浅沟槽隔离结构的制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010250776.4 (22)申请日 2020.04.01 (71)申请人 上海华虹宏力半导体制造有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技 园区祖冲之路1399号 (72)发明人 戴鸿冉 (74)专利代理机构 上海思微知识产权代理事务 所(普通合伙) 31237 代理人 曹廷廷 (51)Int.Cl. H01L 21/762(2006.01) H01L 21/308(2006.01) H01L 21/3213(2006.01) (54)发明名称 浅沟槽隔离结。

2、构的制备方法 (57)摘要 本发明提供一种浅沟槽隔离结构的制备方 法， 包括： 提供一衬底， 所述衬底上形成有硬掩膜 层。 采用干法刻蚀工艺刻蚀所述硬掩膜层以形成 图形化的硬掩膜层。 以所述图形化的硬掩膜层为 掩膜， 采用干法刻蚀工艺刻蚀所述衬底， 以在所 述衬底中形成沟槽。 对所述沟槽执行填充工艺， 以在所述沟槽中形成浅沟槽隔离结构。 其中， 由 于在刻蚀所述衬底时会不可避免的刻蚀到所述 硬掩膜层， 易造成削角问题。 因此， 在刻蚀所述衬 底时采用的刻蚀气体对所述硬掩膜层的刻蚀速 率低于刻蚀所述硬掩膜层时采用的刻蚀气体对 所述硬掩膜层的刻蚀速率， 以使在刻蚀所述衬底 时， 降低刻蚀气体对硬掩。

3、膜层的影响， 从而能够 缓解削角问题， 提高所述浅沟槽隔离结构整体轮 廓尺寸的精准度。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 111244024 A 2020.06.05 CN 111244024 A 1.一种浅沟槽隔离结构的制备方法， 其特征在于， 包括： 提供一衬底， 所述衬底上形成有硬掩膜层； 采用干法刻蚀工艺刻蚀所述硬掩膜层以形成图形化的硬掩膜层； 以所述图形化的硬掩膜层为掩膜， 采用干法刻蚀工艺刻蚀所述衬底， 以在所述衬底中 形成沟槽； 对所述沟槽执行填充工艺， 以在所述沟槽中形成浅沟槽隔离结构； 其中， 刻蚀所述衬底时采用的刻蚀气体对所述硬掩膜层的刻蚀速率低于刻蚀所述硬掩 膜。

4、层时采用的刻蚀气体对所述硬掩膜层的刻蚀速率。 2.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制备方法， 其特征在于， 所述衬底包括半导 体基底以及形成于所述半导体基底上的浮栅层， 刻蚀所述衬底包括刻蚀所述浮栅层以及所 述半导体基底， 在刻蚀所述浮栅层时， 通入的所述刻蚀气体包括90溴化氢、 6氯气和4 氧气； 其中， 所述刻蚀气体压强的取值范围为10mT20mT； 气体流量的取值范围为60sccm 150sccm； 刻蚀时间的取值范围为30s60s。 3.根据权利要求2所述的浅沟槽隔离结构的制备方法， 其特征在于， 所述半导体基底和 所述浮栅层之间还形成有氧化层。 4.根据权利要求3所述的浅沟槽隔离。

5、结构的制备方法， 其特征在于， 在刻蚀所述半导体 基底和所述氧化层时， 通入的所述刻蚀气体包括四氟化碳； 其中， 所述刻蚀气体压强的取值 范围为5mT10mT； 气体流量的取值范围为50sccm100sccm； 刻蚀时间的取值范围为15s 25s。 5.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制备方法， 其特征在于， 在刻蚀所述硬掩膜 层时， 通入的刻蚀气体包括四氟化碳和三氟甲烷； 其中， 所述刻蚀气体压强的取值范围为 20mT30mT； 气流量的取值范围为100sccm150sccm； 刻蚀时间的取值范围为25s50s。 6.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制备方法， 其特征在于， 提供一衬。

