CN101996876A - 将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法，包含以下步骤：1)在硅基片或硅外延层上刻蚀形成一系列沟槽；2)用卤化氢气体对沟槽顶部直角进行再刻蚀，使其形成钝角；3)在高温炉管内于沟槽内部及表面生长一层热氧化硅；4)用湿法刻蚀去除热氧化硅，形成沟槽顶部圆角。本发明可以使较大尺寸沟槽顶部直角变成圆弧较长的明显圆角，从而避免沟槽顶部尖角发生击穿(如浅沟槽隔离)，降低尖端处的电场强度以提高器件的击穿电压，还可以防止沟槽填充物使沟槽过早的封口，从而降低沟槽填充的难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体制造工艺方法，尤其涉及一种将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法。
背景技术
沟槽结构是半导体制造过程中一种常见的结构，其作用有隔离、导通连线(两层金属间)、耗尽等。在有些情况下，为了避免沟槽顶部尖角发生击穿(如浅沟槽隔离)，降低尖端处的电场强度以提高器件的击穿电压，或者为了降低沟槽填充的难度(尖角处的生长角度是270°，而圆滑曲面的生长角度是180°，降低了顶部的生长速度)，防止沟槽填充物使沟槽过早的封口，需要对沟槽顶部直角进行处理，常见的处理方式是将沟槽顶部直角修饰成圆角(圆滑曲面)。
现有的一种将沟槽顶部直角修饰成圆角的方法是牺牲氧化的方法，即先在高温下在沟槽表面生长一层热氧(通氧气对硅进行氧化)，再用湿法刻蚀把氧化硅洗去。由于沟槽尖角处的氧化速度比其他位置快，因此同样的条件下，尖角处硅消耗的也较多，这样氧化硅被洗掉以后，直角处的硅被去掉的较多，直角就被修成了圆角。但这种方法对顶角形状的改变是有限的，因为热氧生长在一定厚度范围内尖角处的氧化速度比其他地方快，但随着厚度的增加，这种差异性越来越小(氧气难以穿透尖角处厚厚的氧化层)。所以牺牲氧化法对沟槽顶角进行处理一般仅限于纳米级别内(直角处被吃进去几纳米到几十纳米)。但如果要对沟槽顶部直角处进行微米级修饰(直角处被吃进去几百纳米到几微米)，则要考虑其他方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法，解决了把沟槽顶部直角修饰成小曲率的明显圆角的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法，包含以下步骤：
1)在硅基片或硅外延层上刻蚀形成一系列沟槽；
2)用卤化氢气体对沟槽顶部直角进行再刻蚀，使其形成钝角；
3)在高温炉管内于沟槽内部及表面生长一层热氧化硅；
4)用湿法刻蚀去除热氧化硅，形成沟槽顶部圆角。
在步骤2)和步骤3)之间还可以包括步骤A：用惰性气体的等离子体对沟槽顶部进行轰击，使沟槽顶部接近圆形。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明可以使较大尺寸沟槽顶部直角变成圆弧较长的明显圆角，从而避免沟槽顶部尖角发生击穿(如浅沟槽隔离)，降低尖端处的电场强度以提高器件的击穿电压，还可以降低沟槽填充的难度，防止沟槽填充物使沟槽过早的封口。采用本发明方法可以对沟槽顶部直角处进行微米级修饰，扩展了应用范围。
附图说明
图1是本发明中卤化氢气体对沟槽的刻蚀形貌示意图；
图2是本发明中在硅基片或硅外延层上刻蚀形成一系列沟槽的示意图；
图3是本发明中用卤化氢气体对沟槽顶部直角进行再刻蚀后的示意图；
图4是本发明中用惰性气体的等离子体对沟槽顶部进行轰击后的示意图；
图5是本发明中用牺牲氧化法对沟槽顶部进行处理后的示意图。
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。
在气相外延生长或CVD气相化学沉积中，卤化氢气体经常作为刻蚀气体，以去除薄膜沉积中产生的副产物或去除沉积在生长环境内不希望的地方的薄膜。卤化氢对硅也有一定的刻蚀作用，所以可以用在气相硅外延生长后对沉积在腔体上的硅薄膜的去除。但若用卤化氢气体对硅沟槽进行刻蚀，则可以看到比较特别的现象，即沟槽的开口处的直角被削去，沟槽的顶部变成多边形(见图1)。众说周知，多边形比正方形更接近于圆形，所以根据这个特性，可以用卤化氢作为刻蚀气体对沟槽刻蚀的方法对沟槽顶部圆角处理。
在卤化氢削去沟槽顶部角度的过程中，削去的量跟卤化氢气体的流量、温度和时间有关。卤化氢的流量越大，温度越高，时间越长，沟槽角度被削去的越多，经过处理后得到的顶部圆角越明显(圆弧长度越长)；反之则相反。所以卤化氢刻蚀法圆角处理可以得到非常明显的沟槽顶部圆角(直角处被吃进去几百纳米到几微米)，不像单独的牺牲氧化法处理仅能得到非常微观的圆角(直角处被吃进去几纳米到几十纳米)。
本发明提出一种对较大尺寸沟槽顶部直角修饰成明显圆角的方法。该方法在沟槽刻蚀完成后(在硅基片或硅外延层上刻蚀形成一系列沟槽，沟槽宽度为1.0-10.0微米，沟槽深度为5.0-80.0微米，两个沟槽间的顶部间距大于0.5微米，该沟槽刻蚀可采用本领域常规的沟槽刻蚀方法)，首先利用卤化氢对沟槽进行再刻蚀。卤化氢对硅有一定的刻蚀作用，但对不同的位置，卤化氢对硅的刻蚀作用不同。卤化氢对尖角处和悬突处的刻蚀比较明显，而对其他地方(如平面和侧壁刻蚀速率很慢，短时间内可以忽略不计，见图1)。卤化氢刻蚀后沟槽顶部的直角被削掉，变成了两个钝角。然后再用牺牲氧化的方法对两个钝角进行处理，由于两个钝角的尺寸远远小于原来的直角，则牺牲氧化法有可能将它们完全去除，则沟槽顶部的角度就变成了一个曲率较小的明显的圆角。如沟槽的尺寸较大，两个沟槽之间的距离大于0.5um(微米)，则经过卤化氢气体刻蚀后沟槽顶部形成的两个钝角尺寸可能仍然较大，此时牺牲氧化法不能将两个钝角完全去除，这种情况下可用惰性气体的等离子体先对沟槽顶部进行轰击，使沟槽顶部初步接近圆形，然后再用牺牲氧化的方法对沟槽进行进一步修饰。
