專利名稱：半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體器件的制造方法的發(fā)明，例如被應(yīng)用于通過在半導(dǎo)體襯底上形成溝槽、將氧化膜充填在該溝槽內(nèi)而形成的具有STI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件和該半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
一般，在硅襯底(以下僅稱為襯底)上形成的半導(dǎo)體器件中，為了將晶體管等元件之間進(jìn)行電隔離，形成采用了氧化硅膜等的元件隔離結(jié)構(gòu)。
在形成元件隔離結(jié)構(gòu)時(shí)，由于有選擇地對(duì)襯底進(jìn)行氧化的LOCOS(硅的局部氧化)法不適合于元件隔離膜的微細(xì)化，所以，現(xiàn)在在多種微細(xì)器件中，采用了通過對(duì)襯底有選擇地進(jìn)行刻蝕，形成溝槽，并將氧化膜埋入該溝槽內(nèi)的方法(對(duì)用該方法所形成的元件隔離結(jié)構(gòu)稱為ST I(淺溝槽隔離)結(jié)構(gòu))。
但是，如果器件的微細(xì)化進(jìn)一步取得進(jìn)展，隨之也必須使元件隔離結(jié)構(gòu)進(jìn)一步微細(xì)化，則形成STI結(jié)構(gòu)時(shí)襯底上所形成的溝槽的寬度會(huì)進(jìn)一步變窄，該溝槽的高寬比會(huì)進(jìn)一步增大。
為了將氧化膜埋入該高寬比增大了的溝槽內(nèi)，以往使用HDP-CVD(高密度等離子體化學(xué)氣相淀積)裝置，并采用在CVD的原料氣體中摻入氟等反應(yīng)性高的雜質(zhì)，一邊進(jìn)行化學(xué)刻蝕，一邊進(jìn)行氧化膜的充填的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
由于用該方法含有雜質(zhì)的氧化膜具有回流性，提高了該氧化膜埋入到在襯底上形成、其高寬比增大了的溝槽的特性。進(jìn)而，通過將含有該雜質(zhì)的氧化膜充填到在襯底上形成的溝槽內(nèi)，也有減緩該STI部與襯底之間的物理上的應(yīng)力的效果。
但是，在用該方法形成的具有氧化膜的STI中，由于從STI的底部到表面均勻地含有高濃度的雜質(zhì)，所以在形成該STI后，例如在形成柵絕緣膜時(shí)，如用高溫?zé)崽幚磉M(jìn)行氧化工藝，則該雜質(zhì)從STI表面向外部擴(kuò)散，該雜質(zhì)往往進(jìn)入到柵絕緣膜中。
如雜質(zhì)進(jìn)入到柵絕緣膜中，則該柵絕緣膜的組成發(fā)生變化，使該柵絕緣膜的電特性變差。
進(jìn)而，除此以外，在均勻地含有高濃度的雜質(zhì)的STI中，在工藝方面具有以下所示的問題。
該工藝方面的問題是指，含有雜質(zhì)的氧化膜改變了采用氫氟酸等的濕法刻蝕的速率，難以用該刻蝕處理進(jìn)行形狀控制。
因此，作為解決該各種問題的技術(shù)，提出了在STI的下層形成含有雜質(zhì)的第一氧化膜，淀積在該第一氧化膜上，在STI的上層形成不含有雜質(zhì)的第二氧化膜的2層結(jié)構(gòu)的STI(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。
在該2層結(jié)構(gòu)的STI中，由于在第二氧化膜中不含有雜質(zhì)，可抑制從STI表面向外部擴(kuò)散。
特開平10-12718號(hào)公報(bào)(第4圖)[專利文獻(xiàn)2]特開2000-332099號(hào)公報(bào)(第4-7頁，第1-4圖)但是，為了形成2層結(jié)構(gòu)的STI，需要2次CVD工序和在第1次CVD工序與第2次CVD工序之間進(jìn)行的刻蝕工序，從而工序變得復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供以簡(jiǎn)易的工序形成的具有STI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體器件的制造方法，不至因氧化膜的埋入性高、其后的熱處理工序造成雜質(zhì)向外部擴(kuò)散而對(duì)其它構(gòu)件產(chǎn)生不良影響。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明第1方面所述的半導(dǎo)體器件的特征在于在襯底的表面所形成的溝槽內(nèi)充填了元件隔離膜的、具有溝槽型元件隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，上述元件隔離膜中含有雜質(zhì)，該雜質(zhì)濃度在上述元件隔離膜的頂部比在底部要低。
