一種避免淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)出現(xiàn)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，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: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型器件的開啟，其二是局部場氧化(L0C0S)和淺槽隔離(STI)用于防止相鄰隔離島之間寄生M0S場效應(yīng)管的開啟。
[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)的要求越來越高。STI工藝是通過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。這就要求刻蝕過程產(chǎn)生重聚合物的刻蝕程式來刻蝕單晶硅，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)。
[0004]為了克服該問題，由本發(fā)明后續(xù)的詳細(xì)說明和所附的權(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】

[0005]在一些實(shí)施例中，披露了一種避免淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)出現(xiàn)深度負(fù)載效應(yīng)的方法，主要包括以下步驟: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口 ；S2:藉由第一、第二開口刻蝕襯底，分別形成位于第一區(qū)域中的帶有傾斜側(cè)壁的第一溝槽和位于第二區(qū)域中的帶有傾斜側(cè)壁的第二溝槽，第一溝槽比第二溝槽要深；S3: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、第二溝槽兩者均予以填充滿；S4: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將第二溝槽內(nèi)的旋涂碳基材料完全回刻移除，將第一溝槽頂部的旋涂碳基材料回刻移除但保留第一溝槽底部的一部分旋涂碳基材料；S5:刻蝕襯底從第二溝槽底部暴露出來的部分以增加第二溝槽的深度，直至第一、第二溝槽的深度相同；S6:移除第一溝槽底部殘留的旋涂碳基材料。
[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，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。
[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，襯底中形成于第一區(qū)域的器件密度與集成于第二區(qū)域的器件密度不同。
[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，步驟S1中還包括: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；再刻蝕移除抗反射涂層暴露于窗口圖形中部分；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、第二開口。
[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，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。
[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，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。
[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，在步驟S1中完成第一、第二開口的制備之后，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。
[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，在步驟S2制備帶有傾斜側(cè)壁形貌的第一、第二溝槽的過程中，使用含有HBr、02的刻蝕氣體來實(shí)施刻蝕襯底的步驟。
[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，在步驟S4中，使用含有CF4、02的刻蝕氣體來干法回刻其旋涂碳基材料。
[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，在步驟S5中，使用含有HBr、02的刻蝕氣體來實(shí)施刻蝕的步驟，增加第二溝槽的深度的同時(shí)還增加第一、第二溝槽側(cè)壁的陡峭程度，使得第一、第二溝槽側(cè)壁此時(shí)的傾斜程度比步驟S2階段更陡峭。
[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，在步驟S6之后，利用含02的氣體灰化移除第一溝槽底部殘留的旋涂碳基材料。
