专利名称：形成沟槽的方法
技术领域：
本发明涉及一种形成浅沟槽隔离(STI)的方法，尤其涉及一种有效圆化顶角的形成STI的方法。
背景技术：
在普通的半导体器件，例如液晶显示屏(LCD)驱动集成电路(IC))中，当形成用于隔离器件的STI区时，将STI的顶角圆化对于产品产量来说很重要。
具体而言，当位于STI区顶角的栅极氧化物层部分很薄，而具有该栅极的产品被供以高电压时，那么电场将集中在此顶角上，从而增加了Ioff(即晶体管的漏电流，或者驼峰特性)，并且降低了栅极氧化物层的击穿电压。
为了解决由STI区顶角造成的问题，已经提出了很多方法。
例如，提出了硅迁移(例如在形成STI区之后的再氧化工艺)，以及N2推动氧化(push oxidation)。也就是说，在形成STI区之后，在衬里(liner)的氧化过程中，STI区的顶角将会圆化，该衬里的氧化过程是一种表面氧化过程。
图1为示出在1000℃的温度下STI表面的示意图，图2为在950℃的温度下进行了再氧化工艺后的轮廓照片。这两个工艺都显示出STI的顶角突出，没有被理想地圆化。也就是说，如上所述，仅利用STI表面氧化工艺或再氧化工艺来圆化STI的顶角是有局限的。
此外，由于在实际制造过程中，为了将衬底进行再氧化以及将STI的顶角圆化，还需要附加地进行一次氧化工艺和两次清洗工艺，因此这些附加的工艺限制了产量。此外，在LCD IC(LDI器件)上进行STI工艺之前，应该在衬底上进行高压(HV)阱工艺。在此情况下，可能会损失STI区附近的HV阱的剂量，并且增大漏电流。
当在STI的表面进行提供牺牲氧化物(SACOX)的表面氧化工艺时，会损失STI区附近的HV阱的剂量，并且可能增大漏电流。
发明内容
因此，本发明旨在保护一种充分避免由于现有技术的限制和缺点所产生的一或多个问题的形成沟槽的方法。
本发明的目的在于提供一种形成沟槽的方法，能够通过设置工艺条件，有效地圆化顶角，不需要增加单独的掩模和工艺。
本发明的其他优点、目的和特征将会在随后的说明书中部分地提出，并且通过随后的细查，其中的一部分对于所属领域技术人员将会变得显而易见，或者通过实施本发明而得到了解。本发明的目的和其他优点可以通过说明书和权利要求中具体指出的结构以及附图实现和获得。
为了实现这些目的和其他优点，并且根据本发明的目的，如在此具体表达和广泛描述的，提供一种形成沟槽的方法，该方法包括在具有隔离区和有源区的衬底上依次堆叠第一隔离层和第二隔离层；在所述第二隔离层上形成光致抗蚀剂图案；利用所述光致抗蚀剂图案作为掩模，依次将所述第二衬垫隔离层和所述第一衬垫隔离层图案化，以暴露出所述隔离区中的一部分所述衬底；以及利用所述第一和第二衬垫隔离层作为掩模，蚀刻所述衬底，以形成沟槽，使得所述沟槽的上部宽度大于所述沟槽的下部宽度。
根据所述的方法，其中还包括将所述沟槽的顶角圆化。
根据所述的方法，其中将所述沟槽的顶角圆化还包括通过控制所述沟槽的上部半径和下部半径，来增大所述顶角处的内角θ和内接圆的半径。
根据所述的方法，其中将所述沟槽的顶角圆化还包括控制所述沟槽的坡度。
根据所述的方法，还包括增大所述第一隔离层的缩进长度。
根据所述的方法，其中将所述沟槽的顶角圆化还包括在清洗工艺中，控制将所述顶角浸入含氢氟酸溶剂中的时间。
根据所述的方法，其中利用R＝tan{[(θα/2)][aβ+b]}计算所述沟槽的顶角的半径，其中θ＝tan-1[{(e-f)/2}/g]+π/2，a为所述第一衬垫隔离层的缩进长度，b为所述第二衬垫隔离层的缩进长度，a＝{(C1×T1)2-C2}0.5，b＝C2×T2，α和β为在所述沟槽上的氧化工艺的权重因数，C1为所述第一隔离层的蚀刻率(/sec)，C2为所述第二隔离层的蚀刻率(/sec)，T1为所述第一隔离层的蚀刻时间(sec)，T2为所述第二隔离层的蚀刻时间(sec)，c为第一(衬垫)隔离层的厚度，e为STI区33的上部直径，f为STI区33的下部直径，g为STI区33的深度。
