專利名稱：Sti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STI的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體工藝進(jìn)入深亞微米時(shí)代，0. 13 μ m以下的元件例如CMOS器件中，NMOS 晶體管和PMOS晶體管之間的隔離均采用STI (淺溝槽隔離)工藝形成。傳統(tǒng)的STI的形成方法通常包括下列步驟首先，提供半導(dǎo)體基底，在半導(dǎo)體基底 上形成刻蝕阻擋層；接著，在所述刻蝕阻擋層上形成光掩膜圖形，使得所述刻蝕阻擋層的部 分區(qū)域被暴露；對(duì)刻蝕阻擋層及刻蝕阻擋層下層的半導(dǎo)體基底進(jìn)行刻蝕，在所述刻蝕阻擋 層和所述半導(dǎo)體基底中形成V型溝槽；接著，向所述溝槽內(nèi)填充絕緣介質(zhì)，形成STI。例如在文件號(hào)為“US6713780B2”的美國專利文獻(xiàn)中提供了一種利用多晶硅層做刻 蝕阻擋層形成STI的方法，參考圖1至圖2，包括步驟在基底10表面形成刻蝕阻擋層20， 其為從下到上的氧化物層20a-多晶硅層20b-氮化硅層20c的疊層結(jié)構(gòu)，其中氮化物層20c 為硬掩膜層，多晶硅層20b為緩沖層；刻蝕在基底10和刻蝕阻擋層20內(nèi)形成溝槽30 ；采用 熱氧化的方法在溝槽30的側(cè)壁及基底上生長氧化硅層40 ；向所述溝槽30填充介質(zhì)50，并 去除刻蝕阻擋層20，形成STI。隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，器件的尺寸越來越小，因此在形成STI時(shí)刻蝕阻擋層20 也越來越薄。圖3是刻蝕阻擋層減薄后利用傳統(tǒng)方法刻蝕和刻蝕阻擋層減薄前利用傳統(tǒng)方 法刻蝕的對(duì)比示意圖，其中虛線示出了刻蝕阻擋層減薄前的刻蝕結(jié)果。參考圖3，因?yàn)槠毓?在光刻膠層上的特征尺寸(CD)是固定的，因此如果刻蝕工藝不變，則在刻蝕阻擋層和基底 中形成的溝槽的側(cè)壁傾斜度不變，因?yàn)榭涛g阻擋層減薄，因此這樣刻蝕阻擋層暴露的基底 面積將增大，在基底中形成的STI溝槽的⑶將增大，這樣就不能滿足制造工藝的需求。因 此傳統(tǒng)方法中，為了保證形成的STI溝槽的特征尺寸不變，就需要增大刻蝕阻擋層中V型溝 槽側(cè)壁的傾斜程度(使V型溝槽側(cè)壁和底面的夾角減小)，來補(bǔ)償因?yàn)榭涛g阻擋層減薄帶來 問題。從圖3可以看出，刻蝕阻擋層中溝槽側(cè)壁的傾斜程度增大帶來的問題是由于刻 蝕阻擋層中的V型溝槽側(cè)壁的傾斜程度遠(yuǎn)大于基底中的溝槽側(cè)壁傾斜程度，因此刻蝕阻擋 層和基底交界處的溝槽側(cè)壁上出現(xiàn)凸角，如圖3所示的虛線圈60處，這樣容易在后續(xù)工藝 中引起刻蝕阻擋層和基底交界的地方崩裂，從而影響后續(xù)形成的器件的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是減少形成STI過程中刻蝕阻擋層和半導(dǎo)體基底交界處 發(fā)生崩裂的問題。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種STI的形成方法，包括步驟提供半導(dǎo)體基底，半導(dǎo)體基底上具有刻蝕阻擋層，在所述刻蝕阻擋層上具有光掩 膜圖形；
利用光掩膜圖形做掩膜，對(duì)所述刻蝕阻擋層進(jìn)行第一刻蝕，從而在刻蝕阻擋層中 形成V型第一開口；利用光掩膜圖形做掩膜，沿所述第一開口對(duì)所述刻蝕阻擋層進(jìn)行第二刻蝕，直到 露出半導(dǎo)體基底，形成和第一開口貫通的V型第二開口，所述第二開口側(cè)壁的傾斜角小于 第一開口側(cè)壁的傾斜角；利用所述刻蝕阻擋層做掩膜，對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行刻蝕，從而在半導(dǎo)體基底內(nèi) 形成溝槽；利用絕緣介質(zhì)填充所述溝槽。優(yōu)選的，所述刻蝕阻擋層包括氮化物層。優(yōu)選的，所述第一開口的深度為所述刻蝕停止層厚度的1/3至2/3。優(yōu)選的，所述第二開口的深度為所述刻蝕停止層厚度的1/3至2/3。優(yōu)選的，所述第一刻蝕中利用的刻蝕氣體中氫離子和氟離子的摩爾比大于所述第 二刻蝕中利用的刻蝕氣體中氫離子和氟離子的摩爾比。