另外，在本發(fā)明的第2方面所述的半導(dǎo)體器件中，在襯底的表面所形成的溝槽內(nèi)充填了元件隔離膜的、具有溝槽型元件隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，上述元件隔離膜中含有雜質(zhì)，該雜質(zhì)濃度也可從上述元件隔離膜的底部到規(guī)定的深度是恒定的，從該規(guī)定的深度到頂部連續(xù)地降低。
另外，在本發(fā)明的第6方面所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，包括(a)在襯底的表面內(nèi)形成溝槽的工序；(b)將含有雜質(zhì)的元件隔離膜充填在上述溝槽內(nèi)的工序；(c)在上述工序(b)之后，降低在上述元件隔離膜的頂部附近的雜質(zhì)濃度的工序。
另外，在本發(fā)明的第12方面所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，也可包括(f)在襯底的表面內(nèi)形成溝槽的工序；(g)一邊使摻進(jìn)原料氣體內(nèi)的雜質(zhì)濃度變化，一邊將含有該雜質(zhì)的元件隔離膜充填在上述溝槽內(nèi)的工序。


圖1是示出具有元件隔離膜的本發(fā)明半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)之一例的剖面圖。
圖2是示出在實(shí)施例1的元件隔離膜內(nèi)所含有的雜質(zhì)濃度分布的圖。
圖3是示出本發(fā)明半導(dǎo)體器件的制造工序的剖面圖。
圖4是示出本發(fā)明半導(dǎo)體器件的制造工序的剖面圖。
圖5是示出本發(fā)明半導(dǎo)體器件的制造工序的剖面圖。
圖6是示出本發(fā)明半導(dǎo)體器件的制造工序的剖面圖。
圖7是示出本發(fā)明半導(dǎo)體器件的制造工序的剖面圖。
圖8是示出本發(fā)明半導(dǎo)體器件的制造工序的剖面圖。
圖9是示出具有最終整形了的元件隔離膜的在制造過程中的本發(fā)明半導(dǎo)體器件的剖面圖。
圖10是示出在溝槽內(nèi)部形成基底膜的形態(tài)的剖面圖。
圖11是示出在實(shí)施例2的元件隔離膜內(nèi)所含有的雜質(zhì)濃度分布的圖。
圖12是示出平坦化處理剛結(jié)束后的在制造過程中的本發(fā)明半導(dǎo)體器件的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，根據(jù)示出其實(shí)施例的附圖具體地說明本發(fā)明。
<實(shí)施例1>
圖1是示出本發(fā)明半導(dǎo)體器件的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的剖面圖。
在圖1所示的半導(dǎo)體器件中，在硅襯底等的襯底1的表面內(nèi)，為了隔離用離子注入形成的有源區(qū)(未圖示)，形成了由氧化硅膜等構(gòu)成的STI結(jié)構(gòu)的元件隔離膜2。另外，在襯底1上形成柵電極3，還形成了層間絕緣膜4，以便覆蓋已形成元件隔離膜2和柵電極3的襯底1。進(jìn)而，形成了從層間絕緣膜4的上表面到達(dá)襯底1的接觸栓5，還形成了布線6，以便與該接觸栓5的上表面連接。
這里，柵電極3由柵電極部3a和柵絕緣膜3b構(gòu)成。另外，為了形成層間絕緣膜4，又不至因在柵電極3與襯底1之間形成的臺(tái)階差和由元件隔離膜2和襯底1形成的臺(tái)階差而產(chǎn)生空洞，作為該層間絕緣膜4的材料，例如使用了在氧化膜內(nèi)摻硼及磷的BPTEOS等。
在襯底1的表面內(nèi)形成溝槽，被充填在該溝槽內(nèi)的本實(shí)施例的元件隔離膜2具有以下的結(jié)構(gòu)。
元件隔離膜2由例如使在氧化硅膜中含有氟、硼、磷、砷、氯、碘、溴中的某一種或?qū)⑺鼈兘M合的雜質(zhì)而形成。這里，該含有的雜質(zhì)濃度在元件隔離膜2的底部增高而在元件隔離膜2的頂部降低。本形態(tài)如圖2所示。
也就是說，從圖2可知，雜質(zhì)濃度的分布從元件隔離膜2的底部到頂部連續(xù)地減少。例如，在元件隔離膜2的底部附近的雜質(zhì)濃度為1E19cm-3～1E21cm-3，隨著接近于項(xiàng)部，雜質(zhì)濃度漸次減少，在元件隔離膜2的頂部附近的雜質(zhì)濃度充分地降低，低達(dá)約1E18cm-3以下(此時(shí)，為底部雜質(zhì)濃度的約10％以下)。
這樣，由于元件隔離膜2含有氟等雜質(zhì)，所以該元件隔離膜2具有回流性，可提高向襯底1的表面內(nèi)所形成的溝槽的埋入性。
