專利名稱：包括兩個氮化硅蝕刻步驟的填充隔離槽的雙后撤方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在半導體器件制造過程中氮化物襯底的后撤。
背景技術：
在目前半導體器件的制造過程中，通過后撤襯底氮化物，接著通過襯墊氧化來實現單個溝槽隔離(STI)角的角部圓化。氮化物襯墊后撤的量是在角部保護(需要大的后撤)和角部形狀(較小的后撤，最好同襯墊氧化一起)之間的折衷。因此需要一種基本上同時優(yōu)化角部保護和角部形狀的方法。

發(fā)明內容
公開了一種填充隔離槽的方法，所述隔離槽向下穿過氮化硅層蝕刻到硅基底，該方法包括執(zhí)行所述氮化物層離開所述溝槽的第一后撤，使得暴露所述溝槽的槽角以象期望的那樣優(yōu)化角的圓化；為所述溝槽提供氧化硅溝槽襯墊；執(zhí)行所述氮化硅層離開所述溝槽的第二后撤，使得露出與所述槽角相鄰的足夠量的下面層，以利用隨后的保護填充物有效地保護所述槽角；提供足夠厚度的保護填充物來填充所述溝槽并覆蓋與所述槽角相鄰的所述基底。
在本發(fā)明的另一個方面，所述下面層包括將所述氮化硅層結合到所述基底的氧化硅層；在所述第一后撤過程中，沿所述氮化硅層對所述氧化硅層進行深蝕刻；在所述第二后撤過程中，基本上不蝕刻所述氧化硅層蝕刻。
在本發(fā)明的又一個方面，所述第一后撤是氫氟酸濕蝕刻。
在本發(fā)明的再一個方面，所述第二后撤是磷酸濕蝕刻。
在本發(fā)明的另一個方面，所述第二后撤從所述槽角深蝕刻所述氮化物層大約100埃。
在本發(fā)明的又一個方面，所述保護填充物是高密度等離子氧化硅填充物。
在本發(fā)明的再一個方面，所述保護填充物是TEOS填充物。
在本發(fā)明的又一個方面，所述溝槽襯墊是通過對所述溝槽壁的熱氧化而設置的。
在本發(fā)明的再一個方面，所述熱氧化是以優(yōu)化角圓化的方式進行的。
公開了一種填充隔離槽的方法，所述隔離槽向下穿過氮化硅層和氧化層蝕刻到硅基底，所述氧化層將所述氮化物層結合到所述基底，該方法包括執(zhí)行所述氮化物層和氧化物層離開所述溝槽的第一后撤，使得暴露所述溝槽的槽角，以象期望的那樣優(yōu)化角的圓化；為所述溝槽提供氧化硅溝槽襯墊；執(zhí)行所述氮化硅層而不是所述氧化硅層離開所述溝槽的第二后撤，使得露出與所述槽角相鄰的足夠量的下面氧化硅層，以利用隨后的保護填充物有效地保護所述槽角；提供足夠厚度的所述保護填充物來填充所述溝槽并覆蓋所述槽角相鄰的所述基底。
在本發(fā)明的另一個方面，所述第一后撤是氫氟酸濕蝕刻。
在本發(fā)明的又一個方面，所述第二后撤是磷酸濕蝕刻。
在本發(fā)明的再一個方面，所述第二后撤從所述槽角深蝕刻所述氮化物層大約100埃。
在本發(fā)明的另一個方面，所述保護填充物是高密度等離子氧化硅填充物。
在本發(fā)明的又一個方面，所述保護填充物是TEOS填充物。
在本發(fā)明的再一個方面，所述溝槽襯墊是通過對所述溝槽壁的熱氧化而設置的。
在本發(fā)明的又一個方面，所述熱氧化是以優(yōu)化角圓化的方式進行的。
公開了一種填充隔離槽的方法，所述隔離槽向下穿過氮化硅層和氧化層蝕刻到硅基底，所述氧化層將所述氮化物層結合到所述基底，該方法包括執(zhí)行所述氮化物層和氧化物層離開所述溝槽的第一后撤，使得暴露所述溝槽的槽角，以象期望的那樣優(yōu)化角的圓化；通過對所述溝槽壁的熱氧化為所述溝槽提供氧化硅溝槽襯墊；執(zhí)行所述氮化硅層而不是所述氧化硅層離開所述溝槽的第二后撤，使得露出與所述槽角相鄰的足夠量的下面氧化硅層，以利用隨后的保護填充物有效地保護所述槽角；提供足夠厚度的所述保護填充物來填充所述溝槽并覆蓋所述槽角相鄰的所述基底；所述保護填充物的材料從高密度等離子氧化硅或TEOS中選??；將所述保護填充物向下磨平到所述氮化硅層的水平；并將不被所述保護填充物覆蓋的所述氮化硅層和氧化硅層除去。


