專利名稱：在半導(dǎo)體器件上形成溝槽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造半導(dǎo)體器件的一種方法，尤其是用于制造具有用于元件隔離的溝槽或一個(gè)電容器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法。
隨著最近蝕刻技術(shù)的發(fā)展，在半導(dǎo)體器件中可以形成具有更高的縱橫比(即，溝槽的寬度與深度的比率)的溝槽。因此，為了更高的元件密度，具有溝槽的半導(dǎo)體器件被漸增地使用，在其中元件區(qū)域由一隔離溝槽分隔，或者一個(gè)電容器具有基于溝槽的結(jié)構(gòu)。
通常所說(shuō)的元件隔離溝槽的此類溝槽包括在專利出版物JP-A-10-4137和JP-A-0-242259中描述溝槽，在其中溝槽技術(shù)被應(yīng)用于元件隔離溝槽，用于使在其中形成絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的元件區(qū)域隔離。而且知道溝槽技術(shù)被應(yīng)用于在MOSFET器件中的電容器的結(jié)構(gòu)(例如，參見(jiàn)JP-A-3-84924)。


圖1A到1C示出用于形成元件隔離溝槽的連續(xù)的步驟。在圖1A，硅氧化物薄膜32和硅氮化物薄膜33被連續(xù)地形成在半導(dǎo)體基片31上。隨后，如圖1B所示，通過(guò)利用光阻薄膜34作為掩膜對(duì)硅氮化物薄膜33和硅氧化物薄膜32形成圖案以具有一開(kāi)口35。其后，跟隨光阻薄膜34、硅氮化物薄膜33和硅氧化物薄膜32的除去，通過(guò)開(kāi)口35蝕刻半導(dǎo)體基片31以形成溝槽36。在此階段，本開(kāi)口頂端溝槽36的拐角36a大體上是直角的。
接下來(lái)，如圖1C所示，通過(guò)在包括溝槽36的內(nèi)部表面的半導(dǎo)體基片32的表面的熱氧化形成另一硅氧化物薄膜37，跟隨著在該另一硅氧化物薄膜37上形成另一硅氮化物薄膜38用于阻止更進(jìn)一步氧化。隨后，在1000℃之上的一個(gè)溫度，通常是1100℃之上，實(shí)施另一熱氧化，以在溝槽36的內(nèi)表面上形成另一硅氧化物薄膜39。
其后，溝槽被填充適當(dāng)?shù)奶畛洳牧现T如多晶硅，跟隨著通過(guò)溝槽36的頂端開(kāi)口暴露的多晶硅的表面的氧化以獲得一元件隔離區(qū)。
由于溝槽開(kāi)口的拐角36b通過(guò)熱氧化變成圓形的，在用于形成隔離溝槽的上面的處理過(guò)程中，作用于隔離溝槽36上的應(yīng)力被減輕，在溝槽開(kāi)口的拐角36b處晶體缺陷可以被抑制。
然而，在傳統(tǒng)的工藝中，隨晶片尺寸的增加它的熱容量因此增加，如上描述的應(yīng)力的減輕效應(yīng)被限制在1000℃之上的一個(gè)高溫度范圍，特別是1100℃以上。因此，在溝槽開(kāi)口的拐角36b可能產(chǎn)生晶體缺陷并且向半導(dǎo)體基片31的內(nèi)部蔓延。
因此本發(fā)明的目的是提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其在溝槽上形成熱氧化物薄膜時(shí)以及在這之后，能夠有效地減輕應(yīng)力，從而防止在開(kāi)口的溝槽的轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生晶體缺陷。本發(fā)明也提供通過(guò)以上描述的方法制成的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包含步驟在一半導(dǎo)體基片上形成一抗蝕刻薄膜，通過(guò)使用該抗蝕刻薄膜作為掩膜選擇性的蝕刻半導(dǎo)體基片以形成具有頂端開(kāi)口的一個(gè)溝槽，在接近頂端開(kāi)口的溝槽的一拐角部選擇性的對(duì)半導(dǎo)體基片引入雜質(zhì)離子，熱氧化半導(dǎo)體基片以在溝槽的內(nèi)部表面上形成一氧化物薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的方法以及通過(guò)這種方法制成的半導(dǎo)體器件，雜質(zhì)離子，諸如磷的離子，通過(guò)在溝槽開(kāi)口的拐角部分離子注入被引入半導(dǎo)體基片，跟隨著通過(guò)半導(dǎo)體基片的熱氧化以在溝槽的內(nèi)部表面上形成一氧化物薄膜。即使當(dāng)熱氧化是在低的溫度下實(shí)施的，由于熱氧化在引入雜質(zhì)離子的溝槽的拐角部分中是加速的，所以后續(xù)的熱氧化在溝槽的轉(zhuǎn)角處提供較大厚度的氧化物薄膜。在拐角部分氧化物薄膜的較大厚度防止了在柵電極通過(guò)溝槽上方的位置柵電極的擊穿電壓。