6、底， 所述 衬底上形成有硬掩膜层的步骤中， 所述硬掩膜层上依次形成有抗反射层和图形化的光刻胶 层。 7.根据权利要求6所述的浅沟槽隔离结构的制备方法， 其特征在于， 采用干法刻蚀工艺 刻蚀所述硬掩膜层以形成图形化的硬掩膜层的步骤中， 以所述图形化的光刻胶层为掩膜， 刻蚀形成所述图形化的硬掩膜层。 8.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的制备方法， 其特征在于， 对所述沟槽执行填 充工艺的步骤包括： 形成绝缘介质层， 所述绝缘介质层填充所述沟槽并覆盖所述图形化的硬掩膜层的表 面； 对所述绝缘介质进行平坦化处理， 以去除所述图形化的硬掩膜层表面的所述绝缘介质 层以形成所述浅沟槽隔离结构。 9.根据。

7、权利要求8所述的浅沟槽隔离结构的制备方法， 其特征在于， 对所述绝缘介质进 行平坦化处理后， 所述的浅沟槽隔离结构的制备方法还包括： 去除所述硬掩膜层。 10.根据权利要求9所述的浅沟槽隔离结构的制备方法， 其特征在于， 采用湿法刻蚀工 艺或化学机械研磨工艺去除所述硬掩膜层； 其中， 所述湿法刻蚀工艺采用的药液为热磷酸。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111244024 A 2 浅沟槽隔离结构的制备方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体制造技术领域， 特别涉及一种浅沟槽隔离结构的制备方法。 背景技术 0002 随着集成电路的发展， 现代的CMOS芯片通常在一块普通的硅衬底材料上集成数以。

8、 百万计的有源器件(例如NMOS晶体管和PMOS晶体管)， 然后通过特定的连接实现各种复杂的 逻辑功能或模拟功能， 而除了这些特定的功能以外， 在电路的设计过程中， 通常假设不同的 器件之间一般是没有其他的互相影响的。 因此在集成电路制造中必须能够把器件隔离开 来， 这就需要隔离技术。 0003 随着器件向深亚微米发展， 隔离技术由局部氧化(Local Oxidation of Silicon， LOCOS)工艺发展成为浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation， STI)技术， 其所形成的浅沟 槽隔离结构能有效保证N型和P型掺杂区域彻底隔断。 通常， 先对半导体衬底进行热氧。

9、化形 成缓冲层， 再沉积氮化硅层作为硬掩膜层。 硬掩膜层上一般会加入正硅酸乙酯(TEOS)来保 证后续刻蚀过程中工艺窗口的轮廓。 然后利用光刻和刻蚀形成隔离槽， 再填充绝缘介质。 最 后， 去掉缓冲层和氮化硅层， 形成浅沟槽隔离结构。 但随着关键尺寸的进一步缩小， 光刻工 艺中的光刻胶厚度需要相应地减小， 加入正硅酸乙酯的掩膜手法会消耗较多的光刻胶， 因 此不得不去除正硅酸乙酯， 这便使得在刻蚀工艺中造成硬掩膜层的削角， 严重影响浅沟槽 隔离结构整体的轮廓。 0004 因此， 需要一种新的浅沟槽隔离结构的制备方法， 来解决浅沟槽隔离结构制作工 艺中削角问题， 进而保障工艺窗口的轮廓， 使得工艺。

10、尺寸更为精准。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种浅沟槽隔离结构的制备方法， 以解决浅沟槽隔离结构 制备工艺中削角问题。 0006 为解决上述技术问题， 本发明提供一种浅沟槽隔离结构的制备方法， 包括： 0007 提供一衬底， 所述衬底上形成有硬掩膜层； 0008 采用干法刻蚀工艺刻蚀所述硬掩膜层以形成图形化的硬掩膜层； 0009 以所述图形化的硬掩膜层为掩膜， 采用干法刻蚀工艺刻蚀所述衬底， 以在所述衬 底中形成沟槽； 0010 对所述沟槽执行填充工艺， 以在所述沟槽中形成浅沟槽隔离结构； 0011 其中， 刻蚀所述衬底时采用的刻蚀气体对所述硬掩膜层的刻蚀速率低于刻蚀所述 硬掩膜层。