圖1a到圖1e顯示了本發(fā)明的操作步驟。
圖2a到圖2d顯示了現有技術的操作步驟。
具體實施例方式
參考圖2a到圖2d，對半導體技術中典型的隔離槽制備方法進行回顧是有意義的。
參考圖2a，半導體晶片1包括在其上沉積有氧化硅層襯底3和氮化硅層襯底4的硅基底2。通過氧化物層3和氮化物層4向下直到基底2蝕刻溝槽5。氧化物層3用于修正在氮化硅層4和基底2之間熱延系數的巨大差距。如下所述，氮化物襯底4用作為硅溝槽蝕刻的硬掩模和為其后的CMP處理的阻止層。
參考圖2b，通過對有關硅的氧化物和氮化物的選擇性RIE蝕刻，氧化物襯底3和氮化物襯底4從溝槽5后撤。這可以通過對硅的選擇性濕蝕刻處理，例如HF/Hthylenglycol濕蝕刻來完成。
其目的是使氮化物從角部后撤距離D，該距離足夠遠以滿足為隨后的氧化露出隔離槽角5′，而又不會遠到引起過度的后撤。過度的后撤意味著角會太尖，由此增加了設備柵極到基底2短路的危險。存在一個給出最佳圓角的最優(yōu)量級的后撤。該最優(yōu)量級依靠下面的襯墊氧化處理。
參考圖2c，通過溝槽壁的熱氧化提供了帶有氧化物襯墊6的溝槽5。襯墊6越厚，角5′就會越圓，但是制造過程的時間消耗和能量消耗也越多。
參考圖2d，將HDP氧化填充物7沉積在氮化物襯底4的頂部和溝槽內，隨后通過CMP處理，使用氮化物作為CMP阻止物將HDP氧化物7拋光回氮化物襯底4的水平。接著，剝去氮化物和氧化物層?？梢钥吹?，只有來自圖2b的后撤步驟的距離D的角5′由HDP氧化填充物保護起來。
如上所述，現有技術的方法需要在保護溝槽角5′和保留溝槽角5′的形狀之間折衷。在這一點上，在本工藝中保護了角，但是在器件的進一步繼續(xù)處理中，只要執(zhí)行另一個氧化物蝕刻步驟，覆蓋的HDP氧化物7就會更多地被除去。最終，當柵極氧化物增長時露出角。當柵極氧化物在尖銳的角上生長時，在尖銳的角上的電場和圓角相比要高。較高的電場會導致設備性能的降低。如圖1a到1e所示的本發(fā)明的方法，提供了一種雙后撤方法，通過同時允許角的保護和角的圓化從而消除了上面的折衷方式。
我們現在可以關注本發(fā)明的方法。
參考圖1a，和在現有技術中一樣，蝕刻隔離槽。
參考圖1b，執(zhí)行第一后撤，但是這里從溝槽5的后撤距離d要小于現有技術中。后撤量依據襯墊氧化的厚度而進行優(yōu)化。所使用的化學處理需求和現有技術中的沒有區(qū)別。此外，由于其高度依賴于所使用的襯墊氧化(特別是襯墊氧化的厚度)，所以這里不必采用固定的時間。對于最佳角部圓化的最適宜后撤量總是遠小于對等于襯墊厚度的現有技術的后撤，因此d＜D，或者甚至d＜＜D參考圖1c，通過對暴露的硅的熱氧化提供氧化物襯墊6。
參考圖1d，執(zhí)行第二后撤，將氧化物和氮化物層從溝槽中蝕刻掉，到達這樣的程度，即足以暴露與槽角5′相鄰基底2的區(qū)域2′。由于該第二后撤會蝕刻局部的氮化物襯底4到氧化物襯底3，所以該第二后撤采用和第一后撤不同的化學處理。
對氮化硅優(yōu)選蝕刻包括磷酸(H3PO4)和氫氧化鈉(NaOH)無向性濕蝕刻，對于氧化硅、有機聚合物、多晶硅、硅和金屬選擇上述蝕刻。通過在一定溫度下將晶片浸入NaOH或H3PO4的水溶液中，對氫氧化鈉進行蝕刻，溫度一般是80℃或更高，最好是100℃或更高，對于磷酸蝕刻，溫度一般是150℃或更高，最好是180℃或更高。
當進行磷酸蝕刻時，最好以加熱回流維持溶液中蝕刻劑的濃度。已經發(fā)現回流、沸騰在180℃的磷酸對氮化硅膜可提供每分鐘100的蝕刻率。沉積的氧化硅具有每分鐘大約10的蝕刻率(依賴于溫度和制備的每分鐘0-25的范圍)。單晶硅具有大約每分鐘3的蝕刻率。從140-200℃，蝕刻率隨溫度增長。磷酸的含水量在氮化硅和氧化硅的蝕刻中扮演著重要的角色。在恒溫下，水的增加會使氮化硅的蝕刻率增加，而使氧化硅的蝕刻率下降。在市場上可以得到特別為磷酸加熱回流設計的一些化學浴加熱回流系統(tǒng)，例如由俄亥俄的Streetsboro的Lufran公司以NITRAN商標出售的那些系統(tǒng)。