對(duì)于熱氧化如果使用低的溫度，由于氧化物薄膜和半導(dǎo)體電路板的熱膨脹系數(shù)的差別，在熱氧化的時(shí)候降低了熱應(yīng)力。因此，在溝槽的拐角部分多半不會(huì)出現(xiàn)晶體缺陷。在這種情況下，恰好在相對(duì)于注射面傾斜的一個(gè)方向植入離子可以在半導(dǎo)體基片中提供深的注入。在這方面較好的是在接近開(kāi)口的溝槽的拐角部分至少除去一抗蝕刻層結(jié)構(gòu)。
較好的是雜質(zhì)離子的注入角被改變，它的加速能量被維持在一個(gè)恒量。這導(dǎo)致在注入?yún)^(qū)域的頂部離子植入的深度較大，以及在注入?yún)^(qū)的底部則較小。因此，在開(kāi)口處的溝槽拐角的圓可以被改善。
而且較好的是在開(kāi)口處的溝槽的拐角部分被蝕刻到具有一個(gè)圓表面。
這就在除了在熱氧化的時(shí)候由于熱氧化的低的溫度降低的熱應(yīng)力之外，更進(jìn)一步在熱氧化之后減輕了力學(xué)的應(yīng)力。因此，在開(kāi)口的溝槽的拐角處的晶體缺陷可以更進(jìn)一步降低。
圖1A到1C是在制造半導(dǎo)體器件的連續(xù)的步驟中的半導(dǎo)體器件的截面視圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的頂平面圖，圖2B和2C是在圖2A中分別地沿著A-A和B-B的截面視圖；圖3A到3D是在制造半導(dǎo)體器件的連續(xù)的步驟中的圖2A的半導(dǎo)體器件的截面視圖；圖4本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面視圖；圖5本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面視圖；圖6本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面視圖；圖7A到7C是在連續(xù)的步驟中本發(fā)明的第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面視圖。
現(xiàn)在，參照附圖更明確的描述本發(fā)明，在其中類似的構(gòu)成元件是由相似的引用數(shù)指明。第一實(shí)施例關(guān)于顯示本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的圖2A、2B和2C，該半導(dǎo)體器件包括布置在P型硅襯底11的主表面上的一個(gè)正方形元件區(qū)域101。該元件區(qū)域102在其中接受一nMOSFET，其包括形成在硅襯底的表面區(qū)域的嚴(yán)重地?fù)诫s的n+-源/漏區(qū)域16a和16b，以及疊在硅襯底11上與柵氧化物薄膜14介入的柵電極15b。
該元件區(qū)域101是由隔離溝槽實(shí)現(xiàn)的一元件隔離區(qū)域102環(huán)繞或者隔離。隔離溝槽在它的內(nèi)部表面上被一絕緣薄膜13覆蓋以及更進(jìn)一步利用多晶硅構(gòu)成的電介體薄膜17填充。該絕緣薄膜13在開(kāi)口的溝槽12的拐角處具有較大的厚度，隔離溝槽102有一個(gè)圓表面。柵電極15b在元件區(qū)域101之上擴(kuò)展，越過(guò)隔離溝槽102，將被連接到在元件區(qū)域101外面的一個(gè)柵極焊盤(pán)15a。覆蓋nMOSFET的一層間電介體薄膜18在源/漏區(qū)域16a和16b上有通孔19a和19b。
參見(jiàn)圖3A到3D，那里顯示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于制造圖2的半導(dǎo)體器件一個(gè)處理過(guò)程的連續(xù)的步驟。在圖3A中，通過(guò)一個(gè)熱氧化技術(shù)，單晶硅制成的半導(dǎo)體基片(硅襯底)11在850℃的溫度下被熱處理以在硅襯底11的表面上形成20nm厚的硅氧化物薄膜21。隨后，通過(guò)低壓化學(xué)汽相淀積(LPCVD)技術(shù)，淀積100到200nm厚度的一硅氮化物薄膜22。
