一种双有源区浅沟槽的形成方法技术

本发明专利技术公开了一种双有源区浅沟槽的形成方法，包括在半导体衬底上形成刻蚀阻挡层，用第一光罩对两个需要刻蚀不同深度沟槽的第一、第二浅沟槽区域进行曝光和显影，完成已曝光区域刻蚀阻挡层的刻蚀，用第二光罩对需要刻蚀较深深度沟槽的第一浅沟槽区域进行曝光和显影，先完成第一浅沟槽区域一中间深度的刻蚀，然后移除第二光罩，同时对第一、第二浅沟槽区域进行一体化刻蚀，形成具有不同深度的第一、第二浅沟槽。本发明专利技术通过优化光罩设计，实现了低成本的光罩应用及刻蚀工艺的优化。

Method for forming shallow groove of double active area

The invention discloses a method for forming a shallow trench double active region, including etching barrier layer is formed on a semiconductor substrate, exposure and development of two different depth trench etching to the first and second shallow trench region using the first mask, complete exposure area etching barrier layer etching, exposure and development of the first shallow trench region need deep trench etching was used second degree mask, first shallow trench area middle depth etching, and then remove the mask second, while the first and the second regional integration of shallow trench etching, forming the first and second shallow grooves with different depths. By optimizing the design of the mask, the invention realizes the application of the low cost photomask and the optimization of the etching process.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造工艺
，更具体地，涉及一种新型的双有源区浅沟槽的形成方法。
技术介绍
CMOS图像传感器是一种电性的固体成像传感器，由于其本身所具有的高集成特性，使其在系统复杂程度和可靠性方面、数据输出方面以及更佳的曝光控制等领域都比传统的CCD展现了更强的优越性。未来基于CMOS图像传感器的音像产品将取代CCD而成为市场的主流。在半导体工艺生产中，CMOS图像传感器对浅沟槽有特殊的要求。除了传统的CMOS所需要的有源区外，还需制造出满足图像传感器需求的像素区域，这就要求在浅沟槽刻蚀工艺当中实现两种不同的刻蚀深度结构，形成两种有源区结构。请参阅图1-图5，图1-图5是现有的一种双有源区浅沟槽形成工艺步骤示意图。如图1-图5所示，现有技术的解决方案为：采用二次单独的光刻曝光工艺，分别完成CMOS有源区Ⅰ和像素区Ⅱ不同深度的浅沟槽刻蚀需求。其具体工艺步骤为：1)采用第一块精密版光罩完成CMOS有源区Ⅰ的曝光(如图1所示)；2)在刻蚀工艺腔完成CMOS有源区Ⅰ所需深度的浅沟槽刻蚀工艺(如图2所示)；3)采用后续去胶工艺和清洗工艺去除反应所产生的聚合物残留；4)采用第二块精密版光罩完成像素区Ⅱ的曝光(如图3所示)；5)在刻蚀工艺腔完成像素区Ⅱ所需深度的浅沟槽刻蚀工艺(如图4所示)；6)采用后续去胶工艺和清洗工艺去除反应所产生的聚合物残留，最终完 成具有不同深度的双有源区浅沟槽结构(如图5所示)。