另外，由于元件隔離膜2內(nèi)所含有的雜質(zhì)濃度在該元件隔離膜2的頂部比在底部為低，所以例如在后工序中利用形成柵絕緣膜3b時(shí)的熱處理工序，可抑制雜質(zhì)從該元件隔離膜2的頂部向外部擴(kuò)散，還可抑制向該外部擴(kuò)散了的雜質(zhì)進(jìn)入柵絕緣膜3b中。因此，也可防止柵絕緣膜3b的電特性的變壞。
接著，根據(jù)示出圖3～9的半導(dǎo)體器件的制造方法的工序剖面圖，具體地說明具有圖2所示的雜質(zhì)濃度分布的元件隔離膜2的形成方法之一例。
首先，如圖3A所示，在襯底1的主面上形成層疊結(jié)構(gòu)的硬掩模1 0。該層疊結(jié)構(gòu)的硬掩模10按照例如約5～30nm厚的氧化膜10c、約10～15nm厚的多晶硅10b、約30～200nm厚的最上面的氮化硅膜10a的順序被層疊起來。
再有，作為層疊結(jié)構(gòu)的硬掩模10的另一例子，如圖3B所示，即便采用按照約5～30nm厚的氧化膜10c、約30～200nm厚的氮化硅膜10a的順序?qū)盈B了的2層結(jié)構(gòu)也沒有關(guān)系。
接著，在硬掩模10的主面上形成光致抗蝕劑11，用光刻技術(shù)對(duì)該光致抗蝕劑11構(gòu)圖，成為圖4所示的規(guī)定的形狀。
接著，以構(gòu)圖后的光致抗蝕劑11為掩模，將硬掩模10刻蝕后，除去光致抗蝕劑11，使硬掩模10形成為圖5所示的規(guī)定的形狀。
接著，以形成了規(guī)定的形狀的硬掩模10為掩模，通過將襯底1進(jìn)行各向異性刻蝕，形成圖6所示的溝槽12。該溝槽12的深度例如約為150～500nm，該溝槽12的寬度例如約為50～200nm。
接著，為了利用上述各向異性刻蝕除去襯底1的損傷，并且為了利用后工序中的HDP-CVD裝置對(duì)等離子體現(xiàn)象加以保護(hù)，通過對(duì)溝槽12進(jìn)行熱處理，如圖7所示，形成例如約5～30nm膜厚的熱氧化膜13。
進(jìn)而，為了防止后工序中在充填到溝槽12內(nèi)的元件隔離膜2中所含有的雜質(zhì)向襯底1中擴(kuò)散，如圖7所示，在從熱氧化膜13的表面上到硬掩模10的表面上例如形成約5～20nm膜厚的停止膜14。作為該停止膜14，通過采用例如氧氮化硅膜或氮化硅膜等，可防止雜質(zhì)向襯底1擴(kuò)散。
再有，在雜質(zhì)向襯底1擴(kuò)散得很少(例如，在后工序中熱處理少的場(chǎng)合等)，可忽略對(duì)襯底1的電學(xué)特性的影響時(shí)，可省略停止膜14的形成。
接著，如圖8所示，應(yīng)用HDP-CVD裝置將元件隔離膜2充填到在襯底1的表面所形成的溝槽12內(nèi)。在充填該元件隔離膜2時(shí)，在CVD的原料氣體中摻進(jìn)氟等反應(yīng)性高的雜質(zhì)。所摻的雜質(zhì)濃度貫串該充填處理的始終是恒定的，充填后元件隔離膜2中所含有的雜質(zhì)濃度例如均勻分布成1E19cm-3～1E21cm-3的程度。
再有，作為摻進(jìn)CVD原料氣體中的雜質(zhì)，另外可采用硼、磷、砷、氯、碘、溴中的某一種或?qū)⑺鼈兘M合的雜質(zhì)。
接著，對(duì)含有被充填到溝槽12內(nèi)的雜質(zhì)的元件隔離膜2進(jìn)行熱處理。通過該熱處理，雜質(zhì)從元件隔離膜2的頂部向外部擴(kuò)散，可降低元件隔離膜2頂部附近的雜質(zhì)濃度，其結(jié)果是，深度方向的雜質(zhì)濃度形成為圖2所示的濃度分布。也就是說，元件隔離膜2頂部的雜質(zhì)濃度比該元件隔離膜2底部的雜質(zhì)濃度低。
這里，該熱處理例如在1000～1100℃左右的溫度下進(jìn)行約60～80分鐘時(shí)間。
最后，對(duì)于為了使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散而進(jìn)行了熱處理的圖8中所示的半導(dǎo)體裝置，進(jìn)行通常的CMP(化學(xué)氣相淀積)工藝等的平坦化處理，通過其后用氫氟酸等的濕法刻蝕處理，在元件隔離膜2與襯底1之間形成適當(dāng)?shù)呐_(tái)階差，從而最終使圖9所示的結(jié)構(gòu)的元件隔離膜2在襯底1內(nèi)形成。
如上所述，在向襯底1中所形成的溝槽12內(nèi)進(jìn)行元件隔離膜2的充填時(shí)，通過在CVD的原料氣體中摻進(jìn)氟等反應(yīng)性高的雜質(zhì)，一邊進(jìn)行化學(xué)刻蝕，一邊進(jìn)行元件隔離膜2的充填，可提高向該溝槽12的埋入性。另外，由于含有該雜質(zhì)的元件隔離膜2具有回流性，進(jìn)而可提高埋入性。
另外，為了使該雜質(zhì)從以均勻濃度含有雜質(zhì)的元件隔離膜2向外部擴(kuò)散，通過對(duì)該元件隔離膜2進(jìn)行熱處理(特別是通過進(jìn)行1000～1100℃的熱處理)，用簡(jiǎn)易的工序可使元件隔離膜2頂部的雜質(zhì)濃度比底部的雜質(zhì)濃度降低。