其后，如圖3B所示，在硅氮化物薄膜22上形成一抗蝕薄膜(光阻薄膜)23，跟隨著通過(guò)光刻技術(shù)對(duì)其制圖以為溝槽形成一開(kāi)口。硅氧化物薄膜21、硅氮化物薄膜22以及光阻薄膜23構(gòu)成一抗蝕刻層結(jié)構(gòu)24，用于阻止在隨后步驟中的硅襯底的蝕刻。
然后，通過(guò)利用光阻薄膜23作為掩膜蝕刻硅氮化物薄膜22和硅氧化物薄膜21，以在硅氮化物薄膜22和硅氧化物薄膜21中形成一開(kāi)口24a。此外，通過(guò)使用SF6氣體通過(guò)抗蝕刻層結(jié)構(gòu)24的開(kāi)口24a蝕刻硅襯底11以形成一溝槽12。
其后，如圖3C所示，利用保持在硅襯底11上的光阻薄膜23、硅氮化物薄膜22和硅氧化物薄膜21，實(shí)施離子植入，在其中磷的離子通過(guò)溝槽12的開(kāi)口被注入11。例如，磷離子的加速能量是70 keV(千電子伏)，而注射角被保持在與溝槽的側(cè)壁成45°。在溝槽12的拐角12a處的離子植入在硅襯底11中形成一雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域25a。
接下來(lái)的，在光阻薄膜23被除去之后，如圖3D所示，在900℃低的一基片溫度下在氧化環(huán)境中實(shí)施熱氧化處理，以在溝槽12的內(nèi)部表面(底和側(cè)表面)上形成400埃厚的硅氧化物薄膜13。
在替換的方法中，在熱氧化之前除了光阻薄膜23外，硅氮化物薄膜22和硅氧化物薄膜21可以被除去。在這種情況下，另一硅氧化物薄膜被形成在包括溝槽的內(nèi)部表面的半導(dǎo)體基片的整個(gè)表面上，跟隨著另一硅氮化物薄膜的形成作為在元件區(qū)域中的硅氧化物薄膜上的一抗氧化薄膜，以及一個(gè)熱氧化以通過(guò)利用另一硅氮化物薄膜作為掩膜在溝槽的內(nèi)部表面上形成硅氧化物薄膜23。
其后，該溝槽被利用例如作為填充材料的一多晶硅薄膜填充，跟隨著通過(guò)從溝槽12中暴露的多晶硅薄膜的表面的氧化從而獲得一元件隔離區(qū)域102。
如上面描述的，本實(shí)施例的方法包括在接近開(kāi)口的溝槽12的拐角以及在它的鄰近處將磷的離子植入到半導(dǎo)體基片的步驟，以及后續(xù)的溝槽的內(nèi)部表面熱氧化以形成硅氧化物薄膜的步驟。利用磷的離子注入的半導(dǎo)體基片的拐角部分具有更高的氧化率，因此甚至在后來(lái)的在900℃的低的溫度下實(shí)施的溝槽內(nèi)部表面的熱氧化允許將在溝槽的內(nèi)部表面上形成一厚的硅氧化物薄膜，尤其是在開(kāi)口的溝槽12的拐角處。這容許在開(kāi)口處溝槽12的拐角有一圓表面，并且加之該厚的硅氧化物薄膜的功能，防止越過(guò)該溝槽的柵極的擊穿電壓的降低。
在低的溫度下熱氧化減少了在熱的氧化的時(shí)候由于硅氧化物薄膜13和硅襯底的熱膨脹系數(shù)之間的差別造成的熱應(yīng)力。這抑制了在溝槽12的拐角12b處晶體缺陷的產(chǎn)生，而沒(méi)有使用在熱氧化之前在開(kāi)口處蝕刻溝槽22的拐角以具有圓表面的步驟。另外，在熱氧化之后從硅氧化物薄膜21施加的11的熱應(yīng)力可以被降低，其容許更進(jìn)一步抑制尤其在接近開(kāi)口的溝槽12的拐角處產(chǎn)生的晶體缺陷。第二實(shí)施例參見(jiàn)圖4，那里顯示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的在一個(gè)處理過(guò)程的一個(gè)步驟的半導(dǎo)體器件。第二實(shí)施例類似于第一實(shí)施例，只是在本實(shí)施例中，用于形成溝槽12的抗蝕刻層結(jié)構(gòu)24的光阻薄膜23在溝槽12的拐角處磷的離子植入以前在接近開(kāi)口的溝槽12的拐角處被除去之外。如以前所描述的，在第一實(shí)施例中，在開(kāi)口處對(duì)溝槽12的拐角的離子植入是與注入表面傾斜一角度實(shí)施。在這個(gè)步驟中，用于形成溝槽的光阻薄膜23的一部分可以是對(duì)于在接近開(kāi)口的溝槽12拐角處離子植入的一障礙。第二實(shí)施例消除了可能發(fā)生的該障礙。