【附圖說明】
[0016]閱讀以下詳細(xì)說明并參照以下附圖之后，本發(fā)明的特征和優(yōu)勢將顯而易見:
[0017]圖1A顯示在底部襯底上制備二氧化硅和氮化硅。
[0018]圖1B顯示圖案化二氧化硅和氮化硅。
[0019]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。
[0020]圖2A是利用旋涂碳素材料S0C覆蓋硬質(zhì)掩膜層。
[0021]圖2B是回刻的方式刻蝕旋涂碳素材料S0C材料。
[0022]圖2C是繼續(xù)刻蝕溝槽以加深溝槽的深度。
[0023]圖2D是加深溝槽的深度同時(shí)還將側(cè)壁刻蝕成陡峭程度更高的形貌。
[0024]圖2E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】
[0025]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。
[0026]參見圖1所示，本發(fā)明提及的一種無深度負(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，該兩者構(gòu)成了一個(gè)硬質(zhì)掩膜層(HARDMASK)。在硬質(zhì)掩膜層上涂覆抗反射涂層103，例如涂覆抗反射涂層(Bottom Ant1-Reflective Coating，簡稱BARC)，并在抗反射涂層103的上方旋涂一層第一光刻膠層104，通過第一次光刻工藝的曝光顯影等必要工藝后，在第一光刻膠層104中形成數(shù)個(gè)第一窗口圖形104a、104b，這也即將石英掩模板上設(shè)計(jì)好的版圖復(fù)制到第一光刻膠層104中的程序。之后利用第一光刻膠層104作為掩膜，來干法刻蝕不受第一光刻膠層104保護(hù)的抗反射涂層103，主要使用含CF4、02的刻蝕氣體將抗反射涂層103暴露于第一窗口圖形104a、104b中的部分刻蝕移除掉，此時(shí)硬質(zhì)掩膜層的局部區(qū)域?qū)?huì)直接暴露于第一窗口圖形104a、104b中。然后利用第一光刻膠層104作為刻蝕掩膜，從而進(jìn)一步利用含CH2F2、CHF3、CF4的刻蝕氣體將硬質(zhì)掩膜層暴露于第一窗口圖形104a、104b中的部分干法刻蝕移除掉，具體而言，第一窗口圖形104a和104b下方的局部二氧化硅101和氮化硅102被刻蝕移除掉，以便能夠在硬質(zhì)掩膜層中刻蝕形成位于第一窗口圖形104a下方的一個(gè)第一開口 110a，和在硬質(zhì)掩膜層中刻蝕形成位于另一個(gè)第一窗口圖形104b下方的一個(gè)第二開口 110b。
[0027]值得注意的是，需要強(qiáng)調(diào)第一開口 110a形成于襯底100的一個(gè)第一區(qū)域LAY-A，而第二開口 110b則形成于襯底100的一個(gè)第二區(qū)域LAY-B。其中第一開口 110a用于刻蝕襯底100在它下方暴露出來的區(qū)域來形成一個(gè)淺溝槽(也即第一溝槽180a)，而第二開口110b則用于刻蝕襯底100在它下方暴露出來的區(qū)域來形成另一個(gè)淺溝槽(也即第二溝槽180b)。在傳統(tǒng)的淺溝槽制備工藝中正如圖1C所示，第一區(qū)域LAY-A的器件密度和第二區(qū)域LAY-B的器件密度不同，例如第一區(qū)域LAY-A是器件密集區(qū)而第二區(qū)域LAY-B是器件稀疏區(qū)。這里所謂的器件密度可以理解為在襯底100上某些指定區(qū)域的單位面積上打算制備出/集成的器件總數(shù)量。由于第一區(qū)域LAY-A和第二區(qū)域LAY-B的圖形密集程度不同，產(chǎn)生了業(yè)界所言的在圖形密集區(qū)和圖形稀疏區(qū)造成刻蝕速率的負(fù)載，而最終導(dǎo)致圖形密集區(qū)和區(qū)稀疏區(qū)的淺溝槽的刻蝕深度出現(xiàn)負(fù)面的負(fù)載效應(yīng)。如圖1C所示，藉由第一開口 110a在第一區(qū)域LAY-A干法刻蝕襯底而擷取的第一溝槽180a的深度D1大于由第二開口 110b在第二區(qū)域LAY-B干法刻蝕襯底而擷取的第二溝槽180b的深度D2。其中第一開口 110a的開口尺寸小于第二開口 110b的開口尺寸，所以第二溝槽180b的寬度比第一溝槽180a略寬。雖然該第一溝槽180a和第二溝槽180b帶有預(yù)期的傾斜面?zhèn)缺?，但是它們的深度Dl、D2不一致的情況卻是我們極力要避免發(fā)生的。
[0028]參見圖2A的實(shí)施例，和圖1C類似，先行制備第一溝槽180a和第二溝槽180b由第一開口 110a在第一區(qū)域LAY-A刻蝕襯底100而制備的第一溝槽180a具有傾斜的側(cè)壁形貌，而由第二開口 110b在第二區(qū)域LAY-B刻蝕襯底100所制備的第二溝槽180b也具有傾斜的側(cè)壁形貌。主要使用溴化氫(HBR)和氧氣02等刻蝕副產(chǎn)物較重的氣體刻蝕硅襯底，形成側(cè)壁傾斜但密集區(qū)和稀疏區(qū)有深度負(fù)載的第一溝槽180a和第二溝槽180b。這也意味著在溝槽的干法刻蝕過程中，由于這里采用的