CN103050534B

CN103050534B - Rfldmos厚场氧隔离介质层的结构及制作方法

Info

Publication number: CN103050534B
Application number: CN201210297005.6A
Authority: CN
Inventors: 吴智勇; 肖胜安; 孟鸿林
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2032-08-20
Also published as: CN103050534A

Abstract

本发明公开了一种RFLDMOS厚场氧隔离介质层的结构，其场氧所需单晶硅以短棒状长方形单晶硅硅柱的形式周期性等间距排列或错位排列，硅柱之间以深沟槽分隔。本发明还公开了上述结构的RFLDMOS厚场氧隔离介质层的制作方法。本发明通过优化场氧所需单晶硅的排列方式，缩短单晶硅在同一方向的长度，有效地改善了热氧化后硅片受到的应力，同时还缩小了场氧内的孔洞，增大了孔洞在后续工艺中不会暴露的工艺窗口。

Description

RFLDMOS厚场氧隔离介质层的结构及制作方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种RFLDMOS厚场氧隔离介质层所需单晶硅的排列结构，及基于该结构的RFLDMOS厚场氧隔离介质层的制作方法。

背景技术

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，大面积的厚场氧隔离介质层的形成方法是：首先，通过深沟槽刻蚀，形成单晶硅深沟槽的等间隔排列；然后，通过热氧化过程，把等间隔排列的单晶硅深沟槽全部氧化成二氧化硅，形成大面积的厚场氧隔离介质层。

通常，单晶硅深沟槽都是纵向（或横向）长距离排布，也就是整个深沟槽和单晶硅侧墙的长度很长（有的甚至长达1毫米），如图1所示，这导致二氧化硅生长后，应力在同一个方向长距离聚集，进而导致硅片翘曲（应力情况见表1）。

表1图1结构在热氧化后的应力

硅柱角度(度)	硅片曲率半径（米）
		89.6	翘曲
90.6	-30
		91.5	-162

倒梯形的单晶硅硅墙虽然会对应力有一定的改善，但由于深沟槽底部尺寸过大，单晶硅硅墙容易在外力作用下断裂，同时，厚场氧隔离层中的孔洞也比较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是提供一种RFLDMOS厚场氧隔离介质层的结构，它可以减小应力，避免硅片翘曲或深沟槽断裂。

为解决上述技术问题，本发明的RFLDMOS厚场氧隔离介质层的结构，其场氧所需单晶硅以短棒状长方形单晶硅硅柱的形式周期性等间距排列或错位排列，且硅柱之间以深沟槽分隔。

当场氧最短距离在200微米以内时，场氧所需单晶硅可以直接按场氧最短距离的方向等间距排列，不必分段。

本发明要解决的技术问题之二是提供基于上述结构的RFLDMOS厚场氧隔离介质层的制作方法。

为解决上述技术问题，本发明的RFLDMOS厚场氧隔离介质层的制作方法，包括以下步骤：

1）在硅衬底上淀积二氧化硅-氮化硅叠层；

2）光刻和干法刻蚀打开场氧区，并进行单晶硅回刻；

3）淀积二氧化硅硬掩膜，进行深沟槽硬掩膜刻蚀，形成深沟槽的图形；

4）刻蚀单晶硅深沟槽，形成周期性等间距或错位排列的短棒状长方形单晶硅硅柱，硅柱间以深沟槽分隔；

5）湿法清洗并刻蚀，去除残留的二氧化硅硬掩膜；

6）进行场氧化；

7）淀积二氧化硅，封住深沟槽内的孔洞，然后去除顶部非场氧区的二氧化硅。

上述单晶硅硅柱的长度在10～20微米，场氧二氧化硅的厚度为硅柱宽度的1.5倍，在硅柱宽度方向的深沟槽宽度为硅柱宽度的1.5～1.8倍，在硅柱长度方向的深沟槽宽度为场氧二氧化硅厚度的0.3～0.5倍。

本发明通过优化场氧所需单晶硅的排列方式，缩短单晶硅在同一方向的长度，改善了热氧化后硅片受到的应力，从而避免了单晶硅深沟槽在后续工艺中受到外力影响而断裂，同时还缩小了场氧中的孔洞，增大了孔洞在后续工艺中不会暴露的工艺窗口。

附图说明

图1是常规RFLDMOS厚场氧隔离介质层工艺中，单晶硅的排列结构示意图。

图2是本发明实施例的RFLDMOS厚场氧隔离介质层的单晶硅的排列结构示意图。

图3是基于图2结构的RFLDMOS厚场氧隔离介质层的制作工艺流程示意图。

图4是本发明的其他实施例中，可以改善应力的4种单晶硅硅柱排列结构示意图。

图中附图标记说明如下：

1：硅衬底

2：深沟槽

3：硅柱

4、7、9、10：二氧化硅

5：氮化硅

6：深度补偿的单晶硅回刻

8：孔洞

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下：

如图2所示，本实施例的RFLDMOS厚场氧隔离介质层的单晶硅深沟槽2和单晶硅硅柱3按场氧最短距离的方向（即横向）排列，该结构的具体制作工艺步骤如下：

步骤1，在P型硅衬底1上先用化学气相淀积方法淀积二氧化硅4（压力为常压760托，温度为300～400摄氏度，通入硅烷和氧气混合气体），然后炉管生长氮化硅5（压力为常压20～30帕，温度为700～900摄氏度，通入对二氯乙烯和氨气的混合气体），形成氧化膜-氮化膜的叠层，如图3（a）所示。该氧化膜-氮化膜叠层用作后续场氧生长和化学机械研磨的阻挡层。

