CN101350327B - 局部硅氧化隔离结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种局部硅氧化隔离结构的制备方法，其在现有标准的LOCOS工艺流程后，在硅表面接着热生长另一层氧化硅和硼磷硅玻璃，并对硼磷硅玻璃进行热回流处理，而后湿法刻蚀上述硼磷硅玻璃和氧化硅层，形成一平坦的硅表面。通过上述步骤将原来的LOCOS隔离结构中部分鸟嘴区域通过湿法刻蚀去除掉，留下鸟嘴区域明显减少的LOCOS隔离结构和平坦的硅表面，使得LOCOS隔离结构适用于器件尺寸不断缩小的要求，可广泛应用于半导体器件制造中。

Description

局部硅氧化隔离结构的制备方法 
技术领域
本发明涉及一种半导体器件制造中的局部硅氧化隔离结构的制备方法。 
背景技术
在现代半导体器件制造工艺中，浅沟隔离结构(STI)与局部硅氧化隔离结构(LOCOS)是被普遍采用的两种器件隔离结构。LOCOS隔离结构的原理是在器件的隔离区域让硅氧化形成SiO2。常见的制备步骤为：首先在硅衬底表面制作垫氧化层，并沉积Si3N4层，而后用光刻胶将有源区域保护起来；而后干法刻蚀没有光阻保护的Si3N4、垫氧化层(可进一步向硅衬底下挖入一定的深度形成凹陷)；接着将硅片送入热炉管内使硅氧化成氧化硅，形成场氧化层(Field Oxide，简称FOX)；最后湿法刻蚀去除硅表面垫氧化层和Si3N4层。LOCOS隔离结构有着良好的隔离效果，且制作流程单纯而不复杂。但其占用面积较大，且在具体实现过程中往往会发生“鸟嘴”现象(见图1)，“鸟嘴”形貌具有不可预见性，常常会对其他工艺，器件甚至整个制程造成不利的影响，不利于制程的控制，同时由于现有LOCOS工艺中会形成氧化台阶，这为以后平坦化工艺带来困难。 
STI由于其本身所占面积相对较小的优势，成为先进制程所采用的主流器件隔离结构。STI结构制备的原理是局部的把硅衬底表面刻蚀开，然后用CVD(化学气相淀积法)法把SiO2填入所挖开的沟槽中。在实际的应 用上，其一个基本的制备步骤如下：首先在硅衬底表面制作垫氧化层，并沉积Si3N4层，而后光刻将有源区域保护起来；而后干法刻蚀没有光阻保护的Si3N4、垫氧化层及下面的硅材料，向下挖入一定的深度，刻蚀出硅沟槽，且该沟槽的斜角约控制在78～88度之间；接下来在进行沟槽填充前，通常需将硅片送入热炉管内，以高温氧化的方法，在硅沟槽表面长出一层约100～400左右的SiO2，以修补硅沟槽表面因干法刻蚀所造成的损伤和沟槽边缘的园弧化；接着用CVD法将SiO2填入所挖开的沟槽，紧接着进行高温回火以提升CVD法沉积的SiO2层的密度和氧化硅膜的质量，以利于后续制程的进行；CMP刻蚀清除硅片表面多余的SiO2，到氮化硅层为至；最后湿法刻蚀氮化硅层和硅衬底上的垫氧化层，完成STI结构的制备。故制备STI结构的步骤比LOCOS复杂很多，而且，还必需使用CMP(化学机械研磨)工艺等先进技术来协助进行，成本有很大的增加。 
上述两种隔离结构有各自的优缺点，本发明在综合比较两种工艺的适用度和经济性出发，对局部硅氧化隔离结构进行制备工艺的优化。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种局部硅氧化隔离结构的制备方法，通过该方法制备的LOCOS结构，“鸟嘴”区域明显减少，“鸟嘴”现象得到明显改善。 
为解决上述技术问题，本发明的局部硅氧化隔离结构的制备方法，为在现有标准的LOCOS工艺流程后，在硅表面接着热生长另一层氧化硅和硼磷硅玻璃，并对硼磷硅玻璃进行热回流处理，而后湿法刻蚀掉上述硼磷硅玻璃和氧化硅层，形成一平坦的硅表面。
本发明的制备方法制备的局部硅氧化隔离结构(LOCOS)，通过在常规制备的LOCOS隔离结构的基础上，利用热氧化在硅表面生长一氧化硅层，使部分LOCOS结构中鸟嘴区域包含在这一氧化硅层中，并采用硼磷硅玻璃优化氧化硅层和LOCOS结构之间的界面性能，在下一步湿法刻蚀中将硅表面上的氧化硅层和硼磷硅玻璃以及包含在这两层之间的部分场氧化层都刻蚀掉，留下平坦的硅表面及鸟嘴区域明显减少的LOCOS隔离结构，在达到良好器件隔离效果的同时减少鸟嘴对器件的不利影响，如减小有源区面积，增大漏电流等。另外，本发明的方法还可使硅表面平坦化，减少后面工艺布线等的风险。 