典型的第二后撤可以大約為100埃。因為后撤是從各個方向去除氮化物，所以氮化物層4由于后撤而被削薄。存在能夠保留怎樣薄的氮化物襯底的限制。該限制依賴于其中氮化物襯底作為阻止層使用的CMP處理。另一個限制是由以下事實給出的，即后撤越多，由HDP氧化物7覆蓋的活性區(qū)域越大，因此器件活性區(qū)域就丟失了。
參考圖1e，接著用一種保護填充物填充溝槽，即HDP氧化物7或TEOS填充物。其次，如在現有技術中那樣，通過CMP將這種保護填充物向下拋光到氮化物4的水平上，氮化物層4接著會被剝去。要說明的是，本發(fā)明并不限于HDP氧化物填充物，還可以使用任何填充材料，例如TEOS。要注意氧化物襯底層3是怎樣輔助對角5′進行保護的。
HDP-CVD氧化硅膜通常會在存在電磁波輻射和惰性氣體例如氬氣(Ar)或氦氣(He)的情況下由硅烷(SiH4)和氧氣(O2)反應生成。
可以看出，本發(fā)明的方法允許在半導體器件制造中形成期望的最佳圓角，同時還允許用戶通過在角上提供更大量重疊的HDP填充物以及為HDP氧化物提供更大的填充開口向角提供更多的氧化物保護，由此實現具有可能更小內部空腔的更好的填充。因此，消除了現有技術在最優(yōu)角圓和角的保護之間進行的折衷。
一般，反應壓力會相當低，通常低于10m torr(托)，并且通常會在磁控管濺射環(huán)境中操作。這這種條件下，被沉積的薄膜會開始在包括接觸孔和溝槽的側壁和底部的晶片的整個表面上相似地覆蓋。在常規(guī)CVD處理下，會造成在溝槽和孔邊緣的懸垂并最終在頂部密封，從而在其中留下空腔。但是，在HDP沉積中，在高能等離子狀態(tài)中的惰性氣體和反應物的激發(fā)造成即使在其沉積過程中，沉積材料也會連續(xù)濺射出來。這導致沉積材料性能類似流體并且以平面而不是共形方式沉積于溝槽和孔中，由此避免了任何空腔的形成。
HDP-CVD反應器通常利用輝光放電來產生能量足夠導致在正在沉積的材料中濺射的離子。輝光放電是由一種直流二極管型系統(tǒng)或射頻二極管型系統(tǒng)中的任何一種或者兩者產生的一種自維持等離子。將例如氬氣的一種惰性氣體引入一對電極之間，其具有足夠強的電場使得反應物和惰性氣體電離為等離子狀態(tài)。因為與直流二極管系統(tǒng)相比可以在相當低的壓力下操作并且提供較高的沉積率，所以優(yōu)選射頻二極管系統(tǒng)。優(yōu)選的射頻二極管系統(tǒng)會配備有磁控管源用于幫助限制接近晶片表面的電極。商業(yè)上流行的系統(tǒng)包括由Applied Materials以商標“Centura”出售的那些系統(tǒng)。
將會理解的是，在這里公開的所有物理量，除非另外明確地指出，否則都不是解釋為完全等于所公開的量，而是大約等于所公開的量。此外，僅僅缺少例如“大約”或類似限定詞，不管這樣的限定詞是否在這里用于相關的任何其它物理量，都不能明確解釋為任一這樣公開的物理量是精確量。
雖然已經展示和介紹了優(yōu)選實施例，但是在不脫離本發(fā)明的主旨和范圍的情況下可以作出各種修改和替換。因此，可以理解為本發(fā)明只是以說明性的方法進行了描述，并且這里已經公開的說明和實施例不能解釋為對權利要求的限制。
權利要求
1.一種填充隔離槽的方法，所述隔離槽向下穿過氮化硅層蝕刻到硅基底，所述方法包括執(zhí)行所述氮化物層離開所述溝槽的第一后撤，使得暴露所述溝槽的槽角以象期望的那樣優(yōu)化角的圓化；為所述溝槽提供氧化硅溝槽襯墊；執(zhí)行所述氮化硅層離開所述溝槽的第二后撤，使得露出與所述槽角相鄰的足夠量的下面層，以利用隨后的保護填充物有效地保護所述槽角；提供足夠厚度的所述保護填充物來填充所述溝槽并覆蓋與所述槽角相鄰的所述基底。
