CN103035561A

CN103035561A - 深沟槽顶部倾斜角形成的工艺方法

Info

Publication number: CN103035561A
Application number: CN2012103198710A
Authority: CN
Inventors: 吴智勇; 刘鹏
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: CN103035561B

Abstract

本发明公开了一种深沟槽顶部倾斜角形成的工艺方法，包括步骤：1）在单晶硅衬底上，依次淀积，形成第一氧化膜-氮化膜-第二氧化膜结构的硬掩膜，或者只淀积第三氧化膜作为硬掩膜；2）干法刻蚀硬掩膜，形成深沟槽图形；3）在单晶硅衬底上，干法刻蚀形成深沟槽；4）湿法刻蚀，去除第二氧化膜，或通过湿法刻蚀，将第三氧化膜横向推进一部分；5）干法刻蚀去除氮化膜和第一氧化膜，或去除第三氧化膜，形成深沟槽顶部圆角；6）单晶硅回刻，形成深沟槽顶部倾斜角。本发明通过深沟槽的顶部开口形成一个倾斜角，使后续的填充物形成的缝隙或空洞会小，防止后续化学机械研磨把缝隙或孔洞被打开，增加了后续工艺的工艺窗口，使工艺得以量产。

Description

深沟槽顶部倾斜角形成的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种沟槽顶部倾斜角形成的工艺方法，特别是涉及一种深沟槽顶部倾斜角形成的工艺方法。

背景技术

针对在RFLDMOS（射频横向扩散型金属氧化场效应管）厚场氧隔离介质层工艺中，通过深沟槽刻蚀形成单晶硅沟槽的等间隔排列，然后通过热氧化过程把等间隔排列的单晶硅沟槽部份氧化成二氧化硅，然后填入二氧化硅或多晶硅，从而形成大面积的厚场氧隔离介质层。

为了控制硅片的应力，垂直的深沟槽可以有效的降低应力，由于后续是在沟槽内填入二氧化硅或多晶硅，因此，尖锐的深沟槽顶部轮廓在后续氧化膜生长完后，深沟槽顶部开口和底部开口尺寸相近，导致后续氧化膜或多晶硅填入后形成很大的缝隙和孔洞。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种深沟槽顶部倾斜角形成的工艺方法，以解决后续氧化膜或多晶硅填入后形成很大的缝隙和孔洞等问题。

为解决上述技术问题，本发明的深沟槽顶部倾斜角形成的工艺方法，包括步骤：

1）在单晶硅衬底上，依次淀积，形成第一氧化膜-氮化膜-第二氧化膜结构的硬掩膜，或者只淀积第三氧化膜作为硬掩膜；

2）干法刻蚀硬掩膜，形成深沟槽图形；

3）在单晶硅衬底上，干法刻蚀形成深沟槽；

4）湿法刻蚀，去除第二氧化膜，或通过湿法刻蚀，将第三氧化膜横向推进一部分；

5）干法刻蚀，去除氮化膜和第一氧化膜，或去除第三氧化膜，形成深沟槽顶部圆角；

6）单晶硅回刻，形成深沟槽顶部倾斜角。

所述步骤1）中，淀积的方式包括：炉管或化学气相淀积；第一氧化膜、第二氧化膜、第三氧化膜的材质包括：氧化硅；氮化膜的材质包括：氮化硅；其中，第一氧化膜的厚度根据深沟槽顶部倾斜角度需求决定；氮化膜的厚度根据后续化学机械研磨工艺需求来决定；第二氧化膜的厚度根据深沟槽的深度决定；第三氧化膜的厚度由深沟槽的深度决定；第一氧化膜-氮化膜-第二氧化膜结构的硬掩膜适用于射频横向扩散型金属氧化场效应管器件；第三氧化膜作为硬掩膜的适用于只有厚场氧的器件。

所述步骤2）中，干法刻蚀的步骤包括：通过光刻以及采用刻蚀气体，形成深沟槽图形，然后，把光刻胶通过湿法去除；其中，干法刻蚀的工艺参数为：压力5～50豪托，单电极功率为200～1000瓦，刻蚀气体包括：50～150SCCM CF₄、10～40SCCM CHF₃或5～20SCCM O₂。

所述步骤3）中，深沟槽是垂直的单晶硅深沟槽；干法刻蚀的工艺参数为：压力为10～100毫托，上部电极功率为500～1500W，下部电极功率为50～600W，刻蚀气体包括：15～30SCCMSF6、5～20SCCM CF₄或5～20SCCM CHF₃。

所述步骤4）中，湿法刻蚀中的药液包括：含有氢氟酸成分的药液；将第三氧化膜横向推进一部分中，推进范围以深沟槽顶部斜角宽度决定。

所述步骤5）中，干法刻蚀的工艺参数为：压力5～50豪托，单电极功率为200～1000瓦，刻蚀气体包括：50～150SCCM CF₄、10～40SCCM CHF₃或5～20SCCM O₂。

