專利名稱:形成溝槽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種形成淺溝槽隔離(STI)的方法，尤其涉及一種有效圓化頂角的形成STI的方法。
背景技術(shù)：
在普通的半導(dǎo)體器件，例如液晶顯示屏(LCD)驅(qū)動集成電路(IC))中，當(dāng)形成用于隔離器件的STI區(qū)時，將STI的頂角圓化對于產(chǎn)品產(chǎn)量來說很重要。
具體而言，當(dāng)位于STI區(qū)頂角的柵極氧化物層部分很薄，而具有該柵極的產(chǎn)品被供以高電壓時，那么電場將集中在此頂角上，從而增加了Ioff(即晶體管的漏電流，或者駝峰特性)，并且降低了柵極氧化物層的擊穿電壓。
為了解決由STI區(qū)頂角造成的問題，已經(jīng)提出了很多方法。
例如，提出了硅遷移(例如在形成STI區(qū)之后的再氧化工藝)，以及N2推動氧化(push oxidation)。也就是說，在形成STI區(qū)之后，在襯里(liner)的氧化過程中，STI區(qū)的頂角將會圓化，該襯里的氧化過程是一種表面氧化過程。
圖1為示出在1000℃的溫度下STI表面的示意圖，圖2為在950℃的溫度下進(jìn)行了再氧化工藝后的輪廓照片。這兩個工藝都顯示出STI的頂角突出，沒有被理想地圓化。也就是說，如上所述，僅利用STI表面氧化工藝或再氧化工藝來圓化STI的頂角是有局限的。
此外，由于在實際制造過程中，為了將襯底進(jìn)行再氧化以及將STI的頂角圓化，還需要附加地進(jìn)行一次氧化工藝和兩次清洗工藝，因此這些附加的工藝限制了產(chǎn)量。此外，在LCD IC(LDI器件)上進(jìn)行STI工藝之前，應(yīng)該在襯底上進(jìn)行高壓(HV)阱工藝。在此情況下，可能會損失STI區(qū)附近的HV阱的劑量，并且增大漏電流。
當(dāng)在STI的表面進(jìn)行提供犧牲氧化物(SACOX)的表面氧化工藝時，會損失STI區(qū)附近的HV阱的劑量，并且可能增大漏電流。

發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明旨在保護(hù)一種充分避免由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺點所產(chǎn)生的一或多個問題的形成溝槽的方法。
本發(fā)明的目的在于提供一種形成溝槽的方法，能夠通過設(shè)置工藝條件，有效地圓化頂角，不需要增加單獨的掩模和工藝。
本發(fā)明的其他優(yōu)點、目的和特征將會在隨后的說明書中部分地提出，并且通過隨后的細(xì)查，其中的一部分對于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將會變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而得到了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可以通過說明書和權(quán)利要求
中具體指出的結(jié)構(gòu)以及附圖實現(xiàn)和獲得。
為了實現(xiàn)這些目的和其他優(yōu)點，并且根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此具體表達(dá)和廣泛描述的，提供一種形成溝槽的方法，該方法包括在具有隔離區(qū)和有源區(qū)的襯底上依次堆疊第一隔離層和第二隔離層；在所述第二隔離層上形成光致抗蝕劑圖案；利用所述光致抗蝕劑圖案作為掩模，依次將所述第二襯墊隔離層和所述第一襯墊隔離層圖案化，以暴露出所述隔離區(qū)中的一部分所述襯底；以及利用所述第一和第二襯墊隔離層作為掩模，蝕刻所述襯底，以形成溝槽，使得所述溝槽的上部寬度大于所述溝槽的下部寬度。