根据所述的方法，其中还包括在所述沟槽中沉积氧化物层。
根据所述的方法，其中还包括在所述沟槽中沉积氧化物层之前，沿着所述沟槽的侧壁生长衬里氧化物。
根据所述的方法，其中还包括抛光所述氧化物层，以将所述氧化物层从除了所述沟槽之外的区域去除。
根据所述的方法，其中还包括去除所述第二隔离层。
根据所述的方法，其中所述第二隔离层包括氮化物层。
根据所述的方法，其中所述第一隔离层包括衬垫氧化物层。
应理解的是，对于本发明的以上概括性说明以及随后的具体说明都是示例性和解释性的，并且意在提供对于所要求的本发明的进一步解释。
附图包括于并合并在说明书中，提供对本发明的进一步理解，组成本申请的一部分，示出本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中图1为现有技术在1000℃的温度下经过表面氧化后的STI区的轮廓照片；图2为现有技术在950℃的温度下经过再氧化后的STI区的轮廓照片；图3为根据本发明圆化STI顶角的方法的示意图；以及图4为示出现有技术STI区的剖视图，用于与图3中的STI区作比较，其中现有技术STI区的氧化物层的缩进长度短。
具体实施例方式
以下详细说明本发明的优选实施例，其实例在附图中示出。所提供的优选实施例并非用以限制本发明的范围，而仅仅是为了示范的目的。
图3为根据本发明圆化STI顶角的方法的示意图。
图4为示出现有技术STI区的剖视图，用于与图3中的STI区作比较，其中现有技术STI区的氧化物层的缩进长度短。
参照图3，根据沟槽的形成方法，在限定了隔离区和有源区的衬底30上依次堆叠第一(衬垫)隔离层31和第二隔离层32。第一衬垫隔离层31可包括氧化物(即，二氧化硅，通过湿法或干法热生长，或者化学气相沉积(CVD)而形成)，第二衬垫隔离层31可包括氮化物(即，氮化硅，通过化学气相沉积(CVD)而形成)。
之后，利用光刻，在第二隔离层32上形成光致抗蚀剂图案(未示出)，该光致抗蚀剂图案具有开口，其中将要形成隔离区。随后，利用光致抗蚀剂图案作为掩模依次蚀刻第二和第一隔离层32和31，以暴露出位于隔离区中的衬底30部分。
接下来，去除光致抗蚀剂图案，并且利用第一和第二衬垫隔离层31和32作为掩模蚀刻衬底30，以形成顶角被圆化的STI区33。
此时，本发明可利用以下方法，即通过控制STI区33的上部直径和下部直径来控制STI区33的坡度、增大第一衬垫隔离层31的缩进长度、或者在清洗STI区33的表面时，延长将顶角浸入含氢氟酸的溶剂中的时间，以圆化STI区33的顶角。通过控制STI区33的上部直径和下部直径，增大第一(衬垫)隔离层31的缩进长度，和/或增加顶角处的内接圆半径，就可以控制STI区33的坡度。
根据位置和权重因数，可以控制上述方法，其中对于各操作，可以增加权重因数。
STI区33的顶角的内接圆的半径即如下所述圆的半径，该圆与STI区33的倾斜部分(斜坡部分)相切，并且与该倾斜部分上第一衬垫隔离层31的末端部分相切。当此半径增大时，在氧化工艺中暴露的、随后要进行清洗的衬底30的范围也增大。因此，可以在STI氧化物层形成期间圆化顶角。
如上所述，应该增大在STI区33一侧的顶角处的圆的半径，以有利地圆化顶角。
例如，图4为示出现有技术STI区的剖视图，用于与图3中的STI区作比较，其中现有技术STI区的氧化物层的缩进长度短。由于缩进长度短，因此在STI区一侧的顶角处的圆的半径小。因此，STI区的顶角更加难以圆化。附图标记40、41、42以及43分别为衬底、第一衬垫隔离区、第二衬垫隔离区以及STI区。
更具体地，可以利用下面的方法，以通过增大STI区33的顶角处的圆的半径来改善STI区33的顶角的圆化。
首先，通过控制STI区33的上部直径和下部直径使STI区33的坡度平缓。即，如图3所示，增大STI区33的顶角的内角θ。
第二，使第一(衬垫)隔离层31具有足够的氧化物层缩进。
