一种形成浅沟槽隔离结构的方法技术

技术编号:20393086 阅读:24 留言:0更新日期:2019-02-20 04:09
本发明专利技术公开了一种形成浅沟槽隔离结构的方法,包括以下过程:提供半导体衬底,半导体衬底背面上形成有氧化层;通过炉管工艺在半导体衬底正面上形成第一氮化物层,在氧化层上形成第二氮化物层;对半导体衬底的正面进行刻蚀以在半导体衬底中形成浅沟槽;对浅沟槽进行绝缘介质填充,以形成浅沟槽隔离结构;以及通过湿法刻蚀工艺去除第一氮化物层和第二氮化物层。本发明专利技术具有提高厚栅氧层厚度的均匀性以及提高CMOS图像传感器件中的I/O器件运行速度的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种形成浅沟槽隔离结构的方法
本专利技术涉及集成电路制造
,特别涉及一种形成浅沟槽隔离结构的方法。
技术介绍
CIS(CMOSImageSensor,CMOS图像传感器)是一种光电转换器件,它采用一列内置的LED发光二极管照明,因该部件体积小,重量轻,被广泛用于含摄像功能的智能手机等移动设备中。CMOS图像传感器件中的I/O器件运行速度主要由栅极的尺寸、厚栅氧层的厚度以及离子注入剂量等因素决定,其中厚栅氧层的厚度的均匀性在很大程度上决定了I/O器件运行速度的差异性。在对CIS产品进行浅沟槽刻蚀前,会使用炉管的方法在晶圆表面上生长氮化硅,作为后续浅沟槽刻蚀的硬掩膜。由于在使用炉管法生长氮化硅层时,晶圆的正面和背面均生长了一层氮化硅薄膜,晶圆正面形成了浅沟槽隔离结构后需要将晶圆正面和背面上的氮化硅薄膜去除,之后会使用炉管的方法在晶圆正面生长一厚栅氧层。然而,专利技术人发现,同一批次内的同一晶圆上的各位置的厚栅氧层厚度不均匀,同一批次内的不同晶圆上的栅氧层厚度也不均匀的问题。该厚栅氧层的厚度的不均匀性影响了CMOS图像传感器件中的I/O器件运行速度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种形成浅沟槽隔离结构的方法,实现提高后续形成的厚栅氧层表面平整度,改善厚栅氧层厚度的均匀性的,进而提高CMOS图像传感器件中的I/O器件运行速度的目的。为了实现以上目的,本专利技术通过以下技术方案实现:一种形成浅沟槽隔离结构的方法,包括以下过程:提供半导体衬底,所述半导体衬底背面上形成有氧化层;通过炉管工艺在所述半导体衬底正面上形成第一氮化物层,在所述氧化层上形成第二氮化物层;对所述半导体衬底的正面进行刻蚀以在所述半导体衬底中形成浅沟槽;对所述浅沟槽进行绝缘介质填充,以形成浅沟槽隔离结构;以及通过湿法刻蚀工艺去除所述第一氮化物层和第二氮化物层。进一步的,对所述浅沟槽进行绝缘介质填充之后,还包括:对填充了绝缘介质的所述半导体衬底正面进行化学机械抛光,直至露出所述第一氮化物层。进一步的,对所述半导体衬底正面进行化学机械抛光之前,所述第一氮化物层和第二氮化物层的厚度范围均为90nm~120nm;对所述半导体衬底正面进行化学机械抛光之后,所述第一氮化物层的厚度范围为20nm~40nm。进一步的,形成所述第一氮化物层和第二氮化物层的材料为氮化硅。进一步的,去除所述第一氮化物层和第二氮化物层的步骤,包括以下过程:将形成有所述浅沟槽隔离结构的半导体衬底浸入热磷酸刻蚀液中;其中,所述热磷酸刻蚀液由25%~35%的去离子水和65%~75%的浓磷酸配合而成,所述热磷酸刻蚀液的刻蚀率为5nm/min~7nm/min,所述刻蚀温度保持150℃~180℃,设定所述刻蚀时间范围为900s~1200s。