沟槽隔离的形成方法技术

提供一种在半导体器件内形成用于隔离有源器件的沟槽方法，其中有利地形成圆形底边的沟槽，以便使沟槽填充材料由体积膨胀所产生的施加到半导体衬底的应力最小化。在高温下进行热氧化形成热氧化层。为了形成氧化阻挡层，进行了氮化工艺。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体的制造，特别涉及在半导体衬底上形成隔离有源区的沟槽。随着器件尺寸变小，器件的密度增加，要建立有效和可靠的隔离工艺来隔离有源器件变得越来越困难。标准的LOCOS的局限促进了寻找和开发新的隔离方案，由于沟槽隔离使用了全凹槽氧化物，没有鸟嘴，完全平面，并且不受场氧化物减薄效应的影响，因此沟槽隔离是很有前途的选择。形成沟槽隔离的已知方法通常包括以下步骤。首先腐蚀硅衬底需要的区域形成预定深度和宽度的沟槽。在沟槽内形成热氧化层，除去由腐蚀硅衬底的步骤产生的硅衬底损伤。将沟槽填充绝缘物淀积在沟槽的其余部分内。用沟槽填充绝缘层填充沟槽之后，进行各种热氧化步骤。例如，形成晶体管的栅氧化层，形成用于离子注入的屏蔽氧化层和形成用于栅多晶硅的氧化层。然而，在这种热氧化工艺期间，O2渗透沟槽填充绝缘物并与沟槽的内壁反应，由此导致沟槽填充绝缘层体积膨胀。这种体积膨胀向面向沟槽填充层的硅衬底，特别是沟槽的底边施加了应力。施加到硅衬底的应力产生如位错等的晶体缺陷，当沟槽的底边很陡地腐蚀时，缺陷变得很严重。鉴于以上问题形成本专利技术，因此本专利技术的目的是提供一种形成沟槽隔离的方法，减小施加到沟槽内壁的应力。本专利技术的一个关键特征是形成具有圆形底边的沟槽。这些圆形底边可以减轻施加到其上的应力。在1,000℃以上的高温下在沟槽内形成热氧化层。在这种高温下，热氧化层进行粘弹性流动，所述流动起减轻应力引起的体积膨胀的作用。此外，利用氮化工艺在热氧化层上形成氧化阻挡层。通过在半导体衬底上依次形成约160厚的衬垫氧化层和约1.550厚的氮化硅层可以实现根据本专利技术的以上和其它目的。光刻胶层旋涂在氮化硅层上并构图限定沟槽形成区。使用构图的光刻胶，腐蚀氮化硅层和衬垫氧化层形成沟槽掩模。腐蚀由沟槽掩模露出的硅衬底形成沟槽。沟槽的优选深度是约2,500，优选宽度是约2,100。硅衬底的腐蚀包括两步腐蚀，以便形成具有圆形底边的沟槽。顺序地进行垂直腐蚀的第一步和圆形腐蚀的第二步。使用第一气体在约100mT和约400W的功率下进行垂直腐蚀。第一气体包括在约35sccm的流量下的CF4。在约30G的磁场中使用第二气体在约100mT和约250W的功率下进行圆形腐蚀。优选的第二气体包括Cl2、HBr、He和O2，其组成比例为30∶90∶10∶1。形成沟槽之后，在沟槽内形成厚度约240以下的热氧化层。所述热氧化层易于在1,000℃以上的高温下形成，以提供热氧化层的粘弹性流动。将沟槽填充材料淀积在沟槽的其余部分内。优选淀积USG层。随后将PE-TEOS层淀积在USG层上，以减轻USG层的应力。此后，进行退火在约1,150℃的高温下致密USG层。这同样为热氧化层和USG层提供粘弹性流动。最后进行平面化工艺形成需要的沟槽隔离。根据本专利技术的另一方案，为了防止沟槽内壁的氧化，在热氧化层上形成氧化阻挡层。所述氧化阻挡层由氮化硅层(Si3N4)或氮氧化硅层SiOxNy(其中x和y为自然数)形成，其厚度约10。通过LPCVD(化学汽相淀积)形成氮化硅层。通过氮化工艺形成氮氧化硅层。通过等离子体处理或热处理进行氮化。等离子体处理使用NH3或N2。使用快速热退火工艺装置或炉管在NH3的的气氛中约700℃到1,200℃的温度下进行热处理。本专利技术的优点在于，形成圆形底边的沟槽，由此缓和由于氧化热膨胀产生的应力。本专利技术的另一优点是在很高的温度下在沟槽的内壁上形成热氧化层，由此提供热氧化层的粘弹性流动，缓和应力。本专利技术的再一优点是在热氧化层上形成氧化阻挡层，以确保防止氧化。通过参考附图可以理解本专利技术，对于本领域的技术人员来说，本专利技术的目的将变得很显然。附图说明图1A到1E是显示根据本专利技术的一个实施例形成沟槽隔离的新颖方法的工艺步骤的流程图；图2为具有由图1A到1E示出的工艺步骤形成的沟槽的半导体衬底的剖面图；以及图3为根据本专利技术的另一实施例沟槽隔离的剖面图。下面配合本专利技术之目的，参考附图详细地介绍在半导体器件中形成沟槽隔离的方法。下面参考图1A到1E介绍本专利技术的第一实施例。参考图1A，在半导体衬底10上形成厚度约160的第一热氧化层12，以保护半导体衬底10。在第一热氧化层上形成优选由氮化硅层14组成的氮化层，其厚度约1,550。将光刻胶旋涂在氮化硅层14上，并构图成预定的构形。使用构图的光刻胶层作为腐蚀掩模，常规地干腐蚀氮化硅层14和第一热氧化层12，形成沟槽掩模。去除构图的光刻胶层之后，干腐蚀由沟槽掩模露出的硅衬底10，形成图1B示出的沟槽16。沟槽的优选深度约2,500，优选宽度约2,100。硅衬底10的腐蚀步骤包括两个步骤，即垂直腐蚀的第一步和圆形腐蚀的第二步。使用第一气体在约100mT压力和约400W的功率下进行约5秒的垂直腐蚀。第一气体包括在约35sccm的流量下的CF4。在约30G的磁场中使用第二气体在约100mT压力和约250W的功率下进行约60秒的圆形腐蚀。优选的第二气体包括Cl2、HBr、He和O2，其组成比例为30∶90∶10∶1。参考图1C，通过热氧化工艺，在沟槽内形成第二热氧化层18。现已公知，在所述热氧化步骤期间，氧化沟槽的侧壁和底部，产生体积膨胀。所述体膨胀使热氧化层厚度不均匀。即，与侧壁和底部相比，沟槽的底边变得很薄。因此，施加到沟槽的应力聚集在所述底边，由此产生如位错等的衬底缺陷。由于这个原因，很薄地形成厚度约240以下的第二热氧化层18。此外，在约1,000℃以上的很高温度下生长热氧化层18，以提供粘弹性流动特性。热氧化层的所述粘弹性流动特性起由体积膨胀所产生的施加到沟槽内壁的应力的缓冲层的作用。参考图1D，将如USG层20等的沟槽填充材料淀积在沟槽16的其余部分内和氮化硅层12上，其约5,000厚。在USG层20上可以形成PE-TEOS层(未示出)，缓和USG层20的应力。PE-TEOS层的形成是可选的。为了致密USG层20，在约1,150℃的高温下进行退火。这同样为第二热氧化层16和USG层20提供粘弹性流动。在USG层20上进行如CMP(化学机械抛光)等的平面化工艺，直到氮化硅层14，留下约1,100厚的氮化硅层14。进行使用磷酸的常规湿腐蚀，除去氮化硅层14，同时除去约500厚的USG层20。随后进行腐蚀工艺，除去第一热氧化层12和不需要的USG层，由此形成图1E所示的沟槽隔离20a。随后在半导体衬底上形成晶体管。图2示出了形成在半导体衬底10上的晶体管的剖面图，半导体衬底具有其形成工艺显示在图1A到1E中的沟槽隔离结构。参考图2，形成沟槽隔离20a之后，尽管未显示在图2中，通过CVD法常规地形成第一绝缘层(Gox-1)(第一CVD氧化层)，形成阱区(未示出)并调节阈值电压。所述第一CVD氧化层(Gox-1)防止在随后的离子注入工艺期间衬底被损伤。在第一CVD(Gox-1)上形成光刻胶层，并构图成预定的构形，限定出杂质要注入的区域。杂质离子注入到由构图的光刻胶层限定的区域内。除去构图的光刻胶层和第一CVD氧化层之后，通过热氧化在半导体衬底10上形成第二绝缘层(Gox-2)22。所述热氧化层作为晶体管的栅氧化层。在栅氧化层22上形成多晶硅层24a。为减少接触电阻，在多晶硅层上常规地形成如硅化钨等的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在半导体器件内形成沟槽隔离的方法，包括以下各步骤：在半导体衬底内形成沟槽，所述沟槽具有圆形底边；在所述沟槽内形成热氧化层；用绝缘材料内填充所述沟槽；以及使所述绝缘材料退火。

