专利名称：深硅槽工艺技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路技术，尤其是指一种制作深硅槽的工艺。
硅隔离技术随着硅集成电路集成密度与功能的提高而提高。DEEP-TRENCH(深硅槽)是Si隔离技术的重要部分，另外还有填充和平坦化等。国外在80年代初就开始DEEP-TRENCH的研究和开发，IBM、AT&T、Daimler-BenZ和NEC等大公司，在Si隔离技术上不惜人力物力投入研制开发，已达到了相当高的水平。在Bipolar(双极)、Bi-CMOS(双极CMOS)和需要高性能隔离的IC(集成电路)中，目前已达到十多层集成，即进行十多次DEEP-TRENCH和平坦化等隔离工序。之所以能达到这一高度是由于有非常先进的设备和先进的DEEP-TRENCH隔离技术。
衡量DEEP-TRENCH水平的重要标志是平面开口尺寸与沟槽深度的比，以及陡峭度。上述大公司的DEEP-TRENCH水平一般都能达到1/10，陡峭度可以达到90°，如
图1所示。
国内研制和开发深硅槽的水平很低，一般都采用等离子或反应离子干法腐蚀硅和多晶硅的设备，只能作浅硅槽，并且开口尺寸与沟槽深度之比为1/1.5-2，陡峭度一般只达到60°-70°，差的时候如图2所示，几乎是各向同性(如采用之，只能以开口面积大为代价，才能获得一定的硅槽深度)。造成这一情况的原因是国内双极线和Bi-CMOS线设备配置很差，没有配备专用DEEP-TRENCH的硅隔离设备(引进很先进的MOS工艺线，一般又不做硅隔离)。因此，国内在没有专用设备的情况下，要在这方面做些研究开发时，所受的局限性很大。
本人曾经在腐蚀多晶硅干法腐蚀设备上，采用在硅上化学汽相沉积SiO2(或Si3N4)、涂胶光刻、腐蚀出窗口后，在干法腐蚀设备(DK-P290)上以光刻胶(PHOTORESIST)做掩膜，来改变可以改变的如气体流量、屏压和功率等参数，其结果如图2所示；随后采用在化学汽相沉积的SiO2(或Si3N4)上溅射一层Al等金属(以Al等金属做掩膜)，以常规方法腐蚀出窗口后，在另外一台干法腐蚀设备(PHA-520/520)上做深硅槽，由于该干法腐蚀设备是RIE模式，加之反应物(CNO聚合物)能在DEEP-TRENCH过程中沉积侧壁而阻止侧壁遭腐蚀，这大大改善深硅槽形貌(在3um宽开口下深度能达到4um，陡峭度也达到70°-80°)。但是，由于铝等金属的引入，经DEEP-TRENCH后，芯片有严重的铝等金属沾污(利用SIMS-二次离子探测方法来测定)。
本发明的目的是寻求一种既能保持较好的深硅槽形貌、有一定的开口尺寸与沟槽深度比、无铝等金属沾污，又能在简陋的干法腐蚀设备上使用的深硅槽工艺技术。
为实现上述目的所采取的措施是(1)、氧化，在硅衬底上氧化(或化学汽相沉积CVD)一层几百钠米到1微米厚的介质薄膜如二氧化硅或四氟化三硅等，可视具体要求而定；(2)、涂胶，在介质薄膜上涂一层尽可能厚的光刻胶(以能光刻出最窄隔离槽图形为原则，最好是正光刻胶)，常规方法光刻、wet-etch(湿法腐蚀)介质薄膜，至露出硅衬底窗口为止；(3)、注入，选择合适的离子和分子离子种类、进行离子注入(注入几十到一百几十Kev的能量和E15到E16的剂量)；其中Kev指千电子伏特，E15、E16(也可写作1015～16)指单位平方厘米的离子数；(4)、腐硅槽，在干法腐蚀设备(PHA-520/520)上，使用RIE MODE(反应离子模式)、通以合适配比的CF4和O2气体进行DEEP-TRENCH。
本发明的另一特征是在进行完d工序所述的腐硅槽后，再进行二次注入，注入的离子或分子离子种类为施主杂质离子、或受主杂质离子、或中性杂质分子离子。
本发明的又一其特征是在进行完d工序所述的腐硅槽后，再进行后处理用氢氟酸与水之比为1∶10的比例配制的腐蚀液对剩余的SiO2进行湿法漂洗，然后再用硫酸双氧水清洗液进行后处理。