因此，在元件隔離膜2形成后，例如在柵絕緣膜3b形成時(shí)進(jìn)行熱處理，也可抑制雜質(zhì)從元件隔離膜2向更外部擴(kuò)散，所以雜質(zhì)不進(jìn)入柵絕緣膜3b內(nèi)，也不使該柵絕緣膜3b的電學(xué)特性變差。
另外，在為了元件隔離膜2的整形而進(jìn)行的濕法刻蝕之前，通過進(jìn)行使該元件隔離膜2的頂部的雜質(zhì)濃度降低的熱處理，可抑制因含有雜質(zhì)而產(chǎn)生的氫氟酸等的濕法刻蝕速率的變化，從而可整形為正確形狀的元件隔離膜2。
這里，為了達(dá)到該效果，希望該元件隔離膜2頂部的雜質(zhì)濃度為1E18cm-3的程度。
再有，如上所述，在省略了停止膜14的形成時(shí)，在將含有雜質(zhì)的元件隔離膜2充填到溝槽12內(nèi)之前，如圖10所示，通過由與不含雜質(zhì)的元件隔離膜2相同的材料構(gòu)成的、形成約10～15nm膜厚的下敷膜15，可防止在含有雜質(zhì)的元件隔離膜2與襯底1之間產(chǎn)生的物理上的緊密附著性降低。因此，可防止因后工序中所施加的應(yīng)力等造成元件隔離膜2從襯底1剝離。
另外，即使基底膜15并非如上述那樣不包含雜質(zhì)，而是包含比元件隔離膜2的底部的雜質(zhì)濃度低的濃度的雜質(zhì)(最好為元件隔離膜2的底部的雜質(zhì)濃度的10％以下)，也能期待同樣的效果。
另外，通過使熱氧化膜13形成為膜厚達(dá)20～50nm左右的厚膜，該厚的熱氧化膜可得到基底膜15的效果。
<實(shí)施例2>
在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具備的元件隔離膜中，與實(shí)施例1一樣，含有氟、硼、磷、砷、氯、碘、溴中的某一種或?qū)⑺鼈兘M合的雜質(zhì)，該雜質(zhì)濃度分布在元件隔離膜的底部比在頂部為高，但該濃度的詳細(xì)的分布方式與實(shí)施例1不同。
在本實(shí)施例中，在元件隔離膜中含有的、深度方向的雜質(zhì)具有圖11所示的濃度分布。也就是說，從圖11可知，對(duì)本實(shí)施例的元件隔離膜而言，從該元件隔離膜的底部到規(guī)定的深度(例如1/3～2/3左右的深度)的雜質(zhì)濃度是恒定的，從該規(guī)定的深度到元件隔離膜的頂部的雜質(zhì)濃度以連續(xù)減少的方式分布。
具有該雜質(zhì)濃度分布的元件隔離膜的形成方法與實(shí)施例1大致相同，但在溝槽內(nèi)形成了含有均勻濃度分布(例如1E19cm-3～1E21cm-3的程度)的雜質(zhì)的元件隔離膜之后，雜質(zhì)從元件隔離膜的頂部向外部擴(kuò)散用的熱處理卻是不同的。
為了形成本實(shí)施例的元件隔離膜，可在900～1000℃左右的溫度下進(jìn)行約60～180分鐘時(shí)間的熱處理作為該熱處理。
通過進(jìn)行該熱處理，促使雜質(zhì)從元件隔離膜的頂部向外部擴(kuò)散，可形成具有圖11所示的雜質(zhì)濃度分布的元件隔離膜。也就是說，從元件隔離膜的底部到規(guī)定的深度(例如1/3～2/3左右的深度)的雜質(zhì)濃度大致是恒定的(1E19cm-3～1E21cm-3的程度)，從該規(guī)定的深度到頂部的雜質(zhì)濃度緩慢減少，可形成其頂部的雜質(zhì)濃度為1E18cm-3的程度以下(在本情況下為底部濃度的10％以下的程度)的低濃度的元件隔離膜。
通過采用具有如上所示的雜質(zhì)濃度分布的元件隔離膜，除實(shí)施例1所述的效果外，還可得到以下所示的效果。
也就是說，由于從元件隔離膜2的底部到規(guī)定的高度含有恒定的高濃度的雜質(zhì)，可減少該元件隔離膜2施加到襯底1的物理上的應(yīng)力，可抑制起因于該應(yīng)力的晶體管等元件的電流降低等的不良影響。
再有，在本實(shí)施例中，也與實(shí)施例1一樣，在溝槽內(nèi)不形成停止膜時(shí)，即使采用在襯底與元件隔離膜之間形成基底膜的結(jié)構(gòu)也沒有關(guān)系。
<實(shí)施例3>
在實(shí)施例1中，其目的在于形成具有圖2所示的雜質(zhì)濃度分布的元件隔離膜，為了使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散，對(duì)具有均勻雜質(zhì)濃度的元件隔離膜進(jìn)行了熱處理。在本實(shí)施例中，采用另外的方法形成了具有圖2所示的雜質(zhì)濃度分布的元件隔離膜。
在本實(shí)施例的元件隔離膜的形成方法中，直至在襯底的表面內(nèi)形成溝槽、在該溝槽內(nèi)形成熱氧化膜和停止膜(也可省略)為止的工序與實(shí)施例1中所述的內(nèi)容相同，但在通過采用了其后的HDP-CVD裝置的CVD工序的元件隔離膜的形成方法方面則不同。
