專(zhuān)利名稱(chēng)：一種帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件隔離的工藝集成方法，尤其涉及一種帶空氣間隙的深隔離 槽的制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件中，對(duì)于不同的器件需要進(jìn)行隔離，其隔離方法通常采用兩種器件隔 離和物理隔離。器件隔離為NP結(jié)反向隔斷的特性，這種方法通常隔離能力受器件特性限制。物理隔離通常采用絕緣介質(zhì)作為隔離層，其隔離能力強(qiáng)。目前常用的為局部場(chǎng)絕 緣隔離(LOCOS)，淺槽隔離(STI)或深槽隔離(DTI)。其中LOCOS和STI絕緣層通常深度為 5000埃以下，對(duì)于低電壓器件結(jié)深較淺的器件隔離效果好，工藝成本低。但是對(duì)于結(jié)深很深 的高壓，大電流，大功率的BCD或高頻高速的通信用RF CMOS(射頻互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體) 或Si/Ge HBT (鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)器件，需要使用深度很深的DTI物理隔離工藝。對(duì)于通常的器件，由于速度要求不高，通常采用在深隔離槽中填充多晶硅的工藝， 工藝比較簡(jiǎn)單而且可以滿足要求。但是對(duì)于高速器件，普通的DTI工藝寄生電容很大，在高 頻情況下隔離效果會(huì)大大降低，為了降低寄生電容，往往將填充材料改為絕緣介質(zhì)。但是對(duì) 于Ft > IOGHz的高頻器件，介質(zhì)層的效果也不好，限制了整體頻率的提升。對(duì)于目前超高頻器件，通常采用Si/Ge HBT工藝，相對(duì)的DTI工藝直接采用空氣間 隙來(lái)填充，此時(shí)可以大大降低寄生電容，提高高頻下的隔離能力。如圖1所示，其傳統(tǒng)工藝 為1)光刻刻蝕硅基板1產(chǎn)生深隔離槽2，見(jiàn)圖IA ；2)成長(zhǎng)側(cè)壁保護(hù)層3，見(jiàn)圖IB ；3)介質(zhì)層4填充，見(jiàn)圖IC ；4)回刻或通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)去除有源區(qū)上的介質(zhì)層4，見(jiàn)圖1D。此方法中利用高寬比過(guò)大時(shí)，填充能力不足以完全填充，必然產(chǎn)生空洞的原理，在 步驟3)中通過(guò)調(diào)整填充工藝，及深隔離槽的深度和尺寸形成空氣間隙。采用傳統(tǒng)方法形成的帶有空氣間隙的DTI時(shí)，其空氣間隙的大小，位置基本不受 控制，而且很難做的很大，同時(shí)對(duì)于不同尺寸，不同深度的深隔離槽，其空氣間隙的位置不 同，在步驟4)的回刻或CMP中很容易發(fā)生空氣間隙位置過(guò)高而接近于有源區(qū)高度導(dǎo)致步驟 4)完成后直接暴露，因此在實(shí)際使用中，此方法受限制很大，工藝控制能力弱，而且因?yàn)榭?氣間隙不能很大，寄生電容也不會(huì)太小，因此限制了 Ft的提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種在深隔離槽中產(chǎn)生足夠大的可以控制的空 氣間隙的制造方法。該方法可以進(jìn)一步減小寄生電容以提高深隔離槽的隔離表現(xiàn)，同時(shí)工 藝控制能力更強(qiáng)，良品率更高。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，包括 如下步驟(1)光刻刻蝕硅基板形成深隔離槽；(2)在深隔離槽的側(cè)壁成長(zhǎng)側(cè)壁保護(hù)層；(3)可顯影BARC材料作為贗層填充部分深隔離槽；(4)覆蓋介質(zhì)層填充深隔離槽；(5)光刻在深隔離槽中心產(chǎn)生小孔；(6)顯影去除被曝光的覆蓋介質(zhì)層材料，同時(shí)去除贗層材料；(7)紫外光照射激活覆蓋介質(zhì)層材料形成氧化物；(8)介質(zhì)層填充覆蓋介質(zhì)層的小孔，在深隔離槽內(nèi)形成空氣間隙；(9)回刻或通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光去除有源區(qū)上的介質(zhì)層。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果和傳統(tǒng)的介質(zhì)層或多晶填充的深隔 離槽相比，本發(fā)明形成的帶空氣間隙的深隔離槽，其寄生電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)工藝，對(duì)于高速 RF器件，Si/Ge器件等有更好的隔離表現(xiàn)。同現(xiàn)有的帶有空氣間隙的深隔離槽的制造方法 相比，通過(guò)使用本發(fā)明的方法，我們可以得到較大尺寸，具體尺寸可控制，且對(duì)不同設(shè)計(jì)規(guī) 則的深隔離槽有高度均一性的空氣間隙，可以進(jìn)一步減小寄生電容以提高隔離表現(xiàn)，同時(shí) 工藝控制能力更強(qiáng)，良品率更高。


