CN102024740A - 浅沟槽隔离区的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种浅沟槽隔离区的制作方法,该方法包括:在形成浅沟槽隔离区之前,通过低压化学淀积形成衬垫氮化物,所形成的衬垫氮化物的厚度大于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物的厚度;利用干法刻蚀去除晶圆正面衬垫氮化物大于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物厚度的部分;在刻蚀后的晶圆正面形成浅沟槽隔离区。采用本发明的方法,在晶圆背面形成一层衬垫氮化物,不仅能够提高晶圆背面的抗腐蚀性,而且不会对晶圆正面制作的芯片产生不良影响,解决了由于晶圆背面被腐蚀而引起的芯片质量不佳的问题。

Description

浅沟槽隔离区的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术,特别涉及一种浅沟槽隔离区的制作方法。
背景技术
在半导体制作过程中,为了避免制作过程中的污染物对芯片造成致命缺陷,通常利用清洗液对制作过程中的污染物进行清洗,并且在每一步刻蚀工艺完成之后,晶圆都要去胶并在一系列化学试剂中清洗。清洗液通常为具有腐蚀性的强酸或强碱溶液。当利用清洗液对制作过程中的污染物进行清洗时,清洗液在清除晶圆表面的污染物时会对晶圆背面进行腐蚀,造成晶圆背面凹凸不平。当晶圆背面吸在底座上时,由于晶圆背面凹凸不平,此时会存在两个问题:一是晶圆正面相对于底座所在平面已发生一定的倾斜,由于晶圆吸附于底座时,与底座接触的晶圆背面凹凸不平,这就造成晶圆正面不平行于底座所在平面,与底座所在平面具有倾角,在后续的曝光显影时,容易造成曝光的位置不准确,显影不均匀等问题,影响芯片的质量;二是晶圆背面凹凸不平可能减小底座对晶圆的吸附力,晶圆容易在制作过程中在底座发生相对移动,影响芯片的质量比如:在光刻过程中,若旋转涂胶时晶圆相对于底座发生移动会造成涂胶不均匀,进一步影响后续的对准和曝光等光刻工艺,进而影响芯片的质量。
图1(a)为现有的具有衬垫氮化物的晶圆结构示意图;图1(b)为现有的形成浅沟槽隔离区的晶圆结构示意图;图1(c)为现有的制作了栅极的晶圆的结构示意图。图2为现有的制作浅沟槽隔离区的方法流程图。现结合图1(a)~图1(c)和图2对制作浅沟槽隔离区的方法进行说明,具体如下:
步骤201:通过热氧化长成一层衬垫氧化物;
在氧化炉中通入氧气或水蒸气,在750℃~1100℃高温下及氧化性气体的作用下,被置于氧化炉中的晶圆101消耗了其表面的部分硅(Si),在晶圆101的正面和背面生长成出一层衬垫氧化物102,如图1(a)所示,该衬垫氧化物为二氧化硅(SiO2)。
步骤202:通过低压化学淀积形成一层衬垫氮化物;
与常压化学气相淀积(APCVD)系统相比,低压化学气相淀积(LPCVD)系统具有更低的成本、更高的产量及更好的膜性能。LPCVD通常在中等真空度下(约0.1~5托),反应温度一般为300℃~900℃,可采用常规的氧化炉以及多腔集成设备。
在减压和温度在700℃~800℃下,在LPCVD炉管内通入二氯二氢硅(SiCl2H2)和氨气(NH3),在具有一层衬垫氧化物102的晶圆101的正面和背面形成一层衬垫氮化物103,也就是在晶圆101正面和晶圆101背面的衬垫氧化物102表面形成一层衬垫氮化物103,如图1(a)所示,该衬垫氮化物为氮化硅(Si3N4)。用LPCVD淀积,可以获得具有良好阶梯覆盖能力和高度均匀性的Si3N4膜。
为了满足后续形成浅沟槽隔离区的制作工艺,在晶圆101正面和背面利用LPCVD形成的衬垫氮化物103的厚度约在800埃~1500埃。
步骤203:形成浅沟槽;
在晶圆101正面的衬垫氮化物103表面涂布光阻胶层,通过曝光显影对衬垫氮化物103表面的光阻胶层进行光刻,在光阻胶层上定义浅沟槽的位置,以该曝光显影后的光阻胶层为掩膜依次刻蚀衬垫氮化物103、衬垫氧化物102和晶圆101,将晶圆101刻蚀到一定深度形成浅沟槽104。
在浅沟槽104内和衬垫氮化物103的表面,利用化学气相淀积的方法淀积沟槽氧化物,该沟槽氧化物为二氧化硅(SiO2)。
利用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)平坦化填充的沟槽氧化物至显露出晶圆101正面的衬垫氮化物103。
步骤204:去除衬垫氮化物和衬垫氧化物;
如图1(b)所示,利用湿法刻蚀去除晶圆101表面的衬垫氮化物103,在利用湿法刻蚀去除晶圆101表面的衬垫氮化物103的同时,晶圆101背面的衬垫氮化物103也被刻蚀掉。通常采用热磷酸溶液刻蚀掉晶圆101表面的衬垫氮化物103。
通常采用湿法刻蚀去除晶圆101表面的衬垫氧化物102,可采用氢氟酸溶液对衬垫氧化物102进行刻蚀。
步骤205:结束。
如图1(c)所示,在制作了浅沟槽隔离区的晶圆101表面继续制作栅极105,在制作了浅沟槽隔离区后的制作过程中需要穿插多次湿法清洗步骤,比如:在制作栅极105时,在生长栅氧化层之前需要对晶圆101进行清洗,除掉晶圆101正面的氧化层和沾污,该清洗过程同样会对晶圆101背面的衬垫氧化物102进行腐蚀;在光刻工艺中,在气相成底膜处理时需要先对晶圆101进行清洗,对晶圆101的清洗包括湿法清洗和去离子水冲洗以除沾污物。每一步湿法清洗在去除晶圆101的沾污物的同时,会腐蚀晶圆101的背面,使晶圆101背面变得凹凸不平。
综上所述,背面凹凸不平的晶圆101在后续制作栅极或金属互连层时,需要进行多次光刻,由于晶圆101背面凹凸不平造成的曝光显影不均匀,会进一步影响制作出的芯片质量。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种浅沟槽隔离区的制作方法,该方法在制作浅沟槽隔离区时能够提高晶圆背面的抗腐蚀性。
为达到上述目的,本发明的技术方案具体是这样实现的:
一种浅沟槽隔离区的制作方法,该方法包括:
在形成浅沟槽隔离区之前,通过低压化学淀积形成衬垫氮化物,所形成的衬垫氮化物的厚度大于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物的厚度;利用干法刻蚀去除晶圆正面衬垫氮化物大于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物厚度的部分;在刻蚀后的晶圆正面形成浅沟槽隔离区。
上述方法中,所述通过低压化学淀积形成衬垫氮化物包括:
增加低压化学淀积的时间,增加晶圆正面和背面的衬垫氧化物上形成的衬垫氮化物的厚度,以使该衬垫氮化物的厚度大于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物厚度;
所述晶圆正面和背面的衬垫氧化物上形成的衬垫氮化物增加16埃,所述低压化学淀积的时间增加1分钟。
上述方法中,所述通过低压化学淀积形成的衬垫氮化物的厚度由形成浅沟槽隔离区后所需的湿法清洗和湿法刻蚀的次数确定;
当所述形成浅沟槽隔离区后增加一次湿法清洗或湿法刻蚀时,所述在形成浅沟槽隔离区之前通过低压化学淀积形成的衬垫氮化物的厚度增加10埃~15埃。
由上述的技术方案可见,本发明提供了一种浅沟槽隔离区的制作方法,该方法包括:在形成浅沟槽隔离区之前,通过低压化学淀积形成衬垫氮化物,通过低压化学淀积形成的衬垫氮化物的厚度大于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物的厚度;利用干法刻蚀去除晶圆正面衬垫氮化物大于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物厚度的部分;在刻蚀后的晶圆正面形成浅沟槽隔离区。采用本发明的方法,在形成浅沟槽隔离区之前在晶圆背面形成一层厚度与后续湿法清洗和湿法刻蚀的次数相关的衬垫氮化物,不仅能够提高晶圆背面的抗腐蚀性,而且不会对晶圆正面制作的芯片产生不良影响,解决了现有技术中由于晶圆背面易被腐蚀而引起的芯片质量不佳的问题。
附图说明
图1(a)为现有的具有衬垫氮化物的晶圆结构示意图。
图1(b)为现有的形成浅沟槽隔离区的晶圆结构示意图。
图1(c)为现有的制作了栅极的晶圆结构示意图。
图2为现有的制作浅沟槽隔离区的方法流程图。
图3(a)为本发明制作了衬垫氮化物的晶圆结构示意图。
图3(b)为本发明干法刻蚀了晶圆正面的衬垫氧化物的晶圆结构示意图。
图3(c)为本发明形成浅沟槽隔离区的晶圆结构示意图。
图3(d)为本发明制作了栅极的晶圆结构示意图。
图4为本发明浅沟槽隔离区制作方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白,以下参照附图并举实施例,对本发明进一步详细说明。
本发明提出了一种浅沟槽隔离区的制作方法,该方法包括:在形成浅沟槽隔离区之前,通过低压化学淀积形成衬垫氮化物,通过低压化学淀积形成的衬垫氮化物的厚度大于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物的厚度;利用干法刻蚀去除晶圆正面衬垫氮化物大于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物厚度的部分;在刻蚀后的晶圆正面形成浅沟槽隔离区。
图3(a)为本发明制作了衬垫氮化物的晶圆结构示意图。图3(b)为本发明干法刻蚀了晶圆正面的衬垫氧化物的晶圆结构示意图。图3(c)为本发明形成浅沟槽隔离区的晶圆结构示意图。图3(d)为本发明制作了栅极的晶圆结构示意图。图4为本发明浅沟槽隔离区制作方法的流程图。现结合图3(a)、图3(b)、图3(c)、图3(d)及图4,对本发明浅沟槽隔离区的制作方法进行说明,具体如下:
步骤401:通过热氧化长成一层衬垫氧化物;
在氧化炉中通入氧气或水蒸气,在750℃~1100℃高温下及氧化性气体的作用下,被置于氧化炉中的晶圆101消耗了其表面的部分硅(Si),在晶圆101的正面和背面生长成出一层衬垫氧化物102,该衬垫氧化物为二氧化硅(SiO2)。
步骤402:通过低压化学淀积增加衬垫氧化物表面的衬垫氮化物厚度;
如图3(a)所示,在减压和温度在700℃~800℃下,在LPCVD炉管内通入二氯二氢硅(SiCl2H2)和氨气(NH3),在具有一层衬垫氧化物102的晶圆101的正面和背面形成一层衬垫氮化物303,也就是在晶圆101正面和晶圆101背面的衬垫氧化物102表面形成一层衬垫氮化物303,该衬垫氮化物为氮化硅(Si3N4)。用LPCVD淀积,可以获得具有良好阶梯覆盖能力和高度均匀性的Si3N4膜。
通过改变LPCVD的时间,增加晶圆101的正面和背面形成的衬垫氮化物303的厚度,使该厚度大于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物103的厚度;具体地,LPCVD的沉积速率为16埃/分钟,衬垫氮化物的厚度每增加16埃,LPCVD的时间增加1分钟。
由于后续湿法清洗或湿法刻蚀一次,衬垫氮化物会被腐蚀掉一定的厚度,被腐蚀掉的衬垫氮化物的厚度小于10埃,因此,衬垫氮化物303相对于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物103增加的厚度由后续制作过程中湿法清洗及湿法刻蚀的次数决定,也就是在形成浅沟槽隔离区之后的制作过程中每增加一次湿法清洗或湿法刻蚀,在形成浅沟槽隔离区之前在晶圆101正面和背面形成的衬垫氮化物303增加一定的厚度,该厚度在10埃至15埃之间。
步骤403:利用干法刻蚀去除晶圆正面的部分衬垫氮化物;
如图3(b)所示,利用干法刻蚀去除晶圆101正面的衬垫氮化物303大于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物103的部分厚度,使干法刻蚀晶圆101正面的衬垫氮化物303后获得的晶圆101正面的衬垫氮化物103符合制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物的厚度要求,也就是刻蚀衬垫氮化物303使刻蚀后晶圆101正面剩余的衬垫氮化物的厚度约在800埃~1500埃,晶圆101正面剩余的衬垫氮化物为衬垫氮化物102。
湿法刻蚀是以液体为主要媒体的刻蚀技术,通常采用液体化学试剂(如酸、碱和溶剂等)以化学的方式去除晶圆表面的材料;湿法刻蚀通常采用浸泡晶圆来腐蚀晶圆上的某些层或其他残留物,湿法刻蚀在腐蚀晶圆表面的残留物时,同样腐蚀晶圆的背面。若本发明采用湿法刻蚀对晶圆101正面的衬垫氮化物303进行刻蚀,以使刻蚀衬垫氮化物303后晶圆101正面剩余的衬垫氮化物符合制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物的厚度要求,则晶圆101背面的衬垫氮化物303也被刻蚀掉相同的部分;在后续制作芯片过程中,在多次湿法清洗和湿法刻蚀的作用下,晶圆101背面剩余的衬垫氮化物可能进一步被腐蚀,进而使晶圆101背面变得凹凸不平。
而干法刻蚀是以气体为主要媒体的刻蚀技术,是把晶圆表面曝露于气态中产生的等离子体,等离子体通过光刻胶中开出的窗口,与晶圆发生物理或化学反应,从而去掉曝露的表面材料;干法刻蚀通常在等离子体刻蚀反应器中,采用离子轰击晶圆正面进行刻蚀,干法刻蚀具有一定的方向性,只会对被选择的区域进行刻蚀。
在本发明中采用干法刻蚀可仅去除晶圆101正面的衬垫氧化物102上的衬垫氮化物303的一部分,不会对晶圆101背面形成的衬垫氮化物303进行刻蚀,晶圆101背面的衬垫氮化物303能够起到保护晶圆101背面不被腐蚀的作用。
步骤404:形成浅沟槽;
在晶圆101正面剩余的衬垫氮化物表面涂布光阻胶层,也就是在衬垫氮化物103表面涂布光阻胶层,通过曝光显影对衬垫氮化物103表面的光阻胶层进行光刻,在光阻胶层上定义浅沟槽的位置,以该曝光显影后的光阻胶层为掩膜依次刻蚀衬垫氮化物103、衬垫氧化物102和晶圆101,将晶圆101刻蚀到一定深度形成浅沟槽104。
在浅沟槽内和衬垫氮化物103的表面,利用化学气相淀积的方法淀积沟槽氧化物,该沟槽氧化物为二氧化硅(SiO2)。
利用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)平坦化填充的沟槽氧化物至显露出晶圆101正面的衬垫氮化物103。晶圆101正面的衬垫氮化物103为刻蚀终止层。
步骤405:去除衬垫氮化物和衬垫氧化物;
如图3(c)所示,利用湿法刻蚀去除晶圆101正面干法刻蚀后剩余的衬垫氮化物,也就是利用湿法刻蚀去除衬垫氮化物103,在去除晶圆101正面的衬垫氮化物103的同时,晶圆101背面的衬垫氮化物303的部分衬垫氮化物也被刻蚀掉。通常采用热磷酸溶液刻蚀掉晶圆101正面的衬垫氮化物103。晶圆101背面未被腐蚀的衬垫氮化物304能够提高晶圆101背面的抗腐蚀性能。
通常采用湿法刻蚀去除晶圆101表面的衬垫氧化物102,可采用氢氟酸溶液对衬垫氧化物102进行去除。
步骤406:结束。
如图3(d)所示,本发明浅沟槽隔离区的制作方法中,在制作浅沟槽隔离区时,在晶圆101背面形成了一层具有一定厚度的衬垫氮化物304,该衬垫氮化物304的厚度与后续湿法清洗和湿法刻蚀的次数相关,也就是该衬垫氮化物304的厚度大于后续湿法清洗和湿法刻蚀可腐蚀掉的衬垫氮化物的总厚度;在制作完成浅沟槽隔离区后的栅极105及后续制作工艺中,多次采用湿法刻蚀和湿法清洗,晶圆101背面的衬垫氮化物304能够对晶圆101的背面起到保护作用,提高晶圆101背面的抗腐蚀性。
本发明浅沟槽隔离区的制作方法中,在制作芯片的最初阶段,即形成浅沟槽隔离区之前就在晶圆101背面形成一层衬垫氮化物,以保护晶圆101背面不受腐蚀,主要是考虑到后续的芯片制作过程中,在晶圆101背面形成保护层的同时可能使晶圆101正面的芯片制作发生不必要的化学反应,影响晶圆101正面制作的芯片的质量。晶圆101背面的衬垫氮化物304能够对晶圆101的背面起到保护作用,提高晶圆101背面的抗腐蚀性,使后续光刻工艺中的曝光显影均匀,提高芯片的质量,增加底座对晶圆101的吸附力;晶圆101背面的衬垫氮化物304是在制作浅沟槽隔离区时形成的,不会对晶圆101正面制作的芯片产生不良影响。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种浅沟槽隔离区的制作方法,该方法包括:
在形成浅沟槽隔离区之前,通过低压化学淀积形成衬垫氮化物,所形成的衬垫氮化物的厚度大于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物的厚度;利用干法刻蚀去除晶圆正面衬垫氮化物大于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物厚度的部分;在刻蚀后的晶圆正面形成浅沟槽隔离区。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过低压化学淀积形成衬垫氮化物包括:
增加低压化学淀积的时间,增加晶圆正面和背面的衬垫氧化物上形成的衬垫氮化物的厚度,以使该衬垫氮化物的厚度大于制作浅沟槽隔离区所需的衬垫氮化物厚度;
所述晶圆正面和背面的衬垫氧化物上形成的衬垫氮化物增加16埃,所述低压化学淀积的时间增加1分钟。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述通过低压化学淀积形成的衬垫氮化物的厚度由形成浅沟槽隔离区后所需的湿法清洗和湿法刻蚀的次数确定;
当所述形成浅沟槽隔离区后增加一次湿法清洗或湿法刻蚀时,所述在形成浅沟槽隔离区之前通过低压化学淀积形成的衬垫氮化物的厚度增加10埃~15埃。
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