CN102243997A - 外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法 - Google Patents

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杨华
刘继全
姚嫦娲
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Abstract

本发明公开了一种外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法，包括如下步骤：(1)深沟槽刻蚀；(2)热氧化在深沟槽内形成牺牲氧化膜；(3)采用稀释氢氟酸或氟化氢蒸汽去除深沟槽里的牺牲氧化膜；(4)采用SPM、APM和HPM清洗，然后采用异丙醇干燥；(5)外延生长。该方法可达到完全去除氧化膜并充分清洗和干燥的目的，使后续的外延生长顺利完成。

Description

外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造领域，尤其涉及一种外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法。
背景技术
在半导体器件的制作过程中，深沟槽的使用随处可见。在某些器件中，深度达30微米以上的深沟槽也得到应用。在深沟槽的刻蚀过程中，侧面和底部难免会被引入一些损伤，造成后续的外延生长质量受到影响。一般的做法会在生长外延之前，先使用热氧化的方法生长一层牺牲氧化层来修复损伤的硅表面，然后再使用湿法工艺进行氧化膜刻蚀和后续的清洗，最后进行外延生长。由于沟槽的深度太深，造成高宽比比较大，一般的BOE(缓冲氧化膜刻蚀剂)的表面张力比较大，造成湿润能力比较差，所以很难接触到沟槽的底部，导致氧化膜去除不充分，容易造成后续的外延生长失败，导致深沟槽的下面部分无法生成外延层，见图1。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法，该方法可达到完全去除氧化膜并充分清洗和干燥的目的，使后续的外延生长顺利完成。
为解决上述技术问题，本发明提供一种外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法，包括如下步骤：
(1)深沟槽刻蚀；
(2)热氧化在深沟槽内形成牺牲氧化膜；
(3)采用稀释氢氟酸或氟化氢蒸汽去除深沟槽里的牺牲氧化膜；
(4)采用SPM、APM和HPM清洗，然后采用异丙醇干燥；
(5)外延生长。
步骤(1)中，所述深沟槽刻蚀，使用干法刻蚀的方法，刻蚀深度＞10微米。
步骤(2)中，所述热氧化形成牺牲氧化膜用于修复深沟槽刻蚀造成的硅表面损伤，该牺牲氧化膜的厚度为100埃到1000埃。
步骤(3)中，如采用稀释氢氟酸来去除深沟槽里的牺牲氧化膜，该稀释氢氟酸的氢氟酸和水的体积比范围为1∶20到1∶1000，处理温度为室温。
步骤(3)中，如采用氟化氢蒸汽来去除深沟槽里的牺牲氧化膜，该氟化氢蒸汽由49％氢氟酸加热到沸点形成。
步骤(4)中，所述SPM是硫酸双氧水混合物，其中H2SO4∶H2O2的体积比为3∶1到30∶1，采用SPM清洗的温度为100℃到160℃；所述APM是氨水双氧水混合物，其中NH4OH∶H2O2∶DI的体积比为1∶1∶5到1∶6∶60，采用APM清洗的温度从25℃到75℃；所述HPM是盐酸双氧水混合物，其中HCL∶H2O2∶DI的体积比为1∶1∶5到1∶4∶20，采用HPM清洗的温度从25℃到75℃。
步骤(4)中，所述采用异丙醇干燥可以采用低温异丙醇干燥，其干燥温度为25℃-50℃，或者可以采用减压加热的异丙醇干燥，其干燥温度为70℃-90℃。
步骤(3)中，如果使用稀释氢氟酸去除牺牲氧化膜，可以与步骤(4)合并成一个步骤完成，即去除牺牲氧化膜和外延前清洗在一个湿法化学清洗设备里完成，依次采用SPM、稀释氢氟酸、APM和HPM清洗，然后采用异丙醇干燥。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：使用表面张力比较小的DHF(稀释氢氟酸)或者使用Vapor HF(氟化氢蒸汽)来去除深沟槽中的氧化膜，然后加上常规的SPM(硫酸双氧水混合物)，APM(氨水双氧水混合物)和HPM(盐酸双氧水混合物)清洗处理，然后使用IPA(异丙醇)进行干燥，即可达到完全去除氧化膜并充分清洗和干燥的目的，使后续的外延生长顺利完成，见图2。
附图说明
图1是采用现有方法(用BOE去除深沟槽里的氧化膜)造成后续的外延生长失败的示意图；
图2是采用本发明方法充分去除氧化膜、顺利完成外延生长的效果示意图；
图3是本发明方法步骤(1)完成后的示意图；
图4是本发明方法步骤(2)完成后的示意图；
图5是本发明方法步骤(3)和步骤(4)完成后的示意图；
图6是本发明方法步骤(5)完成后的示意图；
图3-图6中，1是氧化膜，2是硅基板，3是牺牲氧化膜，4是氧化膜，5是外延层。
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。
本发明一种外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法，利用表面张力比较小的DHF或者使用Vapor HF里去除深沟槽里的牺牲氧化膜，然后结合常规的SPM+APM+HPM清洗以及IPA干燥，使后续的深沟槽中的外延生长能顺利完成。该方法主要包括如下步骤：
(1)如图3所示，深沟槽刻蚀；该步骤使用干法刻蚀的方法，采用氧化膜1作为掩膜在硅基板2上刻蚀深沟槽，刻蚀深度＞10微米；该步骤中的刻蚀可以采用光刻胶为掩膜的干法刻蚀，或以氧化物、氮化物或碳化物为第二层硬掩膜(Hard mask)的干法刻蚀(本实施例中以氧化膜1作为掩膜)；如果采用的是硬掩膜的干法刻蚀工艺，后续应该有去除该硬掩膜的工艺；
(2)如图4所示，热氧化在深沟槽内形成牺牲氧化膜3；该步骤用于修复干法刻蚀造成的硅表面损伤，该牺牲氧化膜3的厚度可以从100埃到1000埃；
(3)采用DHF(稀释氢氟酸)或Vapor HF(氟化氢蒸汽)去除深沟槽里的牺牲氧化膜：采用DHF，其中氢氟酸和水的体积比范围可以在1∶20到1∶1000，处理温度为室温；采用氟化氢蒸汽，氟化氢蒸汽可以由49％氢氟酸加热到沸点形成；
(4)采用常规的SPM(硫酸双氧水混合物)+APM(氨水双氧水混合物)+HPM(盐酸双氧水混合物)湿法药液进行清洗，然后使用IPA(异丙醇)干燥；该步骤中的清洗可依次使用SPM(体积比H2SO4∶H2O2从3∶1到30∶1，温度100℃到160℃)、APM(体积比NH4OH∶H2O2∶DI(去离子水)从1∶1∶5到1∶6∶60，温度从25℃到75℃)和HPM(体积比HCL∶H2O2∶DI从1∶1∶5到1∶4∶20温度从25℃到75℃)；该步骤中的IPA干燥可以采用低温IPA干燥(25℃-50℃)或者减压加热的IPA干燥(70℃-90℃)；
如果步骤(3)使用DHF去除牺牲氧化膜，可以与步骤(4)合并成一个步骤完成，即去除牺牲氧化膜和外延前清洗在一个机器(湿法化学清洗设备)里完成，顺序可以采用SPM+DHF+APM+HPM清洗，然后采用IPA干燥；
步骤(3)和步骤(4)完成后的示意图见图5，图5中牺牲氧化膜3被充分去除，在牺牲氧化膜3的去除过程中，氧化膜1也被部分去除，剩下减薄的氧化膜4；
(5)如图6所示，外延生长，在深沟槽内形成外延层5；该步骤可以根据器件要求不同，按上述方法进行氧化膜去除，清洗以及干燥以后，在深沟槽里也可生长氧化膜，多晶硅等等。
本发明方法使用表面张力比较小的DHF(稀释氢氟酸)或者使用VaporHF(氟化氢蒸汽)来去除深沟槽中的氧化膜，然后加上常规的SPM(硫酸双氧水混合物)，APM(氨水双氧水混合物)和HPM(盐酸双氧水混合物)清洗处理，然后使用IPA(异丙醇)进行干燥。与现有方法(用BOE去除深沟槽里的氧化膜)造成后续的外延生长失败(见图1)相比，用本发明方法可以达到在深沟槽内完全去除氧化膜并充分清洗和干燥的目的，使后续的外延生长顺利完成，见图2。