圖1是傳統(tǒng)的帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法的流程示意圖，其中，1是硅基 板，2是深隔離槽，3是側(cè)壁保護(hù)層，4是介質(zhì)層；圖2是本發(fā)明帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法的流程示意圖，其中，11是硅基 板，12是深隔離槽，13是側(cè)壁保護(hù)層，14是贗層，15是覆蓋介質(zhì)層，16是小孔，17是空氣間 隙。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明提供了一種帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，利用可顯影BARC材料具 有可溶解于顯影液的特性，利用該種材料作為贗層，通過(guò)在深隔離槽中填充贗層形成空氣 間隙占位，接著利用某些材料可以在曝光后激活產(chǎn)生Si02的性質(zhì)，用該種材料封口(作為 覆蓋介質(zhì)層)，然后通過(guò)光刻形成小孔，同時(shí)在顯影中將贗層材料可顯影的BARC去除形成 空氣間隙，然后紫外光照射激活使之生成Si02，最后填充介質(zhì)層再回刻或通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋 光去除有源區(qū)上的介質(zhì)層，形成具有空氣間隙的深隔離槽。如圖2所示，本發(fā)明一種帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，具體包括如下步驟(1)如圖2A所示，光刻刻蝕硅基板11產(chǎn)生深隔離槽12 ；步驟(1)中的刻蝕可以采 用光刻膠為掩膜的干法刻蝕，或以氧化物、氮化物或碳化物為第二層硬掩膜(Hard mask)的 干法刻蝕。如果采用的是硬掩膜的干法刻蝕工藝，后續(xù)應(yīng)該有去除該硬掩膜的工藝。(2)如圖2B所示，在深隔離槽12的側(cè)壁成長(zhǎng)側(cè)壁保護(hù)層13 ；步驟⑵中的側(cè)壁保 護(hù)層13的材料為氧化物，氮化物或碳化物。
(3)如圖 2C 所示，可顯影 BARC (Bottom Anti-Reflective Coating，底部抗反射涂 層)材料作為贗層填充部分深隔離槽12 (贗層材料填充深度要保證形成空隙后后續(xù)的CMP 工藝不會(huì)磨到空隙即可，需要根據(jù)CMP的工藝能力來(lái)決定)，在深隔離槽12內(nèi)形成贗層14 ； 步驟(3)中的贗層材料為可溶解于顯影液的BARC材料。(4)如圖2D所示，覆蓋介質(zhì)層15填充深隔離槽12 ；步驟(4)中的覆蓋介質(zhì)層材料 常溫下為液態(tài)不溶解于顯影液，紫外光常溫曝光分解后可溶解于顯影液，在高溫下可以被 紫外光進(jìn)一步激活分解形成氧化物。覆蓋介質(zhì)層材料典型的為含硅的有機(jī)物摻雜光敏性材 料，比如常用的為利用正硅酸乙酯在酸性環(huán)境下水解為Si02的原理，摻入能夠產(chǎn)生光致酸 的光敏性材料(如常用的光刻膠)，即采用正硅酸乙酯摻雜常用的光刻膠作為覆蓋介質(zhì)層 材料。(5)光刻在深隔離槽12中心產(chǎn)生小孔16。(6)顯影去除被曝光的覆蓋介質(zhì)層15材料，同時(shí)去除贗層14材料，如圖2E所示。 步驟(5)中的光刻區(qū)域尺寸大小為0. 02um(微米) 1/2的深隔離槽尺寸之間，且步驟(6) 顯影完成后底部小孔16的尺寸< 0. 5um。(7)如圖2F所示，紫外光照射激活覆蓋介質(zhì)層15材料形成氧化物；步驟(7)中的 激活溫度一般為250°C 400°C。紫外光照射后通過(guò)覆蓋介質(zhì)層15的光敏性材料(如常用 的光刻膠)產(chǎn)生光致酸，然后在光致酸的催化下產(chǎn)生正硅酸乙酯的水解產(chǎn)生Si02，同時(shí)其 他生成物在一定溫度環(huán)境中被揮發(fā)，從而形成Si02薄膜(氧化物)；(8)如圖2G所示，介質(zhì)層(介質(zhì)層材料一般為Si02，包括各種含其他雜質(zhì)的Si02， 如B，P，F(xiàn)等)填充覆蓋介質(zhì)層的小孔16，在深隔離槽內(nèi)形成空氣間隙17;步驟(8)中的介 質(zhì)層沉積工藝為普通介質(zhì)層沉積工藝，如PVD，CVD，HDP等。形成的空氣間隙17的橫向及底 部接觸為側(cè)壁保護(hù)層材料，上部接觸為覆蓋介質(zhì)層和介質(zhì)層材料。形成的空氣間隙17橫向 尺寸由側(cè)壁保護(hù)層決定，深度由贗層材料填充深度決定。(9)如圖2H所示，回刻或通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)去除有源區(qū)上的介質(zhì)層，形成 具有空氣間隙17的深隔離槽；步驟(9)中的回刻或CMP工藝，其目的是去除有源區(qū)的介質(zhì) 層，沒(méi)有介質(zhì)層殘留在有源區(qū)。同時(shí)在深隔離槽中的凹陷必須保證空氣間隙17上方的介質(zhì) 層> 500埃?？梢詺埩?0 1000埃的介質(zhì)層作為后續(xù)注入的阻擋層，然后在后續(xù)的濕法 工藝中去除，但必須同時(shí)保證在深隔離槽中空氣間隙17上方的介質(zhì)層> 500埃。
權(quán)利要求
