CN114284203A - 带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法。该方法包括以下依次进行的步骤：提供硅衬底层，硅衬底层上定义有沟槽隔离结构窗口；使得聚合物气体流经硅衬底层；使得聚合物气体电离形成聚合物离子，聚合物离子沉积在沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层；基于表面形成有形成聚合物层的沟槽隔离结构窗口，对硅衬底层进行第一次刻蚀，形成第一浅沟槽结构，第一浅沟槽结构的顶角上覆盖有剩余聚合物层；基于沟槽隔离结构窗口，对硅衬底层进行第二次刻蚀，使得第一浅沟槽结构向下延伸形成沟槽结构；剩余聚合物层对顶角的保护作用降低第二次刻蚀对顶角的刻蚀速率，使得顶角圆角化形成顶部圆角。
Description
技术领域
本申请涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法。
背景技术
随着半导体技术的发展，集成电路中器件的尺寸越来越小，为实现高密度、高性能的MOS晶体管，隔离结构的制作工艺越来越重要。
浅沟槽隔离结构(STI，Shallow Trench Isolation)用于使得相邻MOS晶体管的有源区隔离。
为了提高器件有源区之间的隔离效果，改善器件的漏电流性能，在制作浅沟槽隔离结构的沟槽时通常使得该沟槽的顶角部圆角化形成顶部圆角(TCR，Top CorningRounding)。为了满足不同产品的要求，该顶部圆角按照圆角直径分为小、中、大三种尺寸，当圆角直径大于20nm的顶部圆角为大尺寸顶部圆角。
相关技术在制作大尺寸顶部圆角时，通常会使得所形成的圆角要么下凹，要么表面不平滑，难以形成平滑且外凸的大尺寸顶部圆角。
发明内容
本申请提供了一种带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法，可以解决相关技术中难以形成平滑且外凸的大尺寸顶部圆角的问题。
为了解决背景技术中所述的技术问题，本申请提供一种带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法，所述带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法包括以下依次进行的步骤：
提供硅衬底层，所述硅衬底层上定义有沟槽隔离结构窗口；
使得聚合物气体流经所述硅衬底层；
使得所述聚合物气体电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层；
基于表面形成有形成聚合物层的所述沟槽隔离结构窗口，对所述硅衬底层进行第一次刻蚀，形成第一浅沟槽结构，所述第一浅沟槽结构的顶角上覆盖有剩余聚合物层；
基于所述沟槽隔离结构窗口，对所述硅衬底层进行第二次刻蚀，使得所述第一浅沟槽结构向下延伸形成沟槽结构；
所述剩余聚合物层对所述顶角的保护作用降低所述第二次刻蚀对所述顶角的刻蚀速率，使得所述顶角圆角化形成顶部圆角。
可选地，所述提供硅衬底层，所述硅衬底层上定义有沟槽隔离结构窗口的步骤，包括：
提供硅衬底层；
通过掩模结构在所述硅衬底层上定义出沟槽隔离结构窗口；位于所述沟槽隔离结构窗口位置处的硅衬底层上表面外露。
可选地，所述使得聚合物气体流经所述硅衬底层的步骤，包括：
使得聚合物气体流经所述硅衬底层时，所述聚合物气体也流经所述沟槽隔离结构窗口。
可选地，所述使得聚合物气体流经所述硅衬底层的步骤，包括：
使得碳氟比大于0.5的聚合物气体流经所述硅衬底层。
可选地，所述聚合物气体为三氟甲烷CHF3、二氟甲烷CH2F2，全氟丁二烯C4F6，八氟环戊烯C5F8，氟甲烷CH3F中任意一种气体或多种气体的组合。
可选地，所述使得聚合物气体流经所述硅衬底层的步骤，包括：
使得总流量大于150SCCM的聚合物气体流经所述硅衬底层。
可选地，所述使得所述聚合物气体电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层的步骤，包括：
对所述聚合物气体施加功率电源，使得所述聚合物气体电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层。
可选地，所述功率电源的功率大于1000W。
可选地，所述使得所述聚合物气体电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层的步骤，包括：
使得所述聚合物气体在大于30mT的压力环境下电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层。
本申请技术方案，至少包括如下优点：本申请通过使得聚合物气体流经所述硅衬底层，再将该聚合物气体电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层，并分两次对硅衬底层进行刻蚀使得在对应该沟槽隔离结构窗口位置处的硅衬底层中形成沟槽结构，且该沟槽的顶角由于聚合物层的保护作用，从而其刻蚀速率较低，使得该顶角圆角化形成平滑且外凸的大尺寸顶部圆角。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请一实施例提供的带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法流程图；
图1a示出了本申请一实施例所提供的硅衬底层剖视结构示意图；
图1b示出了本申请一实施例在步骤S3完成后形成的器件剖视结构示意图；
图1c示出了本申请一实施例在图1b所示结构基础上，完成步骤S4后的器件剖视结构示意图；
图1d示出了本申请一实施例在图1c所示结构的基础上，完成步骤S5后的器件剖视结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图1示出了本申请一实施例提供的带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法流程图，从图1中可以看出，该带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法包括以下依次执行的步骤S1至步骤S5，其中：
步骤S1：提供硅衬底层，所述硅衬底层上定义有沟槽隔离结构窗口。
参照图1a，其示出了本申请一实施例所提供的硅衬底层剖视结构示意图。
从图1a中可以看出，该硅衬底层110上形成掩模结构120，该掩模结构120中开设形成沟槽隔离结构窗口130，硅衬底层110的上表面从该沟槽隔离结构窗口130中外露。
可选地，该掩模结构120包括覆盖在硅衬底层110上表面上的氧化硅层121，和覆盖在该氧化硅层121上的硬质掩模层122，该硬质掩模层122的材质可以为氮化硅。
步骤S2：使得聚合物气体流经所述硅衬底层。
在使得聚合物气体流经图1a所示的硅衬底层110时，该聚合物气体也流经该沟槽隔离结构窗口130。
可选地，该聚合物气体中的碳氟比大于0.5，例如，该聚合物气体可以为三氟甲烷CHF3、二氟甲烷CH2F2，全氟丁二烯C4F6，八氟环戊烯C5F8，氟甲烷CH3F中任意一种气体或多种气体的组合。
在使得聚合物气体流经所述硅衬底层过程中，可以使得总流量大于150SCCM的聚合物气体流经图1a所示的硅衬底层。
步骤S3：使得所述聚合物气体电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层。
其中步骤S3可以和步骤S2同时进行，即在使得聚合物气体流经所述硅衬底层的过程中，使得所述聚合物气体电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层。
为了提高聚合物离子的电离效率，可以在聚合物气体流经所述硅衬底层的过程中，对该聚合物气体施加功率电源，该功率电源的功率可以大于1000W。
为了提高合物离子沉积在图1a所示沟槽隔离结构窗口130的表面形成聚合物层的效率，可以使得所述聚合物气体在大于30mT的压力环境下电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层。
参照图1b，其示出了本申请一实施例在步骤S3完成后形成的器件剖视结构示意图。
从图1b中可以看出，所形成的聚合物层140覆盖在沟槽隔离结构窗口130的底面、侧面和上面周围，即覆盖在从该沟槽隔离结构窗口130位置处外露的硅衬底层110上表面，从该沟槽隔离结构窗口130位置处外露的掩模结构120的侧表面，和该沟槽隔离结构窗口130周围的掩模结构120的上表面。
步骤S4：基于表面形成有形成聚合物层的所述沟槽隔离结构窗口，对所述硅衬底层进行第一次刻蚀，形成第一浅沟槽结构，所述第一浅沟槽结构的顶角上覆盖有剩余聚合物层。
参照图1c，其示出了本申请一实施例在图1b所示结构基础上，完成步骤S4后的器件剖视结构示意图。
从图1c中可以看出，在该第一次刻蚀过程中，图1b中所示的聚合物层140起到刻蚀阻挡作用，使得在第一次刻蚀后，覆盖沟槽隔离结构窗口130侧面的聚合物层部分剩余形成剩余聚合物层141。覆盖沟槽隔离结构窗口130底面的聚合物层，和覆盖沟槽隔离结构窗口130上面周围的聚合物层被刻蚀去除，且覆盖沟槽隔离结构窗口130底面的聚合物层被刻蚀去除后，继续刻蚀硅衬底层110，使得该硅衬底层110中形成第一浅沟槽结构150。该第一浅沟槽结构150从该硅衬底层110的上表面向下延伸，且该第一浅沟槽结构150的两侧形成顶角160，该顶角160上覆盖有该剩余聚合物层141。
步骤S5：基于所述沟槽隔离结构窗口，对所述硅衬底层进行第二次刻蚀，使得所述第一浅沟槽结构向下延伸形成沟槽结构。
所述剩余聚合物层对所述顶角的保护作用降低所述第二次刻蚀对所述顶角的刻蚀速率，使得所述顶角圆角化形成顶部圆角。
参照图1d，其示出了本申请一实施例在图1c所示结构的基础上，完成步骤S5后的器件剖视结构示意图。
从图1d中可以看出，该第二次刻蚀步骤，使得在图1c所示的第一浅沟槽结构150的基础上继续向下延伸刻蚀形成沟槽结构170。该第二次刻蚀过程中使得图1c中的剩余聚合物层141被逐渐刻蚀去除，从而降低所述第二次刻蚀对所述顶角160的刻蚀速率，使得所述顶角160圆角化形成顶部圆角。
通过以上所述可以看出，本申请通过使得聚合物气体流经所述硅衬底层，再将该聚合物气体电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层，并分两次对硅衬底层进行刻蚀使得在对应该沟槽隔离结构窗口位置处的硅衬底层中形成沟槽结构，且该沟槽的顶角由于聚合物层的保护作用，从而其刻蚀速率较低，使得该顶角圆角化形成平滑且外凸的大尺寸顶部圆角。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法包括以下依次进行的步骤：
提供硅衬底层，所述硅衬底层上定义有沟槽隔离结构窗口；
使得聚合物气体流经所述硅衬底层；
使得所述聚合物气体电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层；
基于表面形成有形成聚合物层的所述沟槽隔离结构窗口，对所述硅衬底层进行第一次刻蚀，形成第一浅沟槽结构，所述第一浅沟槽结构的顶角上覆盖有剩余聚合物层；
基于所述沟槽隔离结构窗口，对所述硅衬底层进行第二次刻蚀，使得所述第一浅沟槽结构向下延伸形成沟槽结构；
所述剩余聚合物层对所述顶角的保护作用降低所述第二次刻蚀对所述顶角的刻蚀速率，使得所述顶角圆角化形成顶部圆角。
2.如权利要求1所述的带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述提供硅衬底层，所述硅衬底层上定义有沟槽隔离结构窗口的步骤，包括：
提供硅衬底层；
通过掩模结构在所述硅衬底层上定义出沟槽隔离结构窗口；位于所述沟槽隔离结构窗口位置处的硅衬底层上表面外露。
3.如权利要求1所述的带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述使得聚合物气体流经所述硅衬底层的步骤，包括：
使得聚合物气体流经所述硅衬底层时，所述聚合物气体也流经所述沟槽隔离结构窗口。
4.如权利要求1或3所述的带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述使得聚合物气体流经所述硅衬底层的步骤，包括：
使得碳氟比大于0.5的聚合物气体流经所述硅衬底层。
5.如权利要求4所述的带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述聚合物气体为三氟甲烷CHF3、二氟甲烷CH2F2，全氟丁二烯C4F6，八氟环戊烯C5F8，氟甲烷CH3F中任意一种气体或多种气体的组合。
6.如权利要求1所述的带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述使得聚合物气体流经所述硅衬底层的步骤，包括：
使得总流量大于150SCCM的聚合物气体流经所述硅衬底层。
7.如权利要求1所述的带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述使得所述聚合物气体电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层的步骤，包括：
对所述聚合物气体施加功率电源，使得所述聚合物气体电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层。
8.如权利要求1所述的带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述功率电源的功率大于1000W。
9.如权利要求1所述的带有顶部圆角沟槽隔离结构的制造方法，其特征在于，所述使得所述聚合物气体电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层的步骤，包括：
使得所述聚合物气体在大于30mT的压力环境下电离形成聚合物离子，所述聚合物离子沉积在所述沟槽隔离结构窗口的表面形成聚合物层。
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