附图说明
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LOCOS工艺中常见的鸟嘴结构示意图； 
图2是本发明的制备方法流程图； 
图3为硅衬底上制备氮化硅后示意图； 
图4为硅衬底上制备氮化硅后光刻示意图； 
图5为刻蚀出LOCOS填充区域示意图； 
图6为完成场氧化层的结构示意图； 
图7为去除硅表面的氮化硅和氧化硅后示意图； 
图8为本发明的方法在硅表面生长另一氧化硅示意图； 
图9为本发明的方法淀积硼磷硅玻璃后示意图； 
图10为利用本发明的方法最终制得的LOCOS结构示意图。 
具体实施方式
本发明的局部硅氧化隔离的制备方法，是在完成LOCOS标准工艺流程后进一步处理，图2为本发明的局部硅氧化隔离的制备流程示意图，在长完厚场氧化层及去除硅衬底表面的氮化硅层和氧化层后，采用热生长工艺生长另一层氧化硅；接着沉积一层硼磷硅玻璃，并进行回流处理；最后是刻蚀硅表面的硼磷硅玻璃和氧化硅，形成平坦的硅表面。 
现有技术中常见的LOCOS工艺流程为：首先在硅衬底表面制作一薄氧化硅层用作垫氧化层，并沉积Si3N4层(见图3)，而后用光刻胶将有源区域保护起来(见图4)；而后干法刻蚀没有光刻胶保护区域的Si3N4、垫氧化层和一定深度的硅，形成一沟槽(见图5)；接着将硅片送入热炉管内使硅氧化成氧化硅，形成场氧化层(Field Oxide，简称FOX)，即形成局部场氧化隔离(LOCOS)区域(见图6)；湿法刻蚀去除硅表面的垫氧化层和Si3N4层(见图7)。需要说明的是，采用本发明的方法时，其制备场氧化层需要的沟槽要比现有技术中的更深。 
接下来是在硅表面热生长另一氧化硅层，厚度可为 (见图8)，在氧化过程中，消耗掉部分硅原子，使之前场氧化过程中形成的鸟嘴部分地包含在这一层氧化硅中。紧接着淀积一硼磷硅玻璃层(BPSG)，并对该硼磷硅玻璃层作热回流处理，在这一处理过程中使硼磷硅玻璃成液体填入LOCOS区和氧化硅层的界面，并使LOCOS区和氧化硅层的黏附性更好。BPSG层的淀积方法可采用SACVD(亚常压化学气相淀积工艺)，淀积温度在400℃左右，厚度约为6000～10000埃，热回流处理可采用快速热处理(RTA)设备进行，在680～700℃温度下处理约25～40秒。最后湿法刻蚀工艺，将硅表面上的硼磷硅玻璃和氧化硅层都刻蚀掉，同时去掉了这一厚度上的 部分场氧化物，使最终的LOCOS隔离结构中的鸟嘴区域明显减少。且上述的工艺处理使硅表面上的硼磷硅玻璃、氧化硅及部分LOCOS区之间的界面黏附性很好，故湿法刻蚀后，得到一平坦的硅表面。

Claims (4)

1.一种局部硅氧化隔离结构的制备方法，其包括硅衬底上生长氧化层和其上生长氮化硅层，光刻刻蚀出需要生长LOCOS的区域，刻蚀出的硅区域氧化生长出一厚氧化硅层，去除硅衬底表面的氮化硅层和氧化层，其特征在于，所述制备方法进一步包括：在去除硅衬底表面的氮化硅层和氧化层后热生长另一层氧化硅；接着沉积一层硼磷硅玻璃，并进行热回流处理；最后是刻蚀掉硅表面上所述硼磷硅玻璃和所述氧化硅，形成平坦的硅表面。
2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的硼磷硅玻璃的厚度为6000～10000。
3.按照权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述的硼磷硅玻璃的热回流处理工艺为快速热处理，处理温度为680～700℃，时间为25～40秒。
4.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硼磷硅玻璃和氧化硅的刻蚀工艺为湿法刻蚀。
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