形成厚度均匀的栅氧化层的方法技术

本发明专利技术公开了一种形成厚度均匀的栅氧化层的方法，包括：第１步，在硅片上刻蚀出沟槽；第２步，淀积填充氧化硅将所述沟槽完全填充；第３步，以化学机械抛光工艺平坦化所述填充氧化硅直至露出氮化硅；第４步，湿法腐蚀所述沟槽上方的填充氧化硅，刻蚀后的填充氧化硅仍高于硅片的有源区；第５步，湿法腐蚀所述沟槽两侧的氮化硅，直至露出隔离氧化硅；第６步，对硅片进行硅离子的预非晶化离子注入，在被刻蚀的氮化硅下方的有源区内形成非晶层；第７步，湿法腐蚀硅片表面的氮化硅和隔离氧化硅；第８步，在硅片表面生长栅氧化层。本发明专利技术通过栅氧化层生长前的预非晶化离子注入，改善了栅氧化层的厚度均匀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种集成电路制造工艺，特别是涉及一种栅氧化层的制造方法。
技术介绍
浅槽隔离(STI)技术是亚0.25ym器件中常用的隔离工艺，它的优点是占有面积 小、填充氧化物厚度均匀、隔离效果好等。 在进行浅槽隔离工艺之前，硅片上已经定义好了有源区。浅槽隔离工艺通常包括 如下步骤 第1步，请参阅图la。先在硅片IO表面生长一层隔离氧化硅11。再在硅片10表 面淀积一层氮化硅12。接着在硅片10表面涂光刻胶13曝光显影后形成刻蚀窗口 131。接 着在刻蚀窗口 131刻蚀掉氮化硅12、氧化硅11和部分硅，形成沟槽101。最后去除光刻胶 13。 第2步，请参阅图lb。先在沟槽101的侧壁和底面生长一层衬垫氧化硅14。接着 在硅片10表面淀积一层填充氧化硅15，填充氧化硅15至少将沟槽101完全填充。 第3步，请参阅图lc。先以CMP (化学机械抛光)工艺对填充氧化硅15和氮化硅 12进行平坦，直至填充氧化硅15略高于硅片10的有源区。接着以湿法腐蚀去除氮化硅12。 浅槽隔离结构中淀积的填充氧化硅，其热膨胀系数和有源区的硅有一定的差别。 在后续的热过程工艺中，浅槽隔离结构和有源区的边界处存在一定的应力。另外为保证好 的隔离效果，浅槽隔离结构中的填充氧化硅通常略高于有源区。以上两个因素造成后续生 长栅氧化层时，在浅槽隔离结构和有源区的边界处的生长速度比其它地方慢。特别是生长 较厚的高压器件的栅氧化层时，明显出现沿着浅槽隔离结构边缘的氧化硅厚度比有源区中 间的氧化硅厚度薄30%以上。不均匀的栅氧化层导致不均匀的晶体管阈值电压，因此在器 件的漏电流和栅压的关系曲线中出现驼峰现象，使得晶体管的亚阈特性变差，漏电流出现 大幅度增大。如何形成均匀的栅氧化层已经成为开发高压器件的一项关键技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种。 为解决上述技术问题，本专利技术，，硅片已定义MOS晶体管的有源区，所述方法包括如下步骤 第1步，在硅片表面生长一层隔离氧化硅，再淀积一层氮化硅，接着光刻形成刻蚀 窗口 ，在刻蚀窗口刻蚀掉氮化硅、隔离氧化硅和部分硅形成沟槽； 第2步，在所述沟槽的侧壁和底面生长一层衬垫氧化硅，再在硅片表面淀积一层 填充氧化硅，所述填充氧化硅至少将所述沟槽完全填充； 第3步，以化学机械抛光工艺平坦化所述填充氧化硅直至露出氮化硅； 第4步，湿法腐蚀所述沟槽上方的填充氧化硅，刻蚀后的填充氧化硅仍高于硅片的有源区； 第5步，湿法腐蚀所述沟槽两侧的氮化硅，直至露出隔离氧化硅； 第6步，对硅片进行硅离子的预非晶化离子注入，在被刻蚀的氮化硅下方的有源区内形成非晶层； 第7步，湿法腐蚀硅片表面的氮化硅和隔离氧化硅； 第8步，在硅片表面生长栅氧化层。 本专利技术通过在浅槽隔离工艺的淀积填充氧化硅之后，对沟槽两侧的部分氮化硅进行湿法腐蚀，露出沟槽两侧相邻的有源区，并对这些区域进行硅离子的预非晶化离子注入，使得注入区域的有源区变成非晶层。在随后生长栅氧化层时，这些非晶层的生长速度较快，弥补了由于应力等引起的栅氧化层偏薄的现象，获得了厚度较均匀的栅氧化层。附图说明 下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明 图la 图lc是浅槽隔离工艺的各步骤硅片剖面示意图； 图2a 图2f是本专利技术的各步骤硅片剖面示意图。 图中附图标记为10-硅片；101-沟槽；102-非晶层；11_隔离氧化硅；12_氮化硅；13-光刻胶；131-刻蚀窗口 ；14-衬垫氧化硅；15-填充氧化硅；16-栅氧化层。具体实施例方式本专利技术，硅片已定义MOS晶体管的有源区。定义有源区包括在硅片上以离子注入工艺形成N阱、P阱等。如果是制作高压晶体管，那么定义有源区还包括在硅片上以离子注入工艺形成NMOS漂移区(漂移区就是高压MOS晶体管的轻掺杂离子注入，在多晶硅栅之前制作)、PMOS漂移区等。