優(yōu)選的，所述第一刻蝕的刻蝕氣體包括CF4和CH2F2，其中CF4和CH2F2流量比為 1 1 至 1 4。優(yōu)選的，所述第二刻蝕的刻蝕氣體包括CFjP CHF3，其中CFjP (冊(cè)3流量比為4 1 至 1 1。優(yōu)選的，對(duì)半導(dǎo)體基底的刻蝕和第二刻蝕中利用的刻蝕氣體中氫離子和氟離子的 摩爾比相同。 優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體基底還包括氧化硅層。優(yōu)選的，所述第一開口側(cè)壁的傾斜角度為45度到85度，所述第二開口側(cè)壁和所述 溝槽側(cè)壁的傾斜角度為10度到45度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過利用將刻蝕刻蝕阻擋層的步驟分為了兩步，第一步形成的第一開口側(cè) 壁傾斜角大于第二步形成的第二開口側(cè)壁傾斜角，因此和傳統(tǒng)技術(shù)相比，在光掩膜圖形暴 露相同尺寸的刻蝕阻擋層，刻蝕阻擋層暴露的半導(dǎo)體基底的區(qū)域的CD相同的情況下，本發(fā) 明使得溝槽側(cè)壁的刻蝕阻擋層和半導(dǎo)體基底的交界處凸角較小。因此這樣在后續(xù)工藝中， 例如填充溝槽的化學(xué)機(jī)械研磨，不容易引起刻蝕阻擋層和基底交界的地方崩裂，從而提高 了后續(xù)形成的器件的可靠性。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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(shì)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(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1至圖2為現(xiàn)有的一種STI形成方法的示意圖；圖3是刻蝕阻擋層減薄后利用傳統(tǒng)方法刻蝕和刻蝕阻擋層減薄前利用傳統(tǒng)方法 刻蝕的對(duì)比示意圖；圖4為本發(fā)明的STI形成方法的流程圖；圖5至圖8為本發(fā)明的STI形成方法的示意圖。
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。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(shí)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(shí)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(shí)施例時(shí)，為便于說明，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，而且所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。圖4為本發(fā)明的STI形成方法的流程圖；圖5至圖8為本發(fā)明的STI形成方法的 示意圖。下面結(jié)合圖4至圖8對(duì)本發(fā)明的STI形成方法進(jìn)行說明，包括下列步驟S10:提供半導(dǎo)體基底，半導(dǎo)體基底上具有刻蝕阻擋層，在所述刻蝕阻擋層上具有 光掩膜圖形。參考圖5，具體的，半導(dǎo)體基底110可以是單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅、或硅鍺 (SiGe)，也可以是絕緣體上硅(SOI)，或者還可以包括其它的材料，例如銻化銦、碲化鉛、砷 化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵。雖然在此描述了可以形成半導(dǎo)體基底110的材料的幾個(gè)示 例，但是可以作為半導(dǎo)體基底的任何材料均落入本發(fā)明的精神和范圍。在一種優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式中，所述半導(dǎo)體基底110包括襯底IlOa和位于襯底IlOa上 的氧化硅層110b，所述氧化硅層IlOb為利用熱氧化生長的方式形成的，其結(jié)構(gòu)致密，可以 在形成刻蝕阻擋層的步驟中保護(hù)其下層的襯底110a。