专利名称：获得倾斜沟槽结构或改变沟槽结构倾斜角的制作工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体集成电路的制造方法，特别是涉及一种获得倾斜沟槽结构 或改变沟槽结构倾斜角的制作工艺方法。
背景技术：
在半导体制造工艺中，沟槽隔离是一种常见的隔离方法，即为了把相邻的元器件 隔离开，在相邻的两个元器件之间刻沟槽，再向沟槽内填充介质层。在沟槽隔离形成工艺 中，沟槽刻蚀和沟槽填充都比较关键。由于沟槽填充一般用化学气相沉积来实现，其阶梯覆 盖能力一般都在90%以下，特别是对高深宽比的沟槽，填充难度更大。这就要求沟槽形成时 需要有一定的倾斜度。但是，对于比较深的沟槽，采用单独的刻蚀工艺很难刻出倾斜度比较 大的沟槽，如对于深度大于2.0微米的沟槽，刻蚀出小于89°的倾斜度都比较困难(参见图 1)，这样的沟槽采用化学气相沉积方法填充难度很大。所以为了降低沟槽填充的难度，特别 是深度比较深的沟槽，如何改善沟槽的形貌仍值得进一步研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种获得倾斜沟槽结构或改变沟槽结构倾斜角 的制作工艺方法，能够有效改变深沟槽侧壁的倾斜度，降低沟槽填充的难度。为解决上述技术问题，本发明的获得倾斜沟槽结构或改变沟槽结构倾斜角的制 作工艺方法是在硅基片或硅外延层上沉积硬掩膜；在需要形成沟槽的地方去除所述硬掩 膜；用干法刻蚀在硅衬底或硅外延层中形成沟槽；在沟槽内部进行硅外延生长，在沟槽的 侧壁形成硅外延层；去除所述硬掩膜。采用本发明的方法，能够有效改变深沟槽侧壁的倾斜角度，使侧壁比较垂直的沟 槽变成侧壁比较倾斜的沟槽，进而使沟槽填充的难度得到降低。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是深沟槽刻蚀形貌示意图；图2是气体浓度随沟槽深度的变化的示意图；图3是生长速率随沟槽深度的变化的示意图；图4是刻蚀速率随沟槽深度的变化的示意图；图5是净生长速率随沟槽深度的变化的示意图；图6是选择性外延填充形貌的示意图；图7-11是本发明的方法一实施例工艺流程示意图；图12是本发明的方法控制流程图。
具体实施例方式在合适的温度和压力下，外延生长过程中加入氯化氢或氟化氢等刻蚀性气体，并 通过调整硅源气体和刻蚀气体的流量比，可以做到只在硅单晶上进行外延生长、在介质膜 上不生长外延层。根据外延生长的这一特性，可以做到外延层在硅片上的选择性生长，即将 希望外延生长的地方暴露出来，不希望生长的地方用介质膜覆盖。对于沟槽结构，假如把沟 槽以外的地方用硬掩膜(介质层)覆盖，沟槽内部暴露出来，那么就可以做到外延只在沟槽 内部生长、在沟槽外部不生长。对于比较深的沟槽，例如深度大于2. 0微米的沟槽，由于气体流动的特性，在沟槽顶部， 气体浓度总是比较高，随着深度的增加，气体浓度逐渐变低(参见图2)。对于硅源气体和刻蚀气 体都是这样。假如没有刻蚀气体，由于气体浓度的变化，沟槽顶部总是比沟槽底部生长的快(参 见图3)；同样，假如没有硅源气体，沟槽顶部的刻蚀速率总是比沟槽底部刻蚀的快(参见图4)。在生长气体和刻蚀气体共同存在的情况下，外延生长的净生长速率等于生长速率 减去刻蚀速率，由于生长速率和刻蚀速率都是沟槽顶部快，沟槽底部慢，那么净生长速率就 会有两种情况一是沟槽顶部的净生长速率快，沟槽底部的净生长速率慢；二是沟槽顶部 的净生长速率慢，沟槽底部的净生长速率快(参见图幻。对于这种生长方式，最终的生长速 率究竟是情况一还是情况二，则和外延生长的温度、压力、气体流速等参数有关；即通过选 择合适的外延生长参数，可以做到外延在沟槽内部的净生长速率沟槽的顶部慢，沟槽的底 部快(参见图6)。对于侧壁比较直、倾斜角比较小甚至有倒角的深沟槽，可以用此种外延生 长方式(底部生长速率快，顶部生长速率慢甚至不长)在沟槽内生长一定厚度的外延层，即 可增大沟槽侧壁的倾斜角度，获得侧壁比较倾斜的深沟槽。结合图12所示，下面以宽度为2. 0微米、深度为5. 0微米的侧壁倾斜沟槽形成的 工艺流程为例具体说明本发明的实施过程，可以进一步了解本发明的目的、特征和优点。