也就是說，當(dāng)在襯底的表面所形成的溝槽內(nèi)充填元件隔離膜時(shí)，在實(shí)施例1中，摻進(jìn)CVD原料氣體中的雜質(zhì)濃度貫串該CVD工序的始終是恒定的，但在本實(shí)施例中，卻是使摻進(jìn)CVD原料氣體中的雜質(zhì)濃度在該CVD工序期間發(fā)生變化，使用了具有雜質(zhì)濃度隨時(shí)間變化的性質(zhì)的原料氣體，形成元件隔離膜。
具體地說，對(duì)照?qǐng)D2所示的雜質(zhì)濃度分布的變化趨勢(shì)，在充填處理的初始階段，以摻進(jìn)CVD原料氣體中的雜質(zhì)濃度為高濃度，在其后充填處理的最終階段，使之按摻進(jìn)CVD原料氣體中的雜質(zhì)濃度連續(xù)減少的方式變化。
這里，作為摻進(jìn)CVD原料氣體中的雜質(zhì)，與實(shí)施例1一樣，可采用氟、硼、磷、砷、氯、碘、溴中的某一種或?qū)⑺鼈兘M合的反應(yīng)性高的雜質(zhì)。
其后，進(jìn)行通常的CMP工藝等的平坦化處理，并通過其后用氫氟酸等的濕法刻蝕處理，在元件隔離膜與襯底之間形成適當(dāng)?shù)呐_(tái)階差，從而使圖9所示的結(jié)構(gòu)的元件隔離膜在襯底內(nèi)形成。
這樣，當(dāng)形成含有其濃度在深度方向變化的雜質(zhì)的元件隔離膜時(shí)，通過采用本實(shí)施例的方法，由于可省去使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散的主動(dòng)的熱處理，實(shí)現(xiàn)了工序的削減。
再有，利用CVD工序形成元件隔離膜后，進(jìn)行使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散的熱處理也沒有關(guān)系。由此，工序雖然增加，但可更降低元件隔離膜頂部的雜質(zhì)濃度。
<實(shí)施例4>
在實(shí)施例2中，其目的在于形成具有圖11所示的雜質(zhì)濃度分布的元件隔離膜，為了使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散，對(duì)具有均勻雜質(zhì)濃度的元件隔離膜進(jìn)行了熱處理。在本實(shí)施例中，采用另外的方法形成了具有圖11所示的雜質(zhì)濃度分布的元件隔離膜。
在本實(shí)施例的元件隔離膜的形成方法中，直至在襯底的表面內(nèi)形成溝槽、在該溝槽內(nèi)形成熱氧化膜和停止膜(也可省略)為止的工序與實(shí)施例1中所述的內(nèi)容相同，但在通過采用了其后的HDP-CVD裝置的CVD工序的元件隔離膜的形成方法方面則不同。
也就是說，當(dāng)在襯底的表面所形成的溝槽內(nèi)充填元件隔離膜時(shí)，在實(shí)施例2中，摻進(jìn)CVD原料氣體中的雜質(zhì)濃度貫串該CVD工序的始終是恒定的，但在本實(shí)施例中，卻是使摻進(jìn)CVD原料氣體中的雜質(zhì)濃度在該CVD處理期間發(fā)生變化，使用了具有雜質(zhì)濃度隨時(shí)間變化的性質(zhì)的原料氣體，形成元件隔離膜。
具體地說，對(duì)照?qǐng)D11所示的雜質(zhì)濃度分布的變化趨勢(shì)，在充填處理的初始階段，以摻進(jìn)CVD原料氣體中的雜質(zhì)濃度為高濃度，直至中間階段(形成元件隔離膜至規(guī)定的深度)維持該高濃度，從中間階段至最終階段，使之按摻進(jìn)CVD原料氣體中的雜質(zhì)濃度連續(xù)減少的方式變化。
這里，作為摻進(jìn)CVD原料氣體中的雜質(zhì)，與實(shí)施例1一樣，可采用氟、硼、磷、砷、氯、碘、溴中的某一種或?qū)⑺鼈兘M合的反應(yīng)性高的雜質(zhì)。
其后，進(jìn)行通常的CMP工藝等的平坦化處理，并通過其后用氫氟酸等的濕法刻蝕處理，在元件隔離膜與襯底之間形成適當(dāng)?shù)呐_(tái)階差，從而使圖9所示的結(jié)構(gòu)的元件隔離膜在襯底內(nèi)形成。
如上所述，當(dāng)形成含有其濃度在深度方向如圖11所示變化的雜質(zhì)的元件隔離膜時(shí)，通過采用本實(shí)施例的方法，由于可省去使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散的主動(dòng)的熱處理，實(shí)現(xiàn)了工序的削減。
再有，利用CVD工序形成元件隔離膜后，進(jìn)行使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散的熱處理也沒有關(guān)系。由此，工序雖然增加，但可更降低元件隔離膜頂部的雜質(zhì)濃度。
<實(shí)施例5>
