[发明专利]采用两次氮化硅回刻来改善浅沟隔离顶角圆化的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造领域，尤其涉及一种采用两次氮化硅回刻来改善浅沟隔离顶角圆化的方法。

背景技术

浅沟隔离(STI)广泛应用于先进的逻辑电路工艺中。浅沟隔离的优劣会直接影响到器件的特性，尤其是对于窄沟器件(narrow width device)更为显著。由于STI角部的氧化层厚度通常会比较薄，加之多晶硅电极会覆盖在这个区域，导致晶体管的阈值电压降低，这通常称之为“反窄沟效应”。为了避免上述情况的发生，常见的处理方式是将浅沟隔离角部圆化(即修饰成圆角)。常规的角部圆化方法为：干法刻蚀形成浅沟隔离后，采用湿法刻蚀衬垫氮化硅层下面的缓冲氧化层，形成切口；之后采用高温热氧化制备衬垫氧化层，形成角部圆化。这种常规的方法需要很好的控制高温热氧化工艺，但是仍然会出现角部不够圆化的情况。另一方面，STI隔离工艺通常会采用氮化硅作为STI CMP(浅沟隔离化学机械抛光)的停止层，氮化硅底角部分的轮廓会影响到后续氧化硅填充的形貌，如果形貌较差，那么在后续的膜层刻蚀工艺中，很容易引起刻蚀残留的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种采用两次氮化硅回刻来改善浅沟隔离顶角圆化的方法，该方法可以改善STI角部圆化轮廓，同时也改善了氧化硅填充后的形貌，从而解决了后续工艺刻蚀残留的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种采用两次氮化硅回刻来改善浅沟隔离顶角圆化的方法，包括如下步骤：

第一步，浅沟隔离刻蚀；

第二步，缓冲氧化层切口刻蚀；

第三步，氮化硅第一次回刻；

第四步，在浅沟隔离露出的硅表面生长衬垫氧化层；

第五步，氮化硅第二次回刻。

和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：相对于常规的角部圆化方法，该方法可以改善STI角部圆化轮廓，同时也改善了氧化硅填充后的形貌，从而解决了后续工艺刻蚀残留的问题。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图，其中图1A是本发明第一步完成后STI的截面结构示意图；图1B是本发明第二步完成后STI的截面结构示意图；图1C是本发明第三步完成后STI的截面结构示意图；图1D是本发明第四步完成后STI的截面结构示意图；图1E是本发明第五步完成后STI的截面结构示意图；其中，1为硅衬底，2为缓冲氧化层，3为衬垫氮化硅层，4为缓冲氧化层切口，5为衬垫氧化层，6为氧化硅底部切口。

图2是采用本发明方法及传统方法产生的STI形貌比较示意图，其中图2A表示采用传统方法(没有用氮化硅回刻)，图2B表示采用本发明氮化硅第一次回刻后的STI形貌。

图3是采用本发明方法及传统方法产生的STI形貌比较示意图，其中图3A表示采用传统方法(没有用氮化硅回刻)，图3B表示采用本发明氮化硅第几次回刻后的STI形貌。

图4是采用本发明方法及传统方法产生的STI形貌比较示意图，其中图4A表示采用传统方法(没有用氮化硅回刻)，图4B表示采用本发明方法(采用氮化硅回刻)对刻蚀残留的影响。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种采用两次氮化硅回刻来改善浅沟隔离顶角部圆化的刻蚀残留的方法。相对于常规的角部圆化方法，该方法可以改善STI角部圆化轮廓，同时也改善了氧化硅填充后的形貌，从而解决了后续工艺刻蚀残留的问题。

本发明主要的工艺流程包括如下步骤：

第一步，STI刻蚀。这步采用常规的STI刻蚀工艺。如图1A所示，在硅衬底1上生长缓冲氧化层2，在缓冲氧化层2上再沉积衬垫氮化硅层3，然后刻蚀形成STI；

第二步，缓冲氧化层切口刻蚀。如图1B所示，这步采用稀释的氢氟酸(浓度(HF酸∶水)：1∶100-1∶300)，用来刻蚀出缓冲氧化层2底部的缺口，形成缓冲氧化层切口4。

第三步，氮化硅第一次回刻。如图1C所示，这步工艺采用湿法刻蚀衬垫氮化硅层3(湿法刻蚀采用热磷酸，温度为100-120摄氏度，刻蚀时间为3-7分钟)，其作用包括加大氮化硅窗口而提高填沟能力；也会使氮化硅的底角形成切口，改善氧化硅填充后的形貌，从而解决了后续工艺刻蚀残留的问题；同时，这步工艺也会改善STI顶角的形貌，从而使STI顶角角部圆化。

第四步，衬垫氧化层生长。如图1D所示，这步工艺采用高温热氧化工艺，在露出的硅衬底1表面生长真正的衬垫氧化层5。该步骤采用的工艺温度为800-1100℃，该衬垫氧化层5的厚度为100-250埃。