11、时采用的刻蚀气体对所述硬掩膜层的刻蚀速率。 0012 可选的， 在所述的浅沟槽隔离结构的制备方法中， 所述衬底包括半导体基底以及 形成于所述半导体基底上的浮栅层， 刻蚀所述衬底包括刻蚀所述浮栅层以及所述半导体基 底， 在刻蚀所述浮栅层时， 通入的所述刻蚀气体包括90溴化氢、 6氯气和4氧气； 其中， 所述刻蚀气体压强的取值范围为10mT20mT； 气体流量的取值范围为60sccm150sccm； 刻 说明书 1/4 页 3 CN 111244024 A 3 蚀时间的取值范围为30s60s。 0013 可选的， 在所述的浅沟槽隔离结构的制备方法中， 所述半导体基底和所述浮栅层 之间还形成有氧化层。

12、。 0014 可选的， 在所述的浅沟槽隔离结构的制备方法中， 在刻蚀所述半导体基底和所述 氧化层时， 通入的所述刻蚀气体包括四氟化碳； 其中， 所述刻蚀气体压强的取值范围为5mT 10mT； 气体流量的取值范围为50sccm100sccm； 刻蚀时间的取值范围为15s25s。 0015 可选的， 在所述的浅沟槽隔离结构的制备方法中， 在刻蚀所述硬掩膜层时， 通入的 刻蚀气体包括四氟化碳和三氟甲烷； 其中， 所述刻蚀气体压强的取值范围为20mT30mT； 气 流量的取值范围为100sccm150sccm； 刻蚀时间的取值范围为25s50s。 0016 可选的， 在所述的浅沟槽隔离结构的制备方法中。

13、， 提供一衬底， 所述衬底上形成有 硬掩膜层的步骤中， 所述硬掩膜层上依次形成有抗反射层和图形化的光刻胶层。 0017 可选的， 在所述的浅沟槽隔离结构的制备方法中， 采用干法刻蚀工艺刻蚀所述硬 掩膜层以形成图形化的硬掩膜层的步骤中， 以所述图形化的光刻胶层为掩膜， 刻蚀形成所 述图形化的硬掩膜层。 0018 可选的， 在所述的浅沟槽隔离结构的制备方法中， 对所述沟槽执行填充工艺的步 骤包括： 0019 形成绝缘介质层， 所述绝缘介质层填充所述沟槽并覆盖所述图形化的硬掩膜层的 表面； 0020 对所述绝缘介质进行平坦化处理， 以去除所述图形化的硬掩膜层表面的所述绝缘 介质层以形成所述浅沟槽隔离。

14、结构。 0021 可选的， 在所述的浅沟槽隔离结构的制备方法中， 对所述绝缘介质进行平坦化处 理后， 所述的浅沟槽隔离结构的制备方法还包括： 去除所述硬掩膜层。 0022 可选的， 在所述的浅沟槽隔离结构的制备方法中， 采用湿法刻蚀工艺或化学机械 研磨工艺去除所述硬掩膜层； 其中， 所述湿法刻蚀工艺采用的药液为热磷酸。 0023 综上所述， 本发明提供一种浅沟槽隔离结构的制备方法， 所述浅沟槽隔离结构的 制备方法包括： 提供一衬底， 所述衬底上形成有硬掩膜层。 采用干法刻蚀工艺刻蚀所述硬掩 膜层以形成图形化的硬掩膜层。 以所述图形化的硬掩膜层为掩膜， 采用干法刻蚀工艺刻蚀 所述衬底， 以在所述。

15、衬底中形成沟槽。 对所述沟槽执行填充工艺， 以在所述沟槽中形成浅沟 槽隔离结构。 其中， 考虑到由于在刻蚀所述衬底时会不可避免的刻蚀到所述硬掩膜层， 易造 成削角问题。 因此， 在本发明中， 在刻蚀所述衬底时采用的刻蚀气体对所述硬掩膜层的刻蚀 速率低于刻蚀所述硬掩膜层时采用的刻蚀气体对所述硬掩膜层的刻蚀速率， 以使刻蚀所述 衬底时， 降低刻蚀气体对硬掩膜层的影响， 从而能够缓解削角问题， 提高所述浅沟槽隔离结 构整体轮廓尺寸的精准度。 附图说明 0024 图1是本发明实施例的浅沟槽隔离结构制备方法流程图； 0025 图2图6是本发明实施例的浅沟槽隔离结构制备方法中各步骤中半导体结构示 意图； 。

16、0026 其中， 附图标记说明： 说明书 2/4 页 4 CN 111244024 A 4 0027 10-衬底； 100-半导体基底； 101-浮栅层； 102-硬掩膜层； 103-抗反射出； 104-光刻 胶层； 105-氧化层； 106-绝缘介质； W-开口； P-沟槽。 具体实施方式 0028 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种浅沟槽隔离结构的制备方法作 进一步详细说明。 根据下面说明， 本发明的优点和特征将更清楚。 需说明的是， 附图均采用 非常简化的形式且均使用非精准的比例， 仅用以方便、 明晰地辅助说明本发明实施例的目 的。 此外， 附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。

17、。 特别的， 各附图需要展示的侧重点 不同， 有时会采用不同的比例。 0029 本实施例提供一种浅沟槽隔离结构的制备方法， 请参阅图1， 所述浅沟槽隔离结构 的制备方法的步骤如下： 0030 步骤一S10： 请参阅图2， 提供一衬底10， 所述衬底10上形成有硬掩膜层102。 0031 如图2所示， 所述衬底10包括半导体基底100以及依次形成于所述半导体基底100 上的浮栅层101和硬掩膜层102。 其中， 所述半导体基底100与所述浮栅层101之间还形成有 氧化层105。 进一步的， 所述半导体基底100包括但不限于是单晶、 多晶或非晶结构的硅或者 硅锗。 所述浮栅层101为多晶硅， 所述。

18、硬掩膜层102为氮化硅。 所述硬掩膜层102可以利用任 何常规的真空镀膜技术获得。 例如原子沉积(ALD)、 物理气相淀积(PVD)、 化学气相淀积 (CVD)、 等离子体增强型化学气相淀积(PECVD)工艺， 优选为利用低压化学气相淀积(LPCVD) 工艺， 在高温(约750摄氏度)条件下， 经由氨气和二氯硅烷发生反应生成氮化硅。 0032 此外， 所述硬掩膜层102上还形成有抗反射层103、 光刻胶层104。 所述抗反射层103 为底部抗反射涂层(Bottom Anti-Reflective Coating,BARC)。 所述底部抗反射涂层为一 层有机或无机抗反射物质， 用于增大光刻工艺窗。

19、口， 提高光刻条宽控制。 0033 步骤二S20： 请参阅图3， 采用干法刻蚀工艺刻蚀所述硬掩膜层102以形成图形化的 硬掩膜层102。 0034 先利用光刻工艺形成图案化的光刻胶层104， 再利用干法刻蚀工艺， 以所述图案化 的光刻胶层104为掩膜， 形成图形化的硬掩膜层102。 其中， 图3所示仅为图形化的硬掩膜层 102的一部分示意图， 即在所述抗反射层103和所述硬掩膜层102上形成一个开口W， 但在所 述衬底上可形成多个所述开口W。 进一步的， 在刻蚀所述硬掩膜层102时， 通入的刻蚀气体包 括四氟化碳和三氟甲烷， 为保证刻蚀效果， 主刻蚀所述掩膜层后， 需要进一步过刻蚀所述硬 掩膜。

20、层； 其中， 所述刻蚀气体压强的取值范围为20mT30mT； 气流量的取值范围为100sccm 150sccm； 刻蚀时间的取值范围为25s50s。 0035 步骤三S30： 请参阅图4， 以所述图形化的硬掩膜层102为掩膜， 采用干法刻蚀工艺 刻蚀所述衬底10， 以在所述衬底10中形成沟槽P。 0036 在传统的刻蚀工艺中， 刻蚀所述浮栅层101的刻蚀气体为六氟化硫和二氟甲烷的 混合气体。 然而六氟化硫和二氟甲烷的混合气体在刻蚀所述浮栅层101时， 会不可避免的影 响到所述硬掩膜层102， 并会刻蚀部分所述硬掩膜层102， 造成削角问题， 从而影响了工艺窗 口的尺寸。 0037 因此， 本实。