在實(shí)施例1、2中，當(dāng)形成具有如圖2或圖11所示的雜質(zhì)濃度分布的元件隔離膜時(shí)，在進(jìn)行CMP工藝等的平坦化處理前，進(jìn)行了使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散的主動(dòng)的熱處理。
但是，在本實(shí)施例中，其特征在于在進(jìn)行CMP工藝等的平坦化處理后，對(duì)元件隔離膜進(jìn)行了使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散的熱處理。
在采用HDP-CVD裝置，將雜質(zhì)濃度在深度方向均勻的元件隔離膜2充填到襯底1的表面所形成的溝槽內(nèi)之前，與實(shí)施例1相同(圖8)。
其后，在本實(shí)施例中，對(duì)圖8所示的半導(dǎo)體器件進(jìn)行CMP工藝等的平坦化處理，形成具有圖12的形狀的、在制造過程中的半導(dǎo)體器件。再有，在此時(shí)，在元件隔離膜2內(nèi)，以例如1E19cm-3～1E21cm-3程度的濃度均勻地含有雜質(zhì)。
在上述平坦化處理后，接著對(duì)圖12所示的半導(dǎo)體器件進(jìn)行使所含有的雜質(zhì)向外部擴(kuò)散的熱處理。
在該熱處理中，在形成具有圖2所示的雜質(zhì)濃度分布的元件隔離膜2時(shí)，如實(shí)施例1中所述，例如在1000～1100℃左右的溫度下，進(jìn)行約60～180分鐘時(shí)間的熱處理。另外，在形成具有圖11所示的雜質(zhì)濃度分布的元件隔離膜2時(shí)，如實(shí)施例2中所述，例如在900～1000℃左右的溫度下，進(jìn)行約60～180分鐘時(shí)間的熱處理。
在上述熱處理后，最終對(duì)圖12所示的制造過程中的半導(dǎo)體器件，通過用氫氟酸等的濕法刻蝕處理，在元件隔離膜2與襯底1之間形成適當(dāng)?shù)呐_(tái)階差，從而使圖9所示的結(jié)構(gòu)的元件隔離膜2在襯底1內(nèi)形成。
按照在實(shí)施例1、2中說明過的元件隔離膜2的形成順序，在進(jìn)行平坦化處理之前，由于進(jìn)行了使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散的熱處理，所以雜質(zhì)濃度最低的表面部分利用該平坦化處理而被研磨、除去。
因此，像本實(shí)施例這樣，利用平坦化處理事先研磨、除去多余的元件隔離膜2的部分后，通過進(jìn)行使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散的熱處理，與按照實(shí)施例1、2的順序形成最終形狀的元件隔離膜2頂部的雜質(zhì)濃度的情況相比，可降低最終形狀的元件隔離膜2頂部的雜質(zhì)濃度。
因此，例如即使在形成柵絕緣膜時(shí)進(jìn)行熱處理，由于進(jìn)一步抑制了雜質(zhì)從元件隔離膜2向更外部擴(kuò)散，所以雜質(zhì)不會(huì)進(jìn)入柵絕緣膜內(nèi)，可進(jìn)一步抑制該柵絕緣膜3b的電學(xué)特性變差。
<實(shí)施例6>
在實(shí)施例1、2中，當(dāng)形成具有如圖2或圖11所示的雜質(zhì)濃度分布的元件隔離膜時(shí)，在進(jìn)行了使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散的主動(dòng)的熱處理后，通過進(jìn)行CMP工藝等的平坦化處理及用氫氟酸等的濕法刻蝕處理，進(jìn)行了最終的元件隔離膜的整形。
但是，在本實(shí)施例中，其特征在于在最終的元件隔離膜的整形后(也就是說，在用CMP工藝等的平坦化處理及用氫氟酸等的濕法刻蝕處理后)，對(duì)該整形了的元件隔離膜進(jìn)行了使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散的主動(dòng)的熱處理。
在采用HDP-CVD裝置，將雜質(zhì)濃度在深度方向均勻的元件隔離膜2充填到襯底1的表面所形成的溝槽12內(nèi)，并在其后對(duì)該元件隔離膜2進(jìn)行CMP工藝等的平坦化處理，形成圖12的形狀的制造過程中的半導(dǎo)體器件之前，與實(shí)施例5相同。
其后，在本實(shí)施例中，通過對(duì)圖12所示的制造過程中的半導(dǎo)體器件進(jìn)行用氫氟酸等的濕法刻蝕處理，在元件隔離膜2與襯底1之間形成適當(dāng)?shù)呐_(tái)階差，在襯底1內(nèi)形成具有圖9所示的最終形狀的、經(jīng)過整形的元件隔離膜2。再有，在此時(shí)，在元件隔離膜2內(nèi)，以例如1E19cm-3～1E21cm-3程度的濃度均勻地含有雜質(zhì)。
