淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法
【專利摘要】一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供襯底；刻蝕所述襯底形成淺溝槽，所述淺溝槽側(cè)壁頂部形成有尖銳倒角；在所述淺溝槽中形成介電材料；在所述淺溝槽中形成介電材料后，在惰性氣體氣氛中進(jìn)行退火處理使所述尖銳倒角變圓滑，所述氣體氣氛中氣體的分子質(zhì)量大于等于氬氣的分子質(zhì)量。退火處理使得尖銳倒角變成圓角，圓角可以避免應(yīng)力集中，當(dāng)在半導(dǎo)體器件中通入電流時(shí)，高電場不會在圓角位置集中，從而減小了漏電流，避免淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)擊穿及窄寬效應(yīng)。
【專利說明】淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，使用淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolat1n, STI)技術(shù)進(jìn)行半導(dǎo)體器件隔離已經(jīng)成為常規(guī)技術(shù)。
[0003]圖1?圖4是現(xiàn)有技術(shù)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)制造方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖1，在襯底100上形成氧化硅層101、位于氧化硅層101上的氮化硅層102。參照圖2，在氮化硅層上形成圖形化的光刻膠層103，以圖形化的光刻膠層103為掩模，刻蝕氮化硅層、氧化硅層，在氮化娃層和氧化娃層中形成開口 104,開口 104暴露襯底100表面。參照圖3,去除圖形化的光刻膠層，之后，以圖形化的氮化硅層102、氧化硅層101為掩模，刻蝕襯底100形成淺溝槽105。之后，參照圖4，在淺溝槽中填充氧化硅等介電材料107，接著去除圖形化的氮化硅層、氧化硅層，在襯底中形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
[0004]但是，參照圖3，在刻蝕襯底100形成淺溝槽105時(shí)，在淺溝槽105的側(cè)壁頂部處形成一個(gè)尖銳倒角(Sharp Corner) 106。尖銳倒角106會成為應(yīng)力集中點(diǎn),這樣在尖銳倒角106附近形成的介電材料具有缺陷，而且當(dāng)后續(xù)熱氧化生長柵氧化層時(shí)，尖銳倒角106附近的柵氧化層生長速率緩慢，相比于襯底上其他位置處的柵氧化層，尖銳倒角106附近的柵氧化層厚度較薄。當(dāng)在半導(dǎo)體器件中通入電流時(shí)，高電場容易在該缺陷位置集中，造成漏電流增加、淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)擊穿以及窄寬效應(yīng)(Narrow Width Effect)。因此，如何消除尖銳倒角而使倒角變得圓滑，是業(yè)界較為關(guān)注的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是提供一種使淺溝槽側(cè)壁頂部的尖銳倒角變圓滑的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:
[0007]提供襯底；
[0008]刻蝕所述襯底形成淺溝槽，在所述淺溝槽側(cè)壁頂部形成有尖銳倒角；
[0009]在所述淺溝槽中形成介電材料；
[0010]在所述淺溝槽中形成介電材料后，在惰性氣體氣氛中進(jìn)行退火處理使所述尖銳倒角變圓滑，所述氣體氣氛中氣體的分子質(zhì)量大于等于氬氣的分子質(zhì)量。
[0011]可選地，所述退火處理的溫度范圍為大于等于900°C小于等于1500°C，所述退火處理時(shí)間范圍為大于等于0.5h小于等于2h。
[0012]可選地，所述惰性氣體為氬氣、氪氣、氙氣、氡氣中的一種或多種的混合氣體。
[0013]可選地，所述刻蝕襯底形成淺溝槽的方法包括:
[0014]在所述襯底上形成硬掩模層；
[0015]在所述硬掩模層上形成圖形化的光刻膠層，圖形化的光刻膠層定義淺溝槽的位置；
[0016]以所述圖形化的光刻膠層為掩模，刻蝕所述硬掩模層形成圖形化的硬掩模層；
[0017]去除圖形化的光刻膠層，之后，以所述圖形化的硬掩模層為掩模，刻蝕所述襯底形成淺溝槽，
[0018]在所述退火處理后，去除所述圖形化的硬掩模層。
