(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011187610.9
(22)申请日 2020.10.30
(71)申请人 上海华力微电子有限公司
地址 201315 上海市浦东新区良腾路6号
(72)发明人 沈显青 吴智勇 李东 袁慎顽
(74)专利代理机构 上海思微知识产权代理事务
所(普通合伙) 31237
代理人 曹廷廷
(51)Int.Cl.
H01L 21/762(2006.01)
(54)发明名称浅沟槽隔离结构的形成方法(57)摘要本发明提供了一种浅沟槽隔离结构的形成方法，包括：在衬底上形成氧化物层和氮化物层；刻蚀氮化物层、氧化物层和衬底，在衬底内形成第一高度浅沟槽，第一高度浅沟槽的侧壁部分向外侧凸起；在第一高度浅沟槽的至少部分侧壁上形成内衬氧化层，以填充第一高度浅沟槽的侧壁向外凸起的部分，使得第一高度沟槽的侧壁是平滑的直壁；在第一高度浅沟槽底部，继续刻蚀衬底形成第二高度浅沟槽，并向第二高度浅沟槽中填充绝缘材料形成浅沟槽隔离结构。内衬氧化层可以使得第一高度浅沟槽的侧壁是平滑的直壁，进而使得第二高度浅沟槽的侧壁为平滑的直壁，以提高第二高度浅沟槽绝缘材料填充的工艺窗 口。权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 112216651 A 2021.01.12
C N 112216651
A
1.一种浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底，在所述衬底上形成氧化物层和氮化物层；
刻蚀所述氮化物层、氧化物层和衬底，在所述衬底内形成第一高度浅沟槽，所述第一高度浅沟槽的侧壁部分向第一高度浅沟槽形成的腔体的外侧凸起；
在所述第一高度浅沟槽的至少部分侧壁上形成内衬氧化层，以填充所述第一高度浅沟槽的侧壁向外凸起的部分，使得所述第一高度沟槽的侧壁是平滑的直壁；
在所述第一高度浅沟槽底部，继续刻蚀所述衬底形成第二高度浅沟槽，并向所述第二高度浅沟槽中填充绝缘材料形成浅沟槽隔离结构。
2.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，在所述衬底上形成氧化物层和氮化物层之后，刻蚀所述氮化物层、氧化物层和衬底形成第一高度浅沟槽之前，还包括：
在所述氮化物层上依次形成抗反射涂层和图形化的光刻胶层。
3.如权利要求2所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，刻蚀所述氮化物层、氧化物层和衬底形成第一高度浅沟槽的方法包括：
依次刻蚀所述图形化的光刻胶层、抗反射涂层、氮化物层和氧化物层露出所述衬底表面；
依次去除所述图形化的光刻胶层和所述抗反射涂层；
刻蚀暴露出的所述衬底的表面形成第一高度浅沟槽。
4.如权利要求3所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺依次刻蚀所述图形化的光刻胶层、抗反射涂层、氮化物层和氧化物层露出所述衬底表面。
5.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，在所述第一高度浅沟槽的侧壁上形成内衬氧化层的方法包括：使用炉管生长的方法在所述第一高度浅沟槽的侧壁上形成内衬氧化层。
6.如权利要求5所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述炉管生长的工艺时间为：50s～70s。
7.如权利要求5所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述炉管生长的温度为：60℃±10℃。
8.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述氮化物层、氧化物层和衬底形成第一高度浅沟槽。
9.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，从所述第一高度浅沟槽底部继续刻蚀所述衬底形成第二高度浅沟槽采用干法刻蚀的方法。
10.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述衬底的透光率小于20％。
权 利 要 求 书1/1页CN 112216651 A
