專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法，例如可適用于晶體管或集成電路、存儲器的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
一直以來，作為一種制造半導(dǎo)體器件的技術(shù)，將具有MOS(MetalOxide Semiconductor)結(jié)構(gòu)等的器件形成在SOI(Silicon on Insulatingsubstrate)襯底上。并且，為將元件之間隔離，用pn結(jié)隔離或氧化膜隔離(例如LOCOS(Local Oxidation ofSilicon)法等)等。
還有，在專利文獻(xiàn)1特開平10-209446號公報中公開了降低硅襯底中的污染物質(zhì)濃度，防止污染物質(zhì)擴(kuò)散到其后形成的氧化膜上的技術(shù)。在專利文獻(xiàn)2特表平11-513538號公報中公開了形成用以將元件之間隔離的溝槽隔離區(qū)的技術(shù)。還有，在非專利文獻(xiàn)1K·Horita等7人文章“Advanced Shallow Trench Isolation to Suppress the InverseNarrow Channel Effects for 0.24μm Pitch Isolation and Beyond”(2000Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers，2000年、p178-179)中介紹了將硅氮化膜和多晶硅/硅氧化膜的層疊結(jié)構(gòu)用于CMP的腌模的技術(shù)。在非專利文獻(xiàn)2“硅科學(xué)”(大見忠弘等主編，REALIZE Inc，p.1015)中介紹了污染金屬的擴(kuò)散系數(shù)和溫度之間的關(guān)系。
但是，在SOI襯底上形成器件時層間會殘留金屬污染物質(zhì)，并且形成用于元件隔離的溝槽時在溝槽底部會附著金屬污染物質(zhì)。該金屬污染物質(zhì)成為降低半導(dǎo)體器件的性能與可靠性的原因之一。
迄今為止，還有人提出了除去金屬污染物質(zhì)的方法。即，在硅表面上形成柵絕緣膜前，在形成該柵絕緣膜的位置上形成犧牲氧化膜。然后，使金屬污染物質(zhì)擴(kuò)散并凝聚在硅和犧牲氧化膜的界面，再連同犧牲氧化膜一起除去金屬污染物質(zhì)。
但是，據(jù)認(rèn)為這種方法會有以下的問題。即，該凝聚的金屬污染物質(zhì)在硅表面上留有凹部的痕，若在該硅表面上形成柵絕緣膜，則在該凹部的痕上產(chǎn)生應(yīng)力，因而在絕緣膜上出現(xiàn)龜裂而造成絕緣破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題構(gòu)思而成，旨在防止半導(dǎo)體器件的性能與可靠性的降低。
本發(fā)明第一方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法中包括以下工序(a)在氧化硅襯底上的硅膜上將硅氧化膜、多晶硅、硅氮化膜等按該順序?qū)盈B的工序；(b)在預(yù)定區(qū)域上將所述硅氮化膜、所述多晶硅、所述硅氧化膜和所述硅膜蝕刻，然后在所述硅膜中形成具有底面的溝槽的工序；(c)在所述溝槽中露出的所述硅膜的表面上在600℃以下形成絕緣膜的工序；(d)除去所述絕緣膜的工序；以及(e)向所述溝槽埋入絕緣材料的工序。
本發(fā)明第二方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法中包括以下工序(a)在氧化硅襯底上的硅膜上將硅氧化膜、多晶硅、硅氮化膜等按該順序?qū)盈B的工序；(b)在預(yù)定區(qū)域上將所述硅氮化膜、所述多晶硅、所述硅氧化膜和所述硅膜蝕刻，然后在所述硅膜中形成具有底面的溝槽的工序；(c)在800℃至1200℃進(jìn)行30秒至4小時的退火，在所述溝槽中露出的所述硅膜的表面上形成絕緣膜的工序；(d)除去所述絕緣膜的工序；以及(e)向所述溝槽埋入絕緣材料的工序。