根據(jù)所述的方法，其中還包括將所述溝槽的頂角圓化。
根據(jù)所述的方法，其中將所述溝槽的頂角圓化還包括通過控制所述溝槽的上部半徑和下部半徑，來增大所述頂角處的內(nèi)角θ和內(nèi)接圓的半徑。
根據(jù)所述的方法，其中將所述溝槽的頂角圓化還包括控制所述溝槽的坡度。
根據(jù)所述的方法，還包括增大所述第一隔離層的縮進(jìn)長度。
根據(jù)所述的方法，其中將所述溝槽的頂角圓化還包括在清洗工藝中，控制將所述頂角浸入含氫氟酸溶劑中的時間。
根據(jù)所述的方法，其中利用R＝tan{[(θα/2)][aβ+b]}計算所述溝槽的頂角的半徑，其中θ＝tan-1[{(e-f)/2}/g]+π/2，a為所述第一襯墊隔離層的縮進(jìn)長度，b為所述第二襯墊隔離層的縮進(jìn)長度，a＝{(C1×T1)2-C2}0.5，b＝C2×T2，α和β為在所述溝槽上的氧化工藝的權(quán)重因數(shù)，C1為所述第一隔離層的蝕刻率(/sec)，C2為所述第二隔離層的蝕刻率(/sec)，T1為所述第一隔離層的蝕刻時間(sec)，T2為所述第二隔離層的蝕刻時間(sec)，c為第一(襯墊)隔離層的厚度，e為STI區(qū)33的上部直徑，f為STI區(qū)33的下部直徑，g為STI區(qū)33的深度。
根據(jù)所述的方法，其中還包括在所述溝槽中沉積氧化物層。
根據(jù)所述的方法，其中還包括在所述溝槽中沉積氧化物層之前，沿著所述溝槽的側(cè)壁生長襯里氧化物。
根據(jù)所述的方法，其中還包括拋光所述氧化物層，以將所述氧化物層從除了所述溝槽之外的區(qū)域去除。
根據(jù)所述的方法，其中還包括去除所述第二隔離層。
根據(jù)所述的方法，其中所述第二隔離層包括氮化物層。
根據(jù)所述的方法，其中所述第一隔離層包括襯墊氧化物層。
應(yīng)理解的是，對于本發(fā)明的以上概括性說明以及隨后的具體說明都是示例性和解釋性的，并且意在提供對于所要求的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。
附圖包括于并合并在說明書中，提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，組成本申請的一部分，示出本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1為現(xiàn)有技術(shù)在1000℃的溫度下經(jīng)過表面氧化后的STI區(qū)的輪廓照片；圖2為現(xiàn)有技術(shù)在950℃的溫度下經(jīng)過再氧化后的STI區(qū)的輪廓照片；圖3為根據(jù)本發(fā)明圓化STI頂角的方法的示意圖；以及圖4為示出現(xiàn)有技術(shù)STI區(qū)的剖視圖，用于與圖3中的STI區(qū)作比較，其中現(xiàn)有技術(shù)STI區(qū)的氧化物層的縮進(jìn)長度短。
具體實施方式以下詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其實例在附圖中示出。所提供的優(yōu)選實施例并非用以限制本發(fā)明的范圍，而僅僅是為了示范的目的。
圖3為根據(jù)本發(fā)明圓化STI頂角的方法的示意圖。
圖4為示出現(xiàn)有技術(shù)STI區(qū)的剖視圖，用于與圖3中的STI區(qū)作比較，其中現(xiàn)有技術(shù)STI區(qū)的氧化物層的縮進(jìn)長度短。
參照圖3，根據(jù)溝槽的形成方法，在限定了隔離區(qū)和有源區(qū)的襯底30上依次堆疊第一(襯墊)隔離層31和第二隔離層32。第一襯墊隔離層31可包括氧化物(即，二氧化硅，通過濕法或干法熱生長，或者化學(xué)氣相沉積(CVD)而形成)，第二襯墊隔離層31可包括氮化物(即，氮化硅，通過化學(xué)氣相沉積(CVD)而形成)。