定义有源区之后，进行高温炉退火工艺。在此基础上，本专利技术所述方法包括如下步骤 第1步，请参阅图la。先在硅片IO表面生长一层隔离氧化硅11。再在硅片10表面淀积一层氮化硅12。接着在硅片10表面涂光刻胶13曝光显影后形成刻蚀窗口 131。接着在刻蚀窗口 131刻蚀掉氮化硅12、氧化硅11和部分硅，形成沟槽101。最后去除光刻胶13。 第2步，请参阅图lb。先在沟槽101的侧壁和底面生长一层衬垫氧化硅14。接着在硅片10表面淀积一层填充氧化硅15，填充氧化硅15至少将沟槽101完全填充。淀积填充氧化硅15可以采用高密度等离子体化学气相淀积(HDPCVD)工艺。 第3步，请参阅图2a。以化学机械抛光(CMP)工艺对填充氧化硅15进行平坦处理，直至露出氮化硅12。即将沟槽101之外的填充氧化硅15完全抛光去除，将沟槽101之上的填充氧化硅15抛光到氮化硅12的高度。 第4步，请参阅图2b。湿法腐蚀沟槽101上方的填充氧化硅15，直至填充氧化硅15略高于硅片的有源区，化学药剂可以用氢氟酸(HF)等。例如，当填充氧化硅15高出硅片的有源区300 A 500 A时，停止湿法腐蚀工艺。 第5步，请参阅图2c。湿法化学剥离沟槽101两侧的氮化硅12，直至露出沟槽两侧的隔离氧化硅11。剥离氮化硅12的宽度可以是沟槽两侧的500 A 1500 A，化学药剂可以用热磷酸(H3P04)等。 第6步，请参阅图2d。对硅片进行硅离子(Si+)的预非晶化离子注入(PAI，Pre-amorphous implant)，由于氮化硅12和填充氧化硅15的阻挡，仅在被剥离的氮化硅下方的有源区内形成非晶层102。 预非晶化离子注入的角度范围为30度 50度(以铅垂线为基准)，离子注入的剂量范围为1 X 1014ionS/cm2 8 X 10"ions/cm2 (离子每平方厘米)，离子注入的能量范围为30keV 80keV。离子注入的能量根据栅氧化层的厚度确定，后续工艺要求的栅氧化层越厚，本步骤中离子注入能量越大。 第7步，请参阅图2e。湿法化学剥离硅片表面的氮化硅12，湿法腐蚀硅片表面的隔离氧化硅11。 第8步，请参阅图2f。在硅片表面生长栅氧化硅16。由于非晶层102的硅为非晶结构，其生长氧化层的速度快于晶体结构的硅，因此本步骤可以生长出厚度均匀的栅氧化层16。 上述方法中，晶体管的阱注入、漂移区注入以及退火工艺都是在第1步之前进行的，并且本专利技术所述方法的第1步至第8步之间没有任何热过程。本专利技术所述方法特别适用于形成厚度均匀的高压M0S晶体管的栅氧化层。 综上所述，本专利技术通过栅氧化层生长前的预非晶化离子注入，改善了栅氧化层的厚度均匀性。权利要求一种，硅片已定义MOS晶体管的有源区，其特征是所述方法包括如下步骤第1步，在硅片表面生长一层隔离氧化硅，再淀积一层氮化硅，接着光刻形成刻蚀窗口，在刻蚀窗口刻蚀掉氮化硅、隔离氧化硅和部分硅形成沟槽；第2步，在所述沟槽的侧壁和底面生长一层衬垫氧化硅，再在硅片表面淀积一层填充氧化硅，所述填充氧化硅至少将所述沟槽完全填充；第3步，以化学机械抛光工艺平坦化所述填充氧化硅直至露出氮化硅；第4步，湿法腐蚀所述沟槽上方的填充氧化硅，刻蚀后的填充氧化硅仍高于硅片的有源区；第5步，湿法腐蚀所述沟槽两侧的氮化硅，直至露出隔离氧化硅；第6步，对硅片进行硅离子的预非晶化离子注入，在被刻蚀的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成厚度均匀的栅氧化层的方法，硅片已定义ＭＯＳ晶体管的有源区，其特征是：所述方法包括如下步骤：第１步，在硅片表面生长一层隔离氧化硅，再淀积一层氮化硅，接着光刻形成刻蚀窗口，在刻蚀窗口刻蚀掉氮化硅、隔离氧化硅和部分硅形成沟槽；第２步，在所述沟槽的侧壁和底面生长一层衬垫氧化硅，再在硅片表面淀积一层填充氧化硅，所述填充氧化硅至少将所述沟槽完全填充；第３步，以化学机械抛光工艺平坦化所述填充氧化硅直至露出氮化硅；第４步，湿法腐蚀所述沟槽上方的填充氧化硅，刻蚀后的填充氧化硅仍高于硅片的有源区；第５步，湿法腐蚀所述沟槽两侧的氮化硅，直至露出隔离氧化硅；第６步，对硅片进行硅离子的预非晶化离子注入，在被刻蚀的氮化硅下方的有源区内形成非晶层；第７步，湿法腐蚀硅片表面的氮化硅和隔离氧化硅；第８步，在硅片表面生长栅氧化层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱文生，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]