本發(fā)明第三方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法中包括以下工序(a)在氧化硅襯底上的硅膜上將硅氧化膜、多晶硅、硅氮化膜等按該順序?qū)盈B的工序；(b)在預(yù)定區(qū)域上將所述硅氮化膜、所述多晶硅、所述硅氧化膜和所述硅膜蝕刻，然后在所述硅膜中形成具有底面的溝槽的工序；(c)用濕蝕刻法將所述溝槽中露出的所述硅膜的表面除去1nm至20nm厚度的工序；以及(d)向所述溝槽埋入絕緣材料的工序。
本發(fā)明第四方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括以下工序(a)在氧化硅襯底上的硅膜上將硅氧化膜、多晶硅、硅氮化膜等按該順序?qū)盈B的工序；(b)在預(yù)定區(qū)域上將所述硅氮化膜、所述多晶硅、所述硅氧化膜和所述硅膜蝕刻，然后在所述硅膜中形成具有底面的溝槽的工序；(c)在所述溝槽中露出的所述硅膜的表面上形成氧化膜的工序；(d)向所述溝槽埋入絕緣材料的工序；以及(e)在600℃以下進(jìn)行1小時以上退火的工序。
依據(jù)本發(fā)明第一或第二方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法，能夠通過工序(c)，使金屬污染物質(zhì)擴(kuò)散并凝聚在硅膜和絕緣膜的界面上，并能夠連同絕緣膜除去金屬污染物質(zhì)。因而，能夠防止半導(dǎo)體裝置的性能與可靠性的降低。
依據(jù)本發(fā)明第三方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法，能夠通過工序(c)除去附著在硅膜表面上的金屬污染物質(zhì)。因而，能夠防止半導(dǎo)體裝置的性能與可靠性的降低。
依據(jù)本發(fā)明第四方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法，能夠通過工序(e)使金屬污染物質(zhì)擴(kuò)散并凝聚在硅膜和氧化膜的界面上。因而，能夠防止半導(dǎo)體裝置的性能與可靠性的降低。


圖1是示意表示半導(dǎo)體裝置的平面圖。
圖2是表示實施例1中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖3是表示實施例1中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖4是表示實施例1中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖5是表示實施例1中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖6是表示實施例1中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖7是表示實施例1中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖8是表示實施例1中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖9是表示實施例1中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖10是表示實施例1中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖11是表示實施例1中說明的、制造的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖12是表示實施例2中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖13是表示在實施例2中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖14是表示實施例2中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖15是表示實施例3中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖16是表示實施例3中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖17是表示實施例3中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖18是表示實施例4中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖19是表示實施例4中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖20是表示實施例4中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖21是表示在實施例4中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖22是表示實施例4中說明的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖23是表示其絕緣材料與硅膜呈曲面形狀的、制造階段的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。
圖24是表示實施例1中說明的、Fe的溫度和擴(kuò)散距離的關(guān)系的示圖。
圖25是表示實施例1中說明的、Ni的溫度和擴(kuò)散距離的關(guān)系的示圖。
圖26是表示實施例1中說明的、Co的溫度和擴(kuò)散距離的關(guān)系的示圖。
圖27是表示實施例1中說明的、Ti的溫度和擴(kuò)散距離的關(guān)系的示圖。
圖28是表示實施例1中說明的、Al的溫度和擴(kuò)散距離的關(guān)系的示圖。
圖29是表示實施例1中說明的、Cr的溫度和擴(kuò)散距離的關(guān)系的示圖。
(符號說明)1氧化硅襯底；2硅膜；3、8、12、13、15、21、22、23硅氧化膜；4多晶硅；5硅氮化膜；7溝槽；R1區(qū)域。
具體實施例方式
實施例1本實施例中，將溝槽內(nèi)部低溫氧化。圖1是用本實施例中說明的方法制作的半導(dǎo)體裝置的平面圖。圖10與圖11分別是圖1所示的位置Y-Y與位置X-X處的示意剖視圖，圖2至圖10是將在位置Y-Y的SOI襯底上形成MOS器件的過程順序表示的剖視圖。但是，本說明書中所述的MOS器件的柵電極材料并不限于金屬(Metal)，也包含用導(dǎo)電性半導(dǎo)體的場合。
第一，SOI襯底由氧化硅襯底1和硅膜2形成。在不與氧化硅襯底1相對的硅膜2的表面上，通過氧化形成硅氧化膜3。然后在硅氧化膜3上依次層疊了多晶硅4和硅氮化膜5。區(qū)域R1被設(shè)定為形成元件隔離的結(jié)構(gòu)，區(qū)域R2被設(shè)定為形成元件。在硅氮化膜5上層疊了在區(qū)域R1上開口并覆蓋區(qū)域R2的光刻膠樹脂6。光刻膠樹脂6的端面7a位于區(qū)域R1、R2的邊界上(圖2)。
在形成硅氧化膜3、多晶硅4、硅氮化膜5等的各階段上都有可能附著金屬污染物質(zhì)。可看作金屬污染物質(zhì)的有鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鈦(Ti)、鋁(Al)、鉻(Cr)等。
第二，按照在光刻膠樹脂6的端面7a上形成的圖案，將硅氮化膜5和多晶硅4、硅氧化膜3、硅膜2等蝕刻，從而在區(qū)域R1上形成溝槽7。在光刻膠樹脂6的表面上開口，內(nèi)部空心的溝槽7的底面位于硅膜2中(圖3)。在形成溝槽7時，溝槽7的底面有可能附著上金屬污染物質(zhì)。
第三，除去光刻膠樹脂6，在600℃以下在溝槽7中露出的硅膜2表面上形成絕緣膜。絕緣膜形成方法可采用將硅膜2自由基氧化或高密度等離子體氧化等方式。例如進(jìn)行高密度等離子體氧化時，設(shè)襯底溫度為200℃至600℃，將激發(fā)能以等離子體的方式提供。從而，在溝槽7中露出的硅膜2的表面上引起氧化反應(yīng)，形成硅氧化膜8作為絕緣膜。同時，也對在溝槽7的側(cè)面露出的多晶硅4實施氧化，形成硅氧化膜21。附著于溝槽7底面的金屬污染物質(zhì)在硅氧化膜8和硅膜2的界面或硅氧化膜8的內(nèi)部凝聚后成為金屬硅化物9(圖4)。
形成的硅氧化膜8的厚度可由附著于溝槽7底面的金屬污染物質(zhì)向硅膜2浸入的深度和在哪里凝聚金屬污染物質(zhì)來確定?？梢宰尳饘傥廴疚镔|(zhì)在硅膜2和硅氧化膜8的界面凝聚，也可以讓其在硅氧化膜8的內(nèi)部凝聚。例如，若設(shè)金屬污染物質(zhì)浸入深度最大為10nm，則讓污染金屬凝聚在硅膜2和硅氧化膜8的界面上時，硅氧化膜8的厚度為1～10nm左右，而讓金屬污染物質(zhì)凝聚在硅氧化膜8內(nèi)部時，硅氧化膜的厚度為1～30nm左右。這種膜厚確定方法也適用于在硅膜2表面形成的絕緣膜為如后述的硅氮化膜的情況。