步骤一、参见图7，在硅衬底1上沉积一层厚度为5000埃的氧化硅作为沟槽刻蚀的 硬掩膜2。所形成的硬掩膜2可以是为氮化物、氧化物或氮氧化物中的至少一种。步骤二、参见图8，通过光刻刻蚀在需要形成沟槽的地方将所述硬掩膜2打开。步骤三、参见图9，采用干刻刻蚀在所述硅衬底1形成宽度为2. 0微米、深度为5. 0 微米的沟槽3。在其它实施例中所述沟槽3的深度可以为0. 1-100. 0微米。步骤四、参见图10，采用选择性硅外延生长并调整相关工艺参数，在沟槽内部的两 侧壁上生长一层硅外延层4，且外延层厚度自上而下逐渐增加，沟槽底部侧壁的外延层厚度 为1. 0微米。所述硅外延层4只在沟槽3内部的两侧壁生长，所述硬掩膜2上不生长硅外 延层4。所述硅外延层4在沟槽3的侧壁上的生长速率自上向下递增，即在沟槽3的顶部侧 壁上生长最慢或不生长，在沟槽3的底部侧壁上生长最快。所形成的硅外延层4未完全填 充沟槽3。所述硅外延生长用的硅源气体为四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅、一氯氢硅或硅 烷中的至少一种。所述硅外延生长所用的刻蚀气体为氯化氢或氟化氢。所述硅外延生长的 温度为500-1250°C。所述硅外延生长的压力为10-5帕斯卡至一个大气压。步骤五、参见图11，采用湿法或干法刻蚀将所述硬掩膜2去除。以上通过具体实施方式
对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的 限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也 应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种获得倾斜沟槽结构或改变沟槽结构倾斜角的制作工艺方法，其特征在于包括 如下步骤，步骤一、在硅基片或硅外延层上沉积硬掩膜；步骤二、在需要形成沟槽的地方去除所述硬掩膜；步骤三、用干法刻蚀在硅衬底或硅外延层中形成沟槽；步骤四、在所述沟槽内部进行硅外延生长，在沟槽的侧壁形成硅外延层；步骤五、去除所述硬掩膜。
2.如权利要求1所述的制作工艺方法，其特征在于步骤一所形成的硬掩膜为氮化物、 氧化物或氮氧化物中的至少一种。
3.如权利要求1所述的制作工艺方法，其特征在于步骤三所形成的沟槽深度为 0. 1-100. 0 微米。
4.如权利要求1所述的制作工艺方法，其特征在于步骤四所形成的硅外延层只在沟 槽内部的两侧壁生长，所述硬掩膜上不生长硅外延层。
5.如权利要求1所述的制作工艺方法，其特征在于步骤四所形成的硅外延层在沟槽 的侧壁上的生长速率自上向下递增，即在沟槽的顶部侧壁上生长最慢或不生长，在沟槽的 底部侧壁上生长最快。
6.如权利要求1所述的制作工艺方法，其特征在于步骤四所形成的硅外延层未完全 填充沟槽。
7.如权利要求1所述的制作工艺方法，其特征在于步骤四所述硅外延生长采用的硅 源气体为四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅、一氯氢硅或硅烷中的至少一种。
8.如权利要求1所述的制作工艺方法，其特征在于步骤四所述硅外延生长所用的刻 蚀气体为氯化氢或氟化氢。
9.如权利要求1所述的制作工艺方法，其特征在于步骤四所述硅外延生长的温度为 500-1250°C。
10.如权利要求1所述的制作工艺方法，其特征在于步骤四所述硅外延生长的压力为 10-5帕斯卡至一个大气压。
全文摘要
本发明公开了一种获得倾斜沟槽结构或改变沟槽结构倾斜角的制作工艺方法，在硅基片或硅外延层上沉积硬掩膜；在需要形成沟槽的地方去除所述硬掩膜；用干法刻蚀在硅衬底或硅外延层中形成沟槽；在所述沟槽内部进行硅外延生长，在沟槽的侧壁形成硅外延层；去除所述硬掩膜。本发明能够有效改变深沟槽侧壁的倾斜度，降低沟槽填充的难度。
文档编号H01L21/762GK102117763SQ20101002723
公开日2011年7月6日 申请日期2010年1月6日 优先权日2010年1月6日
发明者刘继全 申请人:上海华虹Nec电子有限公司