繼續(xù)參考圖5，在半導(dǎo)體基底110上形成刻蝕阻擋層120，在一具體實(shí)現(xiàn)方式中，刻 蝕阻擋層120包括氮化物層，例如為氮化物層和其它膜層的疊層結(jié)構(gòu)，或者為氮化物層，其 中氮化物可以為氮化硅。例如形成氮化硅層的方法可以為沉積溫度400°C至600°C，例如 450°C、500°C、55(rC，利用的反應(yīng)物為=SiH2CL2和NH3，其中SiH2CL2和NH3的流量比為1 5 至1 10，例如1 6、1 7、1 8、1 9，形成厚度為800埃至1500埃的氮化硅層。在刻蝕阻擋層120表面涂布厚度為1500A~2500A的光掩膜層，其可以包括底部 抗反射層(BARC)以及位于底部抗反射層(BARC)上的光刻膠層。底部抗反射層和光刻膠層 可以利用旋涂(spin on)工藝形成。然后，利用常規(guī)光刻工藝?yán)缙毓?、顯影、清洗等工藝 圖案化上述光掩膜層，形成光掩膜圖形130。S20 利用光掩膜圖形130做掩膜，對(duì)所述刻蝕阻擋層120進(jìn)行第一刻蝕，從而在刻 蝕阻擋層中形成V型第一開口。參考圖6，具體的，可以利用容易生成較多聚合物的刻蝕氣體，刻蝕氣體的氫氟比 越大則刻蝕過程中生成的聚合物越多，例如刻蝕氣體中氫離子和氟離子的摩爾比大于1。因 為生成聚合物較多的氣體刻蝕時(shí)，會(huì)在第一開口 120a側(cè)壁上生成較多的聚合物，從而使得 V型第一開口 120a側(cè)壁傾斜程度較大，也就是第一開口側(cè)壁的傾斜角度(開口側(cè)壁和垂直 于底面的夾角)θ 1增大，例如為45度到85度。這樣可以使得在光掩膜圖形130暴露的刻 蝕阻擋層120的區(qū)域尺寸相同的情況下，在刻蝕阻擋層中形成的開口的底部CD減小。所述刻蝕可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法進(jìn)行刻蝕，例如利用等離子干法刻 蝕。具體包括選用電感耦合等離子體型刻蝕設(shè)備，在刻蝕過程中，例如刻蝕氣體包括He以及CF4和CH2F2等含氟氣體，CF4和CH2F2流量比為1 1至1 4，例如1 2、1 3。在 反應(yīng)室內(nèi)同時(shí)通入上述氣體，其中氬氣He起到稀釋刻蝕氣體的作用，其流量為lOOsccm 500sccm。起刻蝕作用的氣體中，CF4的流量為IOsccm 200sccm ；CH2F2的流量為IOsccm IOOsccm0反應(yīng)室內(nèi)將所述氣體電離為等離子體的射頻功率源的輸出功率為IOOW 1000W， 偏置電壓源的輸出功率為IOOW 1000W。反應(yīng)室內(nèi)的壓力設(shè)置為5mTorr 20mTorr。上 述等離子刻蝕的過程是一種各向異性的刻蝕，刻蝕氣體和稀釋氣體的共同作用使刻蝕后的 第一開口 120a的側(cè)壁為斜面，并且傾斜角度(開口側(cè)壁和垂直于底面的夾角)較大，第一 開口 120a的深度可以為刻蝕阻擋層的1/3至2/3。所述刻蝕工藝還可以在其它刻蝕設(shè)備中 進(jìn)行，如電容耦合等離子體型刻蝕設(shè)備、感應(yīng)耦合等離子刻蝕設(shè)備。S30:利用光掩膜圖形130做掩膜，沿所述第一開口 120a對(duì)所述刻蝕阻擋層120進(jìn) 行第二刻蝕，直到露出半導(dǎo)體基底，形成和第一開口 120a貫通的第二開口 120b，所述第二 開口 120b側(cè)壁的傾斜角小于第一開口 120a側(cè)壁的傾斜角。繼續(xù)參考圖6，具體的，可以利用容易生成較少聚合物的刻蝕氣體，例如刻蝕氣體 中氫離子和氟離子的摩爾比小于1。因?yàn)樯删酆衔镙^少的氣體刻蝕時(shí)，會(huì)在第二開口 120b側(cè)壁上生成較少的聚合物，從而使得V型第二開口側(cè)壁傾斜程度較小，也就是第二開 口 120b側(cè)壁的傾斜角θ 2減小，從而使第二開口 120b的側(cè)壁傾斜角θ 2小于第一開口 120a 的側(cè)壁傾斜角θ 1。優(yōu)選的傾斜角度(開口側(cè)壁和垂直于底面的夾角)為10度到45度。所述刻蝕可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法進(jìn)行刻蝕，例如利用等離子干法刻 蝕。具體包括選用電感耦合等離子體型刻蝕設(shè)備，在刻蝕過程中，例如刻蝕氣體可以包括 He、N2以及CF4和CHF3等含氟氣體，CF4和CHF3流量比為4 1至1 1，例如3 1、2 1。 在一具體實(shí)現(xiàn)中，在反應(yīng)室內(nèi)同時(shí)通入He，其流量為lOOsccm 500SCCm。