CN108091608A - 浅沟槽隔离的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浅沟槽隔离的制造方法，包括步骤：步骤一、提供硅晶圆，在炉管中进行第一氧化硅层的生长；步骤二、在炉管中进行第二氮化硅层的生长；步骤三、去除硅晶圆背面的所述第二氮化硅层；步骤四、采用光刻工艺在硅晶圆的正面定义出浅沟槽的形成区域；步骤五、进行刻蚀形成浅沟槽；步骤六、在炉管中进行作为浅沟槽的衬垫氧化层的第三氧化硅层的生长。本发明能消除在浅沟槽表面的衬垫氧化层的形成过程中形成氮化硅剥离缺陷，从而能提高产品的良率。

Description

浅沟槽隔离的制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种浅沟槽隔离(ShallowTrench Isolation，STI)的制造方法。

背景技术

在半导体制造技术中，浅沟槽隔离是将晶圆芯片中各个相邻器件间进行隔断以及防止漏电的功能，通常通过在器件之间形成沟槽即浅沟槽然后在沟槽中填充氧化硅形成隔离。

浅沟槽隔离一般先通过光刻曝光形成需要形成沟槽区域的图形，然后通过刻蚀气体刻蚀形成沟槽。在现有技术中在光刻之前一般会沉积一层氮化硅以作为后续干刻和浅沟槽隔离填充氧化硅平坦化的阻挡层。氮化硅沉积一般在炉管中利用化学沉积的方法在晶圆表面沉积一层氮化硅，因此在整片晶圆表面都会形成氮化硅层，也即采用炉管形成氮化硅的工艺中，晶圆的包括了正面、反面和侧面的所有表面都暴露在炉管的工艺环境中，使得晶圆的所有表面都会同时形成氮化硅。在后续的浅沟槽隔离衬垫氧化硅生长制程中晶圆背面的氮化层在高温和气流作用下容易造成剥落并掉到晶圆正面从而形成缺陷影响产品良率。如图1A所示，是现有浅沟槽隔离的制造方法形成的氮化硅剥离缺陷在晶圆上的分布图；在晶圆101的表面形成有很多如虚线圈102中的小点显示的缺陷；通过电子扫描发现这些缺陷都为氮化硅剥离缺陷，如图1B所示，是图1A中的氮化硅缺陷的电子扫描照片，图1B中标记103对应的缺陷为氮化硅剥离缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种浅沟槽隔离的制造方法，能消除在浅沟槽表面的衬垫氧化层的形成过程中形成氮化硅剥离缺陷，从而能提高产品的良率。

为解决上述技术问题，本发明提供的浅沟槽隔离的制造方法包括如下步骤：

步骤一、提供硅晶圆，在氧化硅生长炉管中进行第一氧化硅层的生长，所述第一氧化硅层形成在所述硅晶圆的表面。

步骤二、在氮化硅生长炉管中进行第二氮化硅层的生长，所述第二氮化硅层形成在所述硅晶圆的所述第一氧化硅层表面。

步骤三、去除所述硅晶圆背面的所述第二氮化硅层。

步骤四、采用光刻工艺在所述硅晶圆的正面定义出浅沟槽的形成区域。

步骤五、对所述浅沟槽的形成区域的所述第二氮化硅层、所述第一氧化硅层和所述硅晶圆的硅进行刻蚀形成浅沟槽。

步骤六、在氧化硅生长炉管中进行第三氧化硅层的生长，所述第三氧化硅层形成于所述浅沟槽的内侧表面并作为所述浅沟槽的衬垫氧化层，利用步骤三中已经去除所述硅晶圆背面的所述第二氮化硅层的特点防止在所述第三氧化硅层的生长中产生所述第二氮化硅层的剥落。

进一步的改进是，步骤三中采用如下分步骤：

步骤31、在CVD沉积腔中进行CVD沉积形成第四氧化硅层，所述第四氧化硅层位于所述硅晶圆正面的所述第二氮化硅层表面。

步骤32、进行氮化硅层的湿法刻蚀去除所述硅晶圆背面的所述第二氮化硅层；所述硅晶圆正面的所述第二氮化硅层受所述第四氧化硅层的保护而保留。

进一步的改进是，步骤31中所述第四氧化硅层的厚度为5nm～10nm。

进一步的改进是，步骤32中的湿法刻蚀的刻蚀液为磷酸，利用磷酸对氧化硅和氮化硅的刻蚀的选择性实现对所述硅晶圆正面的所述第二氮化硅层的保护以及对所述硅晶圆背面的所述第二氮化硅层的去除。

进一步的改进是，所述CVD沉积腔的工艺气体从所述CVD沉积腔的顶部流入并分布到所述硅晶圆的正面，实现在所述硅晶圆正面沉积所述第四氧化硅层。

进一步的改进是，步骤一中所述第一氧化硅层形成于包括所述硅晶圆正反面在内的所有表面。

进一步的改进是，步骤二中所述第二氮化硅层形成于包括所述硅晶圆正反面在内的所有的所述第一氧化硅层表面。

进一步的改进是，步骤六中，同一氧化硅生长炉管同时进行一片以上的所述硅晶圆的所述第三氧化硅层的生长，各所述硅晶圆背面的所述第二氮化硅层去除后，能防止各所述硅晶圆背面的所述第二氮化硅层的剥落并掉到相应的所述硅晶圆的表面。

本发明方法通过在晶圆表面形成炉管工艺形成的氮化硅层即第二氮化硅层之后，并不是直接进行光刻以及浅沟槽的刻蚀和后续的衬垫氧化层的生长，而是单独进行了一次去除硅晶圆背面的所述第二氮化硅层，这样能消除晶圆背面的第二氮化硅层对浅沟槽隔离的后续工艺的影响，特别是消除在后续的采用炉管工艺形成的衬垫氧化层时第二氮化硅层容易剥离的问题，从而能消除氮化硅剥离缺陷，从而能提高产品的良率。

另外，本发明能通过一次在CVD沉积腔中沉积一次氧化硅层即第四氧化硅层，利用CVD沉积腔的沉积工艺仅会在晶圆的正面形成第四氧化硅层的特征，能够使第四氧化硅层自动覆盖在第二氮化硅层的正面表面，而第二氮化硅层的背面则暴露，这样很容易利用氮化硅层和氧化硅层之间的湿法刻蚀速率差实现将晶圆背面的第二氮化硅层去除，所以本发明还具有工艺简单的特点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1A是现有浅沟槽隔离的制造方法形成的氮化硅剥离缺陷在晶圆上的分布图；

图1B是图1A中的氮化硅缺陷的电子扫描照片；

图2A-图2E是现有浅沟槽隔离的制造方法各步骤中的器件结构图；

图3A至图3B是现有方法形成氮化硅剥离缺陷的示意图；

图4是本发明实施例浅沟槽隔离的制造方法的流程图；

图5A-图5G是现有浅沟槽隔离的制造方法各步骤中的器件结构图。

具体实施方式

本发明实施例方法是在对本发明的技术问题进行分析的基础上得到的，故在详细介绍本发明实施例方法之前先详细介绍一下现有方法出现氮化硅剥离的机理，首先介绍一下现有浅沟槽隔离的制造方法，如图2A至图2E是现有浅沟槽隔离的制造方法各步骤中的器件结构图，现有浅沟槽隔离的制造方法包括如下步骤：

步骤一、如图2A所示，提供硅晶圆201，在氧化硅生长炉管中进行第一氧化硅层201层202的生长，所述第一氧化硅层201层202形成在所述硅晶圆201的表面，即炉管工艺会在所述硅晶圆201的正面、背面和侧面都形成所述第一氧化硅层201层202。

步骤二、如图2B所示，在氮化硅生长炉管中进行第二氮化硅层203的生长，所述第二氮化硅层203形成在所述硅晶圆201的所述第一氧化硅层201表面。

步骤三、如图2C所示，采用光刻工艺形成光刻胶图形204在所述硅晶圆201的正面定义出浅沟槽205的形成区域。

步骤四、如图2D所示，对所述浅沟槽205的形成区域的所述第二氮化硅层203、所述第一氧化硅层201层202和所述硅晶圆201的硅进行刻蚀形成浅沟槽205。之后去除光刻胶图形204。

步骤五、如图2E所示，在氧化硅生长炉管中进行第三氧化硅层206的生长，所述第三氧化硅层206形成于所述浅沟槽205的内侧表面并作为所述浅沟槽205的衬垫氧化层。

上述现有方法存在如下缺陷，现结合图3A和图3B说明如下：

在步骤五的第三氧化硅层206的炉管生长工艺中，炉管工艺中会使用高温，而硅晶圆201的背面的第二氮化硅层203确会之间暴露在炉管的工艺环境中，两者的结合很容易使硅晶圆201的背面的第二氮化硅层203产生剥离，如图3A中的标记301所示，标记301处的第二氮化硅层203产生了剥离。

