專利名稱:金屬氧化物半導(dǎo)體絕緣工藝的制作方法
本發(fā)明涉及到集成電路，特別是MOS電路的氧化領(lǐng)域。
在金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)電路的制作過程中，“前部”工藝是用來在襯底的預(yù)定位置上形成厚場(chǎng)氧區(qū)。這些厚場(chǎng)氧區(qū)主要是用來絕緣的。例如防止導(dǎo)線橫跨這些區(qū)域時(shí)，產(chǎn)生寄生電導(dǎo)。
形成這些場(chǎng)氧區(qū)的最常見工藝是利用氮化硅層。首先在氮化硅層上的預(yù)定位置形成窗口，然后由襯底生長氧化層。由于窗口以外區(qū)域有氮化硅保護(hù)，故氧化層只在窗口處生長。然而，氧化層生長過程中會(huì)將窗口邊緣的氮化層頂起，並在這些被頂起的區(qū)域內(nèi)，形成楔形的較薄的場(chǎng)氧。有時(shí)將這些出現(xiàn)在氮化硅與襯底交界處的楔形氧化區(qū)稱為“鳥嘴”，這是因?yàn)樗鼈兊臋M截面形狀象鳥的嘴。
圖1中較詳細(xì)地描繪了“鳥嘴”氧化區(qū)，由此可清楚地看到該區(qū)既消耗襯底面積又沒有任何益處。例如，一般來說，用鳥嘴區(qū)的氧化層來作場(chǎng)絕緣層則太薄，而作為有源器件的一部分又太厚了。
對(duì)于如何縮小“鳥嘴”區(qū)域，換句話說就是如何節(jié)省襯底面積，已經(jīng)提出了幾種解決辦法。美國第4，352，236號(hào)專利所述的方法是生長兩種場(chǎng)氧化層，它們一厚一薄，較薄的一種“鳥嘴”較小，它可用在對(duì)絕緣性能要求不太高處。
J.Hui等人在“用于高密度的MOS的選擇性氧化技術(shù)”(IEEE.Electronic Devices Letters，Vol.EDL-2，NO.10，October，1981 P.244)和“用SILO技術(shù)制做的MOS器件的電性能”(IEDM，1982P.220)中提出了控制“鳥嘴”的方法。Hui敘述的方法是在襯底上直接生長氮化層而不用氧化層作緩沖層。
美國第3，751，722號(hào)和第3，752，711號(hào)專利都討論了利用氮化硅來實(shí)現(xiàn)局部氧化。但這兩個(gè)專利都沒有提到鳥嘴問題。
下面對(duì)MOS工藝中形成場(chǎng)絕緣氧化區(qū)的一種改進(jìn)工藝作一介紹。在硅襯底的表面熱生長上一薄層氮化硅(Si3N4)。然后經(jīng)過一低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)過程，將該氮化硅層加厚。這兩層氮化硅的總厚度約為275～280埃。再經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的光刻過程，在氮化層上形成窗口，將硅襯底暴露出來。離子注入之后，進(jìn)行干氧氧化，此過程是在氯氣氛(Hcl)中進(jìn)行，並且溫度要高于二氧化硅的軟化點(diǎn)。接著再進(jìn)行一次濕氧氧化，使氧化層達(dá)到所需厚度。上述方法在氮化層與硅交界處生成的氧化層顯著減小，保證了電絕緣同時(shí)減少了有源器件面積的損失。
圖1是以前工藝在MOS電路中形成的鳥嘴的正剖面圖。
圖2是襯底覆蓋一層熱生成氮化硅的正剖面圖。
圖3所示是在圖2襯底的基礎(chǔ)上，再覆上一層氣相淀積的氮化硅層。
圖4所示是在圖3襯底的基礎(chǔ)上，覆蓋一層光刻膠，並形成通過光刻膠層和氮化硅層的窗口。
圖5所示是在圖4襯底的基礎(chǔ)上，經(jīng)過干氧(Hcl)過程，在襯底上場(chǎng)氧化層部分生成。
圖6所示是在圖5襯底的基礎(chǔ)上，經(jīng)過濕氧氧化，在襯底上場(chǎng)氧化層完全生成。
圖7所示是本發(fā)明工藝的氮化硅與硅交界處的情況。
上述為MOS電路的一種場(chǎng)氧化工藝，它帶來的效果是對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行了有效的隔離，同時(shí)減小了鳥嘴。下面列出一些特定細(xì)節(jié)，如層厚等等，以便對(duì)所發(fā)明的工藝提供一全面的介紹。但對(duì)熟悉工藝的行家來說，顯然無需這些特定細(xì)節(jié)，就可將該項(xiàng)發(fā)明應(yīng)用于實(shí)際。另外，對(duì)一般的工藝過程就不再詳述，以免造成對(duì)本發(fā)明的敘述喧賓奪主。
一般來說，以前的工藝中的場(chǎng)氧化大多是濕氧氧化或高壓氧化，例如溫度為900℃-950℃的蒸氣。在有些情況下，氮化硅層直接長在自然生成的氧化層上，而在另一些情況下，則長在二氧化硅層上。后者會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的橫向氧化，增加襯底與氮化層交界處的鳥嘴尺寸。圖1所示即為以前工藝所產(chǎn)生的典型鳥嘴。在襯底14上形成場(chǎng)氧化區(qū)11，在場(chǎng)氧化區(qū)上面的為上覆蓋層13，鳥嘴11為以前工藝的典型例子?？梢钥吹剑@樣比較薄的氧化層絕緣性很差，同時(shí)還消耗相當(dāng)一部分襯底面積。
