抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及半導(dǎo)體器件的制備工藝，更確切地說(shuō)，涉及一種帶有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其對(duì)應(yīng)的制備方法，在器件密度不同的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)用于預(yù)制備淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的不同淺溝槽的深度具有一致性。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路是一種微型電子系統(tǒng)，它采用微圖形加工技術(shù)，把一個(gè)電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線(xiàn)互連一起，制作在半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上從而實(shí)現(xiàn)特定的功能。本發(fā)明所指的集成電路特指硅基集成電路。當(dāng)前硅基集成電路工藝典型的主要包括了雙極類(lèi)型工藝和互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體工藝以及雙極-互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體工藝，還有雙極-互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體-雙擴(kuò)散M0S工藝等。利用該等工藝制作的電路要實(shí)現(xiàn)正確的功能，集成電路內(nèi)部各個(gè)器件之間必須相互隔離，以使各個(gè)單個(gè)器件能獨(dú)立地工作，從而保證整個(gè)集成電路的正常工作。常用的隔離方法有兩類(lèi):其一是反偏壓式的PN結(jié)隔離和溝槽式的全絕緣介質(zhì)隔離，從而主要作用是防止相鄰器件的電極短路和寄生雙極類(lèi)型器件的開(kāi)啟，其二是局部場(chǎng)氧化(L0C0S)和淺槽隔離(STI)用于防止相鄰隔離島之間寄生M0S場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)啟。
[0003]當(dāng)前的45納米及其以下節(jié)點(diǎn)的技術(shù)中，半導(dǎo)體器件對(duì)淺溝槽隔離技術(shù)(STI)的要求越來(lái)越高。STI工藝是通過(guò)干法刻蝕單晶硅形成溝槽，而此溝槽的深度以及側(cè)壁角度對(duì)器件以及后續(xù)填充工藝影響非常大，如果溝槽形貌畸形，甚至容易造成填充出現(xiàn)空隙和器件漏電等問(wèn)題。為避免填充出現(xiàn)空隙，一般要求溝槽側(cè)壁傾斜以利于薄膜填充。這就要求刻蝕過(guò)程產(chǎn)生重聚合物的刻蝕程式來(lái)刻蝕單晶硅，而其副作用就是在圖形密集和圖形稀疏區(qū)造成刻蝕速率的負(fù)載，最終導(dǎo)致圖形密集和稀疏區(qū)的刻蝕深度出現(xiàn)負(fù)載效應(yīng)。為了克服該問(wèn)題，由本發(fā)明后續(xù)的詳細(xì)說(shuō)明和所附的權(quán)利要求中，在結(jié)合本發(fā)明伴隨著的圖式和先前技術(shù)的基礎(chǔ)之上，本發(fā)明揭示的特征和方案將變得清晰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一些實(shí)施例中，披露了一種抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟S1:在襯底上形成硬質(zhì)掩膜層，在襯底的第一區(qū)域之上的硬質(zhì)掩膜層中形成第一開(kāi)口和在襯底的第二區(qū)域之上的硬質(zhì)掩膜層中形成第二開(kāi)口 ；步驟S2:藉由第一、第二開(kāi)口刻蝕襯底，對(duì)應(yīng)分別形成位于第一區(qū)域中的帶有垂直側(cè)壁的第一溝槽和位于第二區(qū)域中的帶有垂直側(cè)壁的第二溝槽；步驟S3:濕法刻蝕硬質(zhì)掩膜層，擴(kuò)大第一和第二開(kāi)口的尺寸；步驟S4:在硬質(zhì)掩膜層上覆蓋旋涂碳基材料，旋涂碳基材料的一部分還將第一、第二溝槽予以填充滿(mǎn)；步驟S5:干法回刻其旋涂碳基材料，直至將硬質(zhì)掩膜層上方的旋涂碳基材料和第一、第二溝槽頂部的旋涂碳基材料回刻移除?’步驟S6:刻蝕第一、第二溝槽各自從第一、第二開(kāi)口中暴露出來(lái)的頂部拐角區(qū)，刻蝕持續(xù)直至第一、第二溝槽原本帶有的垂直側(cè)壁變成呈現(xiàn)為傾斜面的側(cè)壁形貌。
[0005]上述的抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，其中，硬質(zhì)掩膜層包括底層的二氧化硅層和二氧化硅層上方的氮化硅層。
[0006]上述的抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，其中，襯底中集成于第一區(qū)域的器件密度與集成于第二區(qū)域的器件密度不同。
[0007]上述的抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，其中，步驟S1中還包括:子步驟S1.1:先在硬質(zhì)掩膜層上自下而上依次覆蓋抗反射涂層和光刻膠層，經(jīng)由光刻工藝圖案化光刻膠層，形成其中的窗口圖形；和后續(xù)的子步驟S1.2:再刻蝕移除抗反射涂層暴露于窗口圖形中部分；以及其后的子步驟S1.3:之后刻蝕硬質(zhì)掩膜層暴露在窗口圖形中的部分形成硬質(zhì)掩膜層中的第一、第二開(kāi)口。