第四，用HF(氫氟酸)系溶液除去在第三工序中形成的硅氧化膜8。隨之也除去金屬硅化物9，在溝槽7的硅膜2中形成凹部11。這時，在溝槽7側(cè)面露出的部分中由第一工序形成的硅氧化膜3也因HF系溶液而被浸蝕，該被浸蝕的部分成為凹部10。并且，在第三工序中形成的硅氧化膜21也被HF系溶液除去(圖5)。
第五，通過再氧化，在溝槽7中露出的硅膜2表面上形成硅氧化膜12。同時，在溝槽7側(cè)面露出的部分中多晶硅4也被氧化，形成硅氧化膜22。這時的氧化與形成硅氧化膜8時不同，并不需要在600℃以下進(jìn)行。然后，淀積埋入溝槽7且覆蓋硅氮化膜5表面上的絕緣材料，例如硅氧化膜13。在前者和后者上淀積的硅氧化膜13連續(xù)(圖6)。
硅氧化膜12形成時，可能在凹部10產(chǎn)生應(yīng)力而出現(xiàn)龜裂。但是，埋入了硅氧化膜13的溝槽7起著將元件隔離的作用，龜裂的發(fā)生不影響其功能。
第六，用CMP(Chemical and Mechanical Polishing化學(xué)機(jī)械研磨)，將在第五工序中形成的硅氧化膜13研磨并平坦化，同時使硅氮化膜5的整個表面露出(圖7)。這時，殘留在溝槽7內(nèi)部的硅氧化膜12、13成為將元件隔離的氧化膜即隔離氧化膜30。
第七，除去硅氮化膜5和多晶硅4、硅氧化膜3、硅氧化膜22等(圖8)。將通過除去上述部分而露出的硅膜2的表面氧化，從而形成硅氧化膜40(圖9)。然后，在硅氧化膜13、40的表面上淀積多晶硅50(圖10)。
第八，第七工序后，再經(jīng)多晶硅50的圖案蝕刻、絕緣膜形成以及絕緣膜的圖案蝕刻，在多晶硅50的側(cè)面形成絕緣膜60。然后，通過注入雜質(zhì)離子以及形成金屬硅化物膜70來制作半導(dǎo)體器件(圖11)。
金屬污染物質(zhì)容易擴(kuò)散并凝聚在半導(dǎo)體器件中應(yīng)力相對較大的部分上。由于溝槽7中的應(yīng)力比其它部分大，附著在溝槽7底面的金屬污染物質(zhì)在氧化時容易滯留在該底面。
另一方面，金屬污染物質(zhì)的擴(kuò)散依賴于溫度。圖24至圖29中示出不同金屬污染物質(zhì)時的金屬污染物質(zhì)的溫度和擴(kuò)散距離的關(guān)系。金屬污染物質(zhì)的擴(kuò)散距離由(D×t)1/2求得。其中，D表示擴(kuò)散系數(shù)(單位cm2/sec)，t表示擴(kuò)散時間(單位sec)。擴(kuò)散系數(shù)D可根據(jù)非專利文獻(xiàn)2中的Fig.1中介紹的擴(kuò)散系數(shù)D和溫度之間的關(guān)系，按每種金屬污染物質(zhì)求得。
由于在硅膜2表面上形成硅氧化膜8時的溫度在600℃(圖中曲線的橫軸表示的溫度單位是開爾文(K)，對應(yīng)于873K)以下，由圖24～圖29可知金屬污染物質(zhì)的擴(kuò)散距離較小。因此，在溝槽7底面的金屬污染物質(zhì)難以從區(qū)域R1擴(kuò)散到區(qū)域R2，而容易凝聚在硅氧化膜8和硅膜2的界面或者硅氧化膜8的內(nèi)部。如圖26～圖29所示，在600℃以下，Co、Ti、Al、Cr的擴(kuò)散距離非常小，這說明對這些污染物質(zhì)本實施例特別有效。因而，在半導(dǎo)體器件的制作工藝中能夠清除混入的金屬污染物質(zhì)，防止半導(dǎo)體器件的性能與可靠性的降低。
在清除附著在溝槽7底面的金屬污染物質(zhì)的場合，還是在清除在第一工序中記載的硅膜2或硅氧化膜3、多晶硅4、硅氮化膜5等各部分的界面(在區(qū)域R2的界面)上存在的金屬污染物質(zhì)的場合，形成硅氧化膜8都是有效的。就是說，通過形成硅氧化膜8，使在區(qū)域R2中的界面上存在的金屬污染物質(zhì)擴(kuò)散并凝聚在硅膜2和硅氧化膜8的界面或者硅氧化膜8的內(nèi)部，該金屬污染物質(zhì)成為金屬硅化物9。因而，如圖24、圖25所示，在600℃以下，對擴(kuò)散距離較大的Fe、Ni等特別有效。
這時也與上述內(nèi)容一樣地，金屬硅化物9同硅氧化膜8一起被HF系溶液除去。因而，能夠清除在半導(dǎo)體器件的制作過程中混入的金屬污染物質(zhì)，并能防止半導(dǎo)體器件的性能與可靠性的降低。
