CN1129179C - 浅沟槽隔离方法 - Google Patents
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Abstract
一种浅沟槽隔离方法,在半导体衬底的场区中形成初始浅沟槽,其深度小于最终浅沟槽。在半导体衬底上淀积绝缘膜,以使初始浅沟槽可以完全被填充。然后,暴露半导体衬底的有源区,在初始浅沟槽中留下厚度对应于最终浅沟槽深度的绝缘膜。然后,在暴露的有源区生长外延层。高宽比大的浅沟槽可以被绝缘膜完全填充,从而保证浅沟槽隔离工艺的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件的浅沟槽隔离方法,特别是涉及这样一种浅沟槽隔离方法,其中用绝缘膜填充高宽比大的浅沟槽而无需复杂的工艺,从而使一个部分与相邻部分隔离。
背景技术
通常,如众所周知,对于确定高集成度存储器件中的存储单元尺寸来说,绝缘体区的尺寸是绝对重要的因素。因此,与降低绝缘体区尺寸相关的技术得到极大的开发。
已有技术一般采用硅的局部氧化(LOCOS)、选择性多晶硅氧化(SEPOX)、凹槽多晶硅隔层(RPSL)LOCOS等。由于LOCOS法具有某些优点所以使用最广泛,例如在使超大规模集成电路(VLSI)的源部分绝缘方面,结构和工艺简单、集成度提高。
但是,LOCOS隔离也存在某些问题。亦即,当生长场氧化膜时,在衬垫氧化膜和氮化物膜之间的界面,或者在硅衬底和衬垫氧化膜之间的界面产生“鸟嘴”,并渗透进有源区。于是,对于有源区和集成度而言,电路可靠性降低。
因此,由于LOCOS隔离不能进一步应用于VLSI动态随机存取存储器(DRAM)的开发,所以已经提出了替换LOCOS隔离的新方法。在这些新提出的方法中就有浅沟槽隔离。
在浅沟槽隔离工艺中,根据缩图设计规则浅沟槽宽度变窄。但是,由于为了保证在各部分之间绝缘的可靠性,沟槽深必须保持在至少2500A,所以沟槽的高宽比变大。这样,不能用绝缘物质完全填充沟槽,因而引起接缝。
为了克服这些问题,已经提出形成更浅的沟槽的方法。但是,这种方法不能有效地使各部分绝缘。此外,作为填充浅沟槽的物质,已经开发了高密度低压等离子体化学汽相淀积(CVD)氧化膜或者次大气压CVD氧化膜,但仍旧不足克服这种问题。
近来,提出了用绝缘物质填充浅沟槽的技术。以下将参考图1A-1F进行说明。
如图1A所示,在例如是单晶硅衬底11的半导体衬底11上,淀积厚100A的衬垫氧化膜13和氮化物膜15即厚2000A的化学-机械抛光处理阻挡膜。然后,在氮化物膜15上淀积高温氧化膜17。
接着,形成高温氧化膜17的图形,以便采用光刻工艺在半导体衬底11的场区形成浅沟槽19。亦即,在高温氧化膜17上形成对应于半导体衬底11的有源区的光刻胶膜(未示出)图形。然后,采用光刻胶膜图形作为腐蚀掩模,对高温氧化膜17进行蚀刻,直至暴露出氮化物膜15的表面。于是,形成高温氧化膜17的图形,而且去除光刻胶膜的图形。
接着,采用高温氧化膜17的图形作为沟槽蚀刻掩模,依次腐蚀氮化物膜15和衬垫氧化膜13。然后,腐蚀半导体衬底11深达2500A,于是形成浅沟槽19。
然后,如图1B所示,在浅沟槽19的底和内侧表面上,热生长成厚100A-500A的腐蚀损坏防护膜例如氧化膜21。这是用来减少形成浅沟槽19时在浅沟槽19的底和内侧表面上产生的腐蚀损坏。
然后,如图1C所示,对氧化膜21进行等离子体处理,采用原硅酸四乙酯(TEOS)CVD工艺,在半导体衬底11上淀积成厚1500A的第一非掺杂硅酸酯玻璃(USG)膜23。
这里,对氧化膜21进行等离子体处理,为的是防止依赖于氧化膜21表面状态的第一USG膜23,在入口处被淀积得比在浅沟槽19的任何其它部位更厚。
如图1D所示,采用氩气溅射工艺对第一USG膜23进行深腐蚀,留下氧化膜21上的第一USG膜23。此外,第一USG膜23在浅沟槽19入口处附近带有预定角度的斜面。
这里,如果浅沟槽19具有大的高宽比或者大的深度,由于在对氧化膜21仅进行等离子体处理之后,难以用绝缘膜完全填充浅沟槽19,所以对第一USG膜23进行深腐蚀。
然后,如图1E所示,在半导体衬底11上淀积成厚5000A-7000A的第二USG膜25,从而用第二USG膜25完全填充浅沟槽19。
接着,采用等离子体增强的原硅酸四乙酯(PETEOS)CVD工艺,在第二USG膜25上淀积氧化膜27,亦即平面化膜。然后,通过在氮气氛中、约1000℃的温度下进行1小时的热处理,使第一和第二USG膜23和25致密。
如图1F所示,利用化学-机械抛光工艺使半导体衬底11平面化,以便暴露出衬垫氧化膜13的表面。
然后,对衬垫氧化膜13进行湿法腐蚀,以便能够暴露半导体衬底11的有源区表面。这样结束了浅沟槽隔离工艺。当对衬垫氧化膜13腐蚀时,部分地去除第一USG膜23的上部。
但是,在传统的浅沟槽隔离工艺中,在半导体衬底上形成最终的浅沟槽之后,用绝缘膜填充浅沟槽。因此,随着浅沟槽高宽比的变大,隔离可靠性降低。而且,用绝缘膜填充浅沟槽的工艺变得更为复杂。
换言之,在形成具有大的高宽比的浅沟槽并且在浅沟槽的底和内侧表面热生长氧化膜之后,在氧化膜上淀积第一USG薄膜时,第一USG薄膜明显地依赖于氧化膜表面的状态。于是,需要对氧化膜进行等离子体处理,以便消除这种对氧化膜的依赖性,因而工艺变得复杂。
因此,当工艺裕度不足够时会降低各部分之间的隔离可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浅沟槽隔离方法,其中即使在高宽比大的浅沟槽中,也能够保证各部分之间的隔离可靠性。
本发明的另一目的在于提供一种浅沟槽隔离方法,其中用绝缘膜填充高宽比大的浅沟槽,而不会使工艺复杂。
为了实现上述目的和其它优点,提供一种浅沟槽隔离方法,包括如下步骤:形成用作掩模的绝缘膜图形,用于在半导体衬底的有源区中形成初始浅沟槽的目的;在半导体衬底的场区中形成初始浅沟槽;仅在初始浅沟槽中形成浅沟槽隔离所用的具有预定高度的绝缘膜,暴露半导体衬底的有源区;和在暴露的有源区生长外延层,形成最终浅沟槽。
按如下进行有源区的暴露。用浅沟槽隔离所用的绝缘膜填充初始浅沟槽,这种绝缘膜淀积在半导体衬底上。然后,对浅沟槽隔离所用绝缘膜和掩模所用绝缘膜的图形进行平面化和去除,以便仅在初始浅沟槽中留下浅沟槽所用的绝缘膜。亦即,仅在初始浅沟槽中留下高度对应于最终浅沟槽深度的浅沟槽所用的绝缘膜。
所述淀积浅沟槽隔离所用的所述绝缘膜的所述步骤包括:在掩模所用的所述绝缘膜的所述图形上淀积浅沟槽隔离所用的所述绝缘膜;在浅沟槽隔离所用的所述绝缘膜上淀积保护膜,以便保护所述绝缘膜;对所述被保护的绝缘膜进行致密化。
外延层是掺杂的单晶硅层。
因此,本发明通过用绝缘膜完全填充高宽比大的浅沟槽,能够保证各部分之间的隔离可靠性。
附图说明
通过参考附图对优选实施例进行具体说明,将可更清楚地了解本发明的上述目的和其它优点。
图1A-1F是展示传统的浅沟槽隔离方法的剖面图。
图2A-2F是展示本发明的浅沟槽隔离方法的剖面图。
具体实施方式
以下将参考附图更全面地说明本发明,其中附图展示了本发明的优选实施例。但是,本发明可以按许多不同形式实施,并不限于这里所提出的实施例;提供这些实施例只是为了彻底完全地公开本发明,并且使本发明的范围全面地传达给本领域的技术人员。
参见图2A,在半导体衬底31、例如单晶硅衬底上淀积多层绝缘膜。更具体地讲,在半导体衬底31上依次淀积厚100A的衬垫氧化膜33和厚2000A的氮化膜35即化学-机械抛光处理阻挡膜。然后,在氮化膜35上淀积具有预定厚度的高温氧化膜37,用做沟槽腐蚀掩模。
接着,使用光刻工艺,在半导体衬底31的场区形成高温氧化膜37的图形,该图形具有用于形成初始浅沟槽39的开孔。亦即,在高温氧化膜37上形成对应于半导体衬底31的有源区的光刻胶膜(未示出)的图形。然后,使用光刻胶膜图形作为腐蚀掩模,对高温氧化膜37进行蚀刻,直至暴露出氮化膜35表面,从而形成高温氧化膜37的图形并且去除光刻胶膜的图形。
使用高温氧化膜37的图形作为沟槽蚀刻掩模,依次对氮化膜35和衬垫氧化膜33进行腐蚀。然后,把半导体衬底31腐蚀至深度D1,其深度小于以下将讨论的最终浅沟槽39a的深度D,从而形成初始浅沟槽39。于是,初始浅沟槽39的高宽比小于最终浅沟槽39a的。
例如,如果初始浅沟槽39的深度D1是1500A,则最终浅沟槽39a的深度D应是2500A。
现在参见图2B,在浅沟槽39的底和内侧表面上,热生长腐蚀损坏防护膜例如氧化膜41至预定厚度例如240A。这是用于减少形成浅沟槽39时对浅沟槽39的底和内侧表面的腐蚀损环。
如图2C所示,采用臭氧TEOS CVD工艺,在半导体衬底31上淀积预定厚度例如5000A的用于填充浅沟槽的绝缘膜,例如USG膜43,从而完全填充浅沟槽39。这里,相对于氮化膜35、亦即化学-机械抛光处理阻挡膜,绝缘膜具有高度选择性腐蚀率。
然后,采用PECVD工艺在USG膜43上淀积预定厚度例如500A的氧化膜45,通过在氮气氛中、1000℃温度下的1小时热处理进行致密化。
如图2D所示,采用化学-机械抛光工艺对氧化膜45、USG膜43和高温氧化膜37抛光,直至暴露出氮化膜35表面,从而使USG膜43和氮化膜35的表面平面化。此时,USG膜43仅存在于场区。
接着,实施化学-机械抛光工艺,以便留下厚3000A的USG膜43。此时,氮化膜35被一起腐蚀。
如图2E所示,采用湿法腐蚀工艺完全去除氮化膜35和衬垫氧化膜33,从而暴露出半导体衬底31的有源区的表面。此外,腐蚀USG膜43以便留下厚2500A的场区绝缘膜,该厚度对应于以下将讨论的最终浅沟槽39a的深度D。结果,在半导体衬底31的表面上,场区的绝缘膜具有1000A的高度。
如图2F所示,在半导体衬底31的有源区表面生长外延层47,达到对应于场区的绝缘膜高度的1000A厚度,从而制成具有2500A深度的最终浅沟槽39a。这里,外延层47应是掺杂的单晶硅层。
本发明中,最终浅沟槽可以被绝缘膜完全填充。而且,可以使浅沟槽隔离所用绝缘膜和有源区平面化。
如上所述,本发明的浅沟槽隔离方法在半导体衬底的场区形成深度小于最终浅沟槽的初始浅沟槽。在半导体衬底上淀积绝缘膜,以便可以完全填充初始浅沟槽。然后,暴露半导体衬底的有源区,在初始浅沟槽中留下的绝缘膜厚度对应于最终浅沟槽深度。然后,在暴露的有源区生长外延层。
在本发明中,高宽比大的浅沟槽可以被绝缘膜完全填充,从而保证浅沟槽隔离工艺的可靠性。
以上参考上述实施例说明了本发明。但是,应该明白在上述说明的指教下,许多其它改进和变形对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此,本发明包含所有这些改进和变形全部落入权利要求书的精髓和范围之内。
Claims (8)
1.一种浅沟槽隔离方法,包括如下步骤:
形成掩膜所用的绝缘膜图形,用于在半导体衬底的有源区中形成初始浅沟槽;
在所述半导体衬底的场区中形成所述初始浅沟槽;
仅在所述初始浅沟槽中形成浅沟槽隔音所用的具有预定高度的绝缘膜,暴露所述半导体衬底的所述有源区;和
在所述暴露的有源区生长外延层,并形成最终浅沟槽;
其中,暴露所述有源区的所述步骤包括:
在所述半导体衬底上淀积浅沟槽隔离所用的所述绝缘膜,以便用浅沟槽隔离所用的所述绝缘膜填充所述初始浅沟槽;
对浅沟槽隔离所用的所述绝缘膜和掩模所用的所述绝缘膜进行平面化;
去除掩模所用的所述平面化的绝缘膜的所述图形,以便仅在所述初始浅沟槽中留下浅沟槽隔离所用的所述绝缘膜,并且暴露所述有源区;
其中,所述淀积浅沟槽隔离所用的所述绝缘膜的所述步骤包括:
在掩模所用的所述绝缘膜的所述图形上淀积浅沟槽隔离所用的所述绝缘膜;
在浅沟槽隔离所用的所述绝缘膜上淀积保护膜,以便保护所述绝缘膜;
对所述被保护的绝缘膜进行致密化。
2.根据权利要求1的方法,其中,仅在所述初始浅沟槽中留下高度对应于所述最终浅沟槽深度的浅沟槽隔离所用的所述绝缘膜。
3.根据权利要求1的方法,其中,所述保护膜是氧化膜。
4.根据权利要求1的方法,其中,在淀积浅沟槽隔离所用的所述绝缘膜的所述步骤之前,通过在所述初始浅沟槽的底和内侧表面上形成腐蚀损坏防护膜,消除了形成所述初始浅沟槽时产生的腐蚀损坏。
5.根据权利要求3的方法,其中,所述腐蚀损坏防护膜是热生长的氧化膜。
6.根据权利要求1的方法,其中,采用化学-机械抛光工艺,对浅沟槽隔离所用的所述绝缘膜和掩模所用的所述绝缘膜进行平面化。
7.根据权利要求1的方法,其中,浅沟槽隔离所用的所述绝缘膜是非掺杂的硅酸酯玻璃膜。
8.根据权利要求1的方法,其中,所述半导体衬底是单晶硅衬底,所述外延层是掺杂的单晶硅层。
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Legal Events
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