浅沟槽隔离结构的形成方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种浅沟槽隔离结构的形成方法。
背景技术
[0002]在STI(浅沟槽隔离结构)刻蚀工艺中，由于部分产品的晶圆(衬底)的整体透光率小(比如整体透光率小于了20％)，导致STI的刻蚀腔体内的等离子体相对强度较高，因为刻蚀形成STI采用的干法刻蚀，而且采用的是各向同性刻蚀的干法刻蚀，所以刻蚀时，除了会在垂直于衬底表面的衬底内向下刻蚀外，还会出现水平方向(平行于衬底表面的方向)上的刻蚀。所以当STI的刻蚀腔体内的等离子体相对强度较高时，干法刻蚀中的各向同性刻蚀能力表现较为突出，可能在某些地方引起STI在水平面上的刻蚀较多，导致刻蚀后形成的STI 的侧壁形貌部分出现向外凸起的现象，使得后续浅沟槽绝缘材料(氧化物)填充的工艺窗口不足。
发明内容
[0003]本发明的目的在于提供一种浅沟槽隔离结构的形成方法，可以改善STI侧壁的形貌出现向外凸起的情况，从而提高浅沟槽绝缘材料填充的工艺窗口。
[0004]为了达到上述目的，本发明提供了一种浅沟槽隔离结构的形成方法，包括：[0005]提供衬底，在所述衬底上形成氧化物层和氮化物层；
[0006]刻蚀所述氮化物层、氧化物层和衬底，在所述衬底内形成第一高度浅沟槽，所述第一高度浅沟槽的侧壁部分向第一高度浅沟槽形成的腔体的外侧凸起；
[0007]在所述第一高度浅沟槽的至少部分侧壁上形成内衬氧化层，以填充所述第一高度浅沟槽的侧壁向外凸起的部分，使得所述第一高度沟槽的侧壁是平滑的直壁；
[0008]在所述第一高度浅沟槽底部，继续刻蚀所述衬底形成第二高度浅沟槽，并向所述第二高度浅沟槽中填充绝缘材料形成浅沟槽隔离结构。
[0009]可选的，在所述的浅沟槽隔离结构的形成方法中，在所述衬底上形成氧化物层和氮化物层之后，刻蚀所述氮化物层、氧化物层和衬底形成第一高度浅沟槽之前，还包括：[0010]在所述氮化物层上依次形成抗反射涂层和图形化的光刻胶层。
[0011]可选的，在所述的浅沟槽隔离结构的形成方法中，刻蚀所述氮化物层、氧化物层和衬底形成第一高度浅沟槽的方法包括：
[0012]依次刻蚀所述图形化的光刻胶层、抗反射涂层、氮化物层和氧化物层露出所述衬底表面；
[0013]依次去除所述图形化的光刻胶层和所述抗反射涂层；
[0014]刻蚀暴露出的所述衬底的表面形成第一高度浅沟槽。
[0015]可选的，在所述的浅沟槽隔离结构的形成方法中，采用湿法刻蚀工艺依次刻蚀所述图形化的光刻胶层、抗反射涂层、氮化物层和氧化物层露出所述衬底表面。
[0016]可选的，在所述的浅沟槽隔离结构的形成方法中，在所述第一高度浅沟槽的侧壁
上形成内衬氧化层的方法包括：使用炉管生长的方法在所述第一高度浅沟槽的侧壁上形成内衬氧化层。
[0017]可选的，在所述的浅沟槽隔离结构的形成方法中，所述炉管生长的工艺时间为：50s～70s。
[0018]可选的，在所述的浅沟槽隔离结构的形成方法中，所述炉管生长的温度为：60℃±10℃。
[0019]可选的，在所述的浅沟槽隔离结构的形成方法中，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述氮化物层、氧化物层和衬底形成第一高度浅沟槽。
[0020]可选的，在所述的浅沟槽隔离结构的形成方法中，从所述第一高度浅沟槽底部继续刻蚀所述衬底形成第二高度浅沟槽采用干法刻蚀的方法。
[0021]可选的，在所述的浅沟槽隔离结构的形成方法中，所述衬底的透光率小于20％。[0022]在本发明提供的浅沟槽隔离结构的形成方法中，包括：提供衬底，在所述衬底上形成氧化物层和氮化物层；刻蚀所述氮化物层、氧化物层和衬底，在所述衬底内形成第一高度浅沟槽，所述第一高度浅沟槽的侧壁部分向第一高度浅沟槽形成的腔体的外侧凸起；在所述第一高度浅沟槽的至少部分侧壁上形成内衬氧化层，以填充所述第一高度浅沟槽的侧壁向外凸起的部分，使得所述第一高度沟槽的侧壁是平滑的直壁；在所述第一高度浅沟槽底部，继续刻蚀所述衬底形成第二高度浅沟槽，并向所述第二高度浅沟槽中填充绝缘材料形成浅沟槽隔离结构。内衬氧化层可以使得第一高度浅沟槽的侧壁不是向外凸起的而是平滑的直壁，进而使得第二高度浅沟槽的侧壁为平滑的直壁，最后使得向第二高度浅沟槽填充绝缘材料形成浅沟槽隔离结构时能填充第二高度浅沟槽内的每个空隙，以提高第二高度浅沟槽绝缘材料填充的工艺窗口。
附图说明
[0023]图1是本发明实施例的浅沟槽隔离结构的形成方法的流程图；