所述步骤6）中，回刻的工艺参数为：压力5～50毫托，上部电极功率为1000～2000W，下部电极功率为100～500W，刻蚀气体包括：100～200SCCM Cl₂、5～20SCCM HBR或20～50SCCMO₂。

本发明通过在先在深沟槽顶部形成圆角，再通过单晶硅回刻在深沟槽顶部形成倾斜角的工艺方法，即通过深沟槽的顶部开口形成一个倾斜角，这样器件制造中的后续的填充物（包括氧化膜或多晶硅填入）形成的缝隙或空洞会小，防止后续化学机械研磨把缝隙或孔洞被打开，增加了后续工艺的工艺窗口，使工艺得以量产。另外，本发明适用于射频横向扩散型金属氧化场效应管器件，但不仅限于这种器件，还适用于所有的深沟槽顶部轮廓修正（包括倾斜角或圆角）的器件。

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是硬掩膜淀积后的示意图；

图2是硬掩膜干法刻蚀后的示意图；

图3是单晶硅深沟槽刻蚀后的示意图；

图4是氧化膜湿法刻蚀后的示意图；

图5是氮化膜和氧化膜干法刻蚀后的示意图；

图6是单晶硅回刻后的示意图；

图7是顶部为尖角轮廓的深沟槽SEM（扫描电子显微镜）图；

图8是顶部为倾斜角轮廓的深沟槽SEM图。

图中附图标记说明如下：

1为单晶硅衬底，2为第一氧化膜，3为氮化膜，4为第二氧化膜，5为深沟槽，6为深沟槽顶部圆角，7为深沟槽顶部倾斜角。

具体实施方式

本发明的深沟槽顶部倾斜角形成的工艺方法，其步骤可如下：

1）在单晶硅衬底1上，通过炉管或化学气相淀积的方式，依次淀积，形成第一氧化膜2-氮化膜3-第二氧化膜4结构的硬掩膜（如图1所示），或者只淀积第三氧化膜作为硬掩膜；

其中，第一氧化膜2、第二氧化膜4、第三氧化膜的材质可为氧化硅；氮化膜3的材质可为氮化硅；第一氧化膜2的厚度，根据深沟槽顶部倾斜角度需求决定，如可为100～500埃；氮化膜3的厚度，根据后续化学机械研磨工艺需求来决定，如可为1000～2000埃；第二氧化膜4的厚度，根据深沟槽的深度决定，如可为2500～10000埃；第三氧化膜的厚度由深沟槽的深度决定，如可为2500～10000埃，可以与第二氧化膜4的厚度一致；

第一氧化膜2-氮化膜3-第二氧化膜4结构（为了整合4000埃～3.5μm常规场氧和4～15μm厚场氧）的硬掩膜适用于射频横向扩散型金属氧化场效应管器件；第三氧化膜作为硬掩膜的适用于只有厚场氧的器件；

2）干法刻蚀硬掩膜，形成深沟槽图形（如图2所示）；

干法刻蚀的步骤包括：通过光刻以及采用刻蚀气体，形成深沟槽图形，然后，把光刻胶通过湿法去除；

其中，干法刻蚀的工艺参数为：压力5～50豪托，单电极功率为200～1000瓦，刻蚀气体以CF₄为主，同时，可以使用辅助气体CHF₃或O₂。气体流量为50～150SCCM CF₄、10～40SCCMCHF₃或5～20SCCM O₂。

3）在单晶硅衬底1上，干法刻蚀形成垂直的单晶硅深沟槽5（如图3所示），其深沟槽的深度在4～15μm之间；

其中，干法刻蚀的工艺参数为：压力为10～100毫托，上部电极功率为500～1500W，下部电极功率为50～600W，刻蚀气体以SF₆为主，同时可以使用辅助气体CF₄或CHF₃；气体流量为15～30SCCM SF₆、5～20SCCM CF₄或5～20SCCM CHF₃；

4）用含有氢氟酸成分的药液进行湿法刻蚀，去除顶部的第二氧化膜4，或对于只有第三氧化膜（氧化硅）结构的硬掩膜，只需通过湿法刻蚀工艺（采用氢氟酸或含有氢氟酸的溶液进行浸泡），将第三氧化膜横向推进一部分（推进范围以深沟槽顶部斜角宽度决定，可以在1000～3000埃之间）就可以了；

其中，对于第一氧化膜2-氮化膜3-第二氧化膜4结构的硬掩膜，湿法刻蚀时，由于湿法无法刻蚀氮化硅，而顶部的第二氧化膜4（氧化硅）被去除后，底部的第一氧化膜2（氧化硅）被横向推进一部分（推进范围以深沟槽顶部斜角宽度决定，可以在1000～3000埃之间，同时保证第二氧化膜4被全部去除干净）（如图4所示）；

