一種場氧化隔離製造方法
2023-09-18 11:35:50
專利名稱：一種場氧化隔離製造方法
一種場氧化隔離製造方法
技術領域：
本發明是關於一種半導體製造方法，特別是關於一種半導體製造過程中形成場氧 化隔離的製造方法。
背景技術：
眾所周知，一片半導體集成晶片可能包括許多的電容、電阻等各種元器件，在製造 半導體集成晶片時，需要在一片矽片上形成不同的元器件，而為避免相鄰的元器件相互幹 擾或者發生短路，通常需要在不同的元器件之間設置隔離區使器件之間不會互相影響。傳統的在元器件之間形成隔離區的一種方法是局部場氧化隔離(LOCOS)法。該 局部場氧化隔離工藝其基本製程是以爐管方式在裸矽襯底表面生長一層薄的熱氧化層， 接著同樣以爐管方式生長一層氮化矽，然後通過光刻和蝕刻去除場區上的熱氧化層和氮化 矽，在場區形成開口露出矽襯底，然後在裸露的矽襯底上形成場氧化層，再去除矽表面所有 的氮化矽，在矽片表面形成有源區(器件所在區域)和場區(隔離區)。隨著集成電路的大規模化，半導體製程的集成度越來越高，整個半導體製造工藝 也越來越複雜，整個製程中會大量使用各種溼法腐蝕，例如使用溼法腐蝕形成不同厚度的 柵氧化層等，而這些腐蝕通常都不是選擇性的，所以場氧的厚度不斷減少，最終導致場開啟 不足，場管漏電，失去隔離的作用，使電路失去功能。解決場氧厚度不斷減少的方法可以提 高初始場氧化層的厚度，但在傳統場氧化隔離工藝中，形成場氧化層時會產生鳥嘴現象，而 且鳥嘴的有效長度和場氧的厚度是成正比的，若增加場氧的厚度，則鳥嘴的長度也會變長， 會佔用有源區的面積，使有源區的有效面積減少，導致原有的電路設計規則無法實現。另外，傳統的場氧化隔離工藝所形成的場氧化層有50%以上的厚度暴露在矽表面 以上，場氧和矽平面的落差很大，這樣在形成堆疊的器件結構(比如多晶-介質-多晶電容 結構)時，由於場氧的高度較高，為滿足整體厚度的要求，堆疊器件結構上方的介質層會很 薄，在後續製程中如使用化學機械研磨等工藝時，由於過刻蝕量的增大，化學機械淹沒工藝 的波動很容易將堆疊結構上方很薄的介質層蝕刻完全使堆疊結構裸露出來並繼續蝕刻，將 造成電容等高臺階結構的損傷。因此，需要提供一種新的方法，以克服現有技術的前述缺陷。
發明內容本發明的目的在於提供一種形成場氧化隔離的方法，既可以控制鳥嘴的長度，保 持有源區的面積，又可提高場氧化層的厚度。本發明的另一目的在於提供一種形成場氧化隔離的方法，能夠減小化學機械研磨 工藝中高臺階器件結構的損傷。為達成前述目的，本發明一種場氧化隔離製造方法，其包括如下步驟提供一矽襯 底，在矽襯底上形成一層氧化層，然後在氧化層上形成一層氮化矽層；通過掩模光刻以及腐 蝕在預定區域對氧化層及氮化矽層進行蝕刻，以形成開口，露出矽襯底；在開口的矽襯底上形成一層熱氧化層，然後蝕刻掉該熱氧化層，在矽襯底表面形成淺槽；在整個矽片表面生長 一層氮化矽膜，蝕刻該氮化矽膜，在淺槽的內壁形成氮化矽側牆；然後在淺槽內生長場氧化層。為達成前述另一目的，其包括如下步驟提供一矽襯底，在矽襯底上形成一層氧化 層，然後在氧化層上形成一層氮化矽層；通過掩模光刻以及腐蝕在預定區域對氧化層及氮 化矽層進行蝕刻，以形成開口，露出矽襯底；在開口的矽襯底上形成一層熱氧化層，然後蝕 刻掉該熱氧化層，在矽襯底表面形成淺槽；然後在淺槽內生長場氧化層。