專(zhuān)利名稱：利用淺溝槽絕緣方法絕緣半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成半導(dǎo)體器件的方法，尤其涉及用淺溝槽絕緣方法在半導(dǎo)體襯底上絕緣半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，在制作半導(dǎo)體集成電路器件的過(guò)程中，器件絕緣技術(shù)一直用于諸如晶體管和電容器的單個(gè)器件的電絕緣。在該器件絕緣技術(shù)的各種各樣的方法中，普遍采用硅局部氧化(LOCOS)方法和淺溝槽絕緣(STI)方法。
LOCOS方法在硅襯底的有源區(qū)形成基于氮化物層的掩膜圖案，并用該掩膜圖案作為掩膜熱氧化硅襯底。雖然LOCOS方法是如上所述的簡(jiǎn)單氧化過(guò)程，但LOCOS方法是不利的，在熱氧化期間，因?yàn)闄M向氧化，氧化層形成在大的區(qū)域內(nèi)，并在氧化層和硅襯底間的界面上出現(xiàn)鳥(niǎo)嘴現(xiàn)象。尤其是，鳥(niǎo)嘴現(xiàn)象是導(dǎo)致柵極氧化層退化且有源區(qū)減少的原因。
因?yàn)檫@些缺點(diǎn)，限制了將LOCOS方法應(yīng)用到高集成度的器件上。由于這一限制，更廣泛地采用STI方法。特定地，該STI方法通過(guò)在襯底上形成淺溝槽然后將氧化層掩埋到該溝槽上形成器件絕緣區(qū)域。該STI方法的這一系列步驟使得有可能解決上述和LOCOS方法相關(guān)的問(wèn)題。因此，將STI方法用于在高度集成器件，如，具有256兆字節(jié)的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器件(DRAM)。
圖1所示為采用傳統(tǒng)STI方法在填充溝槽的氧化層沉積后得到的半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
如圖所示，墊氧化層11和氮化物層12形成在襯底10上，通過(guò)執(zhí)行使用器件絕緣掩膜的刻蝕工藝形成溝槽。隨后，氧化層13沉積到該溝槽上并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理。之后，去除氮化層12和墊氧化層11。
在上面的STI方法中，通常使用化學(xué)氣相沉積(CVD)法沉積氧化層13。然而，在微溝槽間隙填充的情形中，氧化層13通過(guò)高密度等離子體(HDP)-CVD方法沉積。
典型地，半導(dǎo)體器件中的器件絕緣區(qū)域，即，場(chǎng)氧化區(qū)域被限定在一大的區(qū)域和一相對(duì)淺的區(qū)域內(nèi)。尤其是，在有幾個(gè)千兆字節(jié)的DRAM存儲(chǔ)器件中，需要將一單元陣列區(qū)域中的器件絕緣區(qū)域限定在一淺的區(qū)域內(nèi)，而在邊緣電路區(qū)域內(nèi)的器件絕緣區(qū)域必須限定在寬的區(qū)域內(nèi)。
然而，在一千兆字節(jié)大小的DRAM存儲(chǔ)器件中，該器件具有由大約0.25μm深小于0.1μm寬的限定的溝槽，如果使用HDP-CVD方法將氧化層填充到微溝槽，會(huì)在這一微溝槽內(nèi)形成孔隙。圖1示出上面解釋的孔隙，用參考符號(hào)A指示。
在2001年7月6號(hào)公開(kāi)的題目為“形成溝槽型半導(dǎo)體器件的絕緣層的方法”的韓國(guó)專(zhuān)利第2001-0058498號(hào)中，其全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考，用于溝槽掩埋的氧化層通過(guò)執(zhí)行原子層沉積(ALD)方法被沉積到溝槽中，該方法具有優(yōu)異的臺(tái)階覆蓋性質(zhì)。
圖2所示為另一傳統(tǒng)方法橫截面圖，該方法將用于溝槽掩埋的氧化層沉積到溝槽中。
如圖所示，一墊氧化層21和一氮化物層22形成在襯底上，使用器件絕緣掩膜執(zhí)行刻蝕工藝形成溝槽。然后，第一氧化層23以這一厚度形成去填充微溝槽。這時(shí)，第一氧化層23采用ALD方法形成。第二氧化層24通過(guò)執(zhí)行HDP-CVD方法被順序沉積。這時(shí)，沉積第二氧化層24，直到完全填充該寬溝槽。
在ALD方法后順序執(zhí)行HDP-CVD方法的原因是因?yàn)镠DP-CVD方法和ALD方法比較具有產(chǎn)量上的優(yōu)點(diǎn)，ALD方法要求溝槽掩埋的沉積時(shí)間長(zhǎng)。
然而，即使在這一傳統(tǒng)方法中，因?yàn)橛傻谝谎趸瘜?3的ALD沉積造成的寬溝槽在寬度上變窄，因此圖2指示為B的孔隙在HDP-CVD方法進(jìn)行中可能產(chǎn)生在該寬溝槽內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明目的是提供使用能避免在微溝槽和寬溝槽產(chǎn)生孔隙的淺溝槽絕緣方法絕緣半導(dǎo)體器件的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了通過(guò)形成溝槽來(lái)絕緣襯底上器件的方法，包括下列步驟形成一被組成圖案的墊氮化物層圖案，以在襯底上開(kāi)啟至少一個(gè)絕緣區(qū)域；通過(guò)刻蝕該裸露的襯底形成第一溝槽和第二溝槽；通過(guò)執(zhí)行ALD方法沉積第一氧化層來(lái)填充該第一溝槽；刻蝕第一氧化層的填充到寬溝槽的部分；通過(guò)執(zhí)行沉積方法沉積第二氧化層。


