CN102082110A - 获得倾斜沟槽结构或改变沟槽结构倾斜角的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获得倾斜沟槽结构或改变沟槽结构倾斜角的方法，在硅衬底或硅外延层上沉积第一硬掩膜；在第一硬掩膜上沉积第二硬掩膜；在需要形成沟槽的地方把两层硬掩膜去除；用干法刻蚀在硅衬底或硅外延层中形成沟槽；用湿法刻蚀对第一硬掩膜进行刻蚀，从所述沟槽口处向两侧横向刻蚀掉部分位于硅衬底或硅外延层与第二层硬掩膜之间的第一层硬掩膜；用湿法或干法刻蚀剥离掉所述第二硬掩膜；用卤化氢气体对所述沟槽进行再刻蚀，使沟槽侧壁形成一定的倾斜度；用湿法或干法刻蚀去除第一硬掩膜。本发明能够有效改变深沟槽的倾斜度，降低沟槽填充的难度。

Description

获得倾斜沟槽结构或改变沟槽结构倾斜角的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路的制造方法，特别是涉及一种获得倾斜沟槽结构或改变沟槽结构倾斜角的方法。

背景技术

在半导体制造工艺中，沟槽隔离是一种常见的隔离方法。为了把相邻的元器件隔离开，在相邻的两个元器件之间刻沟槽，再向沟槽内填充介质层。在沟槽隔离形成工艺中，沟槽刻蚀和沟槽填充都比较关键。由于沟槽填充一般用化学气相沉积来实现，其阶梯覆盖能力一般都在90％以下，特别是对高深宽比的沟槽，填充难度更大。这就要求沟槽形成时需要有一定的倾斜度。但是，对于比较深的沟槽，采用单独的刻蚀工艺很难刻出倾斜度比较大的沟槽。例如对于深度大于2.0微米的沟槽，刻蚀出小于89°倾斜度都比较困难(参见图1)，这样的沟槽采用化学气相沉积方法填充难度很大。为了降低沟槽填充的难度，特别是深度比较深的沟槽，如何改善沟槽的形貌仍值得进一步研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种获得倾斜沟槽结构或改变沟槽结构倾斜角的方法，能够有效改变深沟槽侧壁的倾斜度，降低沟槽填充的难度。

为解决上述技术问题，本发明的获得倾斜沟槽结构或改变沟槽结构倾斜角的方法是采用如下技术方案实现的：在硅衬底或硅外延层上依次沉积第一硬掩膜和第二硬掩膜；通过光刻、刻蚀在需要形成沟槽的位置去除第一硬掩膜和第二硬掩膜；采用干法刻蚀在硅衬底或硅外延层中形成沟槽；采用湿法刻蚀去除部分第一硬掩膜；用湿法或干法刻蚀去除第二硬掩膜；在一定温度和压力下，用氯化氢或氟化氢对沟槽进行修饰，使沟槽侧壁的倾斜度增加；最后去除第一硬掩膜。

采用本发明的方法，能够有效改变深沟槽侧壁的倾斜角度，使侧壁比较垂直的沟槽变成侧壁比较倾斜的沟槽，进而使沟槽填充的难度得到降低。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是深沟槽刻蚀形貌示意图；

图2是气体浓度随沟槽深度变化的示意图；

图3是刻蚀速率随沟槽深度变化的示意图；

图4是刻蚀速率与温度的关系示意图；

图5-12是本发明的方法一实施例工艺流程示意图；

图13是本发明的方法控制流程图。

具体实施方式

卤化氢气体(氯化氢或氟化氢)对硅有一定的刻蚀作用，在硅外延生长工艺中，通常用卤化氢气体去除沉积在腔体内的硅和其他一些副产物。卤化氢对硅的刻蚀能力与温度和压力有关。

对于比较深的沟槽，例如深度大于2.0微米的沟槽，由于气体流动的特性，在沟槽顶部气体浓度总是比较高，随着深度的增加气体浓度逐渐变低(参见图2)。对于卤化氢气体也是这样。卤化氢气体对硅的刻蚀速率与气体浓度有关，浓度越高刻蚀速率越快；因此在沟槽内部，卤化氢对沟槽侧壁的刻蚀速率也是逐渐变低的(参见图3)。根据以上分析，对于侧壁比较直的沟槽，可以用卤化氢气体对其进行修饰，使沟槽侧壁变得比较倾斜。

卤化氢对硅的刻蚀速率在一定的温度范围内存在两个区域，即流量控制区和反应控制区(参见图4)。在流量控制区内，卤化氢对硅的刻蚀速率依赖于卤化氢浓度的变化，而对温度的变化不太敏感；此区域内，微量的浓度变化都会引起刻蚀速率的改变。在反应控制区内，卤化氢对硅的刻蚀速率主要依赖于温度的变化，浓度变化不大的话不会引起刻蚀速率的改变。在本发明中，主要是利用沟槽内部气体浓度的不同而带来的卤化氢刻蚀速率的不同，所以应在流量控制区内对沟槽进行修饰。

