浅沟槽隔离结构的制造方法 【技术领域】
本发明涉及半导体制造技术领域， 特别涉及浅沟槽隔离结构的制造方法。背景技术 目前， 使用浅沟槽隔离技术进行器件隔离已成为了一种常规技术。图 1 ～图 4 为 一种常见的浅沟槽隔离结构的部分制造过程示意图。参照图 1 所示， 首先， 在硅衬底 10 上 依次形成场氧化层 11、 氮化层 12。参照图 2 所示， 接着， 在氮化层 12 上形成光阻层， 并经光 刻形成光阻图形 13， 所述光阻图形 13 用于定于浅沟槽的形状。参照图 3 所示， 此后， 以光 阻图形 13 为掩模， 依次蚀刻氮化层 12 及场氧化层 11 以形成硬掩模， 所述硬掩模具有暴露 出硅衬底 10 的开口， 并且为了保证暴露出硅衬底 10。具体地说， 蚀刻氮化层 12 的过程包 括主蚀刻及主蚀刻后的过蚀刻， 所述过蚀刻会去除场氧化层 11， 并且在所述过蚀刻后， 硅衬 底 10 于所述开口处的区域 14 也会被蚀刻掉一部分厚度。参照图 4 所示， 基于所形成的硬 掩模， 蚀刻硅衬底 10， 在硅衬底 10 中形成浅沟槽 15。此后， 在所述浅沟槽 15 中填充例如氧 化硅等介电材料就可形成浅沟槽隔离结构。
然而， 从图 4 中可以发现， 在蚀刻硅衬底 10 形成浅沟槽 15 后， 在浅沟槽 15 的顶部 会产生尖锐倒角 (sharp corner)16。后续形成栅氧化层后， 栅氧化层于该处对应位置处的 厚度也会偏薄， 如此将导致后续的栅氧化层可靠性测试时， 该处容易发生击穿。显然， 这种 情况将影响器件性能。 因此， 如何使浅沟槽顶部倒角变得圆滑， 以避免后续栅氧化层厚度过 薄， 也是业界较为关注的一个问题。
现有技术对于使浅沟槽顶部倒角变得圆滑的问题提出了多种解决方案。 在例如美 国专利 6287974B1 公开的方法中， 其通过控制干法蚀刻氮化层及场氧化层时的蚀刻气体及 反应条件， 使得蚀刻时产生的聚合物 (polymer) 堆积在浅沟槽顶部区域， 从而使得浅沟槽 顶部区域的倒角较为圆滑。然而， 浅沟槽内部的所述聚合物的残留就成为其不得不面对的 问题， 若不能有效清除所述聚合物就将导致出现工艺缺陷的几率大大增加。
现有技术的另一种改善浅沟槽顶部倒角的方法是 ： 蚀刻硅衬底形成浅沟槽后， 加 入一步氮化层的湿法蚀刻步骤， 腐蚀掉部分氮化层以暴露出更多的衬底。则在此之后于浅 沟槽中填充介电材料后， 所述倒角部位的隔离结构就不会过薄。 然而， 由于湿法蚀刻是各向 同性的蚀刻， 其会增加浅沟槽尺寸一致性的不稳定性， 并且也增加了工艺步骤。
而在例如美国专利 6033969 中公开的又一种方法中， 其在蚀刻硅衬底形成浅沟槽 后， 进行两步热氧化步骤， 先通过第一步热氧化， 在浅沟槽内填充氧化层并漫过所述浅沟 槽， 然后将所填充的氧化层去除， 此时浅沟槽顶部区域的倒角部位自然就变得圆滑， 在通过 第二步热氧化， 在所述浅沟槽内填充氧化层以形成隔离结构。 然而， 所述两步热氧化步骤生 长氧化层的时间相当长， 并且也增加了工艺步骤。
而现有技术的再一种方法， 同样是在形成浅沟槽后进行处理， 其通过氯气 (Cl2) 或 含氟、 碳的气体 (CxFx) 蚀刻暴露出的硅衬底， 试图通过控制蚀刻过程来获得较为圆滑的倒 角。 然而， 氯气对硅的蚀刻速率很快致使蚀刻过程非常不易控制， 而 CxFx 则会在蚀刻过程中
产生大量的聚合物， 可能导致出现工艺缺陷的几率大大增加。
因此， 改善浅沟槽顶部尖锐倒角的方法仍在不断研究中。 发明内容 本发明解决现有技术形成的浅沟槽的顶部存在尖锐倒角， 导致随后形成的栅氧化 层在此处的厚度偏薄， 容易发生击穿的问题。