21、施例提供的所述浅沟槽隔离结构的制备方法在刻蚀所述浮栅层101时， 通入的所述刻蚀气体包括90溴化氢、 6氯气和4氧气； 其中， 所述刻蚀气体压强的取值 说明书 3/4 页 5 CN 111244024 A 5 范围为10mT20mT； 气体流量的取值范围为60sccm150sccm； 刻蚀时间的取值范围为30s 60s。 其中， 所述溴化氢、 氯气和氧气的混合气体相比于六氟化硫和二氟甲烷的混合气体 对所述浮栅层101的刻蚀速率无影响， 但所述溴化氢、 氯气和氧气的混合气体对所述硬掩膜 层102的刻蚀选择比非常低， 从而使得在刻蚀所述浮栅层101时， 对所述硬掩膜层102的影响 微乎其微， 进而。

22、能够提高所述开口W的尺寸的精准度， 保障所述浅沟槽隔离结构的制备效 果。 0038 在刻蚀完所述浮栅层101后， 再通入刻蚀气体四氟化碳用于刻蚀所述氧化层105和 所述半导体基底100， 以形成沟槽P。 进一步的， 所述刻蚀气体四氟化碳的压强的取值范围为 5mT10mT； 气体流量的取值范围为50sccm100sccm； 刻蚀时间的取值范围为15s25s。 0039 最后形成如图4所示的所述沟槽P。 所述沟槽P的形状可以包括梯形、 矩形等形状， 本发明对此不作限制。 0040 步骤四S40： 请参阅图5-6， 对所述沟槽P执行填充工艺， 以在所述沟槽P中形成浅沟 槽隔离结构。 0041 具体的。

23、， 请参阅图5， 在本申请实施例中， 对所述沟槽P执行填充工艺， 以在所述沟 槽P中形成浅沟槽隔离结构之前先执行如下步骤： 利用清洗剂对所述沟槽进行清洗， 以去除 所述光刻胶层104和所述抗反射层103。 所述清洗剂可为含有醇胺、 硼酸及其衍生物的混合 液。 0042 完成清洗后， 向所述沟槽填充绝缘介质， 以形成绝缘介质层106。 所述绝缘介质层 106覆盖所述图形化的硬掩膜层102。 其中， 所述填充方法可采用高密度等离子体化学气相 淀积填充工艺(High density plasma Chemical vapor deposition， HDP CVD)。 进一步的， 所述绝缘介质106。

24、的材质包括但不限于二氧化硅、 氟硅玻璃、 未掺杂的硅盐酸玻璃或正硅酸 四乙酯等。 在形成所述绝缘介质层106后， 可利用化学机械研磨工艺(CMP)对所述绝缘介质 106进行平坦化处理， 使得绝缘介质上表面平坦， 并使所述硬掩膜层裸露。 0043 请参阅图6， 在形成所述绝缘介质层106后， 需要去除所述硬掩膜层102。 去除所述 硬掩膜层102的方法包括湿法刻蚀工艺或化学机械研磨工艺。 当利用刻蚀工艺去除所述硬 掩膜层102时， 一般采用热磷酸药液进行湿法刻蚀。 当利用化学机械研磨工艺去除所述硬掩 膜层102时， 在平坦化处理所述绝缘介质106后， 继续利用化学机械研磨工艺， 去除所述硬掩 膜。

25、层102和部分绝缘介质层106。 最后， 形成所述浅沟槽隔离结构。 0044 综上所述， 本实施例提供一种浅沟槽隔离结构的制备方法， 在刻蚀所述浮栅层101 时， 采用溴化氢、 氯气和氧气的混合刻蚀气体。 所述刻蚀气体能够降低对硬掩膜层102的刻 蚀影响， 保证刻蚀工艺形成的开口W尺寸大小不受影响， 以使所述光刻胶图层下未开口部分 能够被有效保留， 从而缓解削角问题， 提高所述浅沟槽隔离结构整体轮廓尺寸的精准度。 0045 上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述， 并非对本发明范围的任何限定， 本发 明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、 修饰， 均属于权利要求书的保护 范围。 说明书 4/4 页 6 CN 111244024 A 6 图1 图2 说明书附图 1/3 页 7 CN 111244024 A 7 图3 图4 图5 说明书附图 2/3 页 8 CN 111244024 A 8 图6 说明书附图 3/3 页 9 CN 111244024 A 9 。