在半导体装置中形成隔离结构的方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种在半导体装置中形成隔离结构的方法。在该方法中，在半导体基板中形成沟槽，以及在该沟槽的暴露表面上形成衬底层。形成可流动绝缘层，以填充该沟槽。使该可流动绝缘层凹陷。在该沟槽的侧壁上形成的且在使该可流动绝缘层凹陷后暴露的该衬底层的一部分上形成缓冲层。蚀刻该缓冲层，以平滑在使该可流动绝缘层凹陷时形成的该衬底层的粗糙部。在该沟槽中沉积掩埋绝缘层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体装置，更具体而言涉及一种形成隔离结构以均匀 填充半导体装置的沟槽的方法。
技术介绍
由于半导体制造技术的发展，使用小的设计规则可在半导体装置中形成 极细的图案，且因此，可增加该半导体装置的集成度。在制造半导体存储器装置，例如具有极细图案的动态随机存取存储器(DRAM)中，装置隔离工 艺对于增加该半导体存储器装置的数据保留时间以改善制造良率是重要的。 因此，已研究及发展基于该隔离工艺的许多工艺及材料，以改善半导体装置 的数据保留时间。在各种隔离工艺中，因为使用窄沟槽及隔离层可有效隔离装置，所以已 经广泛使用浅沟槽隔离(STI)工艺。在该STI工艺中，通过典型曝光和蚀 刻工艺在半导体基板中形成沟槽至预定深度，以及以绝缘层填充该沟槽。然 后，对该绝缘层实施平坦化工艺，以在该沟槽中形成隔离层。为了改善用以填充沟槽的间隙填充特性，使用高密度等离子体(HDP) 氧化物层作为间隙填充材料，或者使用沉积-蚀刻-沉积(DED)方法。然而， HDP氧化物层及DED方法不适用于填充低于60nm技术的半导体装置的沟 槽。在此情况中，通过旋涂介电(SOD)工艺使用可流动绝缘层填充沟槽，该 可流动绝缘层是由包括溶剂及溶质的混合物形成。在该SOD工艺中，使用涂布机将包括溶剂及溶质的混合物应用到沟槽， 以形成可流动绝缘层。接下来，实施固化工艺，以用该可流动绝缘层填充该 沟槽，同时提高该可流动绝缘层的密度。然后，使该可流动绝缘层凹陷至预 定深度，以及通过用HDP氧化物层填充该可流动绝缘层的凹部以在该沟槽 中形成沟槽隔离层。然而，该SOD工艺具有许多限制，例如难以用沟槽隔 离层均匀地填充该沟槽。因此，需要一种在半导体装置中形成隔离结构的改 良方法，以增加产量及稳定装置特性。
技术实现思路
在一个实施例中，提供一种，该方法包括形成沟槽于半导体基板中；形成衬底层于该沟槽的暴露表面上；形 成可流动绝缘层，以填充该沟槽；使该可流动绝缘层凹陷；形成緩沖层于该 沟槽的侧壁上形成的且在使该可流动绝缘层凹陷后暴露的该衬底层的一部 分上；蚀刻该緩沖层，以平滑在使该可流动绝缘层凹陷时形成的该衬底层的 粗糙部；以及沉积掩埋绝缘层于该沟槽中。通过使用包括氢氟酸(HF)的湿法蚀刻化学制品可以使该可流动绝缘层 凹陷约1100A至约1400A。可以使用高密度等离子体(HDP)工艺实施该缓沖层的形成和该掩埋绝 缘层的沉积。可以使用氟(F)基蚀刻气体实施该緩沖层的蚀刻。该衬底层可以包括 衬底氮化物层及衬底氧化物层，以及可以实施该緩沖层的蚀刻，使得该衬底 氮化物层保留在该沟槽的暴露表面上。当该緩沖层具有约250A至约350A的厚度时，该緩沖层的蚀刻的目标是要蚀刻去除该緩沖层的约8SA至约的厚度。在另一实施例中，提供一种，该方 法包括形成沟槽于半导体基板中；形成衬底层于该沟槽的暴露表面上，该 衬底层包括衬底氮化物层和衬底氧化物层；形成可流动绝缘层，以填充该沟 槽；使该可流动绝缘层凹陷；形成第一緩冲层于在使该可流动绝缘层凹陷后 暴露的该衬底氮化物层的 一部分上，该第 一緩冲层具有用以防止在该沟槽的 侧壁中产生孔洞的预定厚度；形成第二緩沖层于该第一緩冲层上；蚀刻该第 一和第二緩沖层，以平滑在使该可流动绝缘层凹陷时形成的该衬底层的粗糙 部；以及沉积掩埋绝缘层于该沟槽中，其中该第二緩沖层作为该掩埋绝缘层 的种子层。