浅沟槽隔离结构的顶角圆化方法

技术领域

本申请涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种浅沟槽隔离结构的顶角圆化方法。

背景技术

由于CMOS技术和工艺的迅速发张，在固态图像传感器领域里，CIS(CMOS ImageSensor，互补金属氧化物半导体图像传感器)芯片，即CMOS图像传感器得到了广泛地应用。

为了适应计算机、通信及消费电子的需求，CIS产品的性能也需要持续提升，随着半导体集成电路集成度的不断提升，CIS器件像素区的尺寸要求逐渐减小，尺寸更小的CIS产品对器件漏电变的更为敏感，其中元胞区漏电会对CIS产品MOS的工作电压、静态损耗性能产生不利影响。

尤其对于55nm及以下的CIS产品，其像素区的缩小会导致有源区的密集程度变大，进而MOS管沟道宽度变小，容易使得浅槽隔离结构(Shallow Trench Isolation，STI)顶角位置处的电场集中，从而出现反窄沟道效应(Reversenarrow Width Effect,RNWE)，从而需要对STI顶角位置实现圆化，以降低顶角位置因电场集中而发生漏电的问题。

但是针对55nm及以下的产品开发过程中，通常采用原位水蒸气工艺(ISSG，In-Situ Steam Generation)产生氧化物填充形成该STI结构，但是对由ISSG工艺制作的STI结构，其顶角圆化效果不明显，无法满足55nm的CIS开发需求。

发明内容

本申请提供了一种浅沟槽隔离结构的顶角圆化方法，可以解决相关技术中顶角圆化效果不明显的问题。

本申请一种浅沟槽隔离结构的顶角圆化方法，其特征在于，所述浅沟槽隔离结构的顶角圆化方法包括：

提供半导体硅衬底，刻蚀所述半导体硅衬底形成浅沟槽结构；

在所述浅沟槽结构的内壁上形成第一氧化层；

在所述浅沟槽结构的第一氧化层表面上生长形成氮化硅层；

向生长形成有氮化硅层的浅沟槽隔离结构中，填充隔离介质层；

去除位于所述浅沟槽结构顶角周侧的氮化硅层，使得剩余氮化硅层的顶端与所述半导体硅衬底上表面之间形成高度差，使得所述浅沟槽结构顶角周侧与所述隔离介质层之间形成凹槽；

去除位于所述凹槽中的第一氧化层，使得位于所述凹槽中的半导体硅衬底表面外露；

通过湿氧氧化工艺，使得外露于所述凹槽中的所述半导体硅衬底与氧气反应，使得所述浅沟槽结构顶角位置处的半导体硅衬底圆化。

可选的，所述去除位于所述浅沟槽结构顶角周侧的氮化硅层，使得剩余氮化硅层的顶端与所述半导体硅衬底上表面之间形成高度差，所述浅沟槽结构顶角周侧与所述隔离介质层之间形成凹槽；的步骤，包括：

通过第一湿法刻蚀剂，刻蚀去除贴附在所述隔离介质层顶角周侧的氮化硅层，使得剩余氮化硅层的顶端与所述半导体硅衬底上表面之间形成高度差，所述隔离介质层的顶角周侧形成凹槽。

可选的，所述第一湿法刻蚀剂包括热磷酸。

可选的，所述去除位于所述凹槽中的第一氧化层，使得位于所述凹槽中的半导体硅衬底表面外露的步骤，包括：

采用第二湿法刻蚀剂，刻蚀位于所述凹槽中的第一氧化层，使得位于所述凹槽中的半导体硅衬底表面外露。

可选的，所述第二湿法刻蚀剂包括氢氟酸。

可选的，采用包含氢氟酸的所述第二湿法刻蚀剂，刻蚀位于所述凹槽中的第一氧化层时，位于半导体硅衬底表面的第一氧化层也被刻蚀去除。

可选的，通过湿氧氧化工艺，使得外露于凹槽中的所述半导体硅衬底与氧气反应，使得所述浅沟槽结构顶角位置处的半导体硅衬底圆化的步骤中，所述湿法氧化工艺包括：

采用湿氧氧化工艺，使得外露于凹槽中的所述半导体硅衬底与氧气反应，从而消耗掉所述半导体硅衬底的部分硅形成第二氧化层；在所述浅沟槽结构顶角位置处的半导体硅衬底，在氧化反应的作用下圆化形成圆滑的顶角。