在上述元件隔離膜2的整形處理后，接著對(duì)如圖9所示形狀的半導(dǎo)體器件進(jìn)行使所含有的雜質(zhì)向外部擴(kuò)散的主動(dòng)的熱處理。
在該熱處理中，在形成具有圖2所示的雜質(zhì)濃度分布的元件隔離膜2時(shí)，如實(shí)施例1中所述那樣，例如在1000～1100℃左右的溫度下，進(jìn)行約60～180分鐘時(shí)間的熱處理。另外，在形成具有圖11所示的雜質(zhì)濃度分布的元件隔離膜2時(shí)，如實(shí)施例2中所述那樣，例如在900～1000℃左右的溫度下，進(jìn)行約60～180分鐘時(shí)間的熱處理。
其后，轉(zhuǎn)移到形成柵電極等的工序。
按照在實(shí)施例5中說明過的元件隔離膜2的形成順序，在通過用氫氟酸等的濕法刻蝕處理進(jìn)行元件隔離膜2的最終的整形前，由于進(jìn)行了使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散的熱處理，所以雜質(zhì)濃度最低的表面部分利用該濕法刻蝕處理而被除去。
因此，像本實(shí)施例這樣，利用濕法刻蝕處理事先除去多余的元件隔離膜2的部分后，通過進(jìn)行使雜質(zhì)向外部擴(kuò)散的熱處理，與按照實(shí)施例5的順序形成最終形狀的元件隔離膜2頂部的雜質(zhì)濃度的情況相比，可降低最終形狀的元件隔離膜2頂部的雜質(zhì)濃度。
因此，例如即使在形成柵絕緣膜時(shí)進(jìn)行熱處理，與實(shí)施例5相比，由于可進(jìn)一步抑制雜質(zhì)從元件隔離膜2向更外部擴(kuò)散，所以雜質(zhì)不會(huì)進(jìn)一步進(jìn)入柵絕緣膜內(nèi)，可進(jìn)一步抑制該柵絕緣膜3b的電學(xué)特性變差。
本發(fā)明第1方面所述的半導(dǎo)體器件是一種將元件隔離膜充填到襯底表面所形成的溝槽內(nèi)的具有溝槽型元件隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，在上述元件隔離膜內(nèi)含有雜質(zhì)，由于上述元件隔離膜的頂部的該雜質(zhì)濃度比底部的低，所以在元件隔離膜形成后即使進(jìn)行例如用于柵絕緣膜的形成的熱處理，也可抑制雜質(zhì)從元件隔離膜向外部擴(kuò)散，從而雜質(zhì)不會(huì)進(jìn)入柵絕緣膜內(nèi)，該柵絕緣膜的電學(xué)特性也不會(huì)變差。另外，由于在元件隔離膜的頂部雜質(zhì)濃度較低，所以可抑制因含有雜質(zhì)而產(chǎn)生的氫氟酸等的濕法刻蝕速率的變化，可整形為正確形狀的元件隔離膜2。
本發(fā)明第2方面所述的半導(dǎo)體器件是一種將元件隔離膜充填到襯底表面所形成的溝槽內(nèi)的具有溝槽型元件隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，在上述元件隔離膜內(nèi)含有雜質(zhì)，由于其雜質(zhì)濃度從上述元件隔離膜的底部到規(guī)定的深度是恒定的，從該規(guī)定的深度到頂部則連續(xù)地降低，所以可得到與第1方面所述的半導(dǎo)體器件相同的效果。
由于本發(fā)明第6方面所述的半導(dǎo)體器件的制造方法包括(a)在襯底的表面內(nèi)形成溝槽的工序，(b)在上述溝槽內(nèi)充填含有雜質(zhì)的元件隔離膜的工序，(c)在上述(b)工序后，降低上述元件隔離膜的頂部附近的雜質(zhì)濃度的工序，所以可用簡(jiǎn)易的工序制造第1方面所述的半導(dǎo)體器件。
由于本發(fā)明第12方面所述的半導(dǎo)體器件的制造方法包括(f)在襯底的表面內(nèi)形成溝槽的工序，(g)使摻進(jìn)原料氣體內(nèi)的雜質(zhì)的濃度改變、同時(shí)將含有該雜質(zhì)的元件隔離膜充填到上述溝槽內(nèi)的工序，所以通過例如使充填處理的結(jié)束階段的雜質(zhì)的摻入濃度比初始階段有所改變，也可比第7方面所述的方法簡(jiǎn)易地形成第1方面所述的半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，它是在襯底的表面所形成的溝槽內(nèi)充填了元件隔離膜的、具有溝槽型元件隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述元件隔離膜中含有雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度從上述元件隔離膜的底部到頂部連續(xù)地降低。
