CN101431043A - 局部硅氧化隔离结构的制备方法 - Google Patents

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陈华伦
陈雄斌
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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，其通过在高温氧化硅衬底前，先在硅衬底下注入一定剂量的硅原子，以减少高温氧化的时间，从而有效抑制了氧化时氧化硅横向扩展的现象。可广泛适用于半导体器件制备的隔离工艺中。

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。但随着器件设计的尺寸越来越小，氧化横向扩展占用的面积相对越来越大，存在有鸟嘴现象(见图1)，导致小尺寸的器件区域受到严重的影响，甚至氧化区域直接连通起来导致器件无法形成。现在很多小尺寸的芯片制备转而采用浅沟槽隔离技术，随之带来的问题是由于浅沟槽隔离技术的工艺复杂而导致产品价格竞争力下降。
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，通过该方法制备的隔离氧化硅横向尺寸明显减小。
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，包括如下步骤：
(1)衬底上生长氧化硅和氮化硅；
(2)进行光刻和刻蚀，去掉需要生长隔离氧化硅的区域硅衬底上的氮化硅和氧化硅；
(3)以氮化硅为掩膜层，将氧原子注入硅衬底中；
(4)高温氧化，形成隔离氧化硅；
(5)去除硅衬底表面的氮化硅和氧化硅。
本发明的制备方法通过在高温氧化前先将氧原子注入到需氧化的硅衬底区域，相对地缩短了高温氧化工艺的时间，避免了原有工艺中高温氧化时间较长导致的氧化层横向扩展较宽的问题，减少了鸟嘴的长度，使传统的硅的局部氧化隔离工艺能够应用于更小尺寸的器件。同时较短的热氧化过程能减小掺杂元素的扩散，提高了器件调整的灵活性和独立性。
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为隔离氧化硅生长中鸟嘴结构示意图；
图2为本发明的制备方法流程图；
图3为实施本发明的方法步骤(1)后的结构示意图；
图4为实施本发明的方法步骤(2)后的结构示意图；
图5为实施本发明的方法步骤(3)后的结构示意图；
图6为实施本发明的方法步骤(4)后的结构示意图。
具体实施方式
图2本发明的制备方法流程图，可通过以下步骤实施：
(1)先在硅衬底上生长氧化硅，为一般的垫氧化层，厚度与正常工艺相似，而后在该层氧化硅上淀积氮化硅，一般厚度要不氧化硅层要大(见图3)。
(2)涂光刻胶，光刻定义出隔离氧化硅的区域，后采用刻蚀去掉位于隔离氧化硅区域内的氮化硅和氧化硅(见图4)，直至露出硅衬底，在这一步刻蚀，通常会有一小部分的硅衬底损失。
(3)以氮化硅和氧化硅为作为掩膜层，将氧原子注入硅衬底中(见图5)。所注入的氧原子的剂量可为1015～1018原子/立方厘米之间。在注入过程中，因考虑不同厚度氮化硅掩蔽层的遮挡能力不同以及氧原子本身所具有的物理溪性能，氧原子注入能量应控制恰当(具体制备中可通过反复的试验得出)，一般其入射氮化硅的深度不超过氮化硅厚度的三分之二。同时因氧原子本身所具有的物理性能，氧原子通常只存在与硅表面，而不会进入衬底内部，故在具体实施中，对氧原子注入的能量没有特别的限定。而且有掩膜层的保护，注入的氧原子不会进入氮化硅保护下的硅衬底中，即隔离氧化硅区域的横向。
(4)高温氧化，激活注入的氧原子，形成隔离氧化硅(见图6)。通过高温氧化激活注入的氧原子，使之与硅原子反应生成二氧化硅，得以减少热氧化时间，有效抑制氧原子的横向扩散，从而减少鸟嘴长度。
(5)最后去除硅衬底表面的氮化硅和氧化硅，局部硅氧化隔离结构制备完成。

Claims (3)

1、一种局部硅氧化隔离结构的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
(1)衬底上生长氧化硅和氮化硅；
(2)进行光刻定义隔离氧化硅区域，刻蚀去掉所述隔离氧化硅区域的氮化硅和氧化硅；
(3)以氮化硅为掩膜层，将氧原子注入硅衬底中；
(4)高温氧化，形成隔离氧化硅；
(5)去除硅衬底表面的氮化硅和氧化硅。
2、按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧原子注入的剂量在1015～1018原子/立方厘米之间。
3、按照权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述氧原子注入深度小于氮化硅厚度的三分之二。
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Cited By (3)

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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090513