然而，上述现有技术的解决方案存在以下问题：1)需要使用到两块高精密版光罩，成本较高；2)第一次刻蚀后CMOS有源区的浅沟槽深度对于第二次精密版光罩的BARC层1(底部抗反射涂层)涂布工艺的填充能力和平坦性带来了很大挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新型的双有源区浅沟槽的形成方法，通过优化光罩设计，实现低成本的光罩应用及刻蚀工艺的优化。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种双有源区浅沟槽的形成方法，包括以下步骤：步骤S01：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成一刻蚀阻挡层；步骤S02：采用一第一光罩，对两个需要刻蚀不同深度沟槽的第一、第二浅沟槽区域进行曝光和显影；步骤S03：完成已曝光区域刻蚀阻挡层的刻蚀；步骤S04：采用一第二光罩，对需要刻蚀较深深度沟槽的第一浅沟槽区域进行曝光和显影；步骤S05：先完成第一浅沟槽区域一中间深度的刻蚀，然后移除第二光罩；步骤S06：以刻蚀阻挡层为掩模，同时对第一、第二浅沟槽区域进行刻蚀，形成具有不同深度的第一、第二浅沟槽。优选地，步骤S01中，所述刻蚀阻挡层为硬掩模层。优选地，步骤S04中，利用所述第二光罩，将第二浅沟槽区域完全覆盖而不被曝光。优选地，步骤S03中，采用后续去胶工艺和清洗工艺，去除刻蚀反应所产生的聚合物残留。优选地，步骤S03中，所述去胶工艺为干法去胶工艺。优选地，所述干法去胶工艺为氧化去胶或等离子去胶工艺。优选地，步骤S05中，采用在线去胶工艺，去除刻蚀反应所产生的聚合 物残留。优选地，步骤S05中，进行在线去胶时，工艺条件为：氧气流量100-300sccm，功率500-1500W，压力2-10mT，温度40-60℃。优选地，步骤S06中，采用后续清洗工艺，去除刻蚀反应所产生的聚合物残留。优选地，步骤S06中，清洗工艺条件为：先采用DHF进行清洗，然后再采用APM进行清洗。从上述技术方案可以看出，本专利技术针对某些特定芯片设计需要在不同区域刻蚀出两种不同深度浅沟槽的要求，通过第一步先采用精密版的第一光罩进行两个不同深度区域的刻蚀阻挡层刻蚀，第二步再采用低成本的第二光罩完成后续的刻蚀工艺；并在第二步刻蚀反应工艺中使用在线去胶方式，实现两种不同深度浅沟槽区域的一体化刻蚀；本专利技术通过优化光罩设计，实现了低成本的光罩应用及刻蚀工艺的优化，最终为此种双有源区浅沟槽工艺需求提供了一个新的解决方案。附图说明图1-图5是现有的一种双有源区浅沟槽形成工艺步骤示意图；图6是本专利技术的一种双有源区浅沟槽的形成方法流程图；图7-图10是本专利技术一较佳实施例中根据图6的方法形成双有源区浅沟槽的工艺步骤示意图；图11是一种基准浅沟槽刻蚀形貌显微照片；图12是根据本专利技术方法的浅沟槽刻蚀形貌显微照片；图13是一种浅沟槽刻蚀后的基准缺陷表现；图14是根据本专利技术方法的浅沟槽刻蚀后的基准缺陷表现。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本专利技术的实施方式时，为了清楚地表示本专利技术的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为 对本专利技术的限定来加以理解。在以下本专利技术的具体实施方式中，请参阅图6，图6是本专利技术的一种双有源区浅沟槽的形成方法流程图。如图6所示，本专利技术的一种双有源区浅沟槽的形成方法，包括以下步骤：执行步骤S01：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成一刻蚀阻挡层。请参阅图7。以用于制作CMOS图像传感器芯片的硅晶圆半导体衬底为例，在半导体衬底10的CMOS图像传感器芯片的对应位置，具有相邻的CMOS有源区Ⅰ和像素区Ⅱ。首先，可通过常规CMOS工艺，在半导体衬底10上沉积一硬掩模层例如氮化硅，作为刻蚀阻挡层11。执行步骤S02：采用一第一光罩，对两个需要刻蚀不同深度沟槽的第一、第二浅沟槽区域进行曝光和显影。