5）介质层干法刻蚀，即第一氧化膜2和氮化膜3的干法刻蚀，去除氮化膜3和第一氧化膜2（如图5所示），或去除第三氧化膜，形成深沟槽顶部圆角6；

其中，干法刻蚀的工艺参数为：压力5～50豪托，单电极功率为200～1000瓦，刻蚀气体包括：50～150SCCM CF₄、10～40SCCM CHF₃或5～20SCCM O₂。

对于第一氧化膜2-氮化膜3-第二氧化膜4结构的硬掩膜，通过光刻以及干法刻蚀，把氮化膜3和第一氧化膜2要打开的区域打开，由于上一步骤的第一氧化膜2的横向推进，深沟槽5顶部的一部分单晶硅显露出来，经过高能量等离子体的刻蚀（压力5～50豪托，单电极功率为200～1000瓦，刻蚀气体包括：50～150SCCM CF₄、10～40SCCM CHF₃或5～20SCCM O₂），形成一个深沟槽顶部圆角6；同时，相对于有常规场氧结构的器件，这步可以形成常规场氧的区域；

6）通过单晶硅回刻，即将圆角形的深沟槽顶部进一步干法刻蚀，形成具有较大倾斜角的深沟槽顶部轮廓，最终形成深沟槽顶部倾斜角7（如图6所示）；

其中，回刻的工艺参数为：压力5～50毫托，上部电极功率为1000～2000W，下部电极功率为100～500W，刻蚀气体包括：100～200SCCM Cl₂、5～20SCCM HBR或20～50SCCM O₂。本步骤6）中，利用步骤5）残留的光刻胶对不需要刻蚀的区域进行阻挡，同时可以保护深沟槽5底部，当然，深沟槽5底部被刻蚀也不会影响器件。

按照上述步骤进行，得到的顶部为倾斜角轮廓的深沟槽SEM图，如图8所示，而现有的顶部为尖角轮廓的深沟槽SEM图，如图7所示。

本发明的方法适用于射频横向扩散型金属氧化场效应管器件，或深沟槽顶部轮廓修正（如倾斜角或圆角）的器件。同时，本发明通过深沟槽的顶部开口形成一个倾斜角，使器件制造中的后续的氧化膜或多晶硅填充物形成的缝隙或空洞会小，防止后续化学机械研磨把缝隙或孔洞被打开，增加了后续工艺的工艺窗口，使工艺得以量产。

Claims

1.一种深沟槽顶部倾斜角形成的工艺方法，其特征在于，包括步骤：

2）干法刻蚀硬掩膜，形成深沟槽图形；

3）在单晶硅衬底上，干法刻蚀形成深沟槽；

6）单晶硅回刻，形成深沟槽顶部倾斜角。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1）中，淀积的方式包括：炉管或化学气相淀积；

第一氧化膜、第二氧化膜、第三氧化膜的材质包括：氧化硅；氮化膜的材质包括：氮化硅；

第一氧化膜的厚度为100～500埃；氮化膜的厚度为1000～2000埃；第二氧化膜的厚度为2500～10000埃；第三氧化膜的厚度为2500～10000埃。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1）中，第一氧化膜-氮化膜-第二氧化膜结构的硬掩膜适用于射频横向扩散型金属氧化场效应管器件；第三氧化膜作为硬掩膜的适用于只有厚场氧的器件。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2）中，干法刻蚀的步骤包括：通过光刻以及采用刻蚀气体，形成深沟槽图形，然后，把光刻胶通过湿法去除；其中，干法刻蚀的工艺参数为：压力5～50豪托，单电极功率为200～1000瓦，刻蚀气体包括：50～150SCCMCF₄、10～40SCCM CHF₃或5～20SCCM O₂。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3）中，深沟槽是垂直的单晶硅深沟槽；

深沟槽的深度为4～15μm；

干法刻蚀的工艺参数为：压力为10～100毫托，上部电极功率为500～1500W，下部电极功率为50～600W，刻蚀气体包括：15～30SCCM SF₆、5～20SCCM CF₄或5～20SCCM CHF₃。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4）中，湿法刻蚀中的药液包括：含有氢氟酸成分的药液；

将第三氧化膜横向推进一部分中，推进范围为1000～3000埃。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤5）中，干法刻蚀的工艺参数为：压力5～50豪托，单电极功率为200～1000瓦，刻蚀气体包括：50～150SCCM CF₄、10～40SCCMCHF₃或5～20SCCM O₂。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤6）中，回刻的工艺参数为：压力5～50毫托，上部电极功率为1000～2000W，下部电极功率为100～500W，刻蚀气体包括：100～200SCCM Cl₂、5～20SCCM HBR或20～50SCCM O₂。