[发明专利]通过湿法刻蚀来制造具有浅沟槽隔离结构的硅片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于浅沟槽隔离工艺的湿法去除氮化物的方法，具体地说，本发明涉及通过改进工艺步骤来降低湿法去除氮化硅的成本和提高其效率的方法。

背景技术

随着半导体技术的飞速发展，半导体器件的特征尺寸日益减小。为了在半导体表面形成多个器件，需要在各个器件的有源区之间进行隔离。浅沟槽隔离(STI)是在衬底上制作的晶体管有源区之间形成隔离区的一种已知工艺。由于该技术具有隔离区域小和完成后仍保持基底平整等优点，因此已成为常用的半导体制造技术之一。

该工艺主要包括STI槽刻蚀、氧化物填充和氧化物平坦化等步骤，其中，氧化物平坦化主要包括沟槽氧化物研磨和氮化物去除这两个基本步骤。当完成沟槽氧化物研磨(一般采用化学机械研磨方式)之后，还需要去除硅衬底表面上的氮化硅(Si₃N₄)，以露出隔离氧化硅层。

图1显示了完成沟槽氧化物研磨之后的硅片整体结构，其中，100表示硅衬底；101表示在硅衬底上形成的前侧衬垫(pad)氧化硅(主要成分为SiO₂)层，该前侧衬垫氧化硅层101可通过热氧化法形成，一般厚度为100-160埃，其主要作为隔离层以保护有源区在去除氮化硅时不受化学沾污(即作为隔离氧化硅层)；102表示淀积(例如以低压化学气相淀积法)在该前侧衬垫氧化硅层101上的前侧氮化硅(Si₃N₄)层，其厚度一般为600-1200埃，该前侧氮化硅层102主要用于在STI氧化物淀积过程中保护有源区，而且在化学机械研磨所填充的氧化硅时可用作研磨的阻挡材料；105是由填充在沟槽内的氧化硅所形成的隔离区；106为形成在所填充的氧化硅105与硅衬底100之间的衬里(liner)氧化硅层，其用途与前侧衬垫氧化硅层101相似；103为背侧衬垫氧化硅层，该层是与前侧衬垫氧化硅层101一起在高温氧化设备中形成的，其厚度小于前侧衬垫氧化硅层101；104为背侧氮化硅层，该层是与前侧氮化硅层102一起在化学气相淀积设备中形成的，其厚度一般为1000-1800埃。在浅沟槽隔离工艺的最后阶段，需要去除前侧氮化硅层102、背侧衬垫氧化硅层103和背侧氮化硅层104，然后可选地实施清洗、漂洗、烘干等步骤，从而获得如图2所示的浅沟槽隔离结构，其中，107为前侧衬垫氧化硅层101被可选地刻蚀后形成的隔离氧化硅层，如果没有被刻蚀，则仍然保留原前侧衬垫氧化硅层101，无论如何，其厚度约为80-120埃；其余的附图标记所指示的各单元与图1相同。

一般的氮化物去除工艺是在热磷酸槽内通过湿法刻蚀方式实施的。这是因为热磷酸对氮化物(Si₃N₄和SiON)有很好的选择比，可以避免像氢氟酸那样过分侵蚀隔离氧化硅层107(前侧衬垫氧化硅层101)，同时其刻蚀进度也相对容易控制。具体地说，该方法中所用的热磷酸刻蚀液是浓磷酸与去离子水的混合物，其中，磷酸的浓度一般为80-92重量％，工艺温度在150-180℃范围内。在进行湿法刻蚀时，通常将一批硅片(例如25-50片)放置在热磷酸槽内，采用浸泡的方式来去除上述待刻蚀层。由于热磷酸不仅能够刻蚀氮化硅，对氧化硅也有一定的刻蚀能力，所以采用热磷酸浸泡法来同时去除上述三层待刻蚀层可节省刻蚀步骤，因而具有一定的优势，且已在实际操作中取得较好的效果。

然而，上述的湿法刻蚀也存在一些问题。湿法刻蚀与干法刻蚀相比，尽管具有高选择比、无等离子损伤等优势，但存在溶液浓度难以控制和反应产物难以及时去除等问题。这些问题往往需要通过更换新鲜溶液来克服，由此提高了湿法刻蚀的成本，且降低了处理效率。目前已发现，在以上的湿法刻蚀中，热磷酸的刻蚀速度(无论是对氮化硅还是对氧化硅)会随着已处理硅片数目的增多而快速下降，所以，为了维持合适的刻蚀速度，频繁更换溶液就变得不可避免。这样，一方面导致该步骤需要消耗大量的昂贵的热磷酸溶液，使生产成本居高不下，另一方面，频繁更换溶液也需要耗费额外的时间，严重影响生产效率和成品率。

因此，迫切需要发明一种新的方法以节省上述工艺的化学试剂成本和提高现有刻蚀工艺的效率。

发明内容

为了解决上述问题，发明人作了深入的研究，最终获得了一种节省化学试剂成本并提高生产效率的方法。该方法可以显著延长热磷酸溶液的使用寿命，缩短大批量刻蚀的时间，且可明显降低成本。