[0008]上述的抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，其中，在步驟S1中利用含CF4、02的刻蝕氣體移除抗反射涂層暴露于窗口圖形中的部分。
[0009]上述的抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，其中，在步驟S1中利用含CH2F2、CHF3、CF4的刻蝕氣體移除硬質(zhì)掩膜層暴露在窗口圖形中的部分。
[0010]上述的抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，其中，在步驟S1中完成第一、第二開(kāi)口的制備之后，利用含02的氣體灰化移除光刻膠層和光刻膠層下方的抗反射涂層。
[0011]上述的抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，其中，在步驟S2中刻蝕形成帶有垂直側(cè)壁形貌的第一、第二溝槽使用的刻蝕氣體產(chǎn)生和附著于第一、第二溝槽側(cè)壁上的聚合物的量，比在步驟S6中刻蝕形成帶有傾斜側(cè)壁形貌的第一、第二溝槽使用的刻蝕氣體產(chǎn)生和附著于第一、第二溝槽側(cè)壁上的聚合物的量要少。
[0012]上述的抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，其中，在步驟S2中，在刻蝕形成第一、第二溝槽的過(guò)程中，利用含CL2、NF3、SF6的刻蝕氣體來(lái)刻蝕襯底。
[0013]上述的抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，其中，在步驟S3濕法刻蝕硬質(zhì)掩膜層之前，先移除硬質(zhì)掩膜層上的抗反射涂層和光刻膠層。
[0014]上述的抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，其中，在步驟S3濕法刻蝕硬質(zhì)掩膜層的過(guò)程中，利用熱磷酸腐蝕液濕法刻蝕硬質(zhì)掩膜層，暴露出第一、第二溝槽各自頂部拐角區(qū)的襯底，其中熱磷酸腐蝕液的溫度為165攝氏度而其濃度為H3P04溶液和H20溶液的質(zhì)量比限定在70% -90%的范圍內(nèi)。
[0015]上述的抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，其中在步驟S5中利用含CF4、02的刻蝕氣體干法回刻其旋涂碳基材料，刻蝕移除硬質(zhì)掩膜層上方的旋涂碳基材料，并保留第一、第二溝槽各自底部的旋涂碳基材料。
[0016]上述的抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，其中，在步驟S6中，使用硬質(zhì)掩膜層和旋涂碳基材料作為刻蝕掩膜，利用含有溴化氫(HBR)、02的刻蝕氣體來(lái)刻蝕移除第一、第二溝槽各自從第一、第二開(kāi)口中暴露出來(lái)的頂部拐角區(qū)。
[0017]上述的抑制淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，其中，在步驟S6之后，利用含02的氣體灰化移除第一、第二溝槽各自底部殘留的抗反射涂層。
【附圖說(shuō)明】
[0018]閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明并參照以下附圖之后，本發(fā)明的特征和優(yōu)勢(shì)將顯而易見(jiàn):
[0019]圖1A顯示在底部襯底上制備二氧化硅和氮化硅。
[0020]圖1B顯示圖案化二氧化硅和氮化硅。
[0021]圖1C顯示在圖形密度不同的區(qū)域形成了深度不同的淺溝槽。
[0022]圖2A是利用具有二氧化硅和氮化硅的硬質(zhì)掩膜層來(lái)刻蝕襯底。
[0023]圖2B-1是利用濕法刻蝕來(lái)擴(kuò)大第一和第二開(kāi)口的尺寸。
[0024]圖2B-2是利用旋涂碳素材料S0C填充淺溝槽。
[0025]圖2C是回刻的方式刻蝕S0C材料。
[0026]圖2D至圖2E是刻蝕溝槽的側(cè)壁直至將垂直側(cè)壁刻蝕成傾斜側(cè)壁。
[0027]圖2F是移除淺溝槽底部的S0C材料。
[0028]圖2G是填充絕緣材料到淺溝槽中溝槽完整的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合各實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的闡述，但所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明用作敘述說(shuō)明所用的實(shí)施例而非全部的實(shí)施例，基于該等實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的方案都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0030]參見(jiàn)圖1所示，本發(fā)明提及的一種無(wú)深度負(fù)載效應(yīng)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制備方法將在后文對(duì)應(yīng)的內(nèi)容和附圖中一一闡明。在一個(gè)用于制備半導(dǎo)體器件的襯底100的上方形成一個(gè)硬質(zhì)掩膜層，該硬質(zhì)掩膜層通常是復(fù)合結(jié)構(gòu)，例如包括在襯底100的上表面先沉積的底層例如一層二氧化硅101和包括在底層之上沉積的頂層如氮化硅102，該兩