专利名称：适用于硅台型垂直沟道场效应晶体管的隔离方法
技术领域：
本发明属于CMOS超大规模集成电路制造技术领域，尤其涉及硅台型垂直沟道场效应晶体管的隔离工艺。
背景技术：
随着传统的平面CMOS超大规模集成电路技术的高速发展，MOS器件的特征尺寸已经进入亚微米、深亚微米(＜0.1微米)时代，但是器件尺寸的进一步缩小将受到光刻技术(现有的最好的光学光刻技术的最小分辨率为0.193微米)的限制。垂直沟道场效应晶体管的提出，为突破光刻技术的限制而实现深亚微米的MOS器件制备，开辟了一条新的途径。垂直沟道器件的工作原理与平面器件完全相同，但其漏区、沟道区和源区沿衬底表面的垂直方向上下排列，实现了三维集成，该器件具有尺寸不受光刻限制、结构简单、集成度高、与平面器件工艺兼容等优点，被学术界和工业界认为是一种非常有潜力的器件结构。在2003年的ITRS的预测中，垂直沟道器件与超薄体SOI、FinFET、双栅器件并列为传统平面器件的可替代结构。
如垂直沟道器件的沟道长度是由刻蚀的硅台高度和离子注入扩散深度决定，该器件为硅台型垂直沟道器件；如垂直沟道器件的沟道长度由外延或选择外延的沟道区厚度决定时，器件为外延型垂直沟道器件；如垂直沟道器件的沟道长度由替代栅介质层厚度决定，器件则为替代栅型垂直沟道器件。硅台型垂直沟道器件不需要比较复杂的外延技术和替代栅技术，工艺最为简单而且与平面MOS工艺完全兼容。
硅台型垂直沟道器件常用的隔离工艺有一般的局部场氧隔离(LOCOS)；浅槽隔离(STI)或者低氧隔离(LTO)。参考图1，在硅台型垂直沟道器件制备中，这两类隔离工艺虽然工艺流程非常简单，但在刻蚀器件硅台时，都会不可避免地在有源区和场区之间的边缘处形成台阶，在栅氧化和刻蚀器件的多晶硅栅侧墙时，在有源区和场区边缘的台阶处会形成寄生的栅氧化层和多晶硅栅侧墙，而寄生的多晶硅栅侧墙与器件硅台两侧的多晶硅侧墙栅是相连的，从而引入了较大的寄生的栅侧墙电容。
发明内容
本发明克服了上述硅台型垂直沟道器件的栅侧墙电容大的缺陷，提供一种适用于硅台型垂直沟道场效应晶体管的隔离方法，消除硅台型垂直沟道器件有源区周围寄生的多晶硅栅侧墙，减小硅台型垂直沟道器件的寄生多晶硅栅侧墙电容，从而优化了器件的直流特性和交流特性。
本发明的技术内容一种适用于硅台型垂直沟道场效应晶体管的隔离方法，步骤包括1、刻蚀有源区硅台；(1-1)热氧化、淀积氮化硅、淀积二氧化硅，光刻有源区；(1-2)刻蚀氮化硅、二氧化硅、衬底硅，形成有源区的硅台；2、以氮化硅掩蔽有源区硅台的表面和侧壁；(2-1)第二次热氧化、淀积氮化硅、淀积二氧化硅；(2-2)刻蚀二氧化硅，形成二氧化硅侧墙，保护有源区硅台侧壁氮化硅；(2-3)刻蚀场区的氮化硅，腐蚀淀积的二氧化硅，有源区硅台的台面和侧壁被氮化硅保护；3、形成隔离；局部场区氧化，用磷酸煮掉氮化硅，腐蚀二氧化硅至有源区脱水。
本发明的技术效果第一次刻蚀出有源区硅台之后，用淀积的氮化硅(第一次淀积的氮化硅)及氮化硅侧墙(第二次淀积的氮化硅被刻蚀形成)保护有源区硅台的表面和侧壁，然后再局部场区氧化形成隔离；这样在后续的制备硅台型垂直沟道器件中，再次刻蚀硅台时，将有源区与场区(即隔离区)处于同样高度，这样有源区和场区边缘就不会形成台阶。在有源区边缘不会形成多晶硅侧墙。
由于完全消除有源区周围寄生的多晶硅栅侧墙，本发明可减小硅台型垂直沟道器件的寄生栅电容，有效优化器件的直流特性和交流特性；而且采用侧墙掩蔽局部场氧隔离工艺的硅台型垂直沟道器件的制备和传统CMOS工艺完全兼容，在高密度存储器和高性能逻辑电路，都有广阔的应用前景。
下面结合附图，对本发明做出详细描述。
图1为传统隔离工艺制作的硅台型垂直沟道场效应晶体管；图1a为硅台型垂直沟道场效应晶体管的剖面结构示意图；01-场区隔离的二氧化硅介质，02-源，03-衬底，04-漏，05-多晶硅栅侧墙，06-二氧化硅栅介质，07-沟道区，08-寄生的多晶硅栅侧墙，09-寄生的二氧化硅栅介质图1b为硅台型垂直沟道场效应晶体管的俯视图；
11-场区(隔离区)，12-多晶硅栅侧墙，13-寄生的多晶硅栅侧墙，14-有源区，15-器件硅台，16-多晶硅栅侧墙引出。