2.一種半導(dǎo)體器件，它是在襯底的表面所形成的溝槽內(nèi)充填了元件隔離膜<2>的、具有溝槽型元件隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述元件隔離膜中含有雜質(zhì)，其雜質(zhì)濃度從上述元件隔離膜的底部到規(guī)定的深度是恒定的，從該規(guī)定的深度到頂部連續(xù)地降低。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述元件隔離膜的頂部的上述雜質(zhì)濃度為1E18cm-3以下。
4.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述雜質(zhì)是氟、硼、磷、砷、氯、碘、溴中的某一種或它們的組合。
5.如權(quán)利要求1至4的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在上述溝槽內(nèi)還具備被設(shè)置在上述襯底與上述元件隔離膜之間的基底膜，該基底膜由與上述元件隔離膜相同的材料構(gòu)成，且不含雜質(zhì)，或者含有上述元件隔離膜的底部以下的雜質(zhì)濃度的雜質(zhì)。
6.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括(a)在襯底的表面內(nèi)形成溝槽的工序；(b)在上述溝槽內(nèi)充填含有雜質(zhì)的元件隔離膜的工序；以及(c)在上述工序(b)之后，降低在上述元件隔離膜的頂部附近的雜質(zhì)濃度的工序。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述工序(c)是進(jìn)行熱處理的工序。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述工序(c)是通過在1000～1100℃下進(jìn)行熱處理，從上述元件隔離膜的底部到頂部連續(xù)地降低上述雜質(zhì)濃度的工序。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述工序(c)是通過在900～1000℃下進(jìn)行熱處理，從上述元件隔離膜的底部到規(guī)定的深度使上述雜質(zhì)濃度恒定，從該規(guī)定的深度到頂部連續(xù)地降低上述雜質(zhì)濃度的工序。
10.如權(quán)利要求6至9的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于還包括(d)在上述工序(b)之后，使上述元件隔離膜的頂部平坦化的工序，上述工序(c)在上述工序(d)之后進(jìn)行。
11.如權(quán)利要求6至10的任一項(xiàng)中所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于上述工序(c)在進(jìn)行了上述元件隔離膜的最終形狀的整形之后進(jìn)行。
12.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括(f)在襯底的表面內(nèi)形成溝槽的工序；以及(g)一邊使摻進(jìn)原料氣體內(nèi)的雜質(zhì)濃度變化，一邊將含有該雜質(zhì)的元件隔離膜充填在上述溝槽內(nèi)的工序。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在上述工序(g)中，上述所摻入的雜質(zhì)濃度的變化如下從上述元件隔離膜的充填處理的初始階段到最終階段使?jié)舛冗B續(xù)地降低。
14.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于在上述工序(g)中，上述所摻入的雜質(zhì)濃度的變化如下從上述元件隔離膜的充填處理的初始階段到規(guī)定的中間階段無濃度變化，從該規(guī)定的中間階段到最終階段使?jié)舛冗B續(xù)地降低。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于在含有雜質(zhì)的元件隔離膜中，通過在形成該元件隔離膜后形成其它構(gòu)件時(shí)的熱處理，提供能夠抑制雜質(zhì)從該元件隔離膜向外部擴(kuò)散的半導(dǎo)體器件及其制造方法。在通過將元件隔離膜2充填到在襯底1的表面所形成的溝槽12內(nèi)而形成的元件隔離結(jié)構(gòu)中，在元件隔離膜2內(nèi)含有雜質(zhì)，制成該雜質(zhì)濃度在元件隔離膜的頂部比底部低的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L21/762GK1507031SQ03127859
公開日2004年6月23日 申請(qǐng)日期2003年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月9日
發(fā)明者北澤雅志, 黑井隆 申請(qǐng)人:株式會(huì)社瑞薩科技