本发明中的卤化氢气体可以采用氯化氢、氟化氢、溴化氢中的一种或几种，但优选氯化氢。氯化氢刻蚀步骤可以在气相外延生长机台中完成，因为外延腔刻蚀气体一般是卤化氢，不必对机台进行另外改造；也可以在常压CVD(化学气相沉积)，亚常压CVD，等离子增强CVD、高密度等离子增强CVD等机台中完成，只要其反应腔中可以通入卤化氢气体。且这些机台的反应腔内除卤化氢气体和载气(载气可以是氢气、氮气、氦气、氩气、氖气、氪气和氙气中的一种或几种)，无其它反应气体。
本发明中所述的惰性气体可以是氦气、氩气、氖气、氪气、氙气中的一种或几种，但优选氩气。惰性气体的等离子体轰击步骤可以在气相物理溅射、等离子增强CVD、高密度等离子增强CVD、干法刻蚀等机台中完成，前提是这些机台可以通入惰性气体且可以形成等离子体。且这些机台的反应腔中除惰性气体的等离子体外，无其它反应气体。
本发明中的牺牲氧化的条件是：热氧化硅的生长温度在500-1200摄氏度之间，热氧化硅的厚度在500-10000埃之间；然后再用湿法刻蚀(可采用氢氟酸溶液)把热氧化硅层去掉。
实施例一：
1)在硅基片上刻蚀出一系列沟槽1，沟槽1宽度为2.0um，沟槽1深度为10.0um，两个沟槽之间的距离3在0.5um-1.0um之间，形成沟槽顶部直角2(见图2)；
2)利用氯化氢气体在常压CVD机台中对沟槽顶部直角2进行刻蚀，使其形成钝角4(见图3)；
3)在沟槽1内部及表面利用热氧化工艺生长一层氧化硅，厚度为5000埃；然后再用氢氟酸溶液把氧化硅去除，形成沟槽顶部光滑圆角6(见图5)。
实施例二：
1)在硅基片上刻蚀出一系列沟槽1，沟槽1宽度为5.0um，沟槽1深度为30.0um，两个沟槽之间的距离3在2.0um-10.0um之间(见图2)；
2)利用氯化氢气体在常压CVD生长机台中对沟槽顶部直角2进行刻蚀，使其形成钝角4(见图3)；
3)利用氩气在高密度等离子CVD生长机台中对沟槽顶部钝角4进行轰击，使其形成比较粗糙的圆角5(见图4)；
4)在沟槽1内部及表面利用热氧化工艺生长一层氧化硅，厚度为5000埃；然后再用氢氟酸溶液把氧化硅去除，形成沟槽顶部光滑圆角6(见图5)。
Claims (10)
1.一种将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法，其特征在于，包含以下步骤：
1)在硅基片或硅外延层上刻蚀形成一系列沟槽；
2)用卤化氢气体对沟槽顶部直角进行再刻蚀，使其形成钝角；
3)在高温炉管内于沟槽内部及表面生长一层热氧化硅；
4)用湿法刻蚀去除热氧化硅，形成沟槽顶部圆角。
2.如权利要求1所述的一种将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法，其特征在于：所述步骤1)中沟槽宽度为1.0-10.0微米，沟槽深度为5.0-80.0微米，两个沟槽间的顶部间距大于0.5微米。
3.如权利要求1所述的将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法，其特征在于：所述步骤2)的卤化氢是氟化氢、氯化氢和溴化氢中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法，其特征在于：所述步骤2)在化学气相沉积的薄膜生长机台中实现，该化学气相沉积的薄膜生长机台为气相外延生长机台、常压CVD机台、亚常压CVD机台、等离子增强CVD或高密度等离子增强CVD生长机台，所述化学气相沉积的薄膜生长机台的反应腔内除卤化氢气体和载气外，无其它反应气体。
5.如权利要求4所述的将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法，其特征在于：所述载气为氢气、氮气、氦气、氩气、氖气、氪气和氙气中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法，其特征在于：所述步骤3)中热氧化硅的生长温度为500-1200摄氏度，厚度为500-10000埃。
7.如权利要求1所述的将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法，其特征在于：在步骤2)和步骤3)之间还包括步骤A：用惰性气体的等离子体对沟槽顶部进行轰击，使沟槽顶部接近圆形。
8.如权利要求7所述的将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法，其特征在于：所述惰性气体是氩气、氦气、氖气、氪气和氙气中的一种或几种。
9.如权利要求7所述的将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法，其特征在于：所述步骤A在气相物理溅射、等离子增强CVD、高密度等离子增强CVD或干法化学刻蚀工艺机台中完成，所述机台的反应腔中除惰性气体的等离子体外，无其它反应气体。
10.如权利要求1所述的将较大尺寸沟槽顶部直角改变成明显圆角的方法，其特征在于：所述步骤4)中采用氢氟酸溶液刻蚀去除热氧化硅。
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