在以上说明中，利用方程式1可以计算顶角圆化半径。
R＝tan{(θα/2)][aβ+b]}，................................................方程式1其中θ＝tan-1[{(e-f)/2}/g]+π/2。
参照图3，“a”为第一衬垫隔离层31的缩进长度，并可以由a＝{(C1×T1)2-C2}0.5给出，“b”为第二衬垫隔离层32的缩进长度并可以由b＝C2×T2给出。α和β为在STI沟槽上进行氧化工艺时的权重因数。通常，通过传统的湿法或干法热氧化(即，对于硅)而在STI沟槽上形成衬里氧化物，可以将沟槽氧化。
如图3所示，第一(衬垫)隔离层3 1的厚度为“c”，STI区33的上部直径为“e”，STI区33的下部直径为“f”，并且STI区33的深度为“g”。
利用方程式1计算给出R＝tan(θ/2)×(a+b)。
此外，C1为第一(衬垫)隔离层31的蚀刻率(/sec)，C2为第二隔离层32的蚀刻率(/sec)，T1为第一隔离层31的蚀刻时间(sec)，T2为第二隔离层32的蚀刻时间(sec)。
接下来，如同圆化STI区33的顶角的方法，当在STI区33的表面进行清洗工艺时，可以延长将顶角浸在含HF溶剂中的时间。通常，含HF溶剂指将氢氟酸溶于去离子(DI)水的溶液，其中氢氟酸可被缓冲(即，利用氨，在这种情况下，含HF溶剂可包括传统的缓冲氧化物蚀刻溶液，或BOE溶液)，并且其中浓缩的氢氟酸与去离子水的体积比可以从1∶1、1∶2或1∶4至1∶20、1∶50或1∶100(或者其中任何一个范围)。或者，含HF溶剂可包含于容器，其中，具有沟槽的衬底暴露在氢氟酸蒸汽下(其中可以包括或不包括水蒸汽，其中可以包括或不包括由以上物质形成的等离子体)。
以下说明增大顶角处的圆的半径(即，使STI区的坡度变平缓)的情况以及减小半径的情况。对于以下两种情况说明通过试验所获得的数据测量通过氧化工艺形成的顶角处的氧化物层的厚度；以及测量在清洗工艺中，对于将顶角浸在HF中的时间的依赖性。
在样品A上进行第一试验，其中样品A的STI区坡度陡，并且顶角处的内接圆半径R为200。在样品B上进行同样的试验，其中样品B的STI区坡度缓，并且顶角处的内接圆半径R为400。在样品A和样品B的清洗工艺中，浸入HF溶液中的时间都为240秒。
如果在HF中的浸入时间为240秒，当形成STI区的氧化物层时，对于样品A，顶角处的氧化物层的厚度为260，对于样品B，顶角处的氧化物层的厚度为330。因此，当与STI区的顶角处的圆的半径相对较小的样品A相比，STI区的顶角处的圆的半径相对较大时(样品B)，顶角处的氧化物层的厚度相对较厚。
在样品C上进行第二试验，其中样品C的STI区坡度陡，并且沟槽顶角处的内接圆半径R为200，在样品D上进行同样的试验，其中样品D的STI区坡度缓，并且沟槽顶角处的内接圆半径R为400。在样品C和样品D的清洗工艺中，浸入HF中的时间为420秒。
如果在HF中的浸入时间为420秒，当形成STI区的氧化物层时，对于样品C，顶角处的氧化物层的厚度为310，对于样品D，顶角处的氧化物层的厚度为360。因此，当与STI区的顶角处的圆的半径相对较小的样品D相比，STI区的顶角处的圆的半径相对较大时(样品C)，顶角处的氧化物层的厚度相对较厚。
此外，在STI区的顶角处的内接圆的半径R为200的情况下，如在样品A和C中，当浸入HF的时间相对较长时，在清洗之后的氧化物层处理中形成的顶角处的氧化物层的厚度增大。也就是说，样品C的氧化物层的厚度大于样品A的氧化物层的厚度。
此外，对于坡度缓的STI沟槽区的顶角处的内接圆的半径的情况(即，如在样品B和D中，半径为400)，当在STI区的清洗工艺中，浸入HF的时间长时，在清洗STI区之后的氧化物层处理中形成的顶角处的氧化物层的厚度增大。也就是说，样品D的氧化物层的厚度大于样品B的氧化物层的厚度。
