專利名稱:拋光法u形槽隔離技術(shù)的制作方法
本發(fā)明是拋光法U形槽隔離技術(shù)，屬于集成電路中元件間隔離層制造技術(shù)的改進(jìn)。
集成電路中元件間的隔離曾普遍采用P-N結(jié)隔離。這種方法的基區(qū)與隔離槽之間必須留下很大的間距，使元件的面積不能縮小，集成度難以提高。后來發(fā)展的選擇氧化等平面隔離技術(shù)，采用介質(zhì)隔離，基區(qū)與發(fā)射區(qū)可以緊靠隔離槽，減小了元件尺寸，提高了集成電路的集成度和開關(guān)速度。但選擇氧化隔離方法，存在“鳥咀”(birds beak)，且絕緣電壓不高，限止了元件尺寸的進(jìn)一步減小。隨著集成電路向高速和超大規(guī)模的方向發(fā)展以及新工藝手段(例如離子注入和干法腐蝕)的使用，多種取代選擇氧化的隔離方法相繼出現(xiàn)。例如，1983年8月和9月的日本“電子材料”雜志“特許案內(nèi)”欄(見日本“電子材料”，1983，№8，pp 106-107及№9 pp 114-115)介紹了關(guān)于隔離技術(shù)的日本專利共33件。這些專利技術(shù)或采用不同手段改進(jìn)選擇氧化方法，或采用V形或U形槽隔離，填充二氧化硅或多晶硅的方法以及選擇外延生長(zhǎng)方法等。但這些方法由于工藝復(fù)雜，在實(shí)用化方面都碰到一些困難。在實(shí)用上較成功的有U形槽隔離技術(shù)。1981年在東京舉行的第十三次國際固體器件會(huì)議上，Yoichi Tamaki等人提出了這一技術(shù)(見Jap J.A.P，V21，Supp 21-1，pp 37-40，1982;Jaurnal of Elec Eng，V19 №188，pp 36-39，1982)。這一技術(shù)是采用反應(yīng)離子刻蝕刻出的隔離槽，用二氧化硅或多晶硅填槽，最后用反應(yīng)離子刻蝕削平表面。該技術(shù)采用反應(yīng)離子刻槽，隔離槽尺寸可小于2μm，由于沒有橫向腐蝕，隔離槽可以做得陡，而且穿過外延層和隱埋層，直達(dá)襯底，因而隔離性能好，擊穿電壓高。整個(gè)隔離工藝都在小于1000℃下完成，埋層向上擴(kuò)散小，減少了一次光刻。另外，采用介質(zhì)隔離，隔離結(jié)電容小。但是，該技術(shù)用反應(yīng)離子刻蝕削平表面，工藝要求高，磨削速度和表面平整度較難控制，而表面平整在集成電路制造工藝中極為重要。且反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高。
本發(fā)明的目的是在U形槽隔離技術(shù)中，用機(jī)械或化學(xué)機(jī)械拋光方法取代反應(yīng)離子刻蝕方法來削平表面。機(jī)械或化學(xué)機(jī)械拋光方法磨削表面，拋光過程容易控制，成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
在同樣的拋光條件下，多晶硅的拋光速率比二氧化硅或氮化硅快五十倍以上。本發(fā)明是基于這一原理而設(shè)計(jì)的。本發(fā)明的工藝過程是1.在集成電路隔離工藝中，首先光刻，腐蝕隔離槽。隔離槽腐蝕深度應(yīng)穿過外延層和隱埋層，直達(dá)襯底。
2.在隔離槽和表面用化學(xué)氣相沉積(CVD)或低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法生長(zhǎng)厚度為0.2-1.2μm的二氧化硅或氮化硅。也可以生長(zhǎng)二氧化硅和氮化硅膜系。
3.用CVD或LPCVD方法生長(zhǎng)多晶硅填充隔離槽。
4.用機(jī)械或化學(xué)機(jī)械拋光方法拋光表面。拋光條件視拋光微粉或拋光液不同而改變。如采用獲1984年國家發(fā)明三等獎(jiǎng)的B型(四甲基氫氧化銨)拋光液，則PH值為8-10，拋光壓力為1-2.5公斤/cm2，對(duì)多晶硅拋光速率為0.1-2μm/分。用其它硅片常用拋光工藝也可得到滿意的結(jié)果。
本發(fā)明的特征在于用機(jī)械或化學(xué)機(jī)械拋光多晶硅填充隔離槽后的硅片表面。在拋光時(shí)，首先拋去表面的多晶硅，當(dāng)露出二氧化硅或氮化硅后，拋光速率明顯減慢，而殘留的多晶硅則很快被拋光去除，從而使拋光過程便于控制，表面平整度易于保證。
本發(fā)明的U形槽隔離技術(shù)，使用反應(yīng)離子刻蝕法垂直加工刻出隔離槽及拋光方法削平表面，不必在反應(yīng)離子刻蝕開深槽之前先用腐蝕液形成錐形，然后再刻深槽(見Jap J.A.P，V21，Supp 21-1，pp37-40，1982;Jaurnd of Elec Eny，V19 №188，pp36-39，1982)因而很容易制造小于2μm的隔離槽，拋光后表面不平整度小于2700
，最佳可不超過500
。本發(fā)明由于采用拋光方法，工藝簡(jiǎn)單，便于控制，成本低廉，適合大規(guī)模生產(chǎn)，特別適用于我國現(xiàn)有生產(chǎn)條件?？蓮V泛應(yīng)用于大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝中，用于CMOS電路還可避免可控硅效應(yīng)。
附圖1-3分別說明了本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施方案。圖中〔1〕為襯底，一般為p-型，〔2〕是n+隱埋層，〔3〕是n型外延層，〔4〕是二氧化硅薄層，〔5〕是氮化硅，〔6〕是二氧化硅層，〔7〕是多晶硅，〔8〕是鋁，用作反應(yīng)離子刻蝕保護(hù)層，〔9〕是光刻膠，作為腐蝕鋁的保護(hù)層，〔10〕為p+注入?yún)^(qū)。
附圖1表示的工藝流程是1.p-襯底〔1〕上先擴(kuò)散或注入n+埋層〔2〕，生長(zhǎng)外延層〔3〕，熱氧化得到二氧化硅層〔4〕，二氧化硅層厚800-1500
，蒸發(fā)5000-7000
鋁〔8〕，涂光刻膠〔9〕，光刻隔離槽孔(見圖1a)。
2.用反應(yīng)離子刻蝕鋁，再用反應(yīng)離子刻蝕腐蝕硅，腐蝕深度直到襯底，得到陡峭的隔離槽區(qū)，在隔離槽區(qū)離子注入硼〔10〕，以切斷隔離溝道漏電，見圖1b。反應(yīng)離子刻蝕所用氣體是六氟化硫加氧氣。
3.去除鋁，槽壁熱氧化得二氧化硅層800-1500
〔4〕，CVD或LPCVD法相繼沉積0.1-0.3μm厚氮化硅〔5〕，0.2-1μm厚二氧化硅〔6〕和多晶硅〔7〕，多晶硅的厚度應(yīng)填滿隔離槽，(見圖1c)。
4.用機(jī)械或化學(xué)機(jī)械拋光法拋光氧化層上的多晶硅，直到露出二氧化硅層〔6〕，用HF∶HNO3＝1∶99腐蝕液腐蝕槽內(nèi)0.5-1μm多晶硅，除去氧化硅層〔6〕，用氮化硅〔5〕作掩膜對(duì)隔離槽內(nèi)多晶硅作選擇氧化，最后腐蝕去表面氮化硅〔5〕，(見圖1d)。
附圖2表示的第二個(gè)實(shí)施方案的流程是1.p-襯底〔1〕上制備n+埋層〔2〕，n型外延層〔3〕，生長(zhǎng)厚800-1500
的熱氧化層〔4〕，沉積0.1-0.2mm氮化硅〔5〕，0.2-1μm二氧化硅〔6〕，蒸發(fā)5000-7000
鋁〔8〕，涂光刻膠〔9〕，光刻隔離槽孔(圖2a)。
2.用反應(yīng)離子刻蝕腐蝕鋁，以鋁為掩膜再用反應(yīng)離子刻蝕腐蝕硅，腐蝕深度直到襯底，得到隔離槽區(qū)，在隔離槽區(qū)離子注入硼〔10〕，以切斷隔離溝道漏電(圖2b)。
3.去除鋁，槽壁熱氧化，氧化層厚2000-5000
，用CVD或LPCVD法填充多晶硅〔7〕，直到填滿隔離槽，(圖2c)。
4.拋光表面多晶硅〔7〕，直到露出二氧化硅層〔6〕用HF∶HNO3＝1∶99腐蝕槽內(nèi)0.5-1μm多晶硅，除去氧化層〔6〕，以氮化硅〔5〕作掩膜，對(duì)槽內(nèi)多晶硅作選擇氧化，最后去除氮化硅〔5〕，(圖2d)。
附圖3表示的第三個(gè)實(shí)施方案，當(dāng)隔離槽很窄時(shí)如小于2μm時(shí)只要用氧化硅或氮化硅作拋光的阻擋層。其工藝流程是1.在制備埋層和外延層后，再熱氧化-薄層，厚度為800-1500
，蒸鋁5000-7000
，光刻隔離槽，干法腐蝕鋁和硅直達(dá)襯底槽內(nèi)，注硼，以切斷隔離溝道漏電(圖3a)
2.去除鋁〔8〕，熱氧化800-2500
，沉積二氧化硅5000-9000
〔6〕或沉積1000
-3000
的Si3N4，沉積多晶硅〔7〕直到填滿隔離槽(圖3b)。
3.拋光表面多晶硅〔7〕，直到露出二氧化硅層〔6〕，用HF∶HNO3＝1∶99腐蝕槽內(nèi)0.5-1μm多晶硅，對(duì)槽內(nèi)多晶硅作選擇氧化(圖3c)以上實(shí)施方案中，每一個(gè)工藝過程之間當(dāng)然都應(yīng)進(jìn)行必要的清洗。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是U形槽隔離技術(shù)，屬于集成電路中元件間隔離層制造技術(shù)的改進(jìn)。它包括反應(yīng)離子刻蝕腐蝕隔離槽，用多晶硅填槽，削平槽外表面多晶硅。本發(fā)明的特征是用機(jī)械或化學(xué)機(jī)械拋光方法拋光槽外表面多晶硅。
2.如權(quán)利要求
1所述U形槽隔離技術(shù)，其特征是化學(xué)機(jī)械拋光用的拋光液為B型拋光液四甲基氫氧化銨，PH8-10，拋光時(shí)壓力1-2.5公斤/cm2，對(duì)多晶硅的拋光速率為0.1-2μm/分。
專利摘要
本發(fā)明是拋光法U形槽隔離技術(shù)，屬于集成電路元件間隔離層制造技術(shù)的改進(jìn)。它采用反應(yīng)離子刻蝕腐蝕隔離槽，然后用多晶硅填槽。本發(fā)明用化學(xué)或化學(xué)機(jī)械拋光法代替反應(yīng)離子刻蝕來拋光削平表面多晶硅。使隔離工藝簡(jiǎn)單，便于控制，成本低，隔離區(qū)尺寸小而表面平整度好、適于大規(guī)模生產(chǎn)，特別適合我國現(xiàn)在生產(chǎn)條件。
文檔編號(hào)H01L21/76GK86100527SQ86100527
公開日1987年9月23日 申請(qǐng)日期1986年3月14日
發(fā)明者徐元森, 陳明琪, 吳佛春, 曹樹洪, 嚴(yán)金龍, 陸錦蘭, 何德淇, 謝明綱, 周弼蕓 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海冶金研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan