一種形成淺溝槽隔離的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種形成淺溝槽隔離的方法，所述方法包括：提供一晶圓，于所述晶圓表面向上設(shè)置隧道氧化層，浮柵極多晶硅層，硬質(zhì)掩膜，正硅酸乙酯，底部抗反射層和光阻層；對(duì)所述光阻層曝光顯影；對(duì)所述底部抗反射層刻蝕進(jìn)行刻蝕，并對(duì)所述光阻進(jìn)行硬化處理；對(duì)所述正硅酸乙酯層和所述硬質(zhì)掩膜層進(jìn)行刻蝕；去除所述光阻層和所述底部抗反射層；對(duì)所述浮柵極多晶硅層、所述隧道氧化層與所述晶圓襯底進(jìn)行刻蝕。通過(guò)本發(fā)明的一種改善自對(duì)準(zhǔn)淺溝槽隔離工藝中有源區(qū)線寬扭曲的刻蝕方案能夠改進(jìn)45nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)以下自對(duì)準(zhǔn)淺溝槽刻蝕工藝中有源區(qū)線形扭曲，以及溝槽深度局部不均一性。
【專利說(shuō)明】 一種形成淺溝槽隔離的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種形成淺溝槽隔離的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,在65nm以下的閃存技術(shù)中，為了解決浮柵極多晶娃(Floating Gate Poly)均一'I"生以及隧道氧化層(Tunnel Oxide)頂角薄化問(wèn)題,采用了自對(duì)準(zhǔn)淺溝槽刻蝕(Selfalign AA Etch)方法，就是將浮柵極多晶硅和淺溝槽整合到一道刻蝕工藝中。
[0003]如圖1-8所示，在現(xiàn)有技術(shù)中，通常的做法是引入APF(Advanced PatterningFilm)作為SIN刻蝕、浮柵極多晶硅(Floating Gate Poly)刻蝕和Si襯底刻蝕的阻擋層。
[0004]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的以APF層為硬質(zhì)掩膜層、浮柵極多晶硅以及硅襯底刻蝕阻擋層的工藝流程示意圖。圖2-8是現(xiàn)有技術(shù)的以APF層為硬質(zhì)掩膜層、浮柵極多晶硅以及硅襯底刻蝕阻擋層的各個(gè)工藝流程步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0005]首先提供一晶圓11，于晶圓表面向上依次設(shè)置隧道氧化層(Tunnel Oxide) 12,浮柵極多晶娃層13,硬質(zhì)掩膜層14,先進(jìn)圖形化膜層(Advanced Patterning Film,簡(jiǎn)稱:APF) 15,抗放射介電圖層(Dielectric Ant1-Reflective Coating,簡(jiǎn)稱:DARC) 16,覆蓋氧化層17,底部抗反射層(Bottom Ant1-Reflective Coating,簡(jiǎn)稱:BARC) 18和光阻層(Photoresist Film)。然后,對(duì)晶圓11上光阻層進(jìn)行曝光顯影生成圖像,形成如圖2所示結(jié)構(gòu)。
[0006]然后，使用剩余光阻層19為阻擋層對(duì)BRAC層18與覆蓋氧化層17進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于DARC層16上界面，并對(duì)光阻層19經(jīng)行硬化處理，形成如圖3所示結(jié)構(gòu)。
[0007]再原位去除光阻層19，使用被刻蝕過(guò)的BARC層18’為阻擋層對(duì)DRAC層16進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于APF層15上界面，并對(duì)刻蝕線寬經(jīng)行校正，形成如圖4所示結(jié)構(gòu)。
[0008]然后，去除使用被刻蝕過(guò)的BARC層18’與被刻蝕過(guò)的覆蓋氧化層17’，利用被刻蝕過(guò)的DARC層16’為阻擋層對(duì)APF層15進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于硬質(zhì)掩膜層14上界面，形成如圖5所示結(jié)構(gòu)。然后，去除被刻蝕過(guò)的DARC層16’，利用被刻蝕過(guò)的APF層15’為阻擋層對(duì)硬質(zhì)掩膜層14進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于浮柵極多晶硅層12上界面，形成如圖6所示結(jié)構(gòu)。
[0009]然后，利用被刻蝕過(guò)的APF層15’為阻擋層對(duì)浮柵極多晶硅層12進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于隧道氧化層12上界面，形成如圖7所示結(jié)構(gòu)。
[0010]最后，利用被刻蝕過(guò)的APF層15’為阻擋層對(duì)晶圓硅襯底11進(jìn)行刻蝕，形成如圖8所示結(jié)構(gòu)。
[0011]由于硬質(zhì)掩膜層14、浮柵極多晶硅層13、隧道氧化層12與晶圓硅襯底11的刻蝕工藝都以APF層15作為刻蝕阻擋層，故APF層15就決定了有源區(qū)的線性優(yōu)劣與溝槽深度的均一性,將刻蝕選擇比(etchsel ectivity)以及工藝窗口(Process Window)計(jì)算在內(nèi)，對(duì)于700 A硬質(zhì)掩膜層14、900 A浮柵極多晶硅層13、以及2000 A的硅襯底11溝槽深度，APF層15的厚度應(yīng)在2500 A以上；而當(dāng)有源區(qū)的線寬持續(xù)微縮至45nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)及以下，APF層15巨大的深寬比就容易造成線形扭曲，以及溝槽深度局部不均一性。[0012]中國(guó)專利(CN1624873A)公開(kāi)了一種光刻用硫化物半導(dǎo)體薄膜，其特征在于所述的硫化物半導(dǎo)體掩膜的材料為碲化鍺，鍺銻碲，銀銦銻碲，碲化銻或銻。本發(fā)明硫化物半導(dǎo)體掩膜材料由于材料的三階非線性效應(yīng)，能大大減小光斑或者刻蝕線寬，刻蝕點(diǎn)或刻蝕線寬是光斑衍射極限的1/3-1/6。
[0013]該專利主要解決了材料刻蝕線寬過(guò)大的問(wèn)題，但并未涉及到如何在保證較小線寬的情況下保證刻蝕溝槽線性度與溝槽深度均勻性的問(wèn)題。
[0014]中國(guó)專利(CN102254812A)公開(kāi)了一種干法刻蝕方法，再完成第一主刻蝕步驟之后，繼續(xù)進(jìn)行第一附加刻蝕步驟，所述第一附加刻蝕步驟中采用第一惰性氣體，惰性氣體難以離化成等離子體，從而在第一附加刻蝕步驟中將基本不發(fā)生刻蝕；此外，由于第一附加刻蝕步驟采用第一附加刻蝕射頻功率，從而，在第一主刻蝕步驟完成后，采用的第一主刻蝕射頻功率也不需要衰減到零瓦，即減小了第一主刻蝕射頻功率衰減所引起的不期望的刻蝕，最終，減小了不期望的刻蝕，提高了刻蝕精度。
[0015]該專利主要通過(guò)控制刻蝕氣體解決了控制刻蝕線寬精度的問(wèn)題，但并未涉及到如何在保證較小線寬的情況下保證刻蝕溝槽線性度與溝槽深度均勻性的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種改善自對(duì)準(zhǔn)淺溝槽隔離工藝中線寬扭曲的方案。
[0017]本發(fā)明的上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0018]步驟S1:提供一晶圓襯底，于所述晶圓表面向上依次設(shè)置隧道氧化層、浮柵極多晶硅層、硬質(zhì)掩膜層、低壓正硅酸乙酯層、底部抗反射層和光阻層；
[0019]步驟S2:對(duì)所述晶圓上所述光阻層進(jìn)行曝光顯影，使所述光阻層上形成圖案凹口，成為可供刻蝕使用的光阻掩膜層；
[0020]步驟S3:以所述光阻掩膜層為刻蝕掩膜對(duì)所述底部抗反射層進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于所述低壓正硅酸乙酯層上表面，并對(duì)所述光阻掩膜層進(jìn)行硬化處理；
[0021]步驟S4:以所述光阻掩膜層為刻蝕掩膜對(duì)所述低壓正硅酸乙酯層和所述硬質(zhì)掩膜層進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于所述浮柵極多晶硅層上表面；
[0022]步驟S5:去除所述光阻掩膜層和剩余的底部抗反射層；
[0023]步驟S6:以所述經(jīng)刻蝕后形成貫通凹口的低壓正硅酸乙酯層為刻蝕掩膜，對(duì)所述晶圓上的所述浮柵極多晶硅層、所述隧道氧化層與所述晶圓襯底進(jìn)行刻蝕，以在所述晶圓襯底中形成淺溝槽。
[0024]所述的形成淺溝槽隔離的方法，其中，所述低壓正硅酸乙酯層的厚度根據(jù)所述浮柵極多晶硅層的厚度、所述隧道氧化層的厚度以及所述晶圓襯底的刻蝕深度，并結(jié)合刻蝕選擇比來(lái)確定。
[0025]所述的形成淺溝槽隔離的方法，其中，在所述光阻曝光顯影步驟中，使用ArF進(jìn)行顯影。
[0026]所述的形成淺溝槽隔離的方法，其中，所述正硅酸乙酯層刻蝕，采用刻蝕終點(diǎn)法將正硅酸乙酯刻蝕停止在浮柵極多晶硅。
[0027]所述的形成淺溝槽隔離的方法，其中，使用CH2F2/CF4組合氣體作為刻蝕氣體對(duì)所述正硅酸乙酯層與所述硬質(zhì)掩膜層進(jìn)行刻蝕。
[0028]所述的形成淺溝槽隔離的方法，其中，采用不加偏壓的CF4/CHF3組合氣體作為刻蝕氣體對(duì)材質(zhì)為氮化硅的所述硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，并在刻蝕完成后采用各向同性的氮化硅刻蝕來(lái)調(diào)整線寬。
[0029]所述的形成淺溝槽隔離的方法，其中，使用高流量的O2來(lái)去除所述光阻掩膜層和剩余的底部抗反射層。
[0030]所述的形成淺溝槽隔離的方法，其中，所述浮柵極多晶硅層采用刻蝕終點(diǎn)法將刻蝕終點(diǎn)停止在所述隧道氧化層界面。
[0031]所述的形成淺溝槽隔離的方法，其中，采用HBr/02組合氣體作為刻蝕氣體刻蝕所述浮柵極多晶硅層。
[0032]所述的形成淺溝槽隔離的方法，其中，采用HBr/Cl2/CHF3組合氣體作為刻蝕氣體刻蝕所述晶圓襯底。
[0033]上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果:
[0034]通過(guò)本發(fā)明的一種改善自對(duì)準(zhǔn)淺溝槽隔離工藝中有源區(qū)線寬扭曲的刻蝕方案能夠改進(jìn)45nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)以下自對(duì)準(zhǔn)淺溝槽刻蝕(Self align AA Etch)工藝中有源區(qū)線形扭曲，以及溝槽深度局部不均一性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035]參考所附附圖，以更加充分的描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，所附附圖僅用于說(shuō)明和闡述，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
[0036]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的自對(duì)準(zhǔn)淺溝槽隔離工藝的工藝流程示意圖；
[0037]圖2-8是對(duì)應(yīng)于圖1中的工藝流程中每個(gè)步驟的器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖9是本發(fā)明方法中的自對(duì)準(zhǔn)淺溝槽隔離工藝的工藝流程示意圖；
[0039]圖10-16是對(duì)應(yīng)于圖9中的工藝流程中每個(gè)步驟的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]本發(fā)明提供一種改善自對(duì)準(zhǔn)淺溝槽隔離工藝中有源區(qū)線寬扭曲的刻蝕方案，可應(yīng)用于技術(shù)節(jié)點(diǎn)為65/55nm、45/40nm、32/28nm以及小于等于22nm的工藝中；可應(yīng)用于以下技術(shù)平臺(tái)中:Memory、Flash、以及 eFlash。
[0041]本發(fā)明的核心思想是通過(guò)引入LPTEOS取代APF作為浮柵極多晶硅刻蝕和硅襯底刻蝕的阻擋層，然后原位去除剩余光阻和BARC，再利用各向同性的SiN刻蝕來(lái)調(diào)整線寬，以解決線寬微縮化帶來(lái)的變形問(wèn)題。
[0042]本發(fā)明的實(shí)施步驟為:
[0043]提供一晶圓襯底，于晶圓表面向上依次設(shè)置隧道氧化層，浮柵極多晶硅層，硬質(zhì)掩膜層，低壓正硅酸乙酯層，底部抗反射層和光阻層；
[0044]對(duì)晶圓上光阻層進(jìn)行曝光顯影，使光阻層上形成圖案凹口，成為可供刻蝕使用的光阻掩膜層；
[0045]以光阻掩膜層為刻蝕掩膜對(duì)底部抗反射層進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于低壓正硅酸乙酯層上表面，并對(duì)光阻掩膜層進(jìn)行硬化處理；[0046]以光阻掩膜層為刻蝕掩膜對(duì)低壓正硅酸乙酯層和硬質(zhì)掩膜層進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于浮柵極多晶硅層上表面；
[0047]去除光阻掩膜層和底部抗反射層；
[0048]經(jīng)刻蝕后形成貫通凹口的低壓正硅酸乙酯層為刻蝕掩膜，對(duì)晶圓上的浮柵極多晶硅層、隧道氧化層與晶圓襯底進(jìn)行刻蝕。
[0049]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0050]圖9是本發(fā)明方法中的自對(duì)準(zhǔn)淺溝槽隔離工藝的工藝流程示意圖，圖10-16是對(duì)應(yīng)于圖9中的工藝流程中每個(gè)步驟的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0051]首先提供一晶圓21，于晶圓表面向上依次設(shè)置隧道氧化層22，浮柵極多晶硅層23，硬質(zhì)掩膜層24，LPTEOS層25，BARC層26和光阻層。然后，對(duì)晶圓21上所述光阻層進(jìn)行曝光顯影生成圖像，形成如圖10所示結(jié)構(gòu)。
[0052]其中，LPTEOS層25厚度由浮柵極多晶硅層23厚度、隧道氧化層22以及Si襯底21的刻蝕深度，結(jié)合刻蝕選擇比來(lái)定義。硬質(zhì)掩膜優(yōu)選使用氮化硅。
[0053]然后，使用曝光顯影后的光阻層27為阻擋層對(duì)BARC層26進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于LPTEOS層25上界面，并對(duì)所述光阻層27進(jìn)行硬化處理，形成如圖11所示結(jié)構(gòu)。
[0054]再使用曝光顯影后的光阻層27為阻擋層對(duì)LPTEOS層25進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于硬質(zhì)掩膜層24上界面，形成如圖12所示結(jié)構(gòu)。
[0055]其中，在光阻曝光顯影步驟中，優(yōu)選為使用ArF進(jìn)行顯影。
[0056]其中，優(yōu)選使用高流量的O2來(lái)去除殘留光阻。
[0057]然后，原位去除曝光顯影后的光阻層27，利用被刻蝕過(guò)的BARC層26’為阻擋層對(duì)硬質(zhì)掩膜層24進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于浮柵極多晶硅層23上界面，并利用被刻蝕過(guò)的硬質(zhì)掩膜層24’對(duì)刻蝕線寬進(jìn)行校正，形成如圖13所示結(jié)構(gòu)。
[0058]其中，在LPTEOS層25與硬質(zhì)掩膜層24的刻蝕步驟中，優(yōu)選使用CH2F2/CF4組合氣體來(lái)進(jìn)行刻蝕。
[0059]其中，硬質(zhì)掩膜優(yōu)選為氮化硅。利用硬質(zhì)掩膜層24對(duì)刻蝕線寬進(jìn)行校正步驟中，優(yōu)選使用cf4/chf3組合氣體，不加偏壓做氮化硅各向同性刻蝕。
[0060]然后，去除被刻蝕過(guò)的BARC層26’，形成如圖14所示結(jié)構(gòu)。
[0061]其中，優(yōu)選使用高流量的O2來(lái)去除被刻蝕過(guò)的BARC層26’。
[0062]然后，利用被刻蝕過(guò)的LPTEOS層25’為阻擋層對(duì)浮柵極多晶硅層23與隧道氧化層22進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于晶圓硅襯底21上界面，形成如圖15所示結(jié)構(gòu)。
[0063]其中，優(yōu)選使用HBr/02組合氣體來(lái)刻蝕浮柵極多晶硅。
[0064]最后，利用LPTEOS層25為阻擋層對(duì)晶圓硅襯底21進(jìn)行刻蝕，形成如圖16所示結(jié)構(gòu)。
[0065]其中，優(yōu)選使用HBr/Cl2/CHF3組合氣體來(lái)刻蝕晶圓硅襯底21，形成溝槽。
[0066]其中，各步驟刻蝕方案優(yōu)選采用刻蝕終點(diǎn)法。
[0067]綜上所述，本發(fā)明的一種改善自對(duì)準(zhǔn)淺溝槽隔離工藝中線寬扭曲的方案通過(guò)厚度小的LPTEOS取代厚度大的APF作為浮柵極多晶硅刻蝕和硅襯底刻蝕的阻擋層，以獲得更好的線寬控制，然后通過(guò)原位去除剩余光阻和BARC，再利用各向同性的SiN刻蝕來(lái)調(diào)整線寬，以解決線寬微縮化帶來(lái)的線性扭曲以及溝槽底部深度不均勻問(wèn)題。[0068]對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說(shuō)明后，各種變化和修正無(wú)疑將顯而易見(jiàn)。因此，所附的權(quán)利要求書(shū)應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種形成淺溝槽隔離的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟S1:提供一晶圓襯底，于所述晶圓表面向上依次設(shè)置隧道氧化層、浮柵極多晶硅層、硬質(zhì)掩膜層、低壓正硅酸乙酯層、底部抗反射層和光阻層； 步驟S2:對(duì)所述晶圓上所述光阻層進(jìn)行曝光顯影，使所述光阻層上形成圖案凹口，成為可供刻蝕使用的光阻掩膜層； 步驟S3:以所述光阻掩膜層為刻蝕掩膜對(duì)所述底部抗反射層進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于所述低壓正硅酸乙酯層上表面，并對(duì)所述光阻掩膜層進(jìn)行硬化處理； 步驟S4:以所述光阻掩膜層為刻蝕掩膜對(duì)所述低壓正硅酸乙酯層和所述硬質(zhì)掩膜層進(jìn)行刻蝕，刻蝕終止于所述浮柵極多晶硅層上表面； 步驟S5:去除所述光阻掩膜層和剩余的底部抗反射層； 步驟S6:以所述經(jīng)刻蝕后形成貫通凹口的低壓正硅酸乙酯層為刻蝕掩膜，對(duì)所述晶圓上的所述浮柵極多晶硅層、所述隧道氧化層與所述晶圓襯底進(jìn)行刻蝕，以在所述晶圓襯底中形成淺溝槽。
2.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離的方法，其特征在于，所述低壓正硅酸乙酯層的厚度根據(jù)所述浮柵極多晶硅層的厚度、所述隧道氧化層的厚度以及所述晶圓襯底的刻蝕深度，并結(jié)合刻蝕選擇比來(lái)確定。
3.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離的方法，其特征在于，在所述光阻曝光顯影步驟中，使用ArF進(jìn)行顯影。
4.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離的方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯層刻蝕，采用刻蝕終點(diǎn)法將正硅酸乙酯刻蝕停止在浮柵極多晶硅。
5.如權(quán)利要求4所述的形成淺溝槽隔離的方法，其特征在于，使用CH2F2/CF4組合氣體作為刻蝕氣體對(duì)所述正硅酸乙酯層與所述硬質(zhì)掩膜層進(jìn)行刻蝕。
6.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離的方法，其特征在于，采用不加偏壓的CF4/CHF3組合氣體作為刻蝕氣體對(duì)材質(zhì)為氮化硅的所述硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，并在刻蝕完成后采用各向同性的氮化硅刻蝕來(lái)調(diào)整線寬。
7.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離的方法，其特征在于，使用高流量的O2來(lái)去除所述光阻掩膜層和剩余的底部抗反射層。
8.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離的方法，其特征在于，所述浮柵極多晶硅層采用刻蝕終點(diǎn)法將刻蝕終點(diǎn)停止在所述隧道氧化層界面。
9.如權(quán)利要求8所述的形成淺溝槽隔離的方法，其特征在于，采用HBr/02組合氣體作為刻蝕氣體刻蝕所述浮柵極多晶硅層。
10.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離的方法，其特征在于，采用HBr/Cl2/CHF3組合氣體作為刻蝕氣體刻蝕所述晶圓襯底。
【文檔編號(hào)】H01L21/762GK103887224SQ201410106568
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】黃海輝, 楊渝書(shū), 秦偉, 高慧慧 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司