2.根據權利要求2的方法，其中所述下面層包括把所述氮化硅層結合到所述基底的氧化硅層；在所述第一后撤過程中，沿所述氮化硅層對所述氧化硅層進行深蝕刻；在所述第二后撤過程中，基本上不蝕刻所述氧化硅層蝕刻。
3.根據權利要求2的方法，其中所述第一后撤是氫氟酸濕蝕刻。
4.根據權利要求2的方法，其中所述第二后撤是磷酸濕蝕刻。
5.根據權利要求1的方法，其中所述第二后撤從所述槽角深蝕刻所述氮化物層大約100埃。
6.根據權利要求1的方法，其中所述保護填充物是高密度等離子氧化硅填充物。
7.根據權利要求1的方法，其中所述保護填充物是TEOS填充物。
8.根據權利要求1的方法，其中所述溝槽襯墊是通過對所述溝槽壁的熱氧化而設置的。
9.根據權利要求8的方法，其中所述熱氧化是以優(yōu)化角圓化的方式進行的。
10.一種填充隔離槽的方法，所述隔離槽向下穿過氮化硅層和氧化層蝕刻到硅基底，所述氧化層將所述氮化物層結合到所述基底，該方法包括執(zhí)行所述氮化物層和氧化物層離開所述溝槽的第一后撤，使得暴露所述溝槽的槽角，以象期望的那樣優(yōu)化角的圓化；為所述溝槽提供氧化硅溝槽襯墊；執(zhí)行所述氮化硅層而不是所述氧化硅層離開所述溝槽的第二后撤，使得露出與所述槽角相鄰的足夠量的下面氧化硅層，以利用隨后的保護填充物有效地保護所述槽角；提供足夠厚度的所述保護填充物來填充所述溝槽并覆蓋與所述槽角相鄰的所述基底。
11.根據權利要求10的方法，其中所述第一后撤是氫氟酸濕蝕刻。
12.根據權利要求10的方法，其中所述第二后撤是磷酸濕蝕刻。
13.根據權利要求10的方法，其中所述第二后撤從所述槽角深蝕刻所述氮化物層大約100埃。
14.根據權利要求10的方法，其中所述保護填充物是高密度等離子氧化硅填充物。
15.根據權利要求10的方法，其中所述保護填充物是一種TEOS填充物。
16.根據權利要求10的方法，其中所述溝槽襯墊是通過對所述溝槽壁的熱氧化而設置的。
17.根據權利要求16的方法，其中所述熱氧化是以優(yōu)化角圓化的方式進行的。
18.一種填充隔離槽的方法，所述隔離槽向下穿過氮化硅層和氧化層蝕刻到硅基底，所述氧化層將所述氮化物層結合到所述基底，該方法包括執(zhí)行所述氮化物層和氧化物層離開所述溝槽的第一后撤，使得暴露所述溝槽的槽角，以象期望的那樣優(yōu)化角的圓化；通過對所述溝槽壁的熱氧化為所述溝槽提供氧化硅溝槽襯墊；執(zhí)行所述氮化硅層而不是所述氧化硅層離開所述溝槽的第二后撤，使得露出與所述槽角相鄰的足夠量的下面氧化硅層，以利用隨后的保護填充物有效地保護所述槽角；提供足夠厚度的所述保護填充物來填充所述溝槽并覆蓋所述槽角相鄰的所述基底；所述保護填充物的材料從高密度等離子氧化硅或TEOS中選??；將所述保護填充物向下磨平到所述氮化硅層的水平；并將不被所述保護填充物覆蓋的所述氮化硅層和氧化硅層除去。
全文摘要
公開了一種填充隔離槽的方法，所述隔離槽向下穿過氮化硅層蝕刻到硅基底，該方法包括執(zhí)行所述氮化物層離開所述溝槽的第一后撤，使得暴露所述溝槽的槽角以象期望的那樣優(yōu)化角的圓化；為所述溝槽提供一氧化硅溝槽襯墊；執(zhí)行所述氮化硅層離開所述溝槽的第二后撤，使得露出與所述槽角相鄰的足夠量的下面層，以利用隨后的保護填充物有效地保護所述槽角；提供足夠厚度的保護填充物來填充所述溝槽并覆蓋所述槽角相鄰的所述基底。
文檔編號H01L21/02GK1739195SQ03801959
公開日2006年2月22日 申請日期2003年1月3日 優(yōu)先權日2002年1月4日
發(fā)明者安德列亞斯·馮埃倫瓦爾 申請人:印芬龍科技股份有限公司