在又另一实施例中，提供一种，该 方法包括形成沟槽于半导体基板中；形成村底层于该沟槽的暴露表面上， 该衬底层包括衬底氮化物层及衬底氧化物层；形成可流动绝缘层，以填充该 沟槽；使该可流动绝缘层凹陷；载入该半导体基板至工艺室(chamber)中； 通过供应包括氩气(Ar)及氦气(He)气体的预热气体至该工艺室来实施第一预热工艺，从而释放该衬底层的应力；通过供应预热气体至该工艺室来实施第二预热工艺，从而氧化在使该可流动绝缘层凹陷后所暴露的衬底氮化物层的表面；形成緩沖层于该沟槽的侧壁上形成的且在使该可流动绝缘层凹陷后暴 露的该衬底氮化物层的一部分上；通过供应蚀刻气体至该緩沖层来蚀刻该緩 冲层，从而平滑在使该可流动绝缘层凹陷时形成的该衬底层的粗糙部；以及 沉积掩埋绝缘层于该沟槽中。该缓沖层的形成可以包括通过供应氧气(02)、硅烷(SiEU)和氦气(He) 气体至该沟槽来形成第一緩冲层于该衬底层的部分上且形成至用以防止在 该沟槽的侧壁中产生孔洞的预定厚度；以及通过供应氧气(02)、硅烷(SiRO、 氢气(H2)及氦气(He)气体至该第一緩冲层来形成第一緩沖层作为该掩埋绝缘 层的种子层。附图说明图1至14描述依据本专利技术的实施例的；图15描述依据本专利技术的实施例的高密度等离子体(HDP)工艺室的示 意图16和17描述形成在沟槽的侧面上的纳米孔洞，用以解释该纳米孔洞 所造成的问题；以及图18A和18B描述使用检查装置所探测的缺陷。 附图标记说明100半导体基板102垫氧化物层104垫氮化物层106光致抗蚀剂层图案108垫氮化物层图案110垫氧化物层图案112沟槽114侧壁氧化物层116衬底氮化物层118衬底氧化物层120可流动绝缘层120'可流动绝缘层122粗糙部124第一緩沖层126第二緩沖层128HDP氧化物层130掩埋绝缘层132沟槽隔离结构200纳米孔洞205可流动绝纟彖层210 掩埋绝缘层215才册极绝缘层220 导电层225230 硬掩模层235平台插塞240 部分300HDP工艺室305 工作台315顶侧320 侧面325底侧A突出d预定深度具体实施例方式以下，将参考附图来详细描述依据本专利技术的在半导体装置中形成隔离结 构的方法，附图中示出本专利技术的实施例。然而，本专利技术可以以许多不同形式 来实施且不应被解读成受限于在此所述的实施例。参考图1,在半导体基板100上顺序沉积垫(pad)氧化物层102及垫氮 化物层104。垫氧化物层102减少因垫氮化物层104所施加的吸引力造成的 对半导体基板100的应力。在垫氮化物层104上形成光致抗蚀剂层及图案化 该光致抗蚀剂层以形成光致抗蚀剂层图案106，光致抗蚀剂层图案106选择 性地暴露垫氮化物层104。将在垫氮化物层104的暴露区域中形成隔离层， 以界定隔离区域，以及垫氮化物层104的覆盖有光致抗蚀剂层图案106的其 它部分成为有源区。参考图2，使用光致抗蚀剂层图案106作为掩模来实施蚀刻工艺，以形 成具有预定深度的沟槽112 (参考图3)。详言之，使用光致抗蚀剂层图案106作为掩模来蚀刻去除垫氮化物层 104的暴露区域，以形成垫氮化物层图案108。接下来，剥离(即，移除) 光致抗蚀剂层图案106。然后，使用垫氮化物层图案108作为掩模来蚀刻垫 氧化物层102,以形成垫氧化物层图案110，垫氧化物层图案110选择性地 暴露半导体基板100。接着，使用垫氮化物层图案108及垫氧化物层图案110 作为掩模来蚀刻去除半导体基板100的暴露区域，以在半导体基板100中形 成沟槽112至预定深度(例如，约1600A至约1800A )。参考图3，对半导体基板100实施氧化工艺，以在沟槽112中形成侧壁 氧化物层114。可通过热氧化形成侧壁氧化物层114。在沟槽112的形成期 间部分半导体基板IOO会被损伤，因此形成侧壁氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在半导体装置中形成隔离结构的方法，所述方法包括：　形成沟槽于半导体基板中；　形成衬底层于所述沟槽的暴露表面上方；　形成可流动绝缘层于所述沟槽上方，以便所述可流动绝缘层的顶面设置在所述沟槽的顶部上方；　蚀刻所述可流动绝缘层，以部分地敞开所述沟槽和暴露所述沟槽中的所述衬底层的上部；　形成缓冲层于所述衬底层的暴露的上部上；　蚀刻所述缓冲层，以平滑在使所述可流动绝缘层凹陷时形成的所述衬底层的粗糙部；以及　沉积掩埋绝缘层于所述沟槽中，以形成隔离层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：银炳秀，
申请(专利权)人：海力士半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]