[0024]图2至图8是本发明实施例的浅沟槽隔离结构的形成方法的示意图；
[0025]图中：110-衬底、120-氧化层、130-氮化层、140-抗反射涂层、150-图形化的光刻胶、160-第一高度浅沟槽、170-内衬氧化层、180-第二高度浅沟槽、190-浅沟槽隔离结构。
具体实施方式
[0026]下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0027]在下文中，术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。
[0028]请参照图1，本发明提供了一种浅沟槽隔离结构的形成方法，包括：
[0029]S11：提供衬底，在所述衬底上形成氧化物层和氮化物层；
[0030]S12：刻蚀所述氮化物层、氧化物层和衬底，在所述衬底内形成第一高度浅沟槽，所述第一高度浅沟槽的侧壁部分向第一高度浅沟槽形成的腔体的外侧凸起；
[0031]S13：在所述第一高度浅沟槽的至少部分侧壁上形成内衬氧化层，以填充所述第一高度浅沟槽的侧壁向外凸起的部分，使得所述第一高度沟槽的侧壁是平滑的直壁；[0032]S14：在所述第一高度浅沟槽底部，继续刻蚀所述衬底形成第二高度浅沟槽，并向所述第二高度浅沟槽中填充绝缘材料形成浅沟槽隔离结构。
[0033]请参照图2和图3，首先提供一衬底110，衬底110可以是一硅衬底，向所述衬底110上形成氧化物层120和氮化物层130，形成氧化物层120和氮化物层130的方法均可以是化学气相沉积方法，形成氧化物层120的材料可以氧化物，具体的可以是氧化物，例如二氧化硅。形成氮化物层130的材料是氮化物，例如，可以是氮化硅。接着，在氮化物层130上形成抗反射涂层140和图形化的光刻胶层150，以图形化的光刻胶层150刻蚀所述光刻胶层和所述抗反射涂层140露出氮化物层130的表面。接着，以刻蚀后的光刻胶层为遮挡物刻蚀氮化物层130和氧化物层120，露出衬底110的表面。刻蚀氮化物层130和氧化物层120均采用湿法刻蚀。刻蚀后的氮化物层130和氧化物层120成为多个柱状物的形状，柱状物之间露出衬底110的表面。
[0034]接着，请参照图4，去除所述图形化的光刻胶层150和所述抗反射涂层140后，还可以清洗去除衬底110(硅)表面自然产生的氧化物。接着，刻蚀沟槽内的衬底110以形成浅沟槽，现有技术中，是直接使用干法刻蚀刻蚀衬底以形成浅沟槽的，但是对于衬底110的透光率较小，例如，小于20％时，就可能导致刻蚀浅沟槽的腔体(即刻蚀衬底形成的腔体)内的等离子体较多，由于刻蚀形成STI采用的干法刻蚀，此次干法刻蚀又是采用各向同性刻蚀，所以会造成刻蚀形成的侧壁不止是在垂直于衬底110表面的竖直方向上进行了刻蚀，还会在横向进行刻蚀。而且当STI的刻蚀腔体内的等离子体相对强度较高时，干法刻蚀中的各向同性刻蚀能力表现较为突出，可能在某些地方引起STI在水平面上的刻蚀较多。所以造成刻蚀的STI侧壁在某些地方出现向浅沟槽外凸起的情况，即侧壁并没有刻蚀形成一个直的平滑的侧壁，而
是在中间有部分向外凸起。这时候若不进行处理，在后续填充浅沟槽形成浅沟槽隔离结构的步骤中，可能导致在侧壁向外凸起部分处填充不满的情况，影响氧化物填充的工艺窗口。
[0035]本发明实施例，在出现侧壁向外凸起的时候增加一道形成内衬氧化层的方法，因此，可以根据实验一些样品优先取得侧壁向外凸起的位置，作为本发明实际生产时形成第一高度沟槽的高度。当然，第一高度的值的获得也可以是发明人通过其他方法获得，甚至可以是发明人设定的一个值。
[0036]请参照图5，本发明实施例刻蚀沟槽内的衬底110以形成浅沟槽的具体方法为：首先，刻蚀氧化物层120之间露出的衬底110，形成第一高度浅沟槽160，第一高度浅沟槽160的高度获得方法前面已经介绍，在此不做赘述。形成第一高度浅沟槽160后，发现第一高度浅沟槽160的侧壁向第一高度浅沟槽160形成的腔体的外侧凸起。凸起的角度因为工艺的不同，可能在不同产品出现不同的凸起角度，具体的，可以根据实际生产情况而定。
[0037]接着，请参照图6，可以向第一高度浅沟槽160的侧壁处形成一内衬氧化层170以弥补第一高度浅沟槽160的侧壁向第一高度浅沟槽160的外侧凸起的情况。内衬氧化层170完美贴合第一高度浅沟槽160的侧壁，内衬氧化层170向着腔体的那一侧是一直壁，以使得贴
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