进一步的,所述半导体衬底包括Core区域和I/O区域,所述Core区域和I/O区域的半导体衬底正面上覆盖有外延层,所述外延层的材料与所述半导体衬底的材料相同。进一步的,在形成所述第一氮化物层和第二氮化物层之前还包括:在所述Core区域和I/O区域的所述外延层上形成缓冲氧化物层。进一步的,所述缓冲氧化物层为通过热氧化工艺形成的二氧化硅层。进一步的,所述形成浅沟槽的步骤还包括:在所述半导体衬底的全局表面上形成掩膜层,利用光刻工艺对其图形化以此定义出形成所述浅沟槽的位置;利用掩膜层对具有所述缓冲氧化物层和所述第一氮化物层的半导体衬底进行刻蚀形成浅沟槽。进一步的,所述绝缘介质为二氧化硅。本专利技术具有以下技术效果:本专利技术在形成了浅沟槽隔离结构后,完全去除位于半导体衬底正面的所述第一氮化物层和位于所述半导体衬底背面的第二氮化物层,消除后续通过炉管工艺生长厚栅氧层过程中,位于其他晶圆上方的晶圆的背面残留氮化物对位于其下方的晶圆正面生长的厚栅氧层的厚度产生的影响,可以提高厚栅氧层厚度的均匀性,提高CMOS图像传感器件中的I/O器件运行速度。附图说明图1为晶圆背面残留有氮化硅层时,通过炉管工艺形成厚栅氧层时,炉管内各个晶圆正面形成厚栅氧层厚度的对比示意图;图2为本专利技术实施例所提供的形成浅沟槽隔离结构的方法的流程示意图;图3a~3f为本专利技术实施例提供的形成浅沟槽隔离结构的过程中的器件剖面结构示意图;图4为在使用本实施例提供的形成浅沟槽隔离结构的方法去除了氮化物层后,并通过炉管工艺在所述半导体衬底上形成了厚栅氧层后,对该栅氧化层的厚度进行在线量测的测量数据图。具体实施方式承如
技术介绍
所述,厚栅氧层的厚度的不均匀性影响了CMOS图像传感器件中的I/O器件运行速度,具体如图1所示,将多个晶圆(图中仅画出了三个晶圆,其他晶圆未示出)依次放入用于生长厚栅氧层的炉管中,其中,第一晶圆10(包括衬底100、形成于所述衬底100正面的外延层101、形成于所述衬底100背面的低温氧化层(LTO)102以及残留在所述低温氧化层102表面的氮化硅层103)位于炉管的最上方最靠近反应气体通入口,第二晶圆20(包括衬底200、形成于所述衬底200正面的外延层201、形成于所述衬底200背面的低温氧化层202)和第三晶圆30(包括衬底300、形成于所述衬底300正面的外延层301、形成于所述衬底300背面的低温氧化层302)的正面和背面没有残留的氮化硅层,第二晶圆20和第三晶圆30依次位于第一晶圆10下方,各个晶圆之间的间隙约为5mm,图中箭头方向表示向该炉管中通入反应气体的气流方向。研究发现,第一晶圆10正面上生长的厚栅氧层104的厚度与第三晶圆30正面上生长的厚栅氧层303的厚度相同或基本相同,第二晶圆20正面上生长的厚栅氧层203的厚度比第一晶圆10的厚栅氧层104的厚度和第三晶圆30正面上生长的厚栅氧层303的厚度小。这是因为,由于炉管中生长厚栅氧层的气流是从上向下的,且所有晶圆的正面都朝向反应气体的流入方向,另外厚栅氧层只会在晶圆正面形成,因此,第一晶圆10正面形成的厚栅氧层104的厚度处于正常范围,第一晶圆10背面残留的氮化硅层103会消耗反应气体及热量,即到达紧邻的第二晶圆20正面的反应气体变少,因此在相同的生长时间内,导致在第二晶圆20的正面生长的厚栅氧层203的厚度变薄,由于第二晶圆20的背面没有残留的氮化硅层,因此其不会消耗位于第二晶圆20和第三晶圆30之间的空隙中的反应气体,因此在第三晶圆30正面上生长的厚栅氧层303的厚度处于正常范围之内。经现有的浅沟槽隔离结构的制备方法,形成浅沟槽隔离结构后,在后续的通过炉管工艺在形成了所述浅沟槽隔离结构的晶圆表面上形成栅氧化层后,在线量测所述栅氧化层的厚度,在线量测的测量数据出现了单点或多点数值跳低现象(参见图4中的前半段数据,图中数据被箭头划分为前半段数据和后半段数据,其中前半段数据为在晶圆背面有残留的氮化硅时,采用炉管工艺在晶圆正面形成厚栅氧层的厚度数据,后半段为在晶圆背面没有残留的氮化硅时,采用炉管工艺在晶圆正面形成厚栅氧层的厚度数据)。经研究发现,这是因为晶圆经过湿法刻蚀去除了晶圆表面上的氮化硅层后,一般地,位于晶圆正面的氮化硅层由于在形成浅沟槽隔离结构后还要经过CMP工艺对晶圆正面进行平坦化,此时氮化硅层会相应的被去除一部分,因此不存在氮化硅残留的问题,而位于晶圆背面的氮化硅层也是部分残留,晶圆背面有些区域是干净的,有些区域是有氮化本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种形成浅沟槽隔离结构的方法,其特征在于,包括以下过程:提供半导体衬底,所述半导体衬底背面上形成有氧化层;通过炉管工艺在所述半导体衬底正面上形成第一氮化物层,在所述氧化层上形成第二氮化物层;对所述半导体衬底的正面进行刻蚀以在所述半导体衬底中形成浅沟槽;对所述浅沟槽进行绝缘介质填充,以形成浅沟槽隔离结构;以及通过湿法刻蚀工艺去除所述第一氮化物层和第二氮化物层。

【技术特征摘要】
1.一种形成浅沟槽隔离结构的方法,其特征在于,包括以下过程:提供半导体衬底,所述半导体衬底背面上形成有氧化层;通过炉管工艺在所述半导体衬底正面上形成第一氮化物层,在所述氧化层上形成第二氮化物层;对所述半导体衬底的正面进行刻蚀以在所述半导体衬底中形成浅沟槽;对所述浅沟槽进行绝缘介质填充,以形成浅沟槽隔离结构;以及通过湿法刻蚀工艺去除所述第一氮化物层和第二氮化物层。2.如权利要求1所述的形成浅沟槽隔离结构的方法,其特征在于,对所述浅沟槽进行绝缘介质填充之后,还包括:对填充了绝缘介质的所述半导体衬底正面进行化学机械抛光,直至露出所述第一氮化物层。3.如权利要求2所述的形成浅沟槽隔离结构的方法,其特征在于,对所述半导体衬底正面进行化学机械抛光之前,所述第一氮化物层和第二氮化物层的厚度范围均为90nm~120nm;对所述半导体衬底正面进行化学机械抛光之后,所述第一氮化物层的厚度范围为20nm~40nm。4.如权利要求1-3中任一项所述的形成浅沟槽隔离结构的方法,其特征在于,形成所述第一氮化物层和第二氮化物层的材料为氮化硅。5.如权利要求4所述的形成浅沟槽隔离结构的方法,其特征在于,去除所述第一氮化物层和第二氮化物层的步骤,包括以下过程:将形成有所述浅沟槽隔离结构的半导体衬...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵加硕孙超王明
申请(专利权)人:上海华力微电子有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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