上述第三工序中，可對溝槽7中露出的硅膜2表面實施等離子體氮化。這時，襯底溫度設(shè)為200℃至600℃，以等離子體的方式供給激發(fā)能。從而，在溝槽7中露出的硅膜2和多晶硅4表面上引起氮化反應(yīng)，形成硅氮化膜作為絕緣膜。金屬污染物質(zhì)擴(kuò)散并凝聚在硅氮化膜和硅膜2的界面或者硅氮化膜的內(nèi)部而成為金屬硅化物9。然后，在第四工序中用磷酸系溶液取代HF系溶液，從而將金屬硅化物9同硅氮化膜一起除去。
在上述第三工序中，也可以用臭氧系溶液氧化溝槽7中露出的硅膜2的表面。這時，襯底溫度設(shè)為20℃至120℃。從而，在溝槽7中露出的硅膜2和多晶硅4的表面上引起氧化反應(yīng)，形成硅氧化膜8作為絕緣膜。金屬污染物質(zhì)擴(kuò)散并凝聚在硅氧化膜8和硅膜2的界面或者硅氧化膜8的內(nèi)部而成為金屬硅化物9。然后，在第四工序中，金屬硅化物9同硅氧化膜8一起被HF系溶液除去。
不管將硅膜2的表面用等離子體氮化還是用臭氧系溶液氧化，都與上述例如用等離子體氧化的方法同樣地，能夠清除在半導(dǎo)體器件的制作過程中混入的金屬污染物質(zhì)。因而，能夠防止半導(dǎo)體器件的性能與可靠性的降低。
實施例2本實施例中，在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行退火。圖12至圖14是圖1所示的位置Y-Y的示意剖視圖，依次表示在SOI襯底上形成MOS器件的過程。
第一，與實施例中記載的第一與第二工序一樣，在SOI襯底上形成各種膜，然后形成溝槽7(圖3)。這時有可能在形成硅膜2或硅氧化膜3、多晶硅4、硅氮化膜5等的各階段上附著金屬污染物質(zhì)，并且，也有可能在溝槽7的底面附著金屬污染物質(zhì)。
第二，除去光刻膠樹脂6并進(jìn)行氮化。該氮化過程中，在800℃至1200℃的氮?dú)鈿夥罩袑枘?表面退火30秒至4小時，從而在溝槽7中露出的硅膜2的表面形成硅氮化膜15作為絕緣膜。與此同時，在溝槽7側(cè)面露出的部分中多晶硅4也被氮化，形成硅氮化膜23。在硅膜2或硅氧化膜3、多晶硅4、硅氮化膜5等的各界面上的金屬污染物質(zhì)，擴(kuò)散并凝聚在硅膜2和硅氮化膜15的界面或者硅氮化膜15的內(nèi)部，成為金屬硅化物9(圖12)。
與實施例1同樣地，形成的硅氮化膜15的厚度取決于附著在溝槽7底面的金屬污染物質(zhì)浸入硅膜2的深度和在哪里凝聚金屬污染物質(zhì)。
第三，用20℃至180℃的磷酸系溶液除去在第二工序中形成的硅氮化膜15。與此同時，也除去金屬硅化物9，在溝槽7的硅膜2上形成凹部11。這時，在溝槽7側(cè)面露出的部分中由第一工序形成的硅氮化膜5也被磷酸系溶液浸蝕。并且，硅氮化膜23也被磷酸系溶液除去。這時，由于硅氧化膜3與磷酸系溶液不反應(yīng)，硅氧化膜3以突出的形狀16呈現(xiàn)在溝槽7的側(cè)面(圖13)。
在除去硅氮化膜15時，也可用20℃至100℃的HF溶液。這時也同樣能夠除去金屬硅化物9。
第四，通過氧化在溝槽7中露出的硅膜2表面上形成硅氧化膜12。與此同時，在溝槽7側(cè)面露出的部分中多晶硅4也被氧化，形成硅氧化膜22。然后，埋入溝槽7且覆蓋硅氮化膜5表面上的絕緣材料，例如硅氧化膜13被淀積。在前者和后者上淀積的硅氧化膜13相連續(xù)(圖14)。
硅氧化膜12形成時，有可能在凹部10產(chǎn)生應(yīng)力而出現(xiàn)龜裂。但是，埋入硅氧化膜13的溝槽7起著將元件隔離的作用，因此龜裂的發(fā)生不會對該作用產(chǎn)生影響。
第五，與實施例1中記載的第六至第八工序一樣，制作半導(dǎo)體器件。
與半導(dǎo)體器件的其它部分相比，溝槽7上所受的應(yīng)力較大。因此，通過退火而擴(kuò)散到硅膜2和硅氮化膜15的界面的金屬污染物質(zhì)，容易在該界面滯留并凝聚。并且，設(shè)定為30秒至4小時的退火時間，足以使金屬污染物質(zhì)到達(dá)硅膜2和硅氮化膜15的界面。