剥离氮化硅在炉管中最后会漂移到相应的硅晶圆201的正面从而形成如图3B中标记302所示的缺陷。由于炉管中一般会进行多片硅晶圆201的工艺生长，故图3A的标记301所示区域剥离的氮化硅即可以污染同一硅晶圆201的正面，也可以污染其它硅晶圆201的正面。

本发明实施例方法：

如图4所示，是本发明实施例浅沟槽隔离的制造方法的流程图；如图5A至图5G所示，是现有浅沟槽隔离的制造方法各步骤中的器件结构图，本发明实施例浅沟槽隔离的制造方法包括如下步骤：

步骤一、如图5A所示，提供硅晶圆1，在氧化硅生长炉管中进行第一氧化硅层2的生长，所述第一氧化硅层2形成在所述硅晶圆1的表面。

在炉管工艺中，所述硅晶圆1正反面都暴露在炉管的工艺环境中，故所述第一氧化硅层2形成于包括所述硅晶圆1正反面在内的所有表面。

步骤二、如图5B所示，在氮化硅生长炉管中进行第二氮化硅层3的生长，所述第二氮化硅层3形成在所述硅晶圆1的所述第一氧化硅层2表面。

所述第二氮化硅层3形成于包括所述硅晶圆1正反面在内的所有的所述第一氧化硅层2表面。

步骤三、去除所述硅晶圆1背面的所述第二氮化硅层3。

本发明实施例方法中，步骤三中采用如下分步骤：

步骤31、如图5C所示，在CVD沉积腔中进行CVD沉积形成第四氧化硅层4，所述第四氧化硅层4位于所述硅晶圆1正面的所述第二氮化硅层3表面。这里利用到了CVD沉积腔和炉管的工艺不同，所述CVD沉积腔的工艺气体从所述CVD沉积腔的顶部流入并分布到所述硅晶圆1的正面，实现在所述硅晶圆1正面沉积所述第四氧化硅层4。所以，CVD沉积腔的CVD沉积工艺仅会在所述硅晶圆1的正面形成所述第四氧化硅层4，在所述硅晶圆1的背面不会形成所述第四氧化硅层4。

较佳为，所述第四氧化硅层4的厚度为5nm～10nm。

步骤32、如图5D所示，进行氮化硅层的湿法刻蚀去除所述硅晶圆1背面的所述第二氮化硅层3；所述硅晶圆1正面的所述第二氮化硅层3受所述第四氧化硅层4的保护而保留。

较佳为，湿法刻蚀的刻蚀液为磷酸，利用磷酸对氧化硅和氮化硅的刻蚀的选择性实现对所述硅晶圆1正面的所述第二氮化硅层3的保护以及对所述硅晶圆1背面的所述第二氮化硅层3的去除。

步骤四、如图5E所示，采用光刻工艺形成光刻胶图形5在所述硅晶圆1的正面定义出浅沟槽6的形成区域。

步骤五、如图5F所示，对所述浅沟槽6的形成区域的所述第二氮化硅层3、所述第一氧化硅层2和所述硅晶圆1的硅进行刻蚀形成浅沟槽6。

步骤六、如图5G所示，在氧化硅生长炉管中进行第三氧化硅层7的生长，所述第三氧化硅层7形成于所述浅沟槽6的内侧表面并作为所述浅沟槽6的衬垫氧化层，利用步骤三中已经去除所述硅晶圆1背面的所述第二氮化硅层3的特点防止在所述第三氧化硅层7的生长中产生所述第二氮化硅层3的剥落。

通常，同一氧化硅生长炉管同时进行一片以上的所述硅晶圆1的所述第三氧化硅层7的生长，各所述硅晶圆1背面的所述第二氮化硅层3去除后，能防止各所述硅晶圆1背面的所述第二氮化硅层3的剥落并掉到相应的所述硅晶圆1的表面，也即从一片所述硅晶圆1背面的剥离的所述第二氮化硅层3会进入到炉管的工艺环境中从而有可能污染同一炉管中的任一所述硅晶圆1的正面。