为解决上述问题， 本发明提供一种浅沟槽隔离结构的制造方法， 包括 ：
形成开口暴露出衬底的硬掩模后， 将所述衬底置于氧氛围中进行氧化处理 ；
在所述氧化处理后， 通过干法蚀刻在所述开口处的衬底中形成浅沟槽。
与现有技术相比， 上述浅沟槽隔离结构的制造方法具有以下优点 ： 氧化处理后， 硬 掩模与衬底的接合处会形成薄层氧化层。在氧化处理后形成浅沟槽的干法蚀刻过程中， 所 述被薄层氧化层覆盖的区域被蚀刻的很少， 从而最终形成的浅沟槽， 其顶部的形状也会依 从薄层氧化层覆盖的形状， 因此具有较为圆滑的倒角。
另外， 由于氧还表现出一定的聚合物清除特性， 所述氧化处理过程还可以减少形 成硬掩模开口时残留于衬底表面的聚合物。 因此， 在使得浅沟槽顶部倒角较为圆滑的同时， 还可降低出现工艺缺陷的几率。
附图说明
图 1 至图 4 是现有技术一种常见的浅沟槽隔离结构的部分制造过程示意图 ； 图 5 是本发明浅沟槽隔离结构的制造方法的一种实施方式流程图 ； 图 6 至图 10 是本发明沟槽隔离结构的制造方法的一种实施例示意图 ； 图 11 是上述沟槽隔离结构的制造方法的实施例形成浅沟槽后的电镜图。具体实施方式
现有技术为改善浅沟槽顶部倒角的问题， 多半是在已形成浅沟槽之后进行后续工 艺的修正。并且， 其基于的原理多半也是通过再一次地腐蚀对尖锐倒角进行圆滑处理。除 了工艺步骤增加之外， 所述腐蚀过程的控制也不太容易， 从而可能会影响后续工艺的质量。
而一些在形成硬掩模时通过蚀刻控制来直接获得较为圆滑倒角的方法， 除了同样 的蚀刻过程较难控制的难点之外， 其在蚀刻后残留的聚合物也可能成为引发工艺缺陷的潜 在因素。
并且， 通过分析浅沟槽隔离结构的制造过程， 例如结合参考图 3 和图 4 可以发现， 浅沟槽顶部尖锐倒角 16 其实是由于过蚀刻氮化层 11 而导致的。由于过蚀刻氮化层 11 时， 氧化层 11 被去除后， 衬底 10 也被腐蚀了一部分厚度， 该被腐蚀部分与硬掩模的接合处就可 能在后续形成浅沟槽的过程中产生尖锐倒角。
基于此， 本发明提供一种浅沟槽隔离结构的制造方法， 从形成尖锐倒角的成因入 手， 于形成硬掩模后， 形成浅沟槽之前， 对具有硬掩模的衬底进行处理。
参照图 5 所示， 本发明浅沟槽隔离结构的制造方法的一种实施方式包括 ：
步骤 s1， 形成开口暴露出衬底的硬掩模后， 将所述衬底置于氧氛围中进行氧化处 理；步骤 s2， 在所述氧化处理后， 通过干法蚀刻在所述开口处的衬底中形成浅沟槽。
结合前述分析， 上述浅沟槽隔离结构的制造方法的实施方式中， 通过氧化处理， 在 硬掩模与衬底的接合处形成薄层氧化层。 该薄层氧化层在氧化处理后形成浅沟槽的干法蚀 刻过程中被蚀刻得很少， 从而最终形成的浅沟槽， 其顶部的形状也会依从薄层氧化层覆盖 的形状。 因此， 该薄层氧化层相当于作为硬掩模与衬底接合处的保护层， 使得形成的浅沟槽 顶部具有较为圆滑的倒角。
另外， 由于氧还表现出一定的聚合物清除特性， 所述氧化处理过程还可以减少形 成硬掩模开口时残留于衬底表面的聚合物。 因此， 在使得浅沟槽顶部倒角较为圆滑的同时， 还可降低出现工艺缺陷的几率。
此外， 由于氧基本腐蚀不了硅， 因而所述氧化处理的过程也不会伤及所暴露出的 衬底。 并且， 氧也基本腐蚀不了所述硬掩模， 因而所述氧化处理也更有利于控制浅沟槽的尺 寸。
以下结合附图对本发明浅沟槽隔离结构的制造方法进一步举例说明。
参照图 6 所示， 提供硅衬底 100， 并首先在硅衬底 100 上形成场氧化层 101。所述 场氧化层 101 可以通过炉管热氧化的方法在硅衬底 100 上生长氧化硅获得。
在形成场氧化层 101 后， 在场氧化层 101 上形成氮化硅层 102。所述氮化硅层 102 可以通过化学气相沉积或炉管热生长的方法在所述场氧化层 101 上形成。
所述场氧化层 101 及氮化硅层 102 用于作为后续形成硬掩模的硬掩模层。
参照图 7 所示， 在氮化硅层 102 上形成光阻层， 并进而形成光阻图形 103。所述光 阻图形 103 与待形成的浅沟槽的形状对应。
参照图 8 所示， 以光阻图形 103 为掩模， 依次蚀刻氮化硅层 102、 场氧化层 101， 形 成硬掩模， 所述硬掩模具有暴露出硅衬底 100 的开口 104。
所述蚀刻氮化硅层 102、 场氧化层 101 均可以采用干法蚀刻的方法。其中， 为确保 暴露出硅衬底 100， 蚀刻氮化硅层 102 的过程包括主蚀刻及主蚀刻后的过蚀刻。 通过主蚀刻 去除大部分厚度的氮化硅层 102， 接着经由过蚀刻去除场氧化层 101。并且， 所述过蚀刻后， 硅衬底 100 于所述开口 104 处的区域也会被蚀刻掉一部分厚度。
参照图 9 所示， 将所述具有硬掩模的硅衬底 100 置于氧氛围中进行氧化处理。考 虑到后续蚀刻硅衬底 100 时也会采用含氧的混合气体进行干法蚀刻， 以后续蚀刻硅的干法 蚀刻为等离子体蚀刻为例， 所述氧化处理可以将具有硬掩模的硅衬底 100 置于等离子体蚀 刻机台中进行。如此， 相当于将氧化处理的工艺和后续蚀刻硅衬底 100 的工艺整合在一个 机台中进行， 可以进一步提高制造的效率。
具体地说， 让所述衬底处于氧的等离子体氛围中。 此时， 不开启等离子蚀刻机台的 偏置电压， 则氧的等离子体会堆积在暴露出的硅衬底 100 表面， 从而与所述暴露的硅衬底 100 表面整体发生氧化反应， 生成了薄层的氧化硅层 105。所述氧化硅层 105 不仅覆盖了所 暴露的硅衬底 100 表面， 还覆盖了场氧化层 101 与硅衬底 100 的接合处。
并且， 在所述氧的等离子体氛围中， 前述蚀刻氮化硅层 102、 场氧化层 101 时残留 在硅衬底 100 表面的聚合物也会被逐渐清除。由于氧基本腐蚀不了硅， 因此可以通过控制 氧化处理的时间来获得较好的聚合物清除效果。
此外， 氧也基本腐蚀不了所述硬掩模， 因而不会对所述硬掩模造成损伤， 也更有利于控制浅沟槽的尺寸。
参照图 10 所示， 以所述硬掩模为掩模， 通过干法蚀刻在所述开口 104 处的硅衬底 100 中形成浅沟槽 106。
所述干法蚀刻通常采用氯气和氧气的混合气体作为蚀刻气体。 仍以等离子体蚀刻 为例， 此时开启等离子体蚀刻机台的偏置电压， 则所述混合气体的等离子体在所述偏置电 压的作用下就会沿图 10 中箭头方向蚀刻硅衬底 100。由于干法蚀刻是各向异性的蚀刻， 位 于侧壁方向的氧化硅层 105 被蚀刻得很少。因此， 最终形成的浅沟槽 106 的顶部的形状依 从氧化硅层 105 的覆盖形状， 具有较为圆滑的倒角。
后续地， 通过在所述沟槽 106 中填充例如氧化硅等介电材料就可形成浅沟槽隔离 结构。所述填充沟槽 106 的方法可以采用例如高密度离子增强化学气相沉积的方法。
参照图 11 所示， 从形成浅沟槽后的电镜检测可以发现， 浅沟槽顶部的倒角 200 非 常圆滑。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上， 但本发明并非限定于此。任何本领域技术 人员， 在不脱离本发明的精神和范围内， 均可作各种更动与修改， 因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。