1.一種帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，其特征在于，包括如下步驟(1)光刻刻蝕硅基板形成深隔離槽；(2)在深隔離槽的側(cè)壁成長(zhǎng)側(cè)壁保護(hù)層；(3)可顯影BARC材料作為贗層填充部分深隔離槽；(4)覆蓋介質(zhì)層填充深隔離槽；(5)光刻在深隔離槽中心產(chǎn)生小孔；(6)顯影去除被曝光的覆蓋介質(zhì)層材料，同時(shí)去除贗層材料；(7)紫外光照射激活覆蓋介質(zhì)層材料形成氧化物；(8)介質(zhì)層填充覆蓋介質(zhì)層的小孔，在深隔離槽內(nèi)形成空氣間隙；(9)回刻或通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光去除有源區(qū)上的介質(zhì)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，其特征是，步驟(1)中的 刻蝕采用光刻膠為掩膜的干法刻蝕，或以氧化物、氮化物或碳化物為第二層硬掩膜的干法 刻蝕。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶空氣間隙的深隔離槽的刻蝕方法，其特征是，如果步驟(1) 采用以氧化物、氮化物或碳化物為第二層硬掩膜的干法刻蝕，后續(xù)應(yīng)該有去除該第二層硬 掩膜的工藝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，其特征是，步驟(2)中的 側(cè)壁保護(hù)層材料為氧化物，氮化物或碳化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，其特征是，步驟(3)中的 贗層材料為可溶解于顯影液的BARC材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，其特征是，步驟(4)中的 覆蓋介質(zhì)層材料常溫下為液態(tài)不溶解于顯影液，紫外光常溫曝光分解后可溶解于顯影液， 在高溫下可以被紫外光進(jìn)一步激活分解形成氧化物；所述的覆蓋介質(zhì)層材為含硅的有機(jī)物 摻雜光敏性材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，其特征是，步驟(5)中的 光刻區(qū)域尺寸大小為0. 02微米 1/2的深隔離槽尺寸之間，且步驟(6)顯影完成后底部小 孔尺寸<0.5微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，其特征是，步驟(7)中的 激活溫度為250°C 400°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，其特征是，步驟(8)中的 介質(zhì)層填充采用常規(guī)的介質(zhì)層沉積工藝，可采用PVD，CVD或HDP工藝。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，其特征是，步驟(9)中 所述去除有源區(qū)上的介質(zhì)層，同時(shí)保證在深隔離槽中空氣間隙上方的介質(zhì)層> 500埃。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，其特征是，步驟(9)中 所述去除有源區(qū)上的介質(zhì)層，可以殘留20 1000埃的介質(zhì)層作為后續(xù)注入的阻擋層，然后 在后續(xù)的濕法工藝中去除，同時(shí)保證在深隔離槽中空氣間隙上方的介質(zhì)層> 500埃。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，其特征是，步驟(8)中， 所述形成的空氣間隙的橫向及底部接觸為側(cè)壁保護(hù)層材料，上部接觸為覆蓋介質(zhì)層和介質(zhì) 層材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或12所述的帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，其特征是，步驟 (8)中，所述形成的空氣間隙橫向尺寸由側(cè)壁保護(hù)層決定，深度由贗層材料填充深度決定。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種帶空氣間隙的深隔離槽的制造方法，利用可顯影BARC材料具有可溶解于顯影液的特性，利用該種材料作為贗層，通過(guò)在深隔離槽中填充贗層形成空氣間隙占位，接著利用某些材料可以在曝光后激活產(chǎn)生SiO2的性質(zhì)，用該種材料封口(作為覆蓋介質(zhì)層)，然后通過(guò)光刻形成小孔，同時(shí)在顯影中將贗層材料可顯影的BARC去除形成空氣間隙，然后紫外光照射激活使之生成SiO2，最后填充介質(zhì)層再回刻或通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光去除有源區(qū)上的介質(zhì)層，形成具有空氣間隙的深隔離槽。該方法可以進(jìn)一步減小寄生電容以提高深隔離槽的隔離表現(xiàn)，同時(shí)工藝控制能力更強(qiáng)，良品率更高。
文檔編號(hào)H01L21/764GK102082113SQ200910201878
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者王雷 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司