通過(guò)下述優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明的上述及其它目的與特征將會(huì)變得更加明顯，其中圖1所示為采用傳統(tǒng)STI方法在填充溝槽的氧化層沉積后得到的半導(dǎo)體器件的橫截面圖；圖2所示為采用另一傳統(tǒng)STI方法在填充溝槽的氧化層沉積后得到的半導(dǎo)體器件的橫截面圖；圖3A到3G所示為半導(dǎo)體器件的橫截面圖，用于描述本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的形成STI結(jié)構(gòu)的方法。
具體實(shí)施例方式
下面，參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例。
圖3A到3G是半導(dǎo)體器件的橫截面圖，用于描述本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的形成STI結(jié)構(gòu)的方法。
參見(jiàn)圖3A，一墊氧化層31形成在襯底30上，厚度從約25到約200。然后，一氮化物層32沉積在墊氧化層31上，厚度約從1000到約2000。
下面，通過(guò)執(zhí)行使用器件絕緣掩膜的刻蝕工藝摹制(pattern)氮化物層32和墊氧化層31，這樣得到摹制的氮化物層32A和摹制的墊氧化層31A。然后，襯底30的裸露部分通過(guò)干刻蝕法形成溝槽。同時(shí)，襯底30的裸露部分被刻蝕成具有約2000到約4000的厚度。如圖3B所示，有形成在單元區(qū)域的微溝槽33A和形成在邊緣電路區(qū)域的寬溝槽33B。
然后，通過(guò)執(zhí)行ALD方法沉積第一氧化層34，以便第一氧化層34填充微溝槽33A。第一氧化層34以這樣的厚度形成，該厚度大于設(shè)計(jì)規(guī)則要求的厚度的大約一半，這樣第一氧化層34完全填充單元區(qū)域的微溝槽。
優(yōu)選地，第一氧化層34的厚度是從約300到約500。再者，通過(guò)重復(fù)交替給反應(yīng)室提供硅源氣體和諸如水(H2O)和過(guò)氧化氫(H2O2)的氧源氣體的循環(huán)形成第一氧化層34，其中硅源氣體選自諸如四氯化硅(SiCl4)和六氯化二硅(Si2Cl6)的一SixCly組。
在此，表示硅原子比率的下標(biāo)x在大約1到大約4之間，而表示氯化物原子比率的下標(biāo)y在大約1到大約8之間。特別是，第一氧化層34優(yōu)選地在大約20℃到大約400℃之間的溫度沉積。進(jìn)而，有可能施加吡啶(C5H5N)和氨(NH3)之一作為催化劑來(lái)降低沉積第一氧化層34期間的反應(yīng)激活能量。
為了密化的目的，優(yōu)選的是對(duì)第一氧化層34采用熱處理。該熱處理通常在大約500℃到大約1200℃的溫度下在選自一氣體組的氣氛中進(jìn)行超過(guò)5分鐘，該氣體組由氫氣(H2)，氧氣(O2)，氮?dú)?N2)，臭氧(O3)和一氧化二氮(N2O)以及氫氣(H2)和氧氣(O2)的混合氣組成。然而，這一優(yōu)選實(shí)施例中的熱處理采用在大于大約600℃的溫度進(jìn)行約超過(guò)5秒種的快速熱處理(RTP)。
同時(shí)，為了消除由形成微溝槽33A和寬溝槽33B的刻蝕工藝引起的襯底30的損傷部分并改善界面特性，有可能在沉積第一氧化層34之前執(zhí)行橫向氧化工藝。也可以形成一線性氧化層和/或線性氮化層。這時(shí)，第一氧化層34被刻蝕時(shí)該線性氮化層作為刻蝕阻擋層。
參見(jiàn)圖3D，在單元陣列區(qū)域中微溝槽33A形成在其中的區(qū)域被掩埋，而在邊緣電路區(qū)域中寬溝槽33B形成在其中的區(qū)域打開(kāi)著。然后，形成在這一打開(kāi)區(qū)域的第一氧化層34通過(guò)采用濕法和/或干法刻蝕工藝被刻蝕，這樣得到一摹制的第一氧化層34A。
參見(jiàn)圖3E，通過(guò)執(zhí)行使用硅烷作為(SiH4)反應(yīng)氣體的HDP-CVD方法，第二氧化層35形成在上面形成的結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面。第二氧化層35具有大于微溝槽33A和寬溝槽33B的每一深度的厚度。即，第二氧化層35的的厚度大于大約5000。如果不使用HDP-CV氧化層，也可能采用未摻雜硅玻璃(USG)層，該層通過(guò)執(zhí)行使用正硅酸乙酯(TEOS)為反應(yīng)氣體的氣氛壓力(AP)-CVD方法和分-氣氛(SA)-CVD方法沉積。
參見(jiàn)圖3F，使用摹制的氮化層32A作為CMP阻止層，對(duì)示于圖3E的第二氧化層35和摹制的第一氧化層34A執(zhí)行CMP工藝。CMP工藝平整第一氧化層34A和第二氧化層35，直到摹制的氮化層32A的頂表面被暴露，這樣分別提供一平整的第一氧化層34B和平整的第二氧化層35A。
參見(jiàn)圖3G，通過(guò)濕刻蝕工藝去除裸露的摹制的氮化層32A和摹制的墊氧化層31A，然后執(zhí)行其它典型的后續(xù)工藝來(lái)完成器件絕緣工藝。
