[发明专利]STI结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种浅沟槽隔离结构的制备方法。

背景技术

浅沟槽隔离技术(Shallow Trench Isolation)是一种在超大规模集成电路中广泛使用的器件隔离技术。由于STI工艺制备的隔离结构本身具所占面积相对较小的优势，成为先进制程所采用的主流器件隔离结构。STI结构制备的原理是局部的把硅衬底表面刻蚀开，然后用CVD(化学气相淀积法)法把SiO₂填入所挖开的沟槽中。目前通用的制备流程为：(1)在衬底上生长衬垫氧化层(为氧化硅)，接着淀积硬掩膜层；(2)光刻胶涂布和曝光显影(见图1a)；(3)硬掩膜(氮化硅材料)层刻蚀(见图1b)及去除光刻胶(见图1c)；(4)干法刻蚀，在硅衬底上形成沟槽(见图1d)；(6)在沟槽内侧热生长垫层氧化层；(7)HDP氧化层填充沟槽(见图1e)；(8)化学机械研磨(见图1f)和硬掩膜层去除(见图1g)。这样，在硅片的非有源区就形成了氧化层(oxide)的隔离区。按照上述传统的浅沟槽工艺制备的浅沟槽结构中，会在硅平面和STI结构处形成一个相对陡直的角凹槽，容易在后面的刻蚀工艺中形成残膜(即刻蚀不完全)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种STI结构的制备方法，其能使制备出的STI结构和硅平面处形成一个相对平缓的角凹槽。

为解决上述技术问题，本发明的STI结构的制备方法，将其中的硬掩膜的刻蚀分为前段刻蚀和后段刻蚀，在后段刻蚀中改变刻蚀参数使侧向性刻蚀增强，从而在硬掩膜底部形成斜切口结构。

采用本发明的制备方法，其通过在硬掩膜刻蚀中在硬掩膜底部形成斜切口结构，可以使最终制备的STI结构具有相对平缓圆滑的角凹槽，此平滑的角凹槽避免了其后工艺在此处形成薄膜残留，大幅提高了浅沟槽后续相关刻蚀制程的工艺窗口。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1a至图1g为现有技术中STI结构的制备流程结构示意图；

图2为本发明的制备方法流程图；

图3a至图3h为本发明的制备流程结构示意图。

具体实施方式

本发明的STI结构的制备方法，主要分为以下六大步骤(见图2)：

(1)衬底上淀积氧化硅和硬掩膜层。先在硅衬底上淀积一氧化硅，后在其上淀积硬掩膜层，常见的硬掩膜层材料为氮化硅，用于在刻蚀过程中保护有源区的硅衬底。

(2)光刻胶涂布和光刻曝光定义出浅沟槽区域(见图3a)，工艺参数与现有技术相同。

(3)分两步刻蚀氮化硅，分别为前段刻蚀和后段刻蚀，刻蚀工艺为干法刻蚀，前段刻蚀形成相对垂直的刻蚀图形(见图3b)，后段刻蚀改变了刻蚀参数，使侧向刻蚀增强(即对边缘的刻蚀作用加大)，最终在氮化硅底部形成底切口的形状(见图3c)，后去除光刻胶(见图3d)。一个具体的氮化硅的干法刻蚀采用双功率源刻蚀设备，包含上部电源功率和偏转功率，具体刻蚀参数设置为：前段刻蚀中，腔体压力为10～50毫托，上部电源功率为300～850W，偏转功率为55～250W，碳氟系气体(如CHF₃，CF₄，CH₂F₂，CH₃F)流量为50～250sccm；后段刻蚀的刻蚀参数：压力为40～100毫托，上部电源功率为600～900W，偏转功率为40w～100W，碳氟系气体(如CHF₃，CF₄，CH₂F₂，CH₃F)流量为10～300sccm。后段刻蚀中刻蚀掉的厚度为小于硬掩膜厚度的50％。

(4)干法刻蚀形成浅沟槽(见图3e)。

(5)用HDPCVD工艺淀积HDP氧化硅填充浅沟槽(见图3f)，在HDP氧化硅淀积前一般有先用热氧化法在沟槽内生长一层氧化硅(图中未示出)。

(6)CMP(化学机械研磨)研磨HDP氧化硅至氮化硅表面(见图3g)，随后去除氮化硅(见图3h)，最终形成一个比较平缓的角凹槽。