步骤2，如图3（b）所示，通过光刻和干法刻蚀打开场氧区，并将单晶硅回刻进硅衬底1中，以补偿场氧化后体积的增加。

上述干法刻蚀的条件为：压力5～50豪托，200～500瓦电极功率，刻蚀气体以气体CF₄为主，可以适当加入辅助气体CHF₃等。

单晶硅回刻条件为：压力5～20毫托，1000～1500瓦上部电极功率，100～200瓦下部电极功率，气体为氯气、HBr、氧气的混合气体。

步骤3，淀积一层较厚的二氧化硅7做为深沟槽2刻蚀的硬掩膜，如图3（c）所示。淀积的条件为：压力为常压760托，温度为300～400摄氏度，通入硅烷和氧气。

步骤4，深沟槽硬掩膜刻蚀，形成单晶硅深沟槽2的图形，如图3（d）所示。刻蚀条件为：压力5～50毫托，200～500瓦电极功率，刻蚀气体以气体CF₄为主，可以适当加入辅助气体CHF₃等。

步骤5，单晶硅深沟槽刻蚀，形成如图2所示的周期性等距离排列的深沟槽2（深度在4～10微米）和短棒状长方形单晶硅硅柱3。刻蚀条件为：压力30～50毫托，1000～1500瓦上部电极功率，50～200瓦下部电极功率，气体为SF₆和O₂的混合气体。

刻蚀完成后，用湿法清洗，再通过氧化刻蚀缓冲剂（主要是氟化铵和氢氟酸混合液）进行湿法刻蚀，去除深沟槽刻蚀后顶层残留的二氧化硅7硬掩膜，如图3（e）所示。

如此形成的单晶硅硅柱3的角度可以从原来的90～92度左右减小为88～90度，即单晶硅硅柱3的轮廓可以从原来的倒梯形做成垂直或倾斜的（即深沟槽底部和顶部尺寸一样大或比顶部小），这样，后续热氧化时，深沟槽2里形成的孔洞就会比较小，另外，底部宽大的硅柱能防止后续工艺对硅柱造成断裂。

步骤6，进行炉管场氧化，如图3（f）所示。

场氧化的条件为：压力为760托，温度为900～1200摄氏度，气体为H₂和O₂的混合气体

场氧二氧化硅的厚度（0.6～1.5微米）是单晶硅硅柱3宽度（0.4～1.2微米）的1.5倍，在硅柱3宽度方向的深沟槽2宽度（0.6～2.4微米）则是硅柱3宽度的1.5～1.8倍，硅柱3的长度为5～100微米。

步骤7，用高密度等离子体化学气相淀积工艺（HDPCVD）淀积二氧化硅，彻底封住深沟槽2里的孔洞8，如图3（g）所示。

步骤8，通过化学机械研磨去除顶部非场氧区的二氧化硅，停在氮化硅5上。在场氧区，由于有单晶硅回刻时的深度补偿（左右），因此，深沟槽2内孔洞8上方的二氧化硅具有一定的厚度（在左右）。如图3（h）所示。

完成上述RFLDMOS厚场氧隔离介质层制作后，测定硅片受到的应力，结果如表2所示。

表2图2结构在热氧化后的应力

硅柱角度（度）	硅片曲率半径（米）
		89.7	-63.2

90.3	-62.2
		90.7	-63.1

从表2可以看到，硅柱角度减小后，硅片在热氧化后受到的应力得到了显著改善。

Claims

1.RFLDMOS厚场氧隔离介质层的结构，其特征在于，场氧所需单晶硅以短棒状长方形单晶硅硅柱的形式周期性等间距排列或错位排列，硅柱之间以深沟槽分隔，硅柱的长度为10～20微米，场氧二氧化硅的厚度为硅柱宽度的1.5倍，在硅柱宽度方向的深沟槽宽度为硅柱宽度的1.5～1.8倍，在硅柱长度方向的深沟槽宽度为场氧二氧化硅厚度的0.3～0.5倍。

2.基于权利要求1所述结构的RFLDMOS厚场氧隔离介质层的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在硅衬底上淀积二氧化硅-氮化硅叠层；

2)光刻和干法刻蚀打开场氧区，并进行单晶硅回刻；

3)淀积二氧化硅硬掩膜，进行深沟槽硬掩膜刻蚀，形成深沟槽的图形；

4)刻蚀单晶硅深沟槽，形成周期性等间距或错位排列的短棒状长方形单晶硅硅柱，硅柱间以深沟槽分隔；

5)湿法清洗并刻蚀，去除残留的二氧化硅硬掩膜；

6)进行场氧化；

7)淀积二氧化硅，封住深沟槽内的孔洞，然后去除顶部非场氧区的二氧化硅。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1)和3)，二氧化硅的淀积采用化学气相沉积方法，淀积的压力为常压760托，温度为300～400摄氏度，通入硅烷和氧气混合气体；步骤1)，氮化硅的淀积采用炉管成长方法，压力为常压20～30帕，温度为700～900摄氏度，通入对二氯乙烯和氨气的混合气体。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2)和3)，刻蚀条件为：压力5～50豪托，200～500瓦电极功率，刻蚀气体为气体CF₄和CHF₃的混合气体；步骤2)，单晶硅回刻条件为：压力5～20毫托，1000～1500瓦上部电极功率，100～200瓦下部电极功率，刻蚀气体为氯气、HBr、氧气的混合气体。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤4)，刻蚀条件为：压力30～50毫托，1000～1500瓦上部电极功率，50～200瓦下部电极功率，气体为SF₆和O₂的混合气体。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤6)，场氧化条件为：压力为760托，温度为900～1200℃，气体为H₂和O₂的混合气体。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤7)，用高密度等离子体化学气相淀积工艺淀积二氧化硅；用化学机械研磨法去除顶部非场氧区的二氧化硅。