为了使卤化氢气体只对沟槽内部进行刻蚀，不对沟槽外部进行刻蚀，可以在沟槽表面覆盖一层硬掩膜以阻挡卤化氢的刻蚀(参见图5)。为了使沟槽顶部的角度暴露出来以供卤化氢刻蚀，可以在第一层硬掩膜上覆盖第二层硬掩膜，在沟槽刻蚀以后用湿法刻蚀把第一层硬掩膜从沟槽口处向两侧刻蚀掉一部分位于硅衬底1与第二层硬掩膜3之间的第一层硬掩膜2(参见图9)。

结合图13所示，下面以宽度为2.0微米、深度为5.0微米的倾斜沟槽形成的工艺流程为例具体说明本发明的实施过程，可以进一步了解本发明的目的、特征和优点。

步骤一、参见图5，在硅衬底1上沉积一层厚度为2000埃的氧化硅作为第一硬掩膜2。

步骤二、参见图6，在第一硬掩膜2上沉积一层厚度为1000埃的氮化硅作为第二硬掩膜3。

步骤一和步骤二中所形成的所述第一硬掩膜2和第二硬掩膜3可以是为氮化物、氧化物或氮氧化物中的至少一种，且第一硬掩膜2和第二硬掩膜3为不同的材料。

步骤三、参见图7，用光刻和刻蚀方法在需要形成沟槽的地方把第二硬掩膜3和第一硬掩膜2打开。

步骤四、参见图8，用干法刻蚀形成宽度为2.0微米、深度为5.0微米的沟槽4。在其它实施例中所述沟槽4的深度可以为0.1-100.0微米。

步骤五、参见图9，用湿法刻蚀对第一硬掩膜2进行刻蚀，从沟槽口处向两侧横向刻蚀掉长度为5000埃的，位于硅衬底1与第二层硬掩膜3之间的第一层硬掩膜2。实施本步骤时只刻蚀第一硬掩膜2，不刻蚀第二硬掩膜3，并且向两侧横向刻蚀掉的第一硬掩膜2的长度范围可为0.01-5.0微米。

步骤六、参见图10，用湿法刻蚀对第二硬掩膜3进行剥离。

步骤七、参见图11，用氯化氢气体对沟槽4进行刻蚀，使沟槽4侧壁形成一定的倾斜度。氯化氢气体对沟槽顶部侧壁的刻蚀厚度为5000埃；在其它实施例中氯化氢气体对沟槽顶部侧壁的刻蚀厚度可以为0.01-5.0微米。实施本步骤时，可以选择氯化氢气体和氟化氢气体中的至少一种；刻蚀的温度为500-1250℃，压力为0.1托至一个大气压。

步骤八、参见图12，用湿法或干法刻蚀方法把第一硬掩膜2去除。

以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种获得倾斜沟槽结构或改变沟槽结构倾斜角的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在硅衬底或硅外延层上沉积第一硬掩膜；

步骤二、在第一硬掩膜上沉积第二硬掩膜；

步骤三、在需要形成沟槽的地方把两层硬掩膜去除；

步骤四、用干法刻蚀在硅衬底或硅外延层中形成沟槽；

步骤五、用湿法刻蚀对第一硬掩膜进行刻蚀，从所述沟槽口处向两侧横向刻蚀掉部分位于硅衬底或硅外延层与第二层硬掩膜之间的第一层硬掩膜；

步骤六、用湿法或干法刻蚀剥离掉所述第二硬掩膜；

步骤七、用卤化氢气体对所述沟槽进行再刻蚀，使沟槽侧壁形成一定的倾斜度；

步骤八、用湿法或干法刻蚀去除第一硬掩膜。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤一和步骤二所形成的所述第一硬掩膜和第二硬掩膜为氮化物、氧化物或氮氧化物中的至少一种，且第一硬掩膜和第二硬掩膜不同。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述沟槽的深度为0.1-100.0微米。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤五中所述湿法刻蚀只刻蚀第一硬掩膜，不刻蚀第二硬掩膜；且横向刻蚀掉第一硬掩膜的长度为0.01-5.0微米。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤七中所述卤化氢气体为氯化氢和氟化氢中的至少一种。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤七中所述卤化氢气体刻蚀的温度为500-1250℃，压力为0.1托至一个大气压。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤七中所述卤化氢气体对沟槽顶部侧壁的刻蚀厚度为0.01-5.0微米。

Images