在第一和第二试验中，在如下条件下测量了氧化物层的厚度第一衬垫隔离层厚150，第二衬垫隔离层缩进250，在清洗工艺中氧化物层厚270，HV氧化物层厚350，并且在清洗工艺之后沉积多晶硅。
在本发明的实施例中，利用STI区的上部宽度和下部宽度，可以计算STI区的坡度。
根据本发明形成沟槽的方法具有以下效果。
根据本发明，通过增加STI沟槽区的顶角处的内接圆半径，以及控制浸入含HF溶剂中的时间，就可以将顶角圆化，而不需要增加单独的掩模或工艺。因此，简化了工艺。
此外，当STI区的顶角被圆化，就可以防止或减少在随后的清洗工艺中，由于在顶角处形成厚氧化层而产生损坏所导致的问题。
对于所属领域技术人员显而易见的是，可以对本发明做各种修改和变化。因此，本发明意在覆盖落入所附权利要求及其等同物范围内的本发明的所有修改和变化。
权利要求
1.一种形成沟槽的方法，该方法包括在具有隔离区和有源区的衬底上依次堆叠第一隔离层和第二隔离层；在所述第二隔离层上形成光致抗蚀剂图案；利用所述光致抗蚀剂图案作为掩模，依次将所述第二衬垫隔离层和所述第一衬垫隔离层图案化，以暴露出所述隔离区中的一部分所述衬底；以及利用所述第一和第二衬垫隔离层作为掩模，蚀刻所述衬底，以形成沟槽，使得所述沟槽的上部宽度大于所述沟槽的下部宽度。
2.如权利要求1所述的方法，其中还包括将所述沟槽的顶角圆化。
3.如权利要求2所述的方法，其中将所述沟槽的顶角圆化还包括通过控制所述沟槽的上部半径和下部半径，来增大所述顶角处的内角θ和内接圆的半径。
4.如权利要求3所述的方法，其中将所述沟槽的顶角圆化还包括控制所述沟槽的坡度。
5.如权利要求1所述的方法，还包括增大所述第一隔离层的缩进长度。
6.如权利要求2所述的方法，其中将所述沟槽的顶角圆化还包括在清洗工艺中，控制将所述顶角浸入含氢氟酸溶剂中的时间。
7.如权利要求3所述的方法，其中利用R＝tan{[(θα/2)][aβ+b]}计算所述沟槽的顶角的半径，其中θ＝tan-1[{(e-f)/2}/g]+π/2，a为所述第一衬垫隔离层的缩进长度，b为所述第二衬垫隔离层的缩进长度，a＝{(C1×T1)2-C2}0.5，b＝C2×T2，α和β为在所述沟槽上的氧化工艺的权重因数，C1为所述第一隔离层的蚀刻率(/sec)，C2为所述第二隔离层的蚀刻率(/sec)，T1为所述第一隔离层的蚀刻时间(sec)，T2为所述第二隔离层的蚀刻时间(sec)。
8.如权利要求1所述的方法，其中还包括在所述沟槽中沉积氧化物层。
9.如权利要求8所述的方法，其中还包括在所述沟槽中沉积氧化物层之前，沿着所述沟槽的侧壁生长衬里氧化物。
10.如权利要求8所述的方法，其中还包括抛光所述氧化物层，以将所述氧化物层从除了所述沟槽之外的区域去除。
11.如权利要求10所述的方法，其中还包括去除所述第二隔离层。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述第二隔离层包括氮化物层。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述第一隔离层包括衬垫氧化物层。
全文摘要
提供一种形成沟槽的方法，能够圆化顶角而不需要增加单独的掩模和工艺。在该方法中，在具有隔离区和有源区的衬底上依次堆叠第一和第二隔离层。随后，在该第二隔离层上形成光致抗蚀剂图案，并且利用该光致抗蚀剂图案作为掩模，依次将该第二衬垫隔离层和该第一衬垫隔离层图案化，以暴露隔离区中的一部分衬底。之后，利用所述第一和第二衬垫隔离层作为掩模，蚀刻该衬底，以形成STI区，使得STI区的上部宽度大于STI区的下部宽度。
文档编号H01L21/027GK1992193SQ20061017019
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月25日 优先权日2005年12月29日
发明者崔基峻 申请人:东部电子股份有限公司