本发明实施例方法通过在晶圆表面形成炉管工艺形成的氮化硅层即第二氮化硅层3之后，并不是直接进行光刻以及浅沟槽6的刻蚀和后续的衬垫氧化层的生长，而是单独进行了一次去除硅晶圆1背面的所述第二氮化硅层3，这样能消除晶圆背面的第二氮化硅层3对浅沟槽隔离的后续工艺的影响，特别是消除在后续的采用炉管工艺形成的衬垫氧化层时第二氮化硅层3容易剥离的问题，从而能消除氮化硅剥离缺陷，从而能提高产品的良率。

另外，本发明实施例方法通过一次在CVD沉积腔中沉积一次氧化硅层即第四氧化硅层4，利用CVD沉积腔的沉积工艺仅会在晶圆的正面形成第四氧化硅层4的特征，能够使第四氧化硅层4自动覆盖在第二氮化硅层3的正面表面，而第二氮化硅层3的背面则暴露，这样很容易利用氮化硅层和氧化硅层之间的湿法刻蚀速率差实现将晶圆背面的第二氮化硅层3去除，所以本发明实施例方法还具有工艺简单的特点。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种浅沟槽隔离的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、提供硅晶圆，在氧化硅生长炉管中进行第一氧化硅层的生长，所述第一氧化硅层形成在所述硅晶圆的表面；

步骤二、在氮化硅生长炉管中进行第二氮化硅层的生长，所述第二氮化硅层形成在所述硅晶圆的所述第一氧化硅层表面；

步骤三、去除所述硅晶圆背面的所述第二氮化硅层；

步骤四、采用光刻工艺在所述硅晶圆的正面定义出浅沟槽的形成区域；

步骤五、对所述浅沟槽的形成区域的所述第二氮化硅层、所述第一氧化硅层和所述硅晶圆的硅进行刻蚀形成浅沟槽；

步骤六、在氧化硅生长炉管中进行第三氧化硅层的生长，所述第三氧化硅层形成于所述浅沟槽的内侧表面并作为所述浅沟槽的衬垫氧化层，利用步骤三中已经去除所述硅晶圆背面的所述第二氮化硅层的特点防止在所述第三氧化硅层的生长中产生所述第二氮化硅层的剥落。

2.如权利要求1所述的浅沟槽隔离的制造方法，其特征在于，步骤三中采用如下分步骤：

步骤31、在CVD沉积腔中进行CVD沉积形成第四氧化硅层，所述第四氧化硅层位于所述硅晶圆正面的所述第二氮化硅层表面；

步骤32、进行氮化硅层的湿法刻蚀去除所述硅晶圆背面的所述第二氮化硅层；所述硅晶圆正面的所述第二氮化硅层受所述第四氧化硅层的保护而保留。

3.如权利要求2所述的浅沟槽隔离的制造方法，其特征在于：步骤31中所述第四氧化硅层的厚度为5nm～10nm。

4.如权利要求2所述的浅沟槽隔离的制造方法，其特征在于：步骤32中的湿法刻蚀的刻蚀液为磷酸，利用磷酸对氧化硅和氮化硅的刻蚀的选择性实现对所述硅晶圆正面的所述第二氮化硅层的保护以及对所述硅晶圆背面的所述第二氮化硅层的去除。

5.如权利要求2所述的浅沟槽隔离的制造方法，其特征在于：所述CVD沉积腔的工艺气体从所述CVD沉积腔的顶部流入并分布到所述硅晶圆的正面，实现在所述硅晶圆正面沉积所述第四氧化硅层。

6.如权利要求1所述的浅沟槽隔离的制造方法，其特征在于：步骤一中所述第一氧化硅层形成于包括所述硅晶圆正反面在内的所有表面。

7.如权利要求1所述的浅沟槽隔离的制造方法，其特征在于：步骤二中所述第二氮化硅层形成于包括所述硅晶圆正反面在内的所有的所述第一氧化硅层表面。

8.如权利要求1所述的浅沟槽隔离的制造方法，其特征在于：步骤六中，同一氧化硅生长炉管同时进行一片以上的所述硅晶圆的所述第三氧化硅层的生长，各所述硅晶圆背面的所述第二氮化硅层去除后，能防止各所述硅晶圆背面的所述第二氮化硅层的剥落并掉到相应的所述硅晶圆的表面。