【技术特征摘要】
KR 1998-4-27 14912/19981．一种在半导体器件内形成沟槽隔离的方法，包括以下各步骤在半导体衬底内形成沟槽，所述沟槽具有圆形底边；在所述沟槽内形成热氧化层；用绝缘材料内填充所述沟槽；以及使所述绝缘材料退火。2．根据权利要求1的方法，其中所述沟槽的深度约2,500，最大宽度约2,100，所述热氧化层的厚度约240以下。3．根据权利要求1的方法，其中所述热氧化层是在1,000℃以上的温度形成的。4．根据权利要求1的方法，其中所述形成沟槽的步骤包括垂直腐蚀所述半导体衬底形成具有垂直的侧壁的开口的第一步骤，和圆形腐蚀所述沟槽的所述底边的第二步骤。5．根据权利要求4的方法，其中所述垂直腐蚀的步骤是使用第一气体在约100mT和约400W的功率下进行的。6．根据权利要求5的方法，其中所述第一气体包括在约35sccm的流量下的CF4。7．根据权利要求4的方法，其中所述圆形腐蚀步骤是在约30G的磁场中使用第二气体在约100mT和约250W的功率下进行的。8．根据权利要求7的方法，其中所述第二气体包括含Cl2、HBr、He和O2的混合气体，其组成比例为30∶90∶10∶1。9．根据权利要求1的方法，还包括在所述热氧化层上形成氧化阻挡绝缘层的步骤。10．根据权利要求9的方法，其中所述氧化阻挡层包括SiOxNy(其中x和y为自然数)和Si3N...

【专利技术属性】
技术研发人员：具本荣，洪景熏，裴大勋，南硕祐，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]