本发明采用光刻胶作为主掩膜，为了提高光刻胶掩膜在deep-trench中的耐dry-etch(干法腐蚀)性而采取对光刻胶进行改性。
本发明提出并实验完成了对已经形成图形的光刻胶进行简单有效的改性方法-离子注入方法。在选择了合适的离子和分子离子种类(如B+、BF+、P+、AS+和F2+等)、离子注入条件和dry-etch条件下，与不经光刻胶改性相比，不但能将光刻胶在deep-trench中的耐dry-etch性提高几倍，同时也提高了窗口硅衬底的dry-etch速率(与不经恰当离子注入硅衬底相比)。离子注入使光刻胶改性有其物理效应(注入能量转换成热量而固化了光刻胶)和化学效应(注入离子改变了光刻胶高分子结构)。通过实验充分证明了光刻胶这种耐dry-etch性的大幅度提高是化学效应起主要作用；离子注入硅衬底，使其dry-etch速率提高是一般所谓离子注入的增强腐蚀效应，其增强程度与注入离子种类有关。显然，采用离子注入方法对已经形成光刻胶图形窗口硅衬底的DEEP-TRENCH作用是双重的。也就是既提高光刻胶在deep-trench中的耐dry-etch性，又提高硅衬底的dry-etch速率。
简单地说使用本发明后可以做到如下几点1、可以在比较简陋的(RIE MODE)设备上使用本深/浅硅槽工艺；2、工艺简单实用，无金属沾污；3、深硅槽形貌好，在开口尺寸2.0-2.25um规格下硅槽深度可达到4um(实用尺寸)，除硅腐蚀速率慢有待提高外，基本达到实用开发阶段。
图1为IBM的深硅槽图片。
图2为国内比较差的硅槽图片。
图3为利用本发明作的深硅槽图片。
图4为图3的示意图。
表1为硅、改性硅和光刻胶的腐蚀速率曲线。
表2为硅、光刻胶、改性硅和改性光刻胶的腐蚀速率曲线。
本发明的具体实施例如下实施例一(1)、氧化，在硅衬底上氧化一层100nm厚的SiO2；(2)、涂胶，在SiO2层上涂一层1微米厚的负光刻胶，用常规方法光刻、湿法腐蚀SiO2，直到露出硅衬底窗口为止；(3)、注入，选择BF+分子离子进行离子注入，注入100Kev的能量和5E15的剂量；其中Kev指千电子伏特；(4)、腐硅槽，在干法腐蚀设备(PHA-520/520)上，使用RIE MODE(反应离子模式)、通入配比为CF4∶O2=0.95～0.05的气体，腐蚀时间15分。
(5)、用常规的湿法漂去剩余的SiO2，最终能获得1.2～1.35微米的浅硅槽。
实施例二(1)、氧化，在硅衬底上氧化一层200nm厚的SiO2；(2)、涂胶，在SiO2层上涂一层1.2微米厚的负光刻胶，用常规方法光刻、湿法腐蚀SiO2，直到露出硅衬底窗口为止；
(3)、注入，选择BF+分子离子进行离子注入，注入120Kev的能量和7E15的剂量；(4)、腐硅槽，在干法腐蚀设备(PHA-520/520)上，使用RIE MODE(反应离子模式)、通入配比为CF4∶O2=0.95～0.05的气体，腐蚀时间25分钟。
(5)、用常规的湿法漂去剩余的SiO2，最终能获得1.9～2.1微米的浅硅槽。
实施例三(1)、氧化，在硅衬底上氧化一层500nm厚的SiO2；(2)、涂胶，在SiO2层上涂一层1.4微米厚的负光刻胶，用常规方法光刻、湿法腐蚀SiO2，直到露出硅衬底窗口为止；(3)、注入，选择BF+分子离子进行离子注入，注入150Kev的能量和4E15的剂量；(4)、腐硅槽，在干法腐蚀设备(PHA-520/520)上，使用RIE MODE(反应离子模式)、通入配比为CF4∶O2=0.95～0.05的气体，腐蚀时间25分。
(5)、再次进行注入，选择磷离子进行离子注入，注入150Kev的能量和5E15的剂量；然后再用工序(4)进行腐硅槽，其时间为23分钟。
(6)、用常规的湿法漂去剩余的SiO2，最终能获得3.9～4.1微米的深硅槽。