Claims (8)

1.一种外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)深沟槽刻蚀；
(2)热氧化在深沟槽内形成牺牲氧化膜；
(3)采用稀释氢氟酸或氟化氢蒸汽去除深沟槽里的牺牲氧化膜；
(4)采用SPM、APM和HPM清洗，然后采用异丙醇干燥；
(5)外延生长。
2.如权利要求1所述的外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法，其特征在于，步骤(1)中，所述深沟槽刻蚀，使用干法刻蚀的方法，刻蚀深度＞10微米。
3.如权利要求1所述的外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法，其特征在于，步骤(2)中，所述热氧化形成牺牲氧化膜用于修复深沟槽刻蚀造成的硅表面损伤，该牺牲氧化膜的厚度为100埃到1000埃。
4.如权利要求1所述的外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法，其特征在于，步骤(3)中，如采用稀释氢氟酸来去除深沟槽里的牺牲氧化膜，该稀释氢氟酸的氢氟酸和水的体积比范围为1∶20到1∶1000，处理温度为室温。
5.如权利要求1所述的外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法，其特征在于，步骤(3)中，如采用氟化氢蒸汽来去除深沟槽里的牺牲氧化膜，该氟化氢蒸汽由49％氢氟酸加热到沸点形成。
6.如权利要求1所述的外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法，其特征在于，步骤(4)中，所述SPM是硫酸双氧水混合物，其中H2SO4∶H2O2的体积比为3∶1到30∶1，采用SPM清洗的温度为100℃到160℃；所述APM是氨水双氧水混合物，其中NH4OH∶H2O2∶DI的体积比为1∶1∶5到1∶6∶60，采用APM清洗的温度从25℃到75℃；所述HPM是盐酸双氧水混合物，其中HCL∶H2O2∶DI的体积比为1∶1∶5到1∶4∶20，采用HPM清洗的温度从25℃到75℃。
7.如权利要求1或6所述的外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法，其特征在于，步骤(4)中，所述采用异丙醇干燥可采用低温异丙醇干燥，干燥温度为25℃-50℃，或者可采用减压加热的异丙醇干燥，干燥温度为70℃-90℃。
8.如权利要求1或4所述的外延生长前深沟槽中的氧化膜刻蚀和清洗工艺方法，其特征在于，步骤(3)中，如果使用稀释氢氟酸去除牺牲氧化膜，可以与步骤(4)合并成一个步骤完成，即去除牺牲氧化膜和外延前清洗在一个湿法化学清洗设备里完成，依次采用SPM、稀释氢氟酸、APM和HPM清洗，然后采用异丙醇干燥。
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