之后，利用光刻，在第二隔離層32上形成光致抗蝕劑圖案(未示出)，該光致抗蝕劑圖案具有開口，其中將要形成隔離區(qū)。隨后，利用光致抗蝕劑圖案作為掩模依次蝕刻第二和第一隔離層32和31，以暴露出位于隔離區(qū)中的襯底30部分。
接下來，去除光致抗蝕劑圖案，并且利用第一和第二襯墊隔離層31和32作為掩模蝕刻襯底30，以形成頂角被圓化的STI區(qū)33。
此時，本發(fā)明可利用以下方法，即通過控制STI區(qū)33的上部直徑和下部直徑來控制STI區(qū)33的坡度、增大第一襯墊隔離層31的縮進(jìn)長度、或者在清洗STI區(qū)33的表面時，延長將頂角浸入含氫氟酸的溶劑中的時間，以圓化STI區(qū)33的頂角。通過控制STI區(qū)33的上部直徑和下部直徑，增大第一(襯墊)隔離層31的縮進(jìn)長度，和/或增加頂角處的內(nèi)接圓半徑，就可以控制STI區(qū)33的坡度。
根據(jù)位置和權(quán)重因數(shù)，可以控制上述方法，其中對于各操作，可以增加權(quán)重因數(shù)。
STI區(qū)33的頂角的內(nèi)接圓的半徑即如下所述圓的半徑，該圓與STI區(qū)33的傾斜部分(斜坡部分)相切，并且與該傾斜部分上第一襯墊隔離層31的末端部分相切。當(dāng)此半徑增大時，在氧化工藝中暴露的、隨后要進(jìn)行清洗的襯底30的范圍也增大。因此，可以在STI氧化物層形成期間圓化頂角。
如上所述，應(yīng)該增大在STI區(qū)33一側(cè)的頂角處的圓的半徑，以有利地圓化頂角。
例如，圖4為示出現(xiàn)有技術(shù)STI區(qū)的剖視圖，用于與圖3中的STI區(qū)作比較，其中現(xiàn)有技術(shù)STI區(qū)的氧化物層的縮進(jìn)長度短。由于縮進(jìn)長度短，因此在STI區(qū)一側(cè)的頂角處的圓的半徑小。因此，STI區(qū)的頂角更加難以圓化。附圖標(biāo)記40、41、42以及43分別為襯底、第一襯墊隔離區(qū)、第二襯墊隔離區(qū)以及STI區(qū)。
更具體地，可以利用下面的方法，以通過增大STI區(qū)33的頂角處的圓的半徑來改善STI區(qū)33的頂角的圓化。
首先，通過控制STI區(qū)33的上部直徑和下部直徑使STI區(qū)33的坡度平緩。即，如圖3所示，增大STI區(qū)33的頂角的內(nèi)角θ。
第二，使第一(襯墊)隔離層31具有足夠的氧化物層縮進(jìn)。
在以上說明中，利用方程式1可以計算頂角圓化半徑。
R＝tan{(θα/2)][aβ+b]}，................................................方程式1其中θ＝tan-1[{(e-f)/2}/g]+π/2。
參照圖3，“a”為第一襯墊隔離層31的縮進(jìn)長度，并可以由a＝{(C1×T1)2-C2}0.5給出，“b”為第二襯墊隔離層32的縮進(jìn)長度并可以由b＝C2×T2給出。α和β為在STI溝槽上進(jìn)行氧化工藝時的權(quán)重因數(shù)。通常，通過傳統(tǒng)的濕法或干法熱氧化(即，對于硅)而在STI溝槽上形成襯里氧化物，可以將溝槽氧化。
如圖3所示，第一(襯墊)隔離層3 1的厚度為“c”，STI區(qū)33的上部直徑為“e”，STI區(qū)33的下部直徑為“f”，并且STI區(qū)33的深度為“g”。
利用方程式1計算給出R＝tan(θ/2)×(a+b)。
此外，C1為第一(襯墊)隔離層31的蝕刻率(/sec)，C2為第二隔離層32的蝕刻率(/sec)，T1為第一隔離層31的蝕刻時間(sec)，T2為第二隔離層32的蝕刻時間(sec)。
接下來，如同圓化STI區(qū)33的頂角的方法，當(dāng)在STI區(qū)33的表面進(jìn)行清洗工藝時，可以延長將頂角浸在含HF溶劑中的時間。通常，含HF溶劑指將氫氟酸溶于去離子(DI)水的溶液，其中氫氟酸可被緩沖(即，利用氨，在這種情況下，含HF溶劑可包括傳統(tǒng)的緩沖氧化物蝕刻溶液，或BOE溶液)，并且其中濃縮的氫氟酸與去離子水的體積比可以從1∶1、1∶2或1∶4至1∶20、1∶50或1∶100(或者其中任何一個范圍)?；蛘?，含HF溶劑可包含于容器，其中，具有溝槽的襯底暴露在氫氟酸蒸汽下(其中可以包括或不包括水蒸汽，其中可以包括或不包括由以上物質(zhì)形成的等離子體)。
以下說明增大頂角處的圓的半徑(即，使STI區(qū)的坡度變平緩)的情況以及減小半徑的情況。對于以下兩種情況說明通過試驗所獲得的數(shù)據(jù)測量通過氧化工藝形成的頂角處的氧化物層的厚度；以及測量在清洗工藝中，對于將頂角浸在HF中的時間的依賴性。
在樣品A上進(jìn)行第一試驗，其中樣品A的STI區(qū)坡度陡，并且頂角處的內(nèi)接圓半徑R為200。在樣品B上進(jìn)行同樣的試驗，其中樣品B的STI區(qū)坡度緩，并且頂角處的內(nèi)接圓半徑R為400。在樣品A和樣品B的清洗工藝中，浸入HF溶液中的時間都為240秒。
如果在HF中的浸入時間為240秒，當(dāng)形成STI區(qū)的氧化物層時，對于樣品A，頂角處的氧化物層的厚度為260，對于樣品B，頂角處的氧化物層的厚度為330。因此，當(dāng)與STI區(qū)的頂角處的圓的半徑相對較小的樣品A相比，STI區(qū)的頂角處的圓的半徑相對較大時(樣品B)，頂角處的氧化物層的厚度相對較厚。
在樣品C上進(jìn)行第二試驗，其中樣品C的STI區(qū)坡度陡，并且溝槽頂角處的內(nèi)接圓半徑R為200，在樣品D上進(jìn)行同樣的試驗，其中樣品D的STI區(qū)坡度緩，并且溝槽頂角處的內(nèi)接圓半徑R為400。在樣品C和樣品D的清洗工藝中，浸入HF中的時間為420秒。
如果在HF中的浸入時間為420秒，當(dāng)形成STI區(qū)的氧化物層時，對于樣品C，頂角處的氧化物層的厚度為310，對于樣品D，頂角處的氧化物層的厚度為360。因此，當(dāng)與STI區(qū)的頂角處的圓的半徑相對較小的樣品D相比，STI區(qū)的頂角處的圓的半徑相對較大時(樣品C)，頂角處的氧化物層的厚度相對較厚。
此外，在STI區(qū)的頂角處的內(nèi)接圓的半徑R為200的情況下，如在樣品A和C中，當(dāng)浸入HF的時間相對較長時，在清洗之后的氧化物層處理中形成的頂角處的氧化物層的厚度增大。也就是說，樣品C的氧化物層的厚度大于樣品A的氧化物層的厚度。
此外，對于坡度緩的STI溝槽區(qū)的頂角處的內(nèi)接圓的半徑的情況(即，如在樣品B和D中，半徑為400)，當(dāng)在STI區(qū)的清洗工藝中，浸入HF的時間長時，在清洗STI區(qū)之后的氧化物層處理中形成的頂角處的氧化物層的厚度增大。也就是說，樣品D的氧化物層的厚度大于樣品B的氧化物層的厚度。
在第一和第二試驗中，在如下條件下測量了氧化物層的厚度第一襯墊隔離層厚150，第二襯墊隔離層縮進(jìn)250，在清洗工藝中氧化物層厚270，HV氧化物層厚350，并且在清洗工藝之后沉積多晶硅。
在本發(fā)明的實施例中，利用STI區(qū)的上部寬度和下部寬度，可以計算STI區(qū)的坡度。
根據(jù)本發(fā)明形成溝槽的方法具有以下效果。
根據(jù)本發(fā)明，通過增加STI溝槽區(qū)的頂角處的內(nèi)接圓半徑，以及控制浸入含HF溶劑中的時間，就可以將頂角圓化，而不需要增加單獨的掩模或工藝。因此，簡化了工藝。
此外，當(dāng)STI區(qū)的頂角被圓化，就可以防止或減少在隨后的清洗工藝中，由于在頂角處形成厚氧化層而產(chǎn)生損壞所導(dǎo)致的問題。
對于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以對本發(fā)明做各種修改和變化。因此，本發(fā)明意在覆蓋落入所附權(quán)利要求
