淺溝槽光刻顯影，后刻蝕，形成淺溝槽，進行刻蝕后清洗(見圖3);3) 淺溝槽內表面的氧化處理形成襯墊氧化層(見圖4);4) 高密度等離子氧化硅填充淺溝槽(見圖5);5) 平坦化形成淺溝槽隔離結構(見圖6)。采用上述傳統的制備方法，由于淺溝槽上表面被氮化硅蓋住，而側面 裸露，在襯墊氧化時側面氧化快，表面氧化慢，氧化速度差別最大點就在 圖4中尖角處，容易導致此處氧化后硅表面比較尖銳，導致柵氧變薄以及 電場集中等問題。從工藝上看，現有器件隔離需要對硅襯底進行刻蝕，對 頂角的圓滑處理基本上靠的是襯墊氧化層，如何最大限度的利用這一層氧 化層實現頂角圓滑，是需要解決的問題。發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種淺溝槽隔離結構的制備方法，其 能制備出較為圓滑的硅頂角。
為解決上述技術問題，本發明的淺溝槽隔離結構的制備方法，包括如 下步驟
步驟一，在硅襯底上依次淀積氧化硅和氮化硅；
步驟二，涂布光刻膠，進行淺溝槽光刻和顯影，形成一光刻膠開口； 步驟三，以所述光刻膠為掩膜刻蝕所述氮化硅，去除部分的氮化硅，
厚度可為所述氮化硅總厚度的20 60%;
步驟四，光刻膠的橫向裁減，將所述步驟二中的光刻膠的開口擴大10
50%;
步驟五，以與步驟三中相同的刻蝕工藝刻蝕步驟三后剩余厚度的氮化 硅至所述氧化硅表面或所述硅襯底表面；
步驟六，以氮化硅為掩膜進行刻蝕形成淺溝槽； 步驟七，淺溝槽內表面氧化處理形成襯墊氧化層； 步驟八，高密度等離子體氧化硅填充淺溝槽； 步驟九，平坦化處理后形成淺溝槽隔離結構。
本發明的淺溝槽隔離結構的制備方法，在刻蝕氮化硅之前的步驟都和 原來一致，在刻蝕氮化硅的時候，通過刻蝕參數的調節，使氮化硅刻蝕后 形成如階梯狀的特殊形貌，然后再去氧化。這樣做是利用氮化硅越薄，其 對氧化層的屏蔽性越差，容易被氧化的特性來達到頂角圓滑的目的。由于 氮化硅的厚度梯度改變，在靠近淺溝槽頂角處最薄，因此對氧化的屏蔽能 力最弱且呈梯度增強，亦即對氧化速率的影響由最小逐漸增大。從而在頂角處上表面與側面的氧化速率之差最小，且由于氮化硅逐漸增厚，靠內側 的硅被氧化的量減少，因此制備出較光滑的弧度，避免硅頂角處尖角的形 成。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖1至圖6為現有技術中淺溝槽隔離結構的制備流程結構示意圖；圖7為本發明的制備方法中光刻膠橫向裁減后的結構示意圖；圖8為本發明的制備方法中刻蝕剩余氮化硅后的結構示意圖；圖9為本發明的制備方法中淺溝槽刻蝕后的結構示意圖；圖10為本發明的制備方法中淺溝槽刻蝕后局部結構放大示意圖；圖11為本發明的制備方法中淺溝槽內表面氧化后局部結構放大示意圖。
具體實施方式
本發明的淺溝槽隔離結構的制備方法，其集成在現有工藝中，主要利 用刻蝕工藝刻蝕形成一特殊的氮化硅形貌。整個制備過程如下1) 在硅襯底上依次淀積氧化硅和氮化硅。2) 涂布光刻膠，進行淺溝槽光刻和顯影，形成一光刻膠開口。這兩步 中的具體設定與現有技術中類似。3) 以所述光刻膠為掩膜刻蝕所述氮化硅，去除部分的氮化硅厚度， 去除的氮化硅厚度可為氮化硅層總厚度的20 60%;4) 光刻膠的橫向裁減，將步驟二中的光刻膠的開口擴大10 50% (見圖7)這一過程可在氮化硅刻蝕的刻蝕腔中進行，其刻蝕參數調整為氟系化合物為常規氮化硅干法刻蝕中用量的15%以下，通入10 20sccm的氧 氣，電極施加電小于70W。
5) 以與步驟三中相同的刻蝕工藝刻蝕步驟三后剩余的氮化硅至氧化硅 表面或硅襯底表面(圖8中為刻蝕至氧化硅表面)；
6) 以氮化硅為掩膜刻蝕氧化硅和其下的硅襯底，形成淺溝槽(見圖9)。
7) 淺溝槽內表面氧化處理形成襯墊氧化層。由于氮化硅的有厚度梯度， 在靠近淺溝槽頂角處最薄，因而此處對氧化的屏蔽能力最弱且呈梯度增強， 亦即對氧化速率的影響由最小逐漸增大。從而在頂角處上表面與側面的氧 化速率之差最小，且由于氮化硅逐漸增厚，靠內側的硅被氧化的量減少， 因此制備出較光滑的弧度(見圖10和圖11)，避免尖角的形成。
8) 高密度等離子體氧化硅填充淺溝槽。
9) 平坦化處理后形成淺溝槽隔離結構，步驟八和九的處理方式與現 有技術相同。
上述制備流程中，步驟三至步驟五的刻蝕步驟形成了氮化硅特殊形 貌傳統方式都是采用氟碳化合物進行刻蝕，形成的氮化硅側壁比較直， 無法實現對氧化掩蔽能力的梯度改變。本發明中的氮化硅形貌可以通過如 下方法獲得首先采用傳統方法刻蝕掉一部分的氮化硅，例如氮化硅總厚
度的40%;然后切換刻蝕步驟，減少通入氟碳化合物的量(至15%以下)，
通入適量的氧氣(約10 20sccm)，并降低電極施加的偏壓( 小于70W)， 以減少離子轟擊作用。這樣在較小的光刻膠損失的情況下把光刻膠的開口 擴大，等到開口大小滿足工藝規格(如，擴大20%)后，再切換回主刻 蝕步驟去除剩余厚度的氮化硅。這樣就有一部分在原來未經刻蝕的氮化硅頁暴露在刻蝕環境中接受刻蝕。待先期被刻蝕的氮化硅已經基本被刻蝕完 時，新暴露出來的氮化硅邊緣也已經變得很薄。同時由于刻蝕本身的特性, 突出的條的邊緣的刻蝕速率總是比較快，因此形成一個厚度梯度變化的氮 化硅形貌。
權利要求
1、一種淺溝槽隔離結構的制備方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，在硅襯底上依次淀積氧化硅和氮化硅；步驟二，涂布光刻膠，進行淺溝槽光刻和顯影，形成一光刻膠開口；步驟三，以所述光刻膠為掩膜刻蝕所述氮化硅，去除部分的氮化硅；步驟四，光刻膠的橫向裁減，將所述步驟二中的光刻膠的開口擴大10～50％；步驟五，以與步驟三中相同的刻蝕工藝刻蝕步驟三后剩余厚度的氮化硅至所述氧化硅或所述硅襯底表面；步驟六，以氮化硅為掩膜進行刻蝕形成淺溝槽；步驟七，淺溝槽內表面氧化處理形成襯墊氧化層；步驟八，高密度等離子體氧化硅填充淺溝槽；步驟九，平坦化處理后形成淺溝槽隔離結構。
2、 按照權利要求l所述的制備方法，其特征在于所述步驟三中氮化 硅的去除厚度為所述氮化硅總厚度的20 60%。
3、 按照權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述步驟四中光 刻膠的橫向裁減采用干法刻蝕工藝，其刻蝕參數設定為氟碳系化合物為常 規氮化硅干法刻蝕中用量的15%以下，通入10 20sccm的氧氣，電極施加 功率小于70W。
全文摘要
本發明公開了一種淺溝槽隔離結構的制備方法，其利用三個刻蝕工藝形成一梯狀的氮化硅形貌作為淺溝槽刻蝕的掩膜，使得后續淺溝槽內表面氧化時利用越薄的氮化硅對氧化的屏蔽性能越差，達到頂角圓滑化制備出較光滑的硅和氧化硅界面。
文檔編號G03F7/42GK101593717SQ20081004342
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月28日 優先權日2008年5月28日
發明者濤 熊, 嘯 羅, 瑜 陳, 陳華倫, 陳雄斌 申請人:上海華虹Nec電子有限公司