基于上述的優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)阻止用于溝槽掩埋的第一和第二氧化層中孔隙的產(chǎn)生，有可能改善器件的可靠性。再者，溝槽深度的增加和寬度的減小導(dǎo)致器件集成規(guī)模上的改善。進(jìn)而，使用通過(guò)不用等離子體的ALD方法形成在單元陣列區(qū)域中的絕緣層，即，第一氧化層，使得可能將對(duì)襯底的損傷減至最小，這樣提高了刷新特性。
本申請(qǐng)包含了和韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第KR2003-0098428號(hào)相關(guān)的主題，第KR2003-0098428號(hào)申請(qǐng)?jiān)?003年12月29日提交給韓國(guó)專(zhuān)利局，在此引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。
雖然結(jié)合較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但顯而易見(jiàn)的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離下述權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神和范圍的情況下，做出各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.通過(guò)形成溝槽來(lái)絕緣襯底上器件的方法，包括下列步驟形成一摹制的墊氮化層，以在襯底上打開(kāi)至少一個(gè)絕緣區(qū)域；通過(guò)刻蝕裸露的襯底形成第一和第二溝槽；通過(guò)執(zhí)行原子層沉積(ALD)方法沉積第一氧化層，以填充第一溝槽；刻蝕第一氧化層填充到第二溝槽的部分；通過(guò)執(zhí)行沉積方法沉積第二氧化層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于沉積方法具有高于ALD方法的沉積速率，由此用第二氧化層完全填充第二溝槽。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括下列步驟在沉積第一氧化層前，在襯底上形成刻蝕阻擋層。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于刻蝕阻擋層是線性氮化層。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于通過(guò)執(zhí)行低壓化學(xué)氣相沉積(LP-CVD)方法形成刻蝕阻擋層，直至達(dá)到大約10到大約200的厚度。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于通過(guò)執(zhí)行LP-CVD方法形成刻蝕阻擋層，直至達(dá)到大約10到大約200的厚度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在沉積第一氧化層之前，為了將第一氧化層的沉積厚度減至最小，通過(guò)熱氧化工藝在襯底上形成第三氧化層。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在沉積第一氧化層的步驟，使用吡啶和氨之一作為催化劑來(lái)降低反應(yīng)激活能級(jí)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過(guò)重復(fù)執(zhí)行交替給反應(yīng)室提供硅源氣體和氧源氣體的循環(huán)形成第一氧化層，所述硅源氣體選自一SixCly組，這里表示硅原子比率的x在大約1到大約4之間，而表示氯化物原子比率的y在大約1到大約8之間。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于沉積第一氧化層后，執(zhí)行一熱工藝來(lái)密化所述第一氧化層。
11.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于通過(guò)執(zhí)行高密度等離子體(HDP)-CVD方法、氣氛壓力(AP)-CVD方法和分-氣氛(SA)-CVD方法之一，沉積第二氧化層。
全文摘要
本發(fā)明涉及絕緣半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括下列步驟形成一摹制的墊氮化層，以在襯底上打開(kāi)至少一個(gè)絕緣區(qū)域；通過(guò)刻蝕裸露的襯底形成第一和第二溝槽；通過(guò)執(zhí)行原子層沉積(ALD)方法沉積第一氧化層來(lái)填充第一溝槽；刻蝕第一氧化層填充到寬溝槽的部分；通過(guò)執(zhí)行沉積方法沉積第二氧化層。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1638086SQ20041004792
公開(kāi)日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2004年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月29日
發(fā)明者安尚太, 辛東善, 宋錫杓 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司