本申请技术方案，至少包括如下优点：通过先去除位于所述浅沟槽结构顶角周侧的氮化硅层，使得剩余氮化硅层的顶端与所述半导体硅衬底上表面之间形成高度差，使得所述浅沟槽结构顶角周侧与所述隔离介质层之间形成凹槽；再去除位于所述凹槽中的第一氧化层，使得位于所述凹槽中的半导体硅衬底表面外露；通过湿氧氧化工艺，使得外露于所述凹槽中的所述半导体硅衬底与氧气反应，使得浅沟槽结构顶角位置处的半导体硅衬底圆化，通过控制所述凹槽的深度，即剩余氮化硅层的顶端与所述半导体硅衬底上表面之间形成高度差，从而能够有效地形成符合各种要求的浅沟槽隔离结构圆角

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浅沟槽隔离结构的顶角圆化方法流程图；

图2示出了在步骤S1完成后，形成的带有浅沟槽结构的半导体硅衬底剖面结构示意图；

图3示出了步骤S2完成后的器件剖面结构示意图；

图4示出了步骤S3完成后的器件剖面结构示意图；

图5示出了步骤S4完成后的器件剖面结构示意图；

图6示出了步骤S5完成后的器件剖面结构示意图；

图6A示出了图6中A部分的放大示意图；

图7示出了步骤S6完成后的器件剖面结构示意图；

图7A示出了图7中A部分的放大结构示意图；

图8示出了步骤S7完成后的器件剖面结构示意图；

图8A示出了图8中的A部分放大结构示意图；

图9示出了在步骤S8完成后的器件剖面结构示意图；

图9A示出了图9中的A部分的放大结构示意图。

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示意出了本申请一实施例提供的浅沟槽隔离结构的顶角圆化方法，参照图1，该浅沟槽隔离结构的顶角圆化方法包括：

步骤S1：提供半导体硅衬底，刻蚀所述半导体硅衬底形成浅沟槽结构。

图2示出了在步骤S1完成后，形成的带有浅沟槽结构120的半导体硅衬底110剖面结构示意图，该半导体硅衬底110包括相对的上表面和下表面，该浅沟槽结构120从该半导体硅衬底110的上表面向下延伸。

步骤S2：在所述浅沟槽结构的内壁上形成第一氧化层。

本实施例中，可以通过ISSG工艺，氧化图2所示半导体硅衬底110的表面，从而在该浅沟槽结构120的内壁上以及该半导体硅衬底11的上表面形成第一氧化层130，从而形成如图3所示的剖面结构。在刻蚀形成所述浅沟槽结构120时，会使得该浅沟槽结构120的刻蚀面形成损伤，若要直接在带有损伤的浅沟槽结构120中填充隔离介质，可能会导致隔离介质容易脱落的问题，本步骤通过在刻蚀后形成的浅沟槽结构120的内壁上形成一层第一氧化层130，以修复刻蚀面损伤。

步骤S3：在所述浅沟槽结构的第一氧化层表面上生长形成氮化硅层。

本实施例中，可以通过低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical VaporDeposition，LPCVD)工艺，在位于图3所示的浅沟槽结构120内壁上的第一氧化层130上，沉积形成氮化硅层140。步骤S3完成后的器件剖面结构示意图参照图4，图4中国的浅沟槽结构120的内壁上依次设有步骤S2形成的第一氧化层130，以及步骤S4形成的氮化硅层140

步骤S4：向所述浅沟槽隔离结构中填充隔离介质层。

本实施例中，该浅沟槽隔离结构的材料应当采用绝缘材料。步骤S4完成后的器件剖视结构示意图参照图5，图5中所述氮化硅层140贴附在所述隔离介质层150的周侧和第一氧化层130之间。

步骤S5：去除位于所述浅沟槽结构顶角周侧的氮化硅层，使得剩余氮化硅层的顶端与所述半导体硅衬底上表面之间形成高度差，使得所述浅沟槽结构顶角周侧与所述隔离介质层之间形成凹槽。

本实施例可以采用热磷酸作为第一湿法刻蚀剂，通过热磷酸与氮化硅反应以溶解氮化硅，通过控制热磷酸清洗时间即湿法刻蚀时间，以控制刻蚀深度，使得剩余氮化硅层的顶端与所述半导体硅衬底上表面之间形成如图6A中所示的高度差h。图6为步骤S5完成后的器件剖面结构示意图，图6A为图6中A部分的放大示意图，如图6A中所示，步骤S5完成后，位于所述浅沟槽结构120顶角160周侧的氮化硅层140被刻蚀去除，剩余氮化硅层140的顶端与半导体硅衬底110上表面之间形成高度差h，浅沟槽结构120顶角160周侧与隔离介质层150之间形成凹槽170。

步骤S6：去除位于所述凹槽中的第一氧化层，使得位于所述凹槽中的半导体硅衬底表面外露。

图7为步骤S6完成后的器件剖面结构示意图，图7A为图7中A部分的放大结构示意图，如图7A中所示，步骤S6完成后位于凹槽170中的第一氧化层130被去除，使得位于该凹槽170中的半导体硅衬底110表面外露。参照图7A和图7可以看出，在去除位于凹槽170中的第一氧化层130过程中，图6和图6A中覆盖在半导体硅衬底110表面的第一氧化层也被刻蚀去除。

本实施例可以采用氢氟酸作为第二湿法刻蚀剂，刻蚀位于所述凹槽中的第一氧化层，和，覆盖在半导体硅衬底表面的第一氧化层，使得包括位于所述凹槽中的半导体硅衬底表面外露，即位于浅沟槽结构顶角位置处的半导体硅衬底表面外露。

步骤S7：通过湿氧氧化工艺，使得外露于所述凹槽中的所述半导体硅衬底与氧气反应，使得浅沟槽结构顶角位置处的半导体硅衬底圆化。

由于在上述步骤S6完成后，位于凹槽中的半导体硅衬底表面外露，即位于浅沟槽结构顶角位置处的半导体硅衬底表面外露，在此基础上通过湿氧氧化工艺，使得外露的半导体硅衬底中的硅原子与氧气反应活跃，从而消耗掉部分硅形成第二氧化层，该第二氧化层的成为包括二氧化硅。特别地，在浅沟槽结构顶角位置处的半导体硅衬底，在氧化反应的作用下圆化形成圆滑的顶角。

图8为步骤S7完成后的器件剖面结构示意图，图8A为图8中的A部分放大结构示意图，如图8A所示，在湿氧氧化工艺后，在图7和图7A所示的外露半导体硅衬底表面上形成第二氧化层180，且浅沟槽结构120顶角160位置处的半导体硅衬底110与氧气反应，形成圆滑的顶角160。从而实现浅沟槽隔离结构的顶角圆化，防止因尖锐的顶角而使得栅电场在顶角处变得集中，能够有效地防止浅沟槽隔离结构的边缘漏电问题。

在步骤S7完成后，可以进行步骤S8：采用湿法刻蚀去除步骤S7中湿氧氧化工艺形成的氧化层，并在半导体硅衬底上形成栅氧化层和栅多晶硅。可以采用氢氟酸清洗去除湿氧氧化工艺形成的氧化层，该过程中隔离介质层靠近所述顶角位置处也会被刻蚀形成凹陷。

图9示出了在步骤S8完成后的器件剖面结构示意图，图9A为图9中的A部分的放大结构示意图。参照图9和图9A，步骤S8采用湿法刻蚀去除步骤S7中湿氧氧化工艺形成的氧化层完成后，在隔离介质层150靠近所述顶角160位置处被刻蚀形成凹陷190，氧化层被去除后，浅沟槽结构120顶角160位置处的半导体硅衬底110外露。在后续化学机械研磨步骤，即能在一定程度上磨平该凹陷190，从而完成浅沟槽隔离结构的顶角圆化工艺。

本实施例通过先去除位于所述浅沟槽结构顶角周侧的氮化硅层，使得剩余氮化硅层的顶端与所述半导体硅衬底上表面之间形成高度差，使得所述浅沟槽结构顶角周侧与所述隔离介质层之间形成凹槽；再去除位于所述凹槽中的第一氧化层，使得位于所述凹槽中的半导体硅衬底表面外露；通过湿氧氧化工艺，使得外露于所述凹槽中的所述半导体硅衬底与氧气反应，使得浅沟槽结构顶角位置处的半导体硅衬底圆化，通过控制所述凹槽的深度，即剩余氮化硅层的顶端与所述半导体硅衬底上表面之间形成高度差，从而能够有效地形成符合各种要求的浅沟槽隔离结构圆角。

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。