與現有技術相比，本發明的場氧化隔離製造方法，由於在矽襯底表面形成的淺槽 內壁形成有氮化矽，這層氮化矽側牆能控制鳥嘴的生長，使有效鳥嘴長度不受場氧化層厚 度的影響，而只取決於氮化矽的厚度，這樣可以通過調整氮化矽的厚度保持鳥嘴長度不變， 保持有源區面積不變，同時場氧化層的厚度可以得到大幅度的提高。另外，本發明的形成場氧化隔離的方法，由於先在矽襯底表面形成淺槽，再在淺槽 內形成場氧化層，本發明提供的場氧隔離為埋入式結構，只有不到30%厚度的場氧結構高 於矽平面，這樣場氧與矽平面的落差較小，在同樣整體厚度的情況下，堆疊的器件結構上方 的介質層相對於現有技術可以形成的較厚，可以避免後續製程中由於過刻蝕量的增大造成 高臺階器件結構的損傷。再者，本發明的場氧化層是埋入式的，所以大部分場氧的面積在矽表面以下，這樣 從場管漏端到源端的電力線長度會變長，因此場管下方的電勢線會變的很稀疏，提高了場 管的擊穿電壓。
圖1為本發明形成場氧化隔離的工藝中在矽襯底上蝕刻出場隔離區的示意圖。圖2為本發明形成場氧化隔離的工藝中在場隔離區的矽襯底上形成熱氧化層的 示意圖。圖3為本發明形成場氧化隔離的工藝中去除場隔離區的熱氧化層形成淺槽的示 意圖。圖4為本發明形成場氧化隔離的工藝中在矽襯底表面形成一層氮化矽的示意圖。圖5為本發明形成場氧化隔離的工藝中在矽襯底的淺槽內壁形成側牆的示意圖。圖6為本發明形成場氧化隔離的工藝中生長出場氧化層的示意圖。圖7為本發明形成場氧化隔離的工藝中去除氧化層及氮化矽的示意圖。
具體實施方式本發明的方法是半導體晶片製造過程中形成場氧化隔離的方法，半導體晶片製造 過程中的其他步驟與現有技術中半導體晶片製造過程中的其他步驟基本一致，因此本說明 書並未對半導體製造過程中的其他步驟做詳細說明，而僅僅說明本發明形成場氧化隔離的 方法。請參閱圖1所示，本發明形成場氧化隔離的方法，首先提供一矽襯底1，在矽襯底1 表面形成一層氧化層(未圖示)，然後在氧化層上形成一層氮化矽層100，然後通過掩膜光 刻在矽襯底上蝕刻出場隔離區200。
請參閱圖2所示，在蝕刻出場隔離區200的矽襯底1上利用爐管生長出一層熱氧 化層101，如圖所示，該步驟會對矽襯底進行一定深度的氧化而形成一定厚度的熱氧化層 101，其中該熱氧化層101的厚度大概為預期形成的場氧化層厚度的三分之一。形成該熱氧 化層101時同樣會在熱氧化層的兩端形成鳥嘴形狀。請參閱圖3所示，接下來利用溼法腐蝕(Wet Etch)將前述熱氧化層101去除，這樣 在沒有氮化矽層100的場隔離區200的矽表面形成一個表面圓滑的淺槽102。該淺槽102 的形狀與矽表面蝕刻前被氧化掉的部分形狀一致，兩端會留下鳥嘴形狀的側壁。請參閱圖4所示，接下來在整個矽表面用爐管生長一層薄的氧化層(未圖示)和 氮化矽膜103。薄氧化層是用來消除氮化矽膜103和矽表面之間的應力。請參閱圖5所示，然後進行回刻，矽表面平坦處的氮化矽膜103被完全刻掉，由於 側牆原理，形成於淺槽102內壁拐角處的氮化矽膜103則不能完全刻除，所以在淺槽102內 壁邊緣一定長度的氮化矽膜103被保留下來，形成氮化矽側牆104。請參閱圖6所示，在前述淺槽內生長出場氧化層105。由於氮化矽側牆104的存 在，控制了鳥嘴的生長，使鳥嘴的長度不受場氧化層105厚度的影響，而只取決於氮化矽膜 103的厚度。