本發(fā)明工藝的第一步如圖2所示，在襯底21的表面熱生長上氮化硅24，該層是直接長在自然生成的氧化層上。氮化硅層24將襯底表面密封，從而防止了沿襯底與氮化硅交界的橫向氧化。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例是在溫度1000℃的擴(kuò)散爐中，在氨氣氛下，生長氮化硅，層厚達(dá)25～30埃。
直接在上述的熱生長層上低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)氮化硅，將原氮化硅層增厚。本發(fā)明的LPCVD層厚為250埃。在圖3中將熱生長層與LPCVD層一起表示為層26，在最優(yōu)實(shí)施例中，層26的厚度為275-280埃。
圖4中的光刻膠層27是覆蓋在襯底表面(在氮化硅26上)，然后經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)的光刻步驟，穿過光刻膠27和氮化硅26直到硅襯底21形成窗口32和33。窗口32、33的位置就是場(chǎng)氧化層將要生長的地方。
接下來進(jìn)行的是除去光刻膠，再在場(chǎng)氧位置32、33利用干氧氧化生長上氧化層29(見圖5)，該干氧氧化過程是在1000℃下，氯氣氛(如Hcl氣氛)中進(jìn)行的。該步驟中的溫度對(duì)本工藝是很重要的，它必須高于二氧化硅的軟化點(diǎn)(950～975℃)，以便能防止隨后的濕氧氧化過程中形成缺陷。干氧氧化層29的厚度約為5000埃。熟悉工藝的人可自己確定能更有效地利用該發(fā)明優(yōu)點(diǎn)的層厚。
最后，在920℃的溫度下進(jìn)行濕氧氧化，再生長上6000埃的氧化層。由此可知，本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例氧化層總厚度為6500埃，見圖6中的氧化區(qū)30。
圖7所表示的是利用本發(fā)明工藝所產(chǎn)生的鳥嘴31的剖面圖。如果該發(fā)明按優(yōu)選方案實(shí)施，所得結(jié)果是鳥嘴線度縮小到0.25微米。與圖1相比，可以看到鳥嘴部分長度的縮小，可以減小MOS電路中有源區(qū)之間的間隔面積。
由此可見，用上述氧化工藝所產(chǎn)生的場(chǎng)氧區(qū)具有小的鳥嘴區(qū)域。這是由于有熱生長氮化硅層和最初的干氧氧化步驟，使沿氮化硅與硅界面的橫向氧化減小。
權(quán)利要求
1.在硅襯底上半導(dǎo)體元件的絕緣工藝其特征在于由如下步驟組成在襯底表面熱生長上第一層氮化硅；在第一層上淀積第二層氮化硅，且第二層比第一層厚；去掉上述兩層的一部分，將襯底的預(yù)定部位暴露出來；對(duì)上述暴露出的區(qū)域進(jìn)行氧化，此過程硅片處在氯氣氛中，溫度要超過二氧化硅的軟化點(diǎn)；對(duì)上述區(qū)域繼續(xù)進(jìn)行氧化，該過程在加壓的氧氣氛中進(jìn)行，溫度約為920℃；由上述方法在氮化硅層與襯底交界處形成的氧化區(qū)減小，因此能在較小的面積上實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件間的電隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述工藝中，其特征在于第一層氮化硅厚度約為25-30埃。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述工藝中，其特征在于第二層氮化硅厚度約為250埃。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述工藝中，其特征在于第二層由LPCVD方法生成。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述工藝中，其特征在于上述襯底暴露在1000℃的氯氣氛中。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述工藝中，其特征在于上述氯氣氛中的生長層厚度約為500埃。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述工藝中，其特征在于氧氣氛中生長層厚度約為6000埃。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述工藝中，其特征在于進(jìn)一步氧化的濕氧氧化。
專利摘要
在MOS電路中形成場(chǎng)氧化區(qū)的一種工藝。最初熱生長一層氮化硅密封襯底表面，以減少橫向氧化，或者說減小沿襯底與氮化硅界面生成的鳥嘴。場(chǎng)氧的生長分兩步，第一步為Hcl氣氛中的干氧氧化，第二步為濕氧氧化。
文檔編號(hào)H01L21/02GK85104651SQ85104651
公開日1986年6月10日 申請(qǐng)日期1985年6月15日
發(fā)明者帕特森 申請(qǐng)人:英特爾公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan