專利名稱：溝槽的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溝槽的形成方法。
背景技術(shù)：
集成電路制造工藝是一種平面制作工藝，其結(jié)合光刻、刻蝕、沉積、離子注入等多種工藝，在同一襯底上形成大量各種類型的復(fù)雜器件，并將其互相連接以具有完整的電子功能。其中，任何一步工藝出現(xiàn)偏差，都可能會(huì)導(dǎo)致電路的性能參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值。目前，隨著超大規(guī)模集成電路的器件特征尺寸不斷地等比例縮小，集成度不斷地提高，對(duì)各步工藝的控制及其工藝結(jié)果的精確度提出了更高的要求。 以在襯底內(nèi)形成的溝槽隔離結(jié)構(gòu)為例。早期在襯底內(nèi)進(jìn)行器件間的隔離是采用局部場(chǎng)氧化隔離技術(shù)(L0C0S，Local Oxidation of Silicon)，但因該技術(shù)存在會(huì)在有源區(qū)邊界形成"鳥嘴"(BIRD'S BEAK)區(qū)，使得分離區(qū)擴(kuò)大等問題，已逐漸被淺溝槽隔離技術(shù)(STI，Shallow Trenchlsolation)所取代。隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸不斷縮小，器件之間的隔離區(qū)域也隨之相應(yīng)縮小，對(duì)器件隔離的要求也越來越高，不僅要形成高深寬比的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，而且還對(duì)該淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形狀提出了更具體的要求，以達(dá)到更好的填充效果。
圖l為說明現(xiàn)有的一種溝槽形成方法的器件剖面示意圖，如圖l所示，先在硅襯底101上沉積生長(zhǎng)一薄層的緩沖氧化層102，然后沉積停止層103，其通常為氮化硅材料。再在該停止層103上利用光刻定義出溝槽隔離圖案。接著，對(duì)停止層103、氧化層102和硅襯底101進(jìn)行刻蝕，形成溝槽104。如圖1所示，利用現(xiàn)有的溝槽形成方法對(duì)硅襯底進(jìn)行刻蝕后，形成的溝槽104底部具有凸起110，該凸起110形狀較尖，且兩側(cè)下陷，這對(duì)于溝槽后續(xù)的填充非常不利。 為改善刻蝕溝槽的形成質(zhì)量，現(xiàn)有技術(shù)做了進(jìn)一步的改進(jìn)，在刻蝕形成溝槽后加入一步利用氯氣及氧氣進(jìn)行處理，以使溝槽底部圓弧化的步驟。圖2為現(xiàn)有的加入氯氣及氧氣處理步驟后形成的溝槽圖，如圖2中圓圈201所示，加入這一步驟后，溝槽底部不再出現(xiàn)尖狀，而成為圓弧狀，后續(xù)對(duì)其進(jìn)行填充的質(zhì)量可以有所提高。但是，該方法形成的溝槽底部仍不平整，為凸起的圓弧狀，這一底部?jī)蓚?cè)凹陷的溝槽形狀對(duì)于進(jìn)一步提高溝槽的填充質(zhì)量不利。 于2008年4月16日公開的公開號(hào)為CN101162692A的中國(guó)專利申請(qǐng)?jiān)敿?xì)介紹了一種硅片的刻蝕方法，對(duì)溝槽的刻蝕工藝進(jìn)行了具體的調(diào)整，形成了頂部和底部均具有圓角的溝槽結(jié)構(gòu)，但由其效果圖來看，其形成的溝槽形狀較差，對(duì)于對(duì)形狀、尺寸要求較高的小尺寸器件并不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種溝槽的形成方法，以改善利用現(xiàn)有的溝槽形成方法形成的溝槽底部不平整的現(xiàn)象。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種溝槽的形成方法，包括步驟
提供襯底； 在所述襯底上形成溝槽圖形； 以所述溝槽圖形為掩膜進(jìn)行刻蝕，形成溝槽； 利用含溴化氫和氦氣的過刻蝕氣體對(duì)所述溝槽進(jìn)行過刻蝕處理。
其中，所述過刻蝕氣體還包括含氧氣體。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明的溝槽形成方法，在形成溝槽后，加入一步利用含溴化氫和氦氣的過刻蝕氣體對(duì)所述溝槽進(jìn)行過刻蝕的處理。該種過刻蝕氣體可以令在溝槽底部形成的聚合物分布較為均勻，確保處理后的溝槽底部較為平整，不會(huì)再出現(xiàn)兩側(cè)凹陷的問題，提高了溝槽的填
充質(zhì)量。


圖1為說明現(xiàn)有的一種溝槽形成方法的器件剖面示意 圖2為現(xiàn)有的加入氯氣及氧氣處理步驟后形成的溝槽 圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例中溝槽形成方法的流程圖； 圖4至圖8為說明本發(fā)明具體實(shí)施例中溝槽形成方法的器件剖面示意圖； 圖9至圖11分別為采用本發(fā)明具體實(shí)施例中的方法在不同過刻蝕工藝條件下形
成的溝槽圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。 本發(fā)明的處理方法可以被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，并且可利用許多適當(dāng)?shù)牟牧?br> 制作，下面是通過具體的實(shí)施例來加以說明，當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域
內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知的一般的替換無疑地涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。 其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為了便于說
明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定，此
外，在實(shí)際的制作中，應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。 現(xiàn)有技術(shù)中，在刻蝕形成溝槽時(shí)，為去除溝槽底部的尖角部分，令溝槽底部圓弧化，在進(jìn)行主刻蝕形成溝槽后，加入了一步利用氯氣和氧氣對(duì)溝槽底部進(jìn)行處理的過刻蝕步驟。 然而，由于氯氣和氧氣在進(jìn)行過刻蝕處理時(shí)產(chǎn)生的聚合物在溝槽底部分布不均勻，溝槽底部會(huì)形成如圖2所示的圓弧狀凸起，即溝槽底部?jī)蓚?cè)為凹陷狀的，這對(duì)后續(xù)進(jìn)行的溝槽填充不利，無法形成高質(zhì)量的填充質(zhì)量。對(duì)于小尺寸器件，尤其是65nm以下工藝結(jié)點(diǎn)的小尺寸器件，其對(duì)各步工藝的要求很嚴(yán)格，這一較差的溝槽填充質(zhì)量已無法滿足其的制作要求。 為此，本發(fā)明提出了一種新的溝槽形成方法，包括步驟 提供襯底； 在所述襯底上形成溝槽圖形；
以所述溝槽圖形為掩膜進(jìn)行刻蝕，形成溝槽； 利用含溴化氫和氦氣的過刻蝕氣體對(duì)所述溝槽進(jìn)行過刻蝕處理。
其中，所述過刻蝕氣體還包括含氧氣體。 優(yōu)選地，所述溴化氫的流量在200至500sccm之間，所述氦氣和氧氣的流量和在20至40sccm之間。 優(yōu)選地，所述過刻蝕處理時(shí)的腔室壓力在5至10mTorr之間，所述過刻蝕處理時(shí)的腔室溫度在50至IO(TC之間，所述過刻蝕處理所用的功率在500至1500W之間。
優(yōu)選地，所述過刻蝕處理所用的時(shí)間在10至60秒之間。
可選地，所述過刻蝕氣體還包括氬氣。 可選地，所述襯底包括硅襯底，位于所述硅襯底上的氧化硅層，以及位于所述氧化
層上的氮化硅層。此時(shí)，所述形成溝槽，包括步驟 對(duì)所述氮化硅層及所述氧化硅層進(jìn)行預(yù)刻蝕處理； 對(duì)所述硅襯底進(jìn)行主刻蝕處理。 其中，所述主刻蝕處理所用的刻蝕氣體包括含碳氟氣體。
其中，所述預(yù)刻蝕處理之后，所述主刻蝕處理之前，還包括步驟 進(jìn)行溝槽頂角圓弧化處理。 本發(fā)明提出的上述溝槽形成方法，對(duì)過刻蝕處理過程進(jìn)行了優(yōu)化，將過刻蝕氣體變更為含溴化氫和氦氣的氣體，因該種刻蝕氣體可以在溝槽底部形成均勻分布的聚合物，最終達(dá)到了形成較為平整的溝槽底部形狀的目的。 圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例中溝槽形成方法的流程圖，圖4至圖8為說明本發(fā)明具
體實(shí)施例中溝槽形成方法的器件剖面示意圖，下面結(jié)合圖3至圖8對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例
進(jìn)行詳細(xì)介紹。 步驟301:提供襯底。 該襯底可以是單純的硅襯底，也可以是表面覆蓋了材料層的硅襯底上。本實(shí)施例中的襯底為表面覆蓋了氧化硅層和氮化硅層的硅襯底。 圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例中的襯底剖面示意圖，如圖4所示，在硅襯底401上具有一層氧化硅層402，在氧化硅層402上還具有一層氮化硅層403。 本實(shí)施例中是利用溝槽形成方法在硅襯底內(nèi)形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)中的溝槽，相應(yīng)地，所形成的氧化硅層402可以作為墊氧化層，其可以利用氧化硅襯底的方法氧化形成，也可以利用化學(xué)氣相沉積(ChemicalV即or D印osition)的方法沉積形成。
在氧化硅層402上形成的氮化硅層403可以作為研磨停止層使用。形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的溝槽后，會(huì)利用化學(xué)氣相沉積方法沉積介質(zhì)材料(通常為氧化硅材料)以填充溝槽，該步沉積工藝后需要再利用化學(xué)機(jī)械研磨方法對(duì)該介質(zhì)材料進(jìn)行平坦化處理，去除硅襯底以上的介質(zhì)材料，僅保留溝槽內(nèi)的介質(zhì)材料。在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)，為確保硅襯底表面的介質(zhì)材料去除得較干凈，且溝槽內(nèi)的介質(zhì)材料保持得較完整，可以利用氮化硅層403與介質(zhì)材料間的研磨速率差來判斷研磨終點(diǎn)一旦檢測(cè)到研磨速率發(fā)生較大變化，就表明研磨已至氮化硅層403時(shí)，可以停止研磨。
步驟302 :在所述襯底上形成溝槽圖形。 圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成溝槽圖形后的器件剖面示意圖，如圖5所示，利用
5光刻膠404對(duì)襯底上不需要形成溝槽的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，在襯底上形成了溝槽圖形。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，為了防止因需刻蝕的溝槽較深，僅依靠光刻膠作掩膜 已無法很好地保護(hù)溝槽以外結(jié)構(gòu)，還可以將氮化硅層403的厚度沉積得較厚，或在氮化硅 層403上再形成一層硬掩膜層(圖中未示出)。刻蝕溝槽前，先將光刻形成的溝槽圖形轉(zhuǎn)移 至該氮化硅層403內(nèi)或硬掩膜內(nèi)，再利用光刻膠、氮化硅層403或硬掩膜層共同作為掩膜， 進(jìn)行溝槽的刻蝕。這樣，即使光刻膠在刻蝕過程中被刻蝕得較薄，無法很好地保護(hù)溝槽外的 結(jié)構(gòu)了，還有氮化硅層403或硬掩膜層可以對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，確保了刻蝕形成的溝槽圖形的 完整性。 步驟303 :以所述溝槽圖形為掩膜進(jìn)行刻蝕，形成溝槽。 該步刻蝕可分為多步進(jìn)行，具體在本實(shí)施例中可分為兩步進(jìn)行 A、對(duì)所述氮化硅層及所述氧化硅層進(jìn)行預(yù)刻蝕處理。 對(duì)氮化硅層403和氧化硅層402進(jìn)行預(yù)刻蝕處理，形成溝槽開口 。圖6為本發(fā)明 具體實(shí)施例中形成溝槽開口后的器件剖面示意圖，如圖6所示，以前一步利用光刻膠404形 成的溝槽圖形為掩膜進(jìn)行預(yù)刻蝕處理，形成了溝槽開口 405。
B、對(duì)硅襯底進(jìn)行主刻蝕處理。 形成溝槽開口 405后，繼續(xù)以光刻膠圖形為掩膜對(duì)下面的硅襯底進(jìn)行主刻蝕處 理，形成溝槽。圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例中形成溝槽后的器件剖面示意圖，如圖7所示，在 硅襯底401內(nèi)形成了溝槽406。但是，由于本步主刻蝕時(shí)間較長(zhǎng)，產(chǎn)生的聚合物較多，其在溝 槽內(nèi)的分布極不均勻，在溝槽底部會(huì)形成如圖中410所示較為尖銳的凸起形狀，這將使后 續(xù)進(jìn)行的溝槽填充質(zhì)量較差，易存在空隙。 為形成側(cè)壁形狀較為理想的溝槽，本實(shí)施例對(duì)本步主刻蝕對(duì)所用的工藝條件進(jìn)行 了優(yōu)化本實(shí)施例中的刻蝕是利用等離子體刻蝕設(shè)備進(jìn)行的?？涛g過程中，將腔室壓力設(shè)置 在5至10mTorr之間，如為5mTorr、8mTorr或10mTorr等；將腔室溫度設(shè)置在50至IO(TC之 間，如為50。C、60。C、75。C、9(rC或IO(TC等；將主刻蝕處理所用的功率設(shè)置在500至1500W 之間，如為500W、800W、1000W、1200W或1500W等。 本實(shí)施例中，本步主刻蝕所用的刻蝕氣體包括含碳氟氣體和含氧氣體。其中含碳 氟氣體可以為CH2F2、 CHF3、 CF4等中的任一種或任意組合，含氧氣體可以為02、 03、 N0、 CO等 中的任一種或任意組合。此外，還可以加入一些惰性氣體，如氮?dú)?、氬氣或氦氣等中的任?種或任意組合，以調(diào)節(jié)刻蝕速率(或說刻蝕氣體濃度)及腔室壓力。 具體選用的氣體與要求的溝槽側(cè)壁形狀有關(guān)，如，要求側(cè)壁形狀較為傾斜，則可以 選用產(chǎn)生聚合物較多的碳氟比較高的刻蝕氣體；要求側(cè)壁形狀較為垂直時(shí)，可以選用產(chǎn)生 聚合物較少的碳氟比較低的刻蝕氣體。另外，還可以將主刻蝕過程再分為多個(gè)階段，在不同 階段選用不同的刻蝕氣體(通常是分別選用產(chǎn)生聚合物量不同的刻蝕氣體)，以得到需要 的側(cè)壁形狀。 在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，在上述步驟A及B之間還可以加入對(duì)溝槽頂部進(jìn)行圓 弧化的處理步驟，所用氣體可以為氯氣加含氧氣體或溴化氫氣體加含氧氣體等。其作用是 令溝槽頂部圓弧化，以釋放應(yīng)力，改善溝槽的形成質(zhì)量。 步驟304 :利用含溴化氫和氦氣的過刻蝕氣體對(duì)所述溝槽進(jìn)行過刻蝕處理。
圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例中進(jìn)行過刻蝕處理后的器件剖面示意圖，如圖8所示，經(jīng)
6過本步的過刻蝕處理后，溝槽底部的尖銳的凸起形狀已消失，變得較為平整，且在底部邊角 處411形狀也較為圓滑，對(duì)后續(xù)填充質(zhì)量的提高很有利。 為了避免出現(xiàn)溝槽底部有凸起的狀況，本實(shí)施例中，選用了產(chǎn)生的聚合物分布可 以較為均勻的含溴化氫(HBr)氣體和氦氣(He)的過刻蝕氣體，得到了較為理想的溝槽底部 形狀。 另外，本實(shí)施例中還對(duì)本步過刻蝕處理的工藝條件做了進(jìn)一步的優(yōu)化，以得到更 為合適的溝槽底部形狀。具體工藝條件為將腔室壓力設(shè)置在5至10mTorr之間，如為 5mTorr、8mTorr或10mTorr等；將腔室溫度設(shè)置在50至IO(TC之間，如為50°C 、60°C 、75°C 、 9(TC或IO(TC等；將主刻蝕處理所用的功率設(shè)置在500至1500W之間，如為500W、800W、 1000W、1200W或1500W等。 本實(shí)施例中所用的刻蝕氣體除包括溴化氫和氦氣外，還可以包括含氧氣體，如02、 03、 N0、 CO等中的任一種或任意組合。當(dāng)采用HBr、 He和02的組合時(shí)，可將溴化氫的流量設(shè) 置在200至500sccm之間，如為200sccm、300sccm、400sccm或500sccm等；將氦氣和氧氣的 流量和設(shè)置在20至40sccm之間，如為20sccm、30sccm或40sccm等。其中，氦氣與氧氣的
