專利名稱：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單氧 化過程，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)鳥嘴現(xiàn)象。 尤其是，鳥嘴現(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L0C0S方法相關(guān)的問題。因 此，將STI方法用于在高度集成器件，如，具有256兆字節(jié)的動態(tài)隨機(jī) 存儲器件(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，場氧化區(qū)域被限定在 一大的區(qū)域和一相對淺的區(qū)域內(nèi)。尤其是，在有幾個千兆字節(jié)的DRAM存 儲器件中，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存儲器件中，該器件具有由大約 0. 25 ii m深小于0. 1 y m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A指示。
在2001年7月6號公開的題目為"形成溝槽型半導(dǎo)體器件的絕緣層 的方法"的韓國專利第2001-0058498號中，其全部內(nèi)容在此引入作為參 考，用于溝槽掩埋的氧化層通過執(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，第一氧化層23采用ALD方法形成。第二氧化層 24通過執(zhí)行HDP-CVD方法被順序沉積。這時，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間長。
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)明的一個方面，提供了通過形成溝槽來絕緣襯底上器件的
方法，包括下列歩驟形成一被組成圖案的墊氮化物層圖案，以在襯底 上開啟至少一個絕緣區(qū)域；通過刻蝕該裸露的襯底形成第一溝槽和第二 溝槽；通過執(zhí)行ALD方法沉積第一氧化層來填充該第一溝槽；刻蝕第一 氧化層填充到寬溝槽的部分；通過執(zhí)行沉積方法沉積第二氧化層。 本發(fā)明還涉及以下方面
1、 通過形成溝槽來絕緣襯底上器件的方法，包括下列步驟形成一 圖案化的墊氮化層，以在襯底上打開至少一個絕緣區(qū)域；通過刻蝕裸露 的襯底形成第一和第二溝槽；通過執(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 執(zhí)行沉積方法沉積第二氧化層。
2、 如項(xiàng)目l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、 如項(xiàng)目l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、 如項(xiàng)目3所述的方法，其特征在于刻蝕阻擋層是線性氮化層。
5、 如項(xiàng)目3所述的方法，其特征在于通過執(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IOA到大約200A的厚度。
6、 如項(xiàng)目4所述的方法，其特征在于通過執(zhí)行LP-CVD方法形成 刻蝕阻擋層，直至達(dá)到大約10A到大約200A的厚度。
7、 如項(xiàng)目l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，通過熱氧化工藝在襯底上形成第 三氧化層。
8、 如項(xiàng)目l所述的方法，其特征在于在沉積第一氧化層的歩驟，
使用吡啶和氨之一作為催化劑來降低反應(yīng)激活能級。
9、 如項(xiàng)目l所述的方法，其特征在于通過重復(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
SLCly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、 如項(xiàng)目1所述的方法，其特征在于沉積第一氧化層后，執(zhí)行
一熱工藝來密化所述第一氧化層。
11、 如項(xiàng)目2所述的方法，其特征在于通過執(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。


通過下述優(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。
參見圖3A， 一墊氧化層31形成在襯底30上，厚度從約25A到約200A。 然后， 一氮化物層32沉積在墊氧化層31上，厚度約從1000A到約2000A。
下面，通過執(zhí)行使用器件絕緣掩膜的刻蝕工藝圖案化(pattern)氮 化物層32和墊氧化層31，這樣得到圖案化的氮化物層32A和圖案化的墊 氧化層31A。然后，襯底30的裸露部分通過干刻蝕法形成溝槽。同時， 襯底30的裸露部分被刻蝕成具有約2000A到約4000A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300A到約500A。再者，通過 重復(fù)交替給反應(yīng)室提供硅源氣體和諸如水(H20)和過氧化氫(H202)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 SiXly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l到大約8之間。特別是，第一氧化層34 優(yōu)選地在大約2(TC到大約40(TC之間的溫度沉積。進(jìn)而，有可能施加吡 啶(C晶N)和氨(NH3)之一作為催化劑來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)選的是對第一氧化層34采用熱處理。該熱處理 通常在大約50(TC到大約120(TC的溫度下在選自一氣體組的氣氛中進(jìn)行 超過5分鐘，該氣體組由氫氣012)，氧氣(02)，氮?dú)?N》，臭氧(0》和一氧 化二氮(化0)以及氫氣012)和氧氣(02)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°C的溫度進(jìn)行約超過5秒種的快速熱處 理(RTP)。
同時，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， 第一氧化層34被刻蝕時該線性氮化層作為刻蝕阻擋層。
參見圖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)域打開著。然后，形成 在這一打開區(qū)域的第一氧化層34通過采用濕法和/或干法刻蝕工藝被刻 蝕，這樣得到一圖案化的第一氧化層34A。
參見圖3E，通過執(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。g卩，第二氧化層35的 的厚度大于大約5000A。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。
參見圖3F，使用圖案化的氮化層32A作為CMP阻止層，對示于圖3E 的第二氧化層35和圖案化的第一氧化層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，直到圖案化的氮化層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。
參見圖3G，通過濕刻蝕工藝去除裸露的圖案化的氮化層32A和圖案 化的墊氧化層31A，然后執(zhí)行其它典型的后續(xù)工藝來完成器件絕緣工藝。
基于上述的優(yōu)選實(shí)施例，通過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，g卩，第一氧化層，使得可
能將對襯底的損傷減至最小，這樣提高了刷新特性。
本申請包含了和韓國專利申請第KR2003-0098428號相關(guān)的主題，第 KR2003-0098428號申請?jiān)?003年12月29日提交給韓國專利局，在此引 入其全部內(nèi)容作為參考。
雖然結(jié)合較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但顯而易見的是，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、通過形成溝槽來絕緣襯底上器件的方法，包括下列步驟形成一圖案化的墊氮化層，以在襯底上打開至少一個絕緣區(qū)域；通過刻蝕裸露的襯底形成第一和第二溝槽；通過執(zhí)行原子層沉積(ALD)方法沉積第一氧化層，以填充第一溝槽和第二溝槽，其中使用吡啶催化劑來降低反應(yīng)激活能級；刻蝕第一氧化層填充到第二溝槽的部分；通過執(zhí)行具有高于ALD方法的沉積速率的沉積方法沉積第二氧化層，由此用第二氧化層完全填充第二溝槽。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括下列歩驟 在沉積第一氧化層前，在襯底上形成刻蝕阻擋層。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于刻蝕阻擋層是線性氮化層。
4、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于通過執(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IOA到大約200A的厚度。
5、 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于通過執(zhí)行LP-CVD方法 形成刻蝕阻擋層，直至達(dá)到大約IOA到大約200A的厚度。
6、 如權(quán)利要求l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，通過熱氧化工藝在襯底上形成 第三氧化層。
7、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于通過重復(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。
8、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于沉積第一氧化層后，執(zhí) 行一熱工藝來密化所述第一氧化層。
9、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過執(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)明涉及制造絕緣半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括下列步驟形成一圖案化的墊氮化層，以在襯底上打開至少一個絕緣區(qū)域；通過刻蝕裸露的襯底形成第一和第二溝槽；通過執(zhí)行原子層沉積(ALD)方法沉積第一氧化層來填充第一溝槽；刻蝕第一氧化層填充到寬溝槽的部分；通過執(zhí)行沉積方法沉積第二氧化層。
文檔編號H01L21/76GK101546726SQ20091012846
公開日2009年9月30日 申請日期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, 宋錫杓, 辛東善 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司