例如，若Fe或Ni、Co、Cr等金屬污染物質(zhì)必須擴(kuò)散的距離為0.1mm，則1200℃下需要1.22秒至18.3秒的擴(kuò)散時間，在800℃下需要2.60秒至53.6分鐘的擴(kuò)散時間。另外，若必須擴(kuò)散的距離設(shè)為1mm，則在1200℃下需要2.03分鐘至30.4分鐘的擴(kuò)散時間，在800℃下需要4.34分鐘至89.4小時的擴(kuò)散時間。如此，退火時間根據(jù)金屬污染物質(zhì)的種類或溫度、擴(kuò)散距離等來設(shè)定。
由上述內(nèi)容可知，通過在800℃至1200℃的氮?dú)鈿夥罩薪?jīng)30秒至4小時對硅膜2的表面進(jìn)行退火，區(qū)域R2中的金屬污染物質(zhì)容易擴(kuò)散到區(qū)域R1，在硅膜2和硅氮化膜15的界面中凝聚。因而，能夠清除在半導(dǎo)體器件的制作過程混入的金屬污染物質(zhì)，防止半導(dǎo)體器件的性能與可靠性的降低。
不僅在清除在硅膜2或硅氧化膜3、多晶硅4、硅氮化膜5等的各界面中存在的金屬污染物質(zhì)時，在清除附著在溝槽7底面的金屬污染物質(zhì)時，本實施例的特征中的800℃至1200℃的氮?dú)鈿夥胀嘶鹨彩怯行У摹?br> 上述第二工序中，也可將溝槽7中露出的硅膜2的表面，在800℃至1200℃的氬氣/氧氣氣氛中進(jìn)行退火。這時，將硅膜2的表面氧化而形成的硅氧化膜作為絕緣膜，并在硅膜2和硅氧化膜的界面上形成微小的凹凸。從而，易在該處滯留的金屬污染物質(zhì)，在硅氧化膜和硅膜2的界面上或硅氧化膜的內(nèi)部凝聚，成為金屬硅化物9。然后，在第三工序中，金屬硅化物9連同硅氧化膜一起被HF系溶液除去。
實施例3
本實施例中，將溝槽內(nèi)部蝕刻。圖15至圖17是圖1所示的位置Y-Y的示意剖視圖，依次表示在SOI襯底上形成MOS器件的過程。
第一，與實施例1中記載的第一與第二工序一樣，在SOI襯底上形成各種膜，然后形成溝槽7(圖3)。這時，溝槽7的底面有可能附著金屬污染物質(zhì)。
第二，除去光刻膠樹脂6，用20℃至150℃的氨過氫(NH4OH/H2O2/H2OAPM)系溶液，對溝槽7中露出的硅膜2表面進(jìn)行濕蝕刻。從而，能夠清除附著于硅膜2的金屬污染物質(zhì)。例如，當(dāng)金屬污染物質(zhì)對硅膜2的浸入深度為10nm左右時，通過濕蝕刻除去的硅膜厚度最好為10nm至20nm。氨過氫系溶液也將多晶硅4蝕刻，因此，在溝槽7側(cè)面的多晶硅4和硅膜2的各端面退后，在溝槽7側(cè)面呈現(xiàn)硅氧化膜3突出的形狀14(圖15)。
第三，將在溝槽7中露出的硅膜2表面氧化而形成硅氧化膜12。與此同時，在溝槽7側(cè)面露出的部分中多晶硅4也被氧化，形成硅氧化膜22(圖16)。然后，淀積埋入溝槽7且覆蓋硅氮化膜5的表面上的絕緣材料，例如硅氧化膜13。在前者和后者上淀積的硅氧化膜13相連續(xù)(圖17)。
第四，與實施例1中記載的第六至第八工序一樣，制作半導(dǎo)體器件。
通過用氨過氫系溶液蝕刻在溝槽7中露出的硅膜2的表面，除去附著在溝槽7底面的金屬污染物質(zhì)。因而，能夠清除在半導(dǎo)體器件的制作過程中混入的金屬污染物質(zhì)，并能防止半導(dǎo)體器件的性能與可靠性的降低。
上述第二工序中，可以用20℃至150℃的氨水溶液或20℃至150℃的緩沖氟酸(BHF)溶液、20℃至150℃的氫氧化鉀(KOH)溶液等，對在溝槽7中露出的硅膜表面進(jìn)行濕蝕刻。這時，也能得到與上述用20℃至150℃的氨過氫系溶液時一樣的效果。
在上述實施例1的第五工序、實施例2的第四工序、實施例3的第三工序中，通過分別在溝槽7中露出的硅膜2的表面上形成硅氧化膜12，在硅膜2的溝槽7側(cè)的邊緣部分25成為曲面狀(圖6、圖14、圖16)。從而，能夠減小邊緣部25成尖角時有可能引起的電場集中。因而，能夠防止半導(dǎo)體裝置的性能與可靠性的降低。
以上實施例中均考慮不形成硅氧化膜12時的情況，但例如能夠通過形成硅氧化膜12來回避電場集中。
實施例4本實施例中，在低溫下進(jìn)行退火。圖18至圖22是圖1所示的位置Y-Y處的示意剖視圖，依次表示在SOI襯底上形成MOS器件的過程。
第一，與實施例1中記載的第一與第二工序一樣，在SOI襯底上形成各種膜，然后形成溝槽7(圖3)。這時，有可能在形成硅膜2或硅氧化膜3、多晶硅4、硅氮化膜5等的各階段上附著金屬污染物質(zhì)，并且，也有可能在溝槽7的底面附著金屬污染物質(zhì)。
