CN102117761A - 改善浅沟槽隔离顶部倒角圆滑性的湿法工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善浅沟槽隔离顶部倒角圆滑性的湿法工艺方法，包括如下步骤：(1)浅沟槽刻蚀以及去除光刻胶；(2)氮化膜回刻以及氢氟酸清洗；(3)湿法APM药液处理调整浅沟槽隔离顶部倒角的形貌；(4)在浅沟槽内成长衬底氧化膜。本发明在氮化膜回刻后增加一步湿法APM药液处理，通过对硅的微刻蚀来调整倒角的形貌，同时避免对衬底氧化膜的过度刻蚀。由于在倒角处从上面和侧面两个方向刻蚀，故可增加STI顶部倒角的圆滑性，避免器件使用可靠性受到影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，尤其涉及一种改善STI(浅沟槽隔离)顶部倒角圆滑性的湿法工艺方法。
背景技术
浅沟槽隔离(STI)广泛应用于先进的逻辑电路工艺中。浅沟槽隔离的优劣会直接影响到器件的特性。在目前的工艺中，在STI模块形成的过程中，为了优化HDP(高密度等离子)氧化膜的填充侧向形貌和避免填充空洞，以及解决后续的缺陷问题，增加了氮化膜回刻和后续的氢氟酸清洗工艺。STI的顶部倒角由于受到湿法刻蚀影响而变得尖锐(见图1)，同时导致最后在衬底氧化膜成长后和HDP填充后的倒角也比较尖锐(见图2)。尖锐的倒角影响随后生长在其上的栅氧的厚度从而易导致Id-Vg(漏区电流-栅极电压)曲线double hump(双峰)现象，降低器件的可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改善浅沟槽隔离顶部倒角圆滑性的湿法工艺方法，该方法可避免器件使用可靠性受到影响。
为解决上述技术问题，本发明提供一种改善浅沟槽隔离顶部倒角圆滑性的湿法工艺方法，包括如下步骤：
(1)浅沟槽刻蚀以及去除光刻胶；
(2)氮化膜回刻以及氢氟酸清洗；
(3)湿法APM药液处理，以调整浅沟槽隔离顶部倒角的形貌；
(4)在浅沟槽内成长衬底氧化膜。
本发明取得的技术效果如下：氮化膜回刻后增加短时间的APM(氨水双氧水混合物)药液处理，通过对硅的微刻蚀来调整倒角的形貌，同时避免对衬底氧化膜的过度刻蚀。由于在倒角处从上面和侧面两个方向刻蚀，故可增加倒角的圆滑性。最后形成的STI顶部倒角圆滑性有很大改善，避免器件使用可靠性受到影响。
附图说明
图1是采用现有工艺在氮化膜刻蚀和氢氟酸清洗后形成的STI尖锐顶部倒角的示意图；
图2是采用现有工艺在衬底氧化膜成长后和HDP填充后形成的STI尖锐顶部倒角的示意图；
图3是采用本发明方法形成的STI圆滑顶部倒角的示意图。
图4是本发明的工艺流程示意图，其中图4A是本发明第一步完成后STI的截面结构示意图；图4B是本发明第二步完成后STI的截面结构示意图；图4C是本发明第三步完成后STI的截面结构示意图；图4D是本发明第四步完成后STI的截面结构示意图。
其中，1是光刻胶，2是氮化膜，3是衬底氧化膜，4是硅基板，5是衬底氧化膜。
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。
本发明方法主要适用于STI(浅沟槽隔离)模块中改善顶部倒角的圆滑性。为了改善这种结构，在氮化膜回刻后增加短时间的湿法APM(氨水双氧水混合物)药液处理，通过对硅的微刻蚀来调整倒角的形貌，同时避免对衬底氧化膜的过度刻蚀。由于在倒角处从上面和侧面两个方向刻蚀，故可增加STI顶部倒角的圆滑性，避免器件使用可靠性受到影响。
本发明方法的具体实施流程步骤如下：
(1)浅沟槽刻蚀以及去除光刻胶；如图4A所示，浅沟槽刻蚀可以使用光刻胶1作为掩膜版一次性完成氮化膜2、衬底氧化膜3和沟槽刻蚀，然后进行去除光刻胶1处理；浅沟槽刻蚀也可以使用光刻胶1作为掩膜版完成氮化膜2和衬底氧化膜3的刻蚀，然后去除光刻胶1，再利用氮化膜2作为硬质掩膜版进行沟槽刻蚀；