在第二實(shí)施例中，雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域25b形成在半導(dǎo)體基片11中溝槽開(kāi)口的拐角12b處，與第一實(shí)施例的情況類似。在本實(shí)施例中，在溝槽12的拐角處光阻薄膜的除去容許離子植入深的注射進(jìn)入半導(dǎo)體基片11，即使當(dāng)注射角與第一實(shí)施例相比是較大的情況下。第三實(shí)施例參見(jiàn)圖5，那里顯示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的在一個(gè)處理過(guò)程的一個(gè)步驟的半導(dǎo)體器件，類似于圖4的步驟。
除了對(duì)在接近開(kāi)口的溝槽12拐角處離子植入步驟以前在本實(shí)施例中完全除去光阻薄膜23之外，第三實(shí)施例類似于第二實(shí)施例。第三實(shí)施例提供類似的優(yōu)點(diǎn)。第四實(shí)施例參見(jiàn)圖6，那里顯示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的在一個(gè)處理過(guò)程的一個(gè)步驟的半導(dǎo)體器件，該步驟類似于圖4的步驟。除了在離子植入的時(shí)候注射角被改變之外，第四實(shí)施例類似于第一實(shí)施例。在本實(shí)施例中，由于雜質(zhì)離子加速能量被保持在一恒量，離子植入在雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域25d的頂部分提供一個(gè)深的注射，而在雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域25d的底部分提供一個(gè)淺的注射，如圖所示。這個(gè)結(jié)構(gòu)容許接近開(kāi)口的溝槽12的拐角將有一個(gè)自然的并且較大半徑的圓表面。第五實(shí)施例參見(jiàn)圖7A到7C，那里顯示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的在一個(gè)處理過(guò)程。
除了在溝槽12被形成之后以及接近開(kāi)口的溝槽12的拐角蒙受離子植入之前，蝕刻溝槽12的拐角之外，第五實(shí)施例是類似于第一實(shí)施例的。
更明確的說(shuō)，在本實(shí)施例中，包括一硅氧化物薄膜、一硅氮化物薄膜以及一光阻薄膜的一抗蝕刻層結(jié)構(gòu)被用于形成類似于第一實(shí)施例的圖3A和3B的步驟的一個(gè)溝槽。然后，如圖7A所示，例如，通過(guò)側(cè)蝕刻技術(shù)使用含氟酸溶液，穿過(guò)抗蝕刻層結(jié)構(gòu)的開(kāi)口選擇性的蝕刻硅氧化物薄膜21的邊緣。因此，在硅襯底11中接近開(kāi)口的溝槽12的拐角從抗蝕刻層結(jié)構(gòu)中暴露出來(lái)。然后，通過(guò)化學(xué)的干蝕刻(CDE)技術(shù)，在接近開(kāi)口的溝槽12的暴露的拐角處蝕刻硅襯底11，以致在該拐角處具有一個(gè)圓表面27。
隨后，如圖7B所示，通過(guò)抗蝕刻層結(jié)構(gòu)的開(kāi)口和溝槽開(kāi)口注入磷離子到溝槽12的圓角27，以至形成雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域25e。
然后，如圖7C所示，在光阻薄膜23被除去之后，晶片在大約900℃的低的基片溫度的氧化環(huán)境中經(jīng)受熱氧化，以在溝槽12的內(nèi)部表面上形成一硅氧化物薄膜13。在熱氧化的時(shí)候，雜質(zhì)注入?yún)^(qū)域25e有一更高的氧化速率，并且因此通過(guò)低溫度的熱氧化被覆蓋一厚的硅氧化物薄膜。結(jié)果，接近開(kāi)口的溝槽12的拐角部分有一個(gè)大半徑并且被覆蓋著具有足夠的厚度的一硅氧化物薄膜。其后，對(duì)該半導(dǎo)體器件實(shí)施普通的步驟，以至具有類似于圖2B和2C所示的一個(gè)結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施例中，用于形成接近開(kāi)口的溝槽12的拐角的圓表面的蝕刻步驟起到減輕低溫造成的熱應(yīng)力和拐角的結(jié)構(gòu)造成的力學(xué)應(yīng)力的作用。因此，在本實(shí)施例制造的半導(dǎo)體器件中，可以抑制通過(guò)溝槽的柵極擊穿電壓的降低，并且確保了晶體缺陷的抑制。