第二，通過除去光刻膠樹脂6并進(jìn)行氧化來形成露出于溝槽7的硅氧化膜8。與此同時，在溝槽7的側(cè)面露出的部分中多晶硅4也被氧化，形成硅氧化膜21(圖18)。然后，淀積埋入溝槽7且覆蓋硅氮化膜5的表面上的絕緣材料，例如硅氧化膜13。在前者和后者上淀積的硅氧化膜13相連續(xù)(圖19)。
第三，用CMP方法將在第二工序中形成的硅氧化膜13研磨并平坦化，同時使硅氮化膜5的整個表面露出(20)。這時，在溝槽7的內(nèi)部殘留的硅氧化膜8、13、21成為隔離氧化膜30。然后，硅氮化膜5和多晶硅4被除去(圖21)。
第四，在600℃以下對制作到第三工序的整個半導(dǎo)體器件退火1小時以上。從而，在第一工序中混入的金屬污染物質(zhì)在硅膜2和硅氧化膜8的界面中凝聚，成為金屬硅化物17a、17b。金屬硅化物17a是溝槽7形成時附著的金屬污染物質(zhì)凝聚而形成，而金屬硅化物17b是在硅膜2或硅氧化膜3、多晶硅4、硅氮化膜5等各自界面上存在的金屬污染物質(zhì)擴(kuò)散并凝聚而形成(圖22)。
第五，在硅氧化膜3、13、21表面上淀積多晶硅50。以下，與實施例1的第八工序一樣制作半導(dǎo)體器件。
與半導(dǎo)體器件的其它部分相比，金屬污染物質(zhì)容易滯留在其應(yīng)力較大的溝槽7。因此，此處凝聚的金屬污染物質(zhì)成為金屬硅化物17a、17b。因而，在器件工作的主要部分(區(qū)域R2)中大致不存在金屬污染物質(zhì)，能夠防止半導(dǎo)體器件的性能與可靠性的降低。
在上述半導(dǎo)體器件的制作過程中，需要在硅膜2上形成阱區(qū)時，可在第三工序和第四工序之間即在圖21所示的狀態(tài)下，向硅膜2從硅氧化膜3側(cè)注入雜質(zhì)，形成阱區(qū)。這時，通過第四工序進(jìn)行的退火，使注入到阱區(qū)的雜質(zhì)與金屬污染物質(zhì)一起擴(kuò)散，阱區(qū)的雜質(zhì)濃度有可能偏離設(shè)定值。因此，退火后最好再調(diào)整阱區(qū)的雜質(zhì)濃度。
需要在硅膜2上形成阱區(qū)時，也可以在第四工序后在所述硅膜2上形成阱區(qū)。這時，無需再次調(diào)整阱區(qū)的雜質(zhì)濃度，從而簡化工序。
在實施例1的第七工序(包含被實施例2的第四工序或?qū)嵤├?的第五工序中采用的場合)中，在除去硅氧化膜3之前，可采用本實施例的第四工序中說明的退火方法，從而能夠更有效地防止半導(dǎo)體器件的性能與可靠性的降低。
在上述任何實施例中，向溝槽7埋入絕緣材料13后，也可以使表面上露出的絕緣材料13的硅氧化膜2側(cè)成為曲面形狀。圖23例如與圖8對應(yīng)，表示在表面上露出的絕緣材料13的硅氧化膜2側(cè)的部分26呈現(xiàn)曲面形狀的情況。
當(dāng)絕緣材料13的部分26呈現(xiàn)曲面形狀時，對應(yīng)于絕緣材料13的部分26的硅膜2表面的斜率得以緩和。因而，使形成柵極的工藝變得容易。
權(quán)利要求
1.一種的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括以下工序(a)在氧化硅襯底上的硅膜上將硅氧化膜、多晶硅、硅氮化膜等按該順序?qū)盈B的工序；(b)在預(yù)定區(qū)域上將所述硅氮化膜、所述多晶硅、所述硅氧化膜和所述硅膜蝕刻，然后在所述硅膜中形成具有底面的溝槽的工序；(c)在所述溝槽中露出的所述硅膜的表面上在600℃以下形成絕緣膜的工序；(d)除去所述絕緣膜的工序；以及(e)向所述溝槽埋入絕緣材料的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述工序(c)中，在200℃至600℃對所述硅膜的表面進(jìn)行自由基氧化、等離子體氧化或等離子體氮化。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述工序(c)中，用臭氧系溶液在20℃至120℃對所述硅膜的表面進(jìn)行氧化。
4.一種的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括以下工序(a)在氧化硅襯底上的硅膜上將硅氧化膜、多晶硅、硅氮化膜等按該順序?qū)盈B的工序；(b)在預(yù)定區(qū)域上將所述硅氮化膜、所述多晶硅、所述硅氧化膜和所述硅膜蝕刻，然后在所述硅膜中形成具有底面的溝槽的工序；(c)在800℃至1200℃進(jìn)行30秒至4小時的退火，在所述溝槽中露出的所述硅膜的表面上形成絕緣膜的工序；(d)除去所述絕緣膜的工序；以及(e)向所述溝槽埋入絕緣材料的工序。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述工序(c)的所述退火在氮?dú)鈿夥罩谢驓鍤?氧氣氣氛中進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中任一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在所述工序(d)和所述工序(e)之間，還包括在所述溝槽中露出的所述硅膜的表面上形成氧化膜的工序。
7.一種的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括以下工序(a)在氧化硅襯底上的硅膜上將硅氧化膜、多晶硅、硅氮化膜等按該順序?qū)盈B的工序；(b)在預(yù)定區(qū)域上將所述硅氮化膜、所述多晶硅、所述硅氧化膜和所述硅膜蝕刻，然后在所述硅膜中形成具有底面的溝槽的工序；(c)用濕蝕刻法將所述溝槽中露出的所述硅膜的表面除去1nm至20nm厚度的工序；以及(d)向所述溝槽埋入絕緣材料的工序。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于所述工序(c)中進(jìn)行的所述濕蝕刻采用氨過氫系溶液、氨水溶液、緩沖氟酸溶液和氫氧化鉀溶液中的任一種，并在20℃至150℃溫度下進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在所述工序(c)和所述工序(d)之間，還包括在所述溝槽中露出的所述硅膜的表面上形成氧化膜的工序。
10.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求5、權(quán)利要求7以及權(quán)利要求8中任一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于還包括在向所述溝槽埋入絕緣材料的工序之后，在600℃以下進(jìn)行1小時以上退火的工序。
11.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求5、權(quán)利要求7以及權(quán)利要求8中任一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于還包括在向所述溝槽埋入絕緣材料的工序之后，將在表面露出的所述絕緣材料的所述硅膜側(cè)作成曲面形狀的工序。
12.一種的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括以下工序(a)在氧化硅襯底上的硅膜上將硅氧化膜、多晶硅、硅氮化膜等按該順序?qū)盈B的工序；(b)在預(yù)定區(qū)域上將所述硅氮化膜、所述多晶硅、所述硅氧化膜和所述硅膜蝕刻，然后在所述硅膜中形成具有底面的溝槽的工序；(c)在所述溝槽中露出的所述硅膜的表面上形成氧化膜的工序；(d)向所述溝槽埋入絕緣材料的工序；以及(e)在600℃以下進(jìn)行1小時以上退火的工序。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于還包括在所述工序(e)之后，在所述硅膜上形成阱區(qū)的工序。
14.如權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于還包括在向所述溝槽埋入絕緣材料的工序之后，將在表面露出的所述絕緣材料的所述硅膜側(cè)作成曲面形狀的工序。
全文摘要
由氧化硅襯底(1)和硅膜(2)形成SOI襯底。硅膜(2)的表面被氧化而形成硅氧化膜(3)。在該硅氧化膜(3)上依次形成多晶硅(4)和硅氮化膜(5)。然后，溝槽(7)形成于區(qū)域(R1)上。在溝槽(7)內(nèi)埋入絕緣材料即硅氧化膜(13)。從而防止半導(dǎo)體器件的性能與可靠性因金屬污染物質(zhì)而降低的情形。
文檔編號H01L21/336GK1614762SQ200410090539
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月6日
發(fā)明者辻內(nèi)干夫, 巖松俊明 申請人:株式會社瑞薩科技