及其等同物范圍內(nèi)的本發(fā)明的所有修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種形成溝槽的方法，該方法包括在具有隔離區(qū)和有源區(qū)的襯底上依次堆疊第一隔離層和第二隔離層；在所述第二隔離層上形成光致抗蝕劑圖案；利用所述光致抗蝕劑圖案作為掩模，依次將所述第二襯墊隔離層和所述第一襯墊隔離層圖案化，以暴露出所述隔離區(qū)中的一部分所述襯底；以及利用所述第一和第二襯墊隔離層作為掩模，蝕刻所述襯底，以形成溝槽，使得所述溝槽的上部寬度大于所述溝槽的下部寬度。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中還包括將所述溝槽的頂角圓化。
3.如權(quán)利要求
2所述的方法，其中將所述溝槽的頂角圓化還包括通過控制所述溝槽的上部半徑和下部半徑，來增大所述頂角處的內(nèi)角θ和內(nèi)接圓的半徑。
4.如權(quán)利要求
3所述的方法，其中將所述溝槽的頂角圓化還包括控制所述溝槽的坡度。
5.如權(quán)利要求
1所述的方法，還包括增大所述第一隔離層的縮進(jìn)長度。
6.如權(quán)利要求
2所述的方法，其中將所述溝槽的頂角圓化還包括在清洗工藝中，控制將所述頂角浸入含氫氟酸溶劑中的時間。
7.如權(quán)利要求
3所述的方法，其中利用R＝tan{[(θα/2)][aβ+b]}計算所述溝槽的頂角的半徑，其中θ＝tan-1[{(e-f)/2}/g]+π/2，a為所述第一襯墊隔離層的縮進(jìn)長度，b為所述第二襯墊隔離層的縮進(jìn)長度，a＝{(C1×T1)2-C2}0.5，b＝C2×T2，α和β為在所述溝槽上的氧化工藝的權(quán)重因數(shù)，C1為所述第一隔離層的蝕刻率(/sec)，C2為所述第二隔離層的蝕刻率(/sec)，T1為所述第一隔離層的蝕刻時間(sec)，T2為所述第二隔離層的蝕刻時間(sec)。
8.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中還包括在所述溝槽中沉積氧化物層。
9.如權(quán)利要求
8所述的方法，其中還包括在所述溝槽中沉積氧化物層之前，沿著所述溝槽的側(cè)壁生長襯里氧化物。
10.如權(quán)利要求
8所述的方法，其中還包括拋光所述氧化物層，以將所述氧化物層從除了所述溝槽之外的區(qū)域去除。
11.如權(quán)利要求
10所述的方法，其中還包括去除所述第二隔離層。
12.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述第二隔離層包括氮化物層。
13.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述第一隔離層包括襯墊氧化物層。
專利摘要
提供一種形成溝槽的方法，能夠圓化頂角而不需要增加單獨的掩模和工藝。在該方法中，在具有隔離區(qū)和有源區(qū)的襯底上依次堆疊第一和第二隔離層。隨后，在該第二隔離層上形成光致抗蝕劑圖案，并且利用該光致抗蝕劑圖案作為掩模，依次將該第二襯墊隔離層和該第一襯墊隔離層圖案化，以暴露隔離區(qū)中的一部分襯底。之后，利用所述第一和第二襯墊隔離層作為掩模，蝕刻該襯底，以形成STI區(qū)，使得STI區(qū)的上部寬度大于STI區(qū)的下部寬度。
文檔編號H01L21/027GK1992193SQ200610170195
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月25日
發(fā)明者崔基峻 申請人:東部電子股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan