CN102117760A - 用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法 - Google Patents

用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法，该方法包括如下步骤：(1)形成具有顶部氧化膜以及侧壁衬底氧化膜-氮化膜-氧化膜结构的特殊浅沟槽隔离；(2)采用两步湿法刻蚀：第一步湿法刻蚀使用氧化膜对氮化膜选择比较高的药液进行快速刻蚀顶部的氧化膜；第二步湿法刻蚀使用氧化膜对氮化膜选择比较低的药液，同时该药液对氧化膜的刻蚀速率比较慢，以去除侧壁氮化膜的同时控制对衬底氧化膜的刻蚀量，不会对侧壁形成侧向开口。本发明能同时做到顶部氧化膜和侧壁氮化膜及氧化膜的刻蚀，同时完整保护侧壁不会形成侧向开口，避免后续的HDP填充在开口处形成大的空洞。

Description

用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，尤其涉及一种用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法。
背景技术
针对经济型的SiGE HBT(锗硅异质结双极晶体管)的结构，在浅沟槽形成后，需要在浅沟槽底部注入高剂量和低能量的磷来形成通过磷的横向扩散，交汇于有源区，形成N型掩埋层，因此在无需注入磷离子的有源区需要相当厚度的氧化膜阻挡层，而浅沟槽隔离区的侧壁也需要有保护层结构，在注入完成后，有源区顶部的氧化膜阻挡层需要用湿法刻蚀的方法去除，同时侧壁的保护层结构也需要去除，并且是在带光刻胶的模式下进行湿法刻蚀，为了在顶部氧化膜的去除过程中，不会造成有源区氮化膜下面的衬底氧化膜的侧向刻蚀，侧壁的保护层会使用ONO(氧化膜-氮化膜-氧化膜)结构。
针对这种特殊的浅沟槽隔离的顶部氧化膜以及侧壁ONO结构的去除，需要选择适合的化学药液刻蚀剂，能够同时做到顶部氧化膜和侧壁氮化膜及氧化膜的刻蚀，同时完整保护侧壁不会形成侧向开口，避免后续的HDP(高密度等离子体)填充在开口处形成大的空洞，此外化学药液需要能够在带光刻胶的模式下进行。
由于刻蚀需要在带光刻胶的模式下进行，任何高温的化学药液都不能使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法，该方法能同时做到顶部氧化膜和侧壁氮化膜及氧化膜的刻蚀，同时完整保护侧壁不会形成侧向开口，避免后续的HDP填充在开口处形成大的空洞。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法，所述特殊浅沟槽隔离具有顶部氧化膜以及侧壁衬底氧化膜-氮化膜-氧化膜结构，该方法包括如下步骤：
(1)形成具有顶部氧化膜以及侧壁衬底氧化膜-氮化膜-氧化膜结构的特殊浅沟槽隔离；
(2)采用两步湿法刻蚀：第一步湿法刻蚀使用氧化膜对氮化膜选择比较高的药液进行快速刻蚀顶部的氧化膜；第二步湿法刻蚀使用氧化膜对氮化膜选择比较低的药液，同时该药液对氧化膜的刻蚀速率比较慢，以去除侧壁氮化膜的同时控制对衬底氧化膜的刻蚀量，不会对侧壁形成侧向开口。
本发明能达到的技术效果如下：在完全去除有源区顶部氧化膜的同时，去除侧壁的氧化膜-氮化膜保护层，同时能够做到对有源区的氮化膜硬质掩膜层下的衬底氧化层尽量小的侧向开口；两步刻蚀都是常温刻蚀，因此可以使用带光刻胶的模式进行；可以根据不同的氧化膜和氮化膜的组合，灵活调整两步分别的刻蚀时间。
附图说明
图1是本发明在侧壁保护层的刻蚀完成后的STI(浅沟槽隔离)结构示意图；
图2是本发明的两步湿法刻蚀完成后的STI(浅沟槽隔离)结构示意图；
图3是本发明通过两步湿法刻蚀形成浅沟槽隔离结构的实例示意图，图3A是在两步湿法刻蚀前的浅沟槽隔离结构示意图，图3B是在两步湿法刻蚀完成后的浅沟槽隔离结构示意图。
其中，1为顶部氧化膜，2为侧壁氧化膜，3为侧壁氮化膜，4为氮化膜硬质掩膜，5为衬底氧化膜，6为侧壁的衬底氧化膜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明是针对这种特殊的浅沟槽隔离的顶部氧化膜以及侧壁ONO结构的去除，选择适合的化学药液刻蚀剂，能够同时做到顶部氧化膜和侧壁氮化膜及氧化膜的刻蚀，同时完整保护侧壁不会形成侧向开口，避免后续的HDP填充在开口处形成大的空洞，此外化学药液需要能够在带光刻胶的模式下进行。
本发明方法的具体步骤如下：
1.采用常规的STI刻蚀工艺进行STI刻蚀，具体为：在硅衬底上生长衬底氧化膜5，在衬底氧化膜5上再沉积氮化膜硬质掩膜4，然后刻蚀形成STI；之后按顺序在全硅片上形成氧化膜A、氮化膜、氧化膜B的ONO结构，然后利用干法回刻的方法对氮化膜和氧化膜B进行回刻(回刻就是去除STI底部和顶部平行的氧化膜B和氮化膜，保留侧壁垂直方向的氧化膜B和氮化膜)，形成如图1所示的具有ONO(侧壁的衬底氧化膜6-侧壁氮化膜3-侧壁氧化膜2)的侧壁保护层及顶部氧化膜1的特殊浅沟槽隔离结构。其中，侧壁的衬底氧化膜6及顶部氧化膜1(对应氧化膜A)以热氧化扩散方法形成，侧壁氮化膜3(对应氮化膜)可以以LPCVD(低压化学气相沉淀法)或PECVD(等离子体增强化学气相沉淀法)形成，侧壁氧化膜2(对应氧化膜B)可以以LPCVD，APCVD(常压化学气相沉淀法)或PECVD方法形成。
2.如图2所示，针对特殊的浅沟槽隔离(顶部氧化膜以及侧壁ONO结构)，使用湿法药液同时去除顶部氧化膜1和侧壁氮化膜3及侧壁氧化膜2，同时完整保护侧壁不形成侧向开口，同时药液需要在带光刻胶的模式下进行。针对这个要求，湿法刻蚀可以使用两步方法进行刻蚀：
第一步使用氧化膜对氮化膜选择比比较高的药液进行刻蚀，快速刻蚀顶部氧化膜1，刻蚀时间根据去除的膜厚和刻蚀速率来确定，刻蚀时间在5秒到20分钟之间，处理温度为室温，处理药液可以是BOE(缓冲氧化膜刻蚀剂，例如NH4F∶HF的体积比在2∶1到10∶1的范围内)；
第二步使用氧化膜对氮化膜选择比比较低的药液，同时对氧化膜的刻蚀速率比较慢的药液，比如使用DHF(稀释氢氟酸，例如HF∶去离子水的体积比在1∶50到1∶500的范围内)，去除侧壁氮化膜3的同时控制对衬底氧化膜5的刻蚀量，不会对侧壁形成侧向开口，处理温度为室温，刻蚀时间根据去除的膜厚和刻蚀速率来确定，刻蚀时间在1分钟到60分钟之间。
使用BOE+DHF的顺序刻蚀方法的好处有：1.先使用BOE快速刻蚀顶部氧化膜，氮化膜起到侧壁保护的作用；2.第二步使用DHF刻蚀，可以对侧壁氮化膜3作适当过刻蚀，来保证将侧壁氮化膜3去除干净，在去除侧壁氮化膜3的同时，减小侧壁的侧向开口；3.两步刻蚀都是常温刻蚀，因此可以使用带光刻胶的模式进行；4.可以根据不同的氧化膜和氮化膜的组合，灵活调整两步分别的刻蚀时间。
通过两步湿法刻蚀去除顶部氧化膜及侧壁氧化膜和氮化膜形成浅沟槽隔离结构的实例见图3。
两步湿法刻蚀可以在带光刻胶的模式下完成，也可以在不带光刻胶的模式下完成，根据器件制造流程的需要。两步湿法刻蚀可以用两台湿法机器分别进行，也可以在一台湿法机器里的两个药液槽里完成。
例如，湿法刻蚀需要在带光刻胶的模式下进行，所以药液的处理温度需要保持在室温。

Claims (11)

1.一种用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法，所述特殊浅沟槽隔离具有顶部氧化膜以及侧壁衬底氧化膜-氮化膜-氧化膜结构，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)形成具有顶部氧化膜以及侧壁衬底氧化膜-氮化膜-氧化膜结构的特殊浅沟槽隔离；
(2)采用两步湿法刻蚀：第一步湿法刻蚀使用氧化膜对氮化膜选择比较高的药液进行快速刻蚀顶部的氧化膜；第二步湿法刻蚀使用氧化膜对氮化膜选择比较低的药液，同时该药液对氧化膜的刻蚀速率比较慢，以去除侧壁氮化膜的同时控制对衬底氧化膜的刻蚀量，不会对侧壁形成侧向开口。
2.如权利要求1所述的用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法，其特征在于，步骤(2)中，第一步所述的氧化膜对氮化膜选择比较高的药液是缓冲氧化膜刻蚀剂BOE。
3.如权利要求2所述的用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法，其特征在于，所述缓冲氧化膜刻蚀剂BOE是NH4F和HF的混合药液，NH4F和HF的体积比在2∶1到10∶1的范围内。
4.如权利要求1所述的用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法，其特征在于，步骤(2)中，第二步所述的氧化膜对氮化膜选择比较低的药液是稀释氢氟酸DHF。
5.如权利要求4所述的用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法，其特征在于，所述稀释氢氟酸DHF中HF和去离子水的体积比在1∶50到1∶500的范围内。
6.如权利要求1所述的用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法，其特征在于，步骤(2)中，第一步和第二步湿法刻蚀的刻蚀时间根据去除的膜厚和刻蚀速率来确定，第一步的刻蚀时间在5秒到20分钟之间，第二步的刻蚀时间在1分钟到60分钟之间；第一步和第二步湿法刻蚀的处理温度是室温。
7.如权利要求1所述的用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法，其特征在于，步骤(2)中，第二步湿法刻蚀采用对侧壁氮化膜做适当过刻蚀，在去除侧壁氮化膜的同时，减小侧壁的侧向开口。
8.如权利要求1所述的用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法，其特征在于，步骤(2)中，根据器件制造流程的需要，所述两步湿法刻蚀在带光刻胶的模式下完成，或者在不带光刻胶的模式下完成。
9.如权利要求1所述的用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法，其特征在于，步骤(2)中，所述两步湿法刻蚀采用两台湿法机器分别进行，或者在一台湿法机器里的两个药液槽里完成。
10.如权利要求1所述的用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法，其特征在于，步骤(1)具体为：首先在硅衬底上生长衬底氧化膜，在衬底氧化膜上再沉积氮化膜硬质掩膜，然后刻蚀形成浅沟槽隔离；之后按顺序形成氧化膜A、氮化膜、氧化膜B的ONO结构，然后利用干法回刻的方法对氮化膜和氧化膜B进行回刻，形成具有顶部氧化膜以及侧壁衬底氧化膜、侧壁氮化膜和侧壁氧化膜结构的特殊浅沟槽隔离。
11.如权利要求10所述的用于形成特殊浅沟槽隔离的湿法刻蚀工艺方法，其特征在于，所述侧壁衬底氧化膜和顶部氧化膜以热氧化扩散方法形成，所述侧壁氮化膜以低压化学气相沉淀法或等离子体增强化学气相沉淀法形成，所述侧壁氧化膜以低压化学气相沉淀法，常压化学气相沉淀法或等离子体增强化学气相沉淀法形成。
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