(2)硬质掩膜版氮化膜回刻以及氢氟酸清洗；如图4B所示，氮化膜2回刻可以使用热磷酸，用于改善后续的HDP(高密度等离子)氧化膜的填充侧向形貌，氮化膜2回刻的刻蚀量控制在150埃到400埃之间，由于热磷酸粘度较大，和斥水性界面的硅基板4接触后容易造成后续清洗的化学药液残留，药液中的微量氧也容易与硅基板4反应造成局部化学氧化膜，形成缺陷；因此，后续的氢氟酸清洗用于处理磷酸和硅基板4接触后造成的缺陷问题；
(3)湿法APM药液处理；如图4C所示，该步骤利用对硅的微刻蚀来调整浅沟槽顶部倒角的形貌，最后达到改善倒角圆滑性的目的；APM混合药液采用NH4OH(氨水)∶H2O2(双氧水)∶DI(纯水H2O)，其配比在1∶1∶1到1∶4∶20之间，需要对硅有一定的刻蚀速率，刻蚀速率可控制在1埃/分钟到20埃/分钟，同时避免对有源区上衬底氧化膜3的过度刻蚀和造成硅基板4的一些粗糙度；APM处理时间根据药液对硅的刻蚀速率进行调整，APM处理时间可以控制在1分钟到30分钟之间，刻蚀量太小会导致圆滑效果不明显，太大则会导致顶部硅的过度刻蚀，造成有源区面积缩小和顶部的转折形貌；
(4)如图4D所示，在浅沟槽内的衬底氧化膜5成长，衬底氧化膜5的成长采用扩散方法(属于热氧化扩散方法)成长，即可获得顶部倒角圆滑性大幅改善后的浅沟槽结构。如图3所示，经过湿法APM药液处理后形成的浅沟槽隔离顶部倒角的圆滑性有很大改善。
Claims (7)
1.一种改善浅沟槽隔离顶部倒角圆滑性的湿法工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)浅沟槽刻蚀以及去除光刻胶；
(2)氮化膜回刻以及氢氟酸清洗；
(3)湿法APM药液处理，以调整浅沟槽隔离顶部倒角的形貌；
(4)在浅沟槽内成长衬底氧化膜。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)具体为：首先进行浅沟槽刻蚀，浅沟槽刻蚀使用光刻胶作为掩膜版一次性完成氮化膜、衬底氧化膜和沟槽刻蚀，然后进行去光刻胶处理；或者，首先进行浅沟槽刻蚀，使用光刻胶作为掩膜版完成氮化膜和衬底氧化膜的刻蚀，然后去除光刻胶，再利用氮化膜作为硬质掩膜版进行沟槽刻蚀。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氮化膜回刻使用热磷酸，用于改善后续的高密度等离子氧化膜的填充侧向形貌，该氮化膜回刻的刻蚀量控制在150埃到400埃之间；所述氢氟酸清洗用于处理磷酸和硅基板接触后造成的缺陷问题。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述湿法APM药液处理，利用对硅的微刻蚀来调整浅沟槽顶部倒角的形貌，最后达到改善倒角圆滑性的目的，该步骤需要对硅有一定的刻蚀速率，该刻蚀速率控制在1埃/分钟到20埃/分钟，同时避免对有源区上衬底氧化膜的过度刻蚀和造成硅基板的一些粗糙度。
5.按权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述APM药液为氨水、双氧水和纯水的混合药液，其中，氨水、双氧水和纯水的配比在1∶1∶1到1∶4∶20之间。
6.按权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述湿法APM药液处理的处理时间根据APM药液对硅的刻蚀速率进行调整，该处理时间控制在1分钟到30分钟之间，刻蚀量太小导致圆滑效果不明显，太大则导致顶部硅的过渡刻蚀，造成有源区面积缩小和顶部的转折形貌。
7.按权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(3)中，所述在浅沟槽内成长衬底氧化膜采用热氧化扩散方法，即可获得顶部倒角圆滑性大幅改善后的浅沟槽结构。
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