這樣可以形成足夠厚的場氧化層105，而鳥嘴的長度保持不變，則有源區的面 積不變。請參閱圖7所示，通過腐蝕去除矽片表面的氮化矽層100以及氧化層和氮化矽側 牆104，形成場氧隔離。本發明的形成場氧化隔離的方法，由於先在矽襯底表面形成淺槽，再在淺槽內形 成場氧化層，本發明提供的場氧隔離為埋入式結構，只有不到30%厚度的場氧結構高於矽 平面，這樣場氧與矽平面的落差較小，在同樣整體厚度的情況下，堆疊的器件結構上方的介 質層相對於現有技術可以形成的較厚，可以避免後續製程中由於過刻蝕量的增大造成高臺 階器件結構的損傷。再者，本發明的場氧化層是埋入式的，所以大部分場氧的面積在矽表面以下，這樣 從場管漏端到源端的電力線長度會變長，因此場管下方的電勢線會變的很稀疏，提高了場 管的擊穿電壓。
權利要求
一種場氧化隔離製造方法，其包括如下步驟提供一矽襯底，在矽襯底上形成一層氧化層，然後在氧化層上形成一層氮化矽層；通過掩模光刻以及腐蝕在預定區域對氧化層及氮化矽層進行蝕刻，以形成開口，露出矽襯底；其特徵在於其還包括如下步驟在開口的矽襯底上形成一層熱氧化層，然後蝕刻掉該熱氧化層，在矽襯底表面形成淺槽；在整個矽片表面生長一層氮化矽膜，蝕刻該氮化矽膜，在淺槽的內壁形成氮化矽側牆；然後在淺槽內生長場氧化層。
2.如權利要求1所述的場氧化隔離製造方法，其特徵在於前述熱氧化層的厚度為場 氧化層厚度的三分之一。
3.如權利要求1所述的場氧化隔離製造方法，其特徵在於前述淺槽的內壁兩端形成 有鳥嘴狀側壁，前述氮化矽側牆形成於淺槽的鳥嘴狀側壁上。
4.如權利要求1所述的場氧化隔離製造方法，其特徵在於在前述在整個矽片表面生 長一層氮化矽膜的步驟之前還包括在整個矽片表面生長一層消除氮化矽膜和矽表面之間 應力的氧化層的步驟。
5.一種場氧化隔離製造方法，其包括如下步驟提供一矽襯底，在矽襯底上形成一層 氧化層，然後在氧化層上形成一層氮化矽層；通過掩模光刻以及腐蝕在預定區域對氧化層 及氮化矽層進行蝕刻，以形成開口，露出矽襯底；在開口的矽襯底上形成一層熱氧化層，然 後蝕刻掉該熱氧化層，在矽襯底表面形成淺槽；然後在淺槽內生長場氧化層。
6.如權利要求5所述的場氧化隔離製造方法，其特徵在於前述熱氧化層的厚度為場 氧化層厚度的三分之一。
全文摘要
本發明揭示一種半導體製造方法，特別是關於埋入式場氧化隔離工藝的製作方法，其包括如下步驟提供一矽襯底，在矽襯底上形成一層氧化層，然後在氧化層上形成一層氮化矽層；通過掩模光刻以及腐蝕在預定區域對氧化層及氮化矽層進行蝕刻，以形成開口，露出矽襯底；在開口的矽襯底上形成一層熱氧化層，然後蝕刻掉該熱氧化層，在矽襯底表面形成淺槽；在整個矽片表面生長一層氮化矽膜，蝕刻該氮化矽膜，在淺槽的內壁形成氮化矽側牆；然後在淺槽內生長場氧化層。根據本發明的方法，在淺槽的內壁形成有氮化矽側壁，在生長場氧化層時可以調整氮化矽的厚度來控制鳥嘴的厚度，修正鳥嘴的形貌。
文檔編號H01L21/318GK101924059SQ200910032419
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月13日 優先權日2009年6月13日
發明者羅澤煌, 郭立 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司;無錫華潤上華科技有限公司