请继续参阅图7。接着，利用一个精密版光罩作为第一光罩，对需要刻蚀不同深度浅沟槽的CMOS有源区Ⅰ(即第一浅沟槽区域)和像素区Ⅱ(即第二浅沟槽区域)同时进行曝光和显影，使该区域位置的硬掩模层11暴露出来。执行步骤S03：完成已曝光区域刻蚀阻挡层的刻蚀。请继续参阅图7。接着，可采用常规的刻蚀工艺，在刻蚀腔体内对已曝光区域暴露出来的硬掩模层11进行刻蚀，并使刻蚀停留在硅衬底10上。刻蚀后，可采用CMOS工艺中的后续去胶工艺和清洗工艺，将刻蚀反应所产生的聚合物残留去除。其中，所述去胶工艺可采用干法去胶(ASH)工艺，例如可以是常规的氧化去胶工艺或等离子去胶工艺。当然，也可以采用其他适用的方式去除刻蚀反应所产生的聚合物残留。执行步骤S04：采用一第二光罩，对需要刻蚀较深深度沟槽的第一浅沟槽区域进行曝光和显影。请参阅图8。接着，可采用低成本的第二光罩，例如可采用低成本的光刻胶12作为第二光罩，将像素区域Ⅱ(即第二浅沟槽区域)完全覆盖，使其可不被曝光，仅对CMOS器件区域Ⅰ(即有源区、第一浅沟槽区域)进行曝光和显影。该CMOS器件区域Ⅰ为需要刻蚀较深深度沟槽的区域。执行步骤S05：先完成第一浅沟槽区域一中间深度的刻蚀，然后移除第二光罩。请继续参阅图8。接着，以CMOS器件区域Ⅰ的氮化硅硬掩模层11为掩模，在刻蚀腔体内首先完成已曝光的CMOS器件区域深度为T1的刻蚀。此深度T1的刻蚀为对CMOS器件区域进行的中间深度刻蚀。请参阅图9。刻蚀后，需要移除第二光罩。可在同一刻蚀腔体内进行在线去胶(In-situ strip)步骤，以去除作为第二光罩的光刻胶残留，以及刻蚀反应所产生的聚合物残留。进行在线去胶时，可采用的工艺条件为氧气流量100-300sccm，功率500-1500W，压力2-10mT，温度40-60℃。执行步骤S06本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双有源区浅沟槽的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S01：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成一刻蚀阻挡层；步骤S02：采用一第一光罩，对两个需要刻蚀不同深度沟槽的第一、第二浅沟槽区域进行曝光和显影；步骤S03：完成已曝光区域刻蚀阻挡层的刻蚀；步骤S04：采用一第二光罩，对需要刻蚀较深深度沟槽的第一浅沟槽区域进行曝光和显影；步骤S05：先完成第一浅沟槽区域一中间深度的刻蚀，然后移除第二光罩；步骤S06：以刻蚀阻挡层为掩模，同时对第一、第二浅沟槽区域进行刻蚀，形成具有不同深度的第一、第二浅沟槽。

【技术特征摘要】
1.一种双有源区浅沟槽的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S01：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成一刻蚀阻挡层；步骤S02：采用一第一光罩，对两个需要刻蚀不同深度沟槽的第一、第二浅沟槽区域进行曝光和显影；步骤S03：完成已曝光区域刻蚀阻挡层的刻蚀；步骤S04：采用一第二光罩，对需要刻蚀较深深度沟槽的第一浅沟槽区域进行曝光和显影；步骤S05：先完成第一浅沟槽区域一中间深度的刻蚀，然后移除第二光罩；步骤S06：以刻蚀阻挡层为掩模，同时对第一、第二浅沟槽区域进行刻蚀，形成具有不同深度的第一、第二浅沟槽。2.根据权利要求1所述的双有源区浅沟槽的形成方法，其特征在于，步骤S01中，所述刻蚀阻挡层为硬掩模层。3.根据权利要求1所述的双有源区浅沟槽的形成方法，其特征在于，步骤S04中，利用所述第二光罩，将第二浅沟槽区域完全覆盖。4.根据权利要求1所述的双有源区浅沟槽的形成方法，其特征在于，步骤S03中，采...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆泉，许进，陈敏杰，任昱，吕煜坤，朱骏，张旭升，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31