[0019]可選地，所述硬掩模層為氮化硅層，或者所述硬掩模層為氧化硅層和位于氧化硅層上的氮化硅層的疊層結(jié)構(gòu)。
[0020]可選地，在所述淺溝槽中形成介電材料的方法包括:
[0021]沉積介電材料，所述介電材料覆蓋圖形化的硬掩模層、填充所述淺溝槽；
[0022]平坦化所述介電材料至圖形化的硬掩模層上表面停止。
[0023]可選地，所述平坦化介電材料的方法為化學(xué)機(jī)械研磨或回刻蝕。
[0024]可選地，在沉積介電材料之前，在所述淺溝槽底部和側(cè)壁形成襯墊層。
[0025]可選地，在所述淺溝槽中形成介電材料后，進(jìn)行退火處理前，對所述圖形化的硬掩模層進(jìn)行回拉處理。
[0026]可選地，在形成圖形化的光刻膠層之前，還包括:
[0027]在所述硬掩模層上形成無定形碳層；
[0028]在所述無定形碳層上形成抗反射層。
[0029]可選地，去除圖形化的硬掩模層的方法為濕法刻蝕，使用的刻蝕劑為磷酸溶液。
[0030]可選地，所述介電材料為氧化硅。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0032]在淺溝槽中形成介電材料后，進(jìn)行退火處理。在退火過程中，尖銳倒角位置的襯底會軟化，再加以惰性氣體對尖銳倒角位置形成重轟擊，使得軟化的尖銳倒角逐漸趨于圓滑，形成圓角。圓角可以避免應(yīng)力集中，當(dāng)在半導(dǎo)體器件中通入電流時(shí)，高電場不會在圓角位置集中，減小了漏電流，避免淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)擊穿及窄寬效應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1?圖4是現(xiàn)有技術(shù)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖5?圖14是本發(fā)明具體實(shí)施例的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035]經(jīng)過創(chuàng)造性勞動，本發(fā)明提供一種新的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，使淺溝槽側(cè)壁頂部的尖銳倒角變得圓滑。
[0036]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0037]參照圖5，提供襯底300，在襯底300上形成氧化硅層301，在氧化硅層301上形成氮化硅層302。
[0038]具體地，首先，使用化學(xué)氣相沉積或熱氧化生長工藝，在襯底300上表面形成氧化硅層301，該氧化硅層301用于隔離襯底300，避免后續(xù)工藝對襯底300造成污染，并在后續(xù)工藝中起到掩模作用。接著，沉積氮化硅層302，在該過程中，氧化硅層301阻止氮對襯底300造成污染。該氧化硅層301、氮化硅層302共同作為后續(xù)工藝的硬掩模層。
[0039]在具體實(shí)施例中，所述襯底300為硅襯底、鍺襯底、氮化硅襯底或者絕緣體上硅襯底等；或者還可以包括其它的材料，例如砷化鎵等II1- V族化合物。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)襯底300上形成的晶體管類型選擇襯底，因此襯底的類型不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0040]繼續(xù)參照圖5,在氮化娃層302上沉積無定形碳(Amorphous Carbon, AC)層303,無定形碳層303可以提供較高分辨率和精細(xì)圖案化，保證后續(xù)淺溝槽寬度一致性的穩(wěn)定性。
[0041]在無定形碳層303上沉積抗反射層304，所述抗反射層304用于后續(xù)形成圖形化的光刻膠層時(shí)的吸光層，在本實(shí)施例中，抗反射層304選擇電介質(zhì)抗反射層(DielectricAnt1-Reflect1n Coating, DARC)。
[0042]在形成抗反射層304后，參照圖6，在抗反射層304上形成圖形化的光刻膠層305，圖形化的光刻膠層305定義淺溝槽的位置。
[0043]具體地，首先，在抗反射層304上形成一層光刻膠層，使用旋涂(spin-oncoating)、噴涂(spray coating)、滴涂(dip coating)、刷涂(brush coating)或者蒸發(fā)，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的方法。在本實(shí)施例中，采用旋轉(zhuǎn)涂膠方法在抗反射層304上均勻地涂上液相光刻膠材料。接著，通過對準(zhǔn)和曝光等一系列工藝過程得到圖形化的光刻膠層305。在曝光過程中，抗反射層304可以減少無定形碳層303引起的對曝光光線的反射，減少曝光光線的反射光線對光刻膠曝光的影響，提高光刻膠層曝光精度。
[0044]在形成圖形化的光刻膠層305后，參照圖7，以圖形化的光刻膠層305為掩模，刻蝕抗反射層304、無定形碳層303、氮化娃層302、氧化娃層301,形成開口 306,剩余氮化娃層、氧化硅層作為圖形化的硬掩模層307。
[0045]接著，參照圖8，去除圖形化的光刻膠層、剩余的抗反射層和無定形碳層。
[0046]參照圖9，以圖形化的硬掩模層307為掩模，刻蝕襯底300形成淺溝槽308，淺溝槽308兩側(cè)的襯底為有源區(qū)，形成淺溝槽后，在淺溝槽308的側(cè)壁頂部形成有尖銳倒角309?？涛g襯底300的方法可以為等離子體干法刻蝕法，具體為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不贅述。在形成淺溝槽308后，可以繼續(xù)對淺溝槽308的側(cè)壁和底部進(jìn)行濕法清洗，清除等離子體干法刻蝕過程中在淺溝槽側(cè)壁和底部形成的聚合物殘留。
[0047]在其他實(shí)施例中，在刻蝕氧化硅層301后，還可以繼續(xù)以圖形化的光刻膠層為掩模，刻蝕襯底300形成淺溝槽，之后去除圖形化的光刻膠層。去除圖形化的光刻膠層和無定形碳層的方法為灰化工藝，去除抗反射層的方法為干法刻蝕。
[0048]在形成淺溝槽308后，參照圖10，在淺溝槽308底部和側(cè)壁熱氧化生長襯墊層310，襯墊層310用于改善襯底300與后續(xù)介電材料之間的界面特性。
[0049]接著，參照圖11，在淺溝槽中形成介電材料311，介電材料311覆蓋襯墊層310表面，在本實(shí)施例中介電材料311為氧化硅。介電材料311兩側(cè)為襯底中的有源區(qū)，介電材料311為相鄰有源區(qū)提供絕緣隔離。
[0050]具體地，化學(xué)氣相沉積介電材料，介電材料覆蓋圖形化的硬掩模層307、并填充淺溝槽；接著平坦化介電材料至圖形化的硬掩模層307上表面停止，在淺溝槽中形成介電材料311。其中，平坦化介電材料的方法可以是回刻蝕或化學(xué)機(jī)械研磨。在本實(shí)施例中為化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Planarizat1n, CMP)。
[0051]在圖11中，介電材料311上表面低于圖形化的硬掩模層307上表面。這是因?yàn)榛瘜W(xué)氣相沉積介電材料時(shí)，位于圖形化的硬掩模層307上的介電材料上表面高于淺溝槽中的介電材料上表面，在CMP過程中，它們的研磨速率不同，進(jìn)而造成介電材料311上表面與圖形化的硬掩模層307上表面不在同一平面上。
[0052]在淺溝槽中形成介電材料后，參照圖12，使用熱磷酸濕法腐蝕的方法對圖形化的硬掩模層307的開口 306進(jìn)行回拉(pull back)處理(S106)，增大圖形化的硬掩模層307的開口 306，暴露靠近淺溝槽的襯底上表面。增大開口 306的目的是確保后續(xù)退火時(shí)，高溫氬氣更集中作用于尖銳倒角309及其附近的襯底，縮短高溫退火時(shí)間。如果后續(xù)高溫退火時(shí)間很長，則此處的回拉步驟可以省去。
[0053]參照圖12，在熱磷酸溶液的濕法腐蝕過程中，基本不會刻蝕介電材料311和氧化娃層301。
[0054]另外，參照圖12，開口 306的側(cè)壁為階梯狀。這是因?yàn)閳D形化的硬掩模層307高于介電材料311，在濕法腐蝕過程中，高于介電材料311的圖形化的硬掩模層307的側(cè)壁先遭到腐蝕，接著熱磷酸開始接觸并腐蝕靠近介電材料的圖形化的硬掩模層側(cè)壁。這樣在同一時(shí)間范圍內(nèi)，高于介電材料311的圖形化的硬掩模層的側(cè)壁比靠近介電材料的圖形化的硬掩模層側(cè)壁遭到更多刻蝕，造成圖形化的硬掩模層307的開口 306側(cè)壁呈階梯狀。
[0055]在對圖形化的硬掩模層307進(jìn)行回拉處理后，參照圖13，在惰性氣體氣氛中進(jìn)行退火處理。對比參照圖12，退火處理使得所述尖銳倒角309變得圓滑，所述氣體氣氛中氣體的分子質(zhì)量大于等于IS氣的分子質(zhì)量，該退火處理過程所處氣體氣氛中氣體為IS氣、氪氣、氙氣、氡氣中的一種或多種的混合氣體。在本實(shí)施例中，退火處理過程所處氣體氣氛為氬氣，以下內(nèi)容將以氬氣為例進(jìn)行闡述。
[0056]在退火處理的高溫條件下，尖銳倒角309位置的襯底會軟化。再加以氬氣對尖銳倒角309位置進(jìn)行重轟擊，使得軟化的尖銳倒角309逐漸趨于圓滑，而形成圓角。圓角可以避免淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)擊穿和窄寬效應(yīng)，提升晶體管的性能。另外，在該過程中，氬氣不會穿過氧化硅層301而對襯底300造成損傷，也保證了襯底300的完整性。
[0057]在具體實(shí)施例中，所述退火處理的溫度范圍為大于等于900°C小于等于1500°C，退火處理的時(shí)間范圍為大于等于0.5h小于等于2h。在本實(shí)施例中，在退火處理前，對圖形化的硬掩模層307進(jìn)行回拉處理，增大開口 306，這樣高溫氬氣可以更快速、更充分作用于尖銳倒角309，在保證尖銳倒角309變得圓滑的前提下，縮短退火處理的時(shí)間。若在其他實(shí)施例中，也可以不進(jìn)行回拉處理，通過延長退火處理的時(shí)間實(shí)現(xiàn)尖銳倒角309圓滑。
[0058]在進(jìn)行退火處理后，參照圖14，使用濕法刻蝕去除圖形化的硬掩模層，使用的刻蝕劑為磷酸溶液。
[0059]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。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)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括: 提供襯底； 刻蝕所述襯底形成淺溝槽，在所述淺溝槽側(cè)壁頂部形成有尖銳倒角； 在所述淺溝槽中形成介電材料； 在所述淺溝槽中形成介電材料后，在惰性氣體氣氛中進(jìn)行退火處理使所述尖銳倒角變圓滑，所述氣體氣氛中氣體的分子質(zhì)量大于等于氬氣的分子質(zhì)量。
2.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述退火處理的溫度范圍為大于等于900°C小于等于1500°C，所述退火處理時(shí)間范圍為大于等于0.5h小于等于2h。
3.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述惰性氣體為氬氣、氪氣、氙氣、氡氣中的一種或多種的混合氣體。
4.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述刻蝕襯底形成淺溝槽的方法包括: 在所述襯底上形成硬掩模層； 在所述硬掩模層上形成圖形化的光刻膠層，圖形化的光刻膠層定義淺溝槽的位置； 以所述圖形化的光刻膠層為掩模，刻蝕所述硬掩模層形成圖形化的硬掩模層； 去除圖形化的光刻膠層，之后，以所述圖形化的硬掩模層為掩模，刻蝕所述襯底形成淺溝槽， 在所述退火處理后，去除所述圖形化的硬掩模層。
5.如權(quán)利要求4所述的形成方法，其特征在于，所述硬掩模層為氮化硅層，或者所述硬掩模層為氧化娃層和位于氧化娃層上的氮化娃層的疊層結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求4所述的形成方法，其特征在于，在所述淺溝槽中形成介電材料的方法包括: 沉積介電材料，所述介電材料覆蓋圖形化的硬掩模層、填充所述淺溝槽；平坦化所述介電材料至圖形化的硬掩模層上表面停止。
7.如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于，所述平坦化介電材料的方法為化學(xué)機(jī)械研磨或回刻蝕。
8.如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于，在沉積介電材料之前，在所述淺溝槽底部和側(cè)壁形成襯墊層。
9.如權(quán)利要求4所述的形成方法，其特征在于，在所述淺溝槽中形成介電材料后，進(jìn)行退火處理前，對所述圖形化的硬掩模層進(jìn)行回拉處理。
10.如權(quán)利要求4所述的形成方法，其特征在于，在形成圖形化的光刻膠層之前，還包括: 在所述硬掩模層上形成無定形碳層； 在所述無定形碳層上形成抗反射層。
11.如權(quán)利要求5所述的形成方法，其特征在于，去除圖形化的硬掩模層的方法為濕法刻蝕，使用的刻蝕劑為磷酸溶液。
12.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述介電材料為氧化硅。
【文檔編號】H01L21/762GK104299938SQ201310299419
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】張海洋, 張翼英 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司