下面对附图与表进行说明1、如图1所示，在干法腐蚀设备(PHA-520/520)上通以CF4∶O2=9.50.05配比的气体。窗口内经离子注入的Si Etch Rate(腐蚀速率)可达到420nm/5min(不经离子注入的Si Etch Rate为330 nm/5min)；作为掩膜的光刻胶的EtchRate竟达到1100 nm/5 min；图中的1为浅硅槽，2为深硅槽，3为硅岛，从图中可见硅岛与硅槽的接触面-即其侧壁很陡，这是国外大公司所生产的产品的电镜照片。
2、如图2所示，在条件完全相同的情况下，经改性作为掩膜的光刻胶的Etch Rate仅为288 nm/5min，其耐dry-etch性是一般不经改性光刻胶的3.8倍，这是实验电镜照片，其中的4为氮化硅，可见其侧壁几乎成为一圆弧，与国外的相比，其差距显而易见。
3、图3是采用本工艺技术初期生产的深硅槽剖面的扫描电镜照片，形貌比较理想，陡峭度几乎达到90°，深度不够(只有0.2178um)是由于在实验过程中，不是在最佳条件下作出的。后期实验单项测定深度达到4um(开口尺寸2um)。本专利技术同不作离子注入改性相比总效果应该是3.8(作为掩模光刻胶Etch Rate提高倍数)乘以1.3(经离子注入的Si etch rate提高倍数)，约为5倍左右。图中的5为硅平面。其侧壁6与硅槽底8间的夹角α大于80°、小于90°，如图4所示。
4、表1是在PHA-520/520干法腐蚀设备上，使用反应模式，通以CF4∶O2=0.95∶0.05的反应气体，进行腐蚀时，各种膜的腐蚀速率曲线，其中，系列1为改性硅的反应离子模式曲线；系列2是不经改性光刻胶的曲线；系列3为硅的曲线，从中可以看出，不经改性光刻胶的腐蚀速率最快，这是人们所不希望的。
5、表2是在PHA-520/520干法腐蚀设备上，使用反应离子模式，通以CF4∶O2=0.95∶0.05的反应气体，进行腐蚀时，各种膜的腐蚀速率曲线，其中，系列1为硅的反应离子模式曲线，系列2是光刻胶的曲线，系列3为经改性的光刻胶的曲线，系列4为改性硅的曲线，从中可以看出，经改性的光刻胶的耐腐蚀性是普通光刻胶的3.8倍，经改性的硅的腐蚀速率是硅的1.3倍，两者相乘约达5倍左右，其效果很明显。 表1 表权利要求
1.深硅槽工艺技术，包括a、氧化或化学汽相沉积，在硅衬底上氧化或化学汽相沉积一层零点几微米到一点几微米厚的介质薄膜；b、涂胶，在介质薄膜上涂一层光刻胶，以常规方法光刻或湿法腐蚀介质薄膜，至露出硅衬底窗口止；其特征是接着进行c、注入，选择离子或分子离子、进行离子注入，注入能量为几十到一百几十千电子伏特，剂量为1015～16离子数/平方厘米；然后再进行d、腐硅槽，在干法腐蚀设备上，使用反应离子模式、通以CF4和O2的混合气体进行深硅槽加工。
2.根据权利要求1所述的工艺技术，其特征是在进行完d工序所述的腐硅槽后，再进行二次注入，注入的离子或分子离子种类为施主杂质离子、或受主杂质离子、或中性杂质分子离子。
3.根据权利要求1所述的工艺技术，其特征是在进行完d工序后，再进行后处理用氢氟酸与水之比为1∶10的比例配制的腐蚀液对剩余的SiO2进行湿法漂洗，然后再用硫酸双氧水清洗液进行处理。
全文摘要
本发明涉及集成电路技术,尤其是指一种制作深硅槽的工艺。该工艺包括a、氧化,在硅衬底上氧化一层几百纳米到1微米厚的介质薄膜;b、涂胶,在介质薄膜层上涂一层尽可能厚的光刻胶,以常规方法光刻、湿法腐蚀介质薄膜,至露出硅衬底窗口为止;c、注入,选择合适的离子和分子离子种类、进行离子注入;d、腐硅槽,在干法腐蚀设备上,使用反应离子模式、通以合适配比的CF
文档编号H01L21/76GK1283869SQ0011228
公开日2001年2月14日 申请日期2000年5月16日 优先权日2000年5月16日
发明者郑宜钧 申请人:无锡微电子科研中心