起刻蝕作用的氣 體中，CF4的流量為IOsccm 200sccm ；CHF3的流量為IOOsccm 200sccm。反應(yīng)室內(nèi)將所 述氣體電離為等離子體的射頻功率源的輸出功率為100W 1000W ；射頻偏置功率源的輸出 功率為100W 1000W，反應(yīng)室內(nèi)的壓力設(shè)置為5mTorr lOmTorr。上述等離子刻蝕的過 程是一種各向異性的刻蝕，刻蝕氣體和稀釋氣體的共同作用使刻蝕后的第二開口的側(cè)壁為 斜面，優(yōu)選的傾斜角度為10度到45度。第二開口的深度可以為刻蝕停止層厚度的1/3至 2/3。所述刻蝕工藝還可以在其它刻蝕設(shè)備中進(jìn)行，如電容耦合等離子體型刻蝕設(shè)備、感應(yīng) 耦合等離子刻蝕設(shè)備。S40 利用所述刻蝕阻擋層做掩膜，對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行刻蝕，從而在半導(dǎo)體基 底內(nèi)形成溝槽。參考圖7，去除光掩膜圖形，利用刻蝕阻擋層做掩膜，對(duì)半導(dǎo)體基底進(jìn)行刻蝕，所 述刻蝕可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法進(jìn)行刻蝕，例如利用等離子干法刻蝕。在本實(shí) 施例中，對(duì)半導(dǎo)體基底的刻蝕和第二刻蝕中利用的刻蝕氣體中氫離子和氟離子的摩爾比相 同。具體包括選用電感耦合等離子體型刻蝕設(shè)備，在刻蝕過程中，例如刻蝕氣體包括Ar以 及CF4、C2F6和CHF3等含氟氣體。在反應(yīng)室內(nèi)同時(shí)通入上述氣體，其中Ar起到稀釋刻蝕氣體 的作用。起刻蝕作用的氣體中，CF4的流量為IOsccm IOOsccm ；C2F6的流量為IOsccm IOOsccm ；CHF3的流量為IOsccm lOOsccm。反應(yīng)室內(nèi)將所述氣體電離為等離子體的射頻功 率源的輸出功率為50W 1000W ；射頻偏置功率源的輸出功率為50W 1000W。反應(yīng)室內(nèi)的 壓力設(shè)置為5mTorr 20mTorr。上述等離子刻蝕的過程是一種各向異性的刻蝕，刻蝕氣體和稀釋氣體的共同作用使刻蝕后的溝槽IlOc的側(cè)壁為斜面，溝槽IlOc的深度可以為2000 埃 4000埃。所述刻蝕工藝還可以在其它刻蝕設(shè)備中進(jìn)行，如電容耦合等離子體型刻蝕設(shè) 備、感應(yīng)耦合等離子刻蝕設(shè)備。在另一實(shí)施例中，也可以不去除光掩膜圖形，利用光掩膜圖形和刻蝕阻擋層做掩膜。在本發(fā)明中因?yàn)閷⒖涛g刻蝕阻擋層的步驟分為了兩步，第一步形成的第一開口側(cè) 壁傾斜角大于第二步形成的第二開口側(cè)壁傾斜角，因此和傳統(tǒng)技術(shù)相比，在光掩膜圖形暴 露相同尺寸的刻蝕阻擋層，刻蝕阻擋層暴露的半導(dǎo)體基底的區(qū)域的CD相同的情況下，本發(fā) 明使得溝槽側(cè)壁的刻蝕阻擋層和半導(dǎo)體基底的交界處凸角較小。因此這樣在后續(xù)工藝中， 例如填充溝槽的化學(xué)機(jī)械研磨，不容易引起刻蝕阻擋層和基底交界的地方崩裂，從而提高 了后續(xù)形成的器件的可靠性。S50 利用絕緣介質(zhì)填充溝槽。參考圖8，可以利用HDP-CVD工藝淀積絕緣介質(zhì)160，絕緣介質(zhì)材料可以為二氧化 硅、氟硅玻璃、未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)和正硅酸四乙酯中的一種。然后，利用化學(xué)機(jī)械 研磨(CMP)工藝，對(duì)絕緣介質(zhì)160平坦化，使絕緣介質(zhì)160上表面為平坦表面。然后，去除 所述刻蝕阻擋層，形成STI。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)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(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí) 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(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做 