比例可以在5 : i至i : l之間，如為5 : 1、4 : i、3 : 1、2 : i或i : i等。 經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)本步過刻蝕處理所用的時(shí)間在10至60秒之間時(shí)，即可得 到較為理想的溝槽底部形狀，如為10秒、15秒、20秒、25秒、30秒、40秒或60秒等。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，本步過刻蝕處理過程中還可以加入其它惰性氣體，如 氬氣、氮?dú)獾取?圖9至圖11分別為采用本發(fā)明具體實(shí)施例中的方法在不同過刻蝕工藝條件下 形成的溝槽圖，其中，圖9為腔室壓力在10mTorr， HBr流量為350sccm， He和02的流量總 和為27sccm的過刻蝕工藝條件下得到的溝槽；圖10為腔室壓力在10mTorr， HBr流量為 350sccm， He和02的流量總和為30sccm的過刻蝕工藝條件下得到的溝槽；圖11為腔室壓 力在7mTorr，HBr流量為350sccm，He和02的流量總和為27sccm的過刻蝕工藝條件下得到 的溝槽。圖中圓圈901、1001、1101所示的分別為不同過刻蝕工藝條件下形成的溝槽底部的 形狀，如圖9、10及11所示，在上述工藝條件下，均可以得到較為平整的溝槽底部，其中，以 圖11中所示的溝槽底部形狀更優(yōu)。 本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技 術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保 護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種溝槽的形成方法，其特征在于，包括步驟提供襯底；在所述襯底上形成溝槽圖形；以所述溝槽圖形為掩膜進(jìn)行刻蝕，形成溝槽；利用含溴化氫和氦氣的過刻蝕氣體對(duì)所述溝槽進(jìn)行過刻蝕處理。
2. 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述過刻蝕氣體還包括含氧氣體。
3. 如權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于所述溴化氫的流量在200至500sccm之間。
4. 如權(quán)利要求3所述的形成方法，其特征在于所述氦氣和氧氣的流量和在20至40sccm之間。
5. 如權(quán)利要求4所述的形成方法，其特征在于所述過刻蝕處理時(shí)的腔室壓力在5至10mTorr之間。
6. 如權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于所述過刻蝕處理時(shí)的腔室溫度在50至IO(TC之間。
7. 如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于所述過刻蝕處理所用的功率在500至1500W之間。
8. 如權(quán)利要求7所述的形成方法，其特征在于所述過刻蝕處理所用的時(shí)間在10至60秒之間。
9. 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述過刻蝕氣體還包括氬氣。
10. 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述襯底包括硅襯底，位于所述硅襯底上的氧化硅層，以及位于所述氧化層上的氮化硅層。
11. 如權(quán)利要求IO所述的形成方法，其特征在于，所述形成溝槽，包括步驟對(duì)所述氮化硅層及所述氧化硅層進(jìn)行預(yù)刻蝕處理；對(duì)所述硅襯底進(jìn)行主刻蝕處理。
12. 如權(quán)利要求11所述的形成方法，其特征在于所述主刻蝕處理所用的刻蝕氣體包括含碳氟氣體。
13. 如權(quán)利要求ll所述的形成方法，其特征在于所述預(yù)刻蝕處理之后，所述主刻蝕處理之前，還包括步驟進(jìn)行溝槽頂角圓弧化處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溝槽的形成方法，包括步驟提供襯底；在所述襯底上形成溝槽圖形；以所述溝槽圖形為掩膜進(jìn)行刻蝕，形成溝槽；利用含溴化氫和氦氣的過刻蝕氣體對(duì)所述溝槽進(jìn)行過刻蝕處理。采用本發(fā)明方法形成的溝槽底部較為平整，不會(huì)再出現(xiàn)兩側(cè)凹陷的問題，提高了溝槽的填充質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01L21/306GK101752285SQ20081020415
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者張海洋, 沈滿華, 陳海華, 韓寶東 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司