图2为采用本发明制作的采用侧墙掩蔽局部场氧隔离工艺的硅台型垂直沟道场效应晶体管；图2a为硅台型垂直沟道场效应晶体管的剖面结构示意图；01-场区隔离的二氧化硅介质，02-源，03-衬底，04-漏，05-多晶硅栅侧墙，06-二氧化硅栅介质，07-沟道区，08-寄生的多晶硅栅侧墙，09-寄生的二氧化硅栅介质图2b为硅台型垂直沟道场效应晶体管的俯视图；11-场区(隔离区)，12-多晶硅栅侧墙，14-有源区，15-器件硅台，16-多晶硅栅侧墙引出。
图3为本发明适用于硅台型垂直沟道场效应晶体管的侧墙掩蔽局部场氧隔离工艺的流程图；001-二氧化硅，002-氮化硅，003-硅衬底，004-沟道区。
图3a为在衬底热氧化二氧化硅、第一次淀积氮化硅、第一次淀积二氧化硅之后的剖面结构示意图；图3b为有源区光刻、刻蚀二氧化硅、刻蚀氮化硅、腐蚀二氧化硅、刻蚀出有源区硅台(第一次刻蚀硅台)、去胶之后的剖面结构示意图；图3c为第二次淀积氮化硅之后的剖面结构示意图；图3d为第二次淀积二氧化硅之后的剖面结构示意图；图3e为刻蚀第二次淀积的二氧化硅之后的剖面结构示意图；图3f为刻蚀第二次淀积的氮化硅之后的剖面结构示意图；图3g为腐蚀二氧化硅之后的剖面结构示意图；图3h为场区局部氧化之后的剖面结构示意图；图3i为腐蚀掉有源区硅台上的氮化硅和二氧化硅之后的剖面结构示意图；图3j为刻蚀出器件硅台(第二次刻蚀硅台)之后的剖面结构示意图；具体实施方式
参考图3，在四英寸硅片上进行，工艺步骤如下1.热氧化500；2.LPCVD(低压化学气象淀积)1500氮化硅，第一次淀积氮化硅；3.LPCVD淀积2000二氧化硅，第一次淀积二氧化硅；
4.光刻有源区版；5.RIE(反应离子刻蚀)二氧化硅2000；6.RIE刻蚀氮化硅1500；7.腐蚀二氧化硅500；8.ICP(感应耦合等离子体)刻蚀硅3000，形成有源区的硅台；9.去胶清洗；10.热氧化500；11.BHF腐蚀氮氧化硅；12.LPCVD淀积1500氮化硅，第二次淀积氮化硅；13.LPCVD淀积2000二氧化硅，第二次淀积二氧化硅；14.RIE刻蚀第二次淀积的二氧化硅2000，形成二氧化硅侧墙和保护有源区硅台侧壁的氮化硅；15.RIE刻蚀氮化硅1500；16.腐蚀掉淀积的二氧化硅2000，这时有源区硅台的表面和侧壁都被氮化硅保护起来；17.场区局部氧化4000，氮化硅侧墙被变形；18.1∶20HF漂氮氧化硅，然后用磷酸煮氮化硅；19.BHF漂二氧化硅至有源区脱水。
到此，隔离工艺全部完成，再采用与常规CMOS完全兼容的工艺完成后续步骤，在制备器件进行第二次硅台刻蚀时，将有源区和场区保持同一高度，直至硅台型垂直沟道器件制作完毕。
权利要求
1.一种适用于硅台型垂直沟道场效应晶体管的隔离方法，步骤包括1)刻蚀有源区硅台；(1-1)热氧化、淀积氮化硅、淀积二氧化硅，光刻有源区；(1-2)刻蚀氮化硅、二氧化硅、衬底硅，形成有源区的硅台；2)以氮化硅掩蔽有源区硅台的表面和侧壁；(2-1)第二次热氧化、淀积氮化硅、淀积二氧化硅；(2-2)刻蚀二氧化硅，形成二氧化硅侧墙，保护有源区硅台侧壁氮化硅；(2-3)刻蚀场区的氮化硅，腐蚀淀积的二氧化硅，有源区硅台的台面和侧壁被氮化硅保护；3)形成隔离；局部场区氧化，去掉氮化硅，腐蚀二氧化硅至有源区脱水。
2.如权利要求1所述的适用于硅台型垂直沟道场效应晶体管的隔离方法，其特征在于在局部氧化场区后，用磷酸煮掉氮化硅。
全文摘要
本发明提供了一种硅台型垂直沟道场效应晶体管的隔离工艺，属于CMOS超大规模集成电路制造技术领域。其步骤包括第一次刻蚀出有源区硅台之后，用氮化硅保护有源区硅台的表面和侧壁，然后再局部氧化场区完成隔离工艺，通过在后续的制备硅台型垂直沟道器件中刻蚀器件硅台时，将有源区与场区保持同样高度，使有源区和场区边缘不会形成台阶，消除有源区边缘的多晶硅侧墙，减小了硅台型垂直沟道器件的寄生栅电容，有效优化器件的直流特性和交流特性。
文档编号H01L21/8238GK1716560SQ20041000928
公开日2006年1月4日 申请日期2004年6月30日 优先权日2004年6月30日
发明者周发龙, 黄如, 张兴, 田豫 申请人:北京大学