的任何簡(jiǎn)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STI的形成方法，其特征在于，包括步驟提供半導(dǎo)體基底，半導(dǎo)體基底上具有刻蝕阻擋層，在所述刻蝕阻擋層上具有光掩膜圖形；利用光掩膜圖形做掩膜，對(duì)所述刻蝕阻擋層進(jìn)行第一刻蝕，從而在刻蝕阻擋層中形成V型第一開口；利用光掩膜圖形做掩膜，沿所述第一開口對(duì)所述刻蝕阻擋層進(jìn)行第二刻蝕，直到露出 半導(dǎo)體基底，形成和第一開口貫通的V型第二開口，所述第二開口側(cè)壁的傾斜角小于第一 開口側(cè)壁的傾斜角；利用所述刻蝕阻擋層做掩膜，對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行刻蝕，從而在半導(dǎo)體基底內(nèi)形成 溝槽；利用絕緣介質(zhì)填充所述溝槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STI的形成方法，其特征在于，所述刻蝕阻擋層包括氮化物層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STI的形成方法，其特征在于，所述第一開口的深度為所述刻 蝕停止層厚度的1/3至2/3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STI的形成方法，其特征在于，所述第二開口的深度為所述刻 蝕停止層厚度的1/3至2/3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STI的形成方法，其特征在于，所述第一刻蝕中利用的刻蝕氣 體中氫離子和氟離子的摩爾比大于所述第二刻蝕中利用的刻蝕氣體中氫離子和氟離子的 摩爾比。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的STI的形成方法，其特征在于，所述第一刻蝕的刻蝕氣體包括 CF4和CH2F2，其中CF4和CH2F2流量比為1 1至1 4。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的STI的形成方法，其特征在于，所述第二刻蝕的刻蝕氣體包括 CF4和CHF3，其中CF4和CHF3流量比為4 1至1 1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STI的形成方法，其特征在于，對(duì)半導(dǎo)體基底的刻蝕和第二刻 蝕中利用的刻蝕氣體中氫離子和氟離子的摩爾比相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的STI的形成方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體基底包括襯底和位 于襯底上的氧化硅層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的STI的形成方法，其特征在于，所述第一開口側(cè)壁的傾斜角 度為45度到85度，所述第二開口側(cè)壁和所述溝槽側(cè)壁的傾斜角度為10度到45度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種STI的形成方法，包括步驟提供半導(dǎo)體基底，半導(dǎo)體基底上具有刻蝕阻擋層，在所述刻蝕阻擋層上具有光掩膜圖形；利用光掩膜圖形做掩膜，對(duì)所述刻蝕阻擋層進(jìn)行第一刻蝕，從而在刻蝕阻擋層形成V型第一開口；利用光掩膜圖形做掩膜，沿所述第一開口對(duì)所述刻蝕阻擋層進(jìn)行第二刻蝕，直到露出半導(dǎo)體基底，形成和第一開口貫通的V型第二開口，所述第二開口側(cè)壁的傾斜角小于第一開口側(cè)壁的傾斜角；利用所述刻蝕阻擋層做掩膜，對(duì)所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行刻蝕，從而在半導(dǎo)體基底內(nèi)形成溝槽；利用絕緣介質(zhì)填充所述溝槽。本發(fā)明減少了形成STI過程中刻蝕阻擋層和半導(dǎo)體基底交界處發(fā)生崩裂的問題。
文檔編號(hào)H01L21/311GK102074495SQ20091019922
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者張世謀, 張海洋, 王新鵬 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司