在上面的實(shí)施例中，例示了用于為MOSFET隔離元件區(qū)域的元件隔離溝槽。然而，本發(fā)明可以應(yīng)用于雙極晶體管或其他元件的元件隔離區(qū)域。本發(fā)明也可以應(yīng)用到電容器溝槽。
在上面的實(shí)施例中的抗蝕刻層結(jié)構(gòu)是由一硅氧化物薄膜、一硅氮化物薄膜和一個(gè)光阻薄膜形成的。然而，該抗蝕刻層結(jié)構(gòu)可以通過(guò)其他層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，例如，單個(gè)抗蝕薄膜，包括一硅氧化物薄膜和一抗蝕薄膜的兩層結(jié)構(gòu)或包括具有抗蝕刻性質(zhì)的單薄膜或多薄膜的層結(jié)構(gòu)。
雜質(zhì)離子的加速能量以及/或者注射角可以被設(shè)計(jì)在任何需要值。
由于上面的實(shí)施例只是用于例子描述的，本發(fā)明不限制為上面的實(shí)施例，那些該技術(shù)領(lǐng)域的熟練者能夠從中輕易地作出多樣的修改或者變更，但都沒(méi)有脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中包括步驟在半導(dǎo)體基片上形成一抗蝕刻薄膜，利用該抗蝕刻薄膜作為掩膜選擇的蝕刻該半導(dǎo)體基片以形成具有一頂開(kāi)口的溝槽，在該溝槽接近頂開(kāi)口的角部分處選擇性的向該半導(dǎo)體基片引入雜質(zhì)離子，熱氧化該半導(dǎo)體基片以在該溝槽的內(nèi)部表面上形成一氧化物薄膜。
2.如權(quán)利要求所述的方法，其特征在于雜質(zhì)離子是磷離子。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于抗蝕刻層包括連續(xù)地形成在半導(dǎo)體基片上的一硅氧化物薄膜、一硅氮化物薄膜和一抗蝕薄膜。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于抗蝕薄膜至少在接近溝槽的它的一邊緣部分被除去。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括步驟在雜質(zhì)離子引入步驟以前，在溝槽的拐角部分選擇性的蝕刻該半導(dǎo)體基片以形成一個(gè)大體上的圓角的步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的雜質(zhì)離子引入步驟是這樣的，該雜質(zhì)離子的注射角是隨著大體上保持在一個(gè)恒量的雜質(zhì)離子的加速能量改變的。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于溝槽使元件區(qū)域隔離。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于還包括在熱氧化步驟之后，利用一多晶硅薄膜填充該溝槽的步驟。
9.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于它是通過(guò)權(quán)利要求1所述的方法制成的。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述的半導(dǎo)體器件包含一柵電極或越過(guò)該溝槽的柵極線路。
全文摘要
一種形成元件隔離區(qū)域的方法包括步驟:利用硅氧化物薄膜、硅氮化物薄膜和作為掩膜的抗蝕薄膜蝕刻半導(dǎo)體基片以形成溝槽,在溝槽12開(kāi)口的拐角處對(duì)半導(dǎo)體基片注入雜質(zhì)離子,熱氧化該溝槽的內(nèi)部表面,和用多晶硅薄膜填充該溝槽。由于較高的氧化率,在開(kāi)口處的溝槽12的拐角處形成厚的氧化物薄膜。對(duì)于越過(guò)溝槽的柵極可以獲得更高的擊穿電壓。
文檔編號(hào)H01L21/334GK1260586SQ0010021
公開(kāi)日2000年7月19日 申請(qǐng)日期2000年1月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月11日
發(fā)明者長(zhǎng)谷川英一 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社