[發明專利]通過濕法刻蝕來制造具有淺溝槽隔離結構的硅片的方法

無效

• 申請號: 201010102405.8
• 申請日: 2010-01-27
• 公開（公告）號: CN102136446A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 楊永剛;劉軒;謝志勇;李娜
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;顧珊

技術領域

本發明涉及一種用于淺溝槽隔離工藝的濕法去除氮化物的方法，具體地說，本發明涉及通過改進工藝步驟來降低濕法去除氮化硅的成本和提高其效率的方法。

背景技術

隨著半導體技術的飛速發展，半導體器件的特征尺寸日益減小。為了在半導體表面形成多個器件，需要在各個器件的有源區之間進行隔離。淺溝槽隔離(STI)是在襯底上制作的晶體管有源區之間形成隔離區的一種已知工藝。由于該技術具有隔離區域小和完成后仍保持基底平整等優點，因此已成為常用的半導體制造技術之一。

該工藝主要包括STI槽刻蝕、氧化物填充和氧化物平坦化等步驟，其中，氧化物平坦化主要包括溝槽氧化物研磨和氮化物去除這兩個基本步驟。當完成溝槽氧化物研磨(一般采用化學機械研磨方式)之后，還需要去除硅襯底表面上的氮化硅(Si₃N₄)，以露出隔離氧化硅層。

圖1顯示了完成溝槽氧化物研磨之后的硅片整體結構，其中，100表示硅襯底；101表示在硅襯底上形成的前側襯墊(pad)氧化硅(主要成分為SiO₂)層，該前側襯墊氧化硅層101可通過熱氧化法形成，一般厚度為100-160埃，其主要作為隔離層以保護有源區在去除氮化硅時不受化學沾污(即作為隔離氧化硅層)；102表示淀積(例如以低壓化學氣相淀積法)在該前側襯墊氧化硅層101上的前側氮化硅(Si₃N₄)層，其厚度一般為600-1200埃，該前側氮化硅層102主要用于在STI氧化物淀積過程中保護有源區，而且在化學機械研磨所填充的氧化硅時可用作研磨的阻擋材料；105是由填充在溝槽內的氧化硅所形成的隔離區；106為形成在所填充的氧化硅105與硅襯底100之間的襯里(liner)氧化硅層，其用途與前側襯墊氧化硅層101相似；103為背側襯墊氧化硅層，該層是與前側襯墊氧化硅層101一起在高溫氧化設備中形成的，其厚度小于前側襯墊氧化硅層101；104為背側氮化硅層，該層是與前側氮化硅層102一起在化學氣相淀積設備中形成的，其厚度一般為1000-1800埃。在淺溝槽隔離工藝的最后階段，需要去除前側氮化硅層102、背側襯墊氧化硅層103和背側氮化硅層104，然后可選地實施清洗、漂洗、烘干等步驟，從而獲得如圖2所示的淺溝槽隔離結構，其中，107為前側襯墊氧化硅層101被可選地刻蝕后形成的隔離氧化硅層，如果沒有被刻蝕，則仍然保留原前側襯墊氧化硅層101，無論如何，其厚度約為80-120埃；其余的附圖標記所指示的各單元與圖1相同。

一般的氮化物去除工藝是在熱磷酸槽內通過濕法刻蝕方式實施的。這是因為熱磷酸對氮化物(Si₃N₄和SiON)有很好的選擇比，可以避免像氫氟酸那樣過分侵蝕隔離氧化硅層107(前側襯墊氧化硅層101)，同時其刻蝕進度也相對容易控制。具體地說，該方法中所用的熱磷酸刻蝕液是濃磷酸與去離子水的混合物，其中，磷酸的濃度一般為80-92重量％，工藝溫度在150-180℃范圍內。在進行濕法刻蝕時，通常將一批硅片(例如25-50片)放置在熱磷酸槽內，采用浸泡的方式來去除上述待刻蝕層。由于熱磷酸不僅能夠刻蝕氮化硅，對氧化硅也有一定的刻蝕能力，所以采用熱磷酸浸泡法來同時去除上述三層待刻蝕層可節省刻蝕步驟，因而具有一定的優勢，且已在實際操作中取得較好的效果。

然而，上述的濕法刻蝕也存在一些問題。濕法刻蝕與干法刻蝕相比，盡管具有高選擇比、無等離子損傷等優勢，但存在溶液濃度難以控制和反應產物難以及時去除等問題。這些問題往往需要通過更換新鮮溶液來克服，由此提高了濕法刻蝕的成本，且降低了處理效率。目前已發現，在以上的濕法刻蝕中，熱磷酸的刻蝕速度(無論是對氮化硅還是對氧化硅)會隨著已處理硅片數目的增多而快速下降，所以，為了維持合適的刻蝕速度，頻繁更換溶液就變得不可避免。這樣，一方面導致該步驟需要消耗大量的昂貴的熱磷酸溶液，使生產成本居高不下，另一方面，頻繁更換溶液也需要耗費額外的時間，嚴重影響生產效率和成品率。

因此，迫切需要發明一種新的方法以節省上述工藝的化學試劑成本和提高現有刻蝕工藝的效率。

發明內容

為了解決上述問題，發明人作了深入的研究，最終獲得了一種節省化學試劑成本并提高生產效率的方法。該方法可以顯著延長熱磷酸溶液的使用壽命，縮短大批量刻蝕的時間，且可明顯降低成本。