專利名稱：利用復(fù)合氧化膜的槽式隔離法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，更詳細(xì)地說，涉及一種能使半導(dǎo)體襯底上產(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)到最小的槽式隔離法。
為了增加半導(dǎo)體器件的集成度，已開發(fā)了一種使用槽的隔離法，已制造了應(yīng)用該方法的器件。
在典型的槽式隔離法中，對半導(dǎo)體襯底的預(yù)定區(qū)域進(jìn)行刻蝕以形成具有四邊形剖面的槽區(qū)，在該槽區(qū)中形成由絕緣材料構(gòu)成的隔離膜。此時(shí)，進(jìn)行下述工藝，使槽的內(nèi)側(cè)壁氧化，或?qū)Τ涮钣谠摬蹍^(qū)內(nèi)的絕緣材料進(jìn)行增密處理(densify)。這用于消除刻蝕形成槽時(shí)產(chǎn)生的損傷。在該工藝中，由于在隔離膜和半導(dǎo)體襯底之間的熱膨脹系數(shù)的差別而產(chǎn)生應(yīng)力。該應(yīng)力集中于隔離膜周圍的半導(dǎo)體襯底內(nèi)，特別是集中于槽的角部附近。在半導(dǎo)體襯底內(nèi)積累的應(yīng)力引起諸如半導(dǎo)體襯底內(nèi)位錯(cuò)的硅缺陷。這樣一種硅缺陷引起半導(dǎo)體器件的結(jié)漏電流的增加。結(jié)果，該半導(dǎo)體器件產(chǎn)生誤操作，或功率消耗增加。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能釋放半導(dǎo)體襯底內(nèi)的隔離區(qū)中的應(yīng)力的槽式隔離法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種用于半導(dǎo)體器件的槽式隔離法。在該方法中，在半導(dǎo)體襯底上形成由復(fù)合膜組成的槽充填氧化膜，該復(fù)合膜由兩個(gè)相繼層疊的、具有不同的應(yīng)力特性的層形成，在該半導(dǎo)體襯底上形成用于露出半導(dǎo)體襯底的槽區(qū)的掩模層。對該槽充填氧化膜進(jìn)行增密處理。對該槽充填氧化膜進(jìn)行平面化處理直到露出掩模層的上表面為止，以便在槽區(qū)內(nèi)形成槽充填層。
該復(fù)合膜通過相繼層疊第1和第2氧化膜來形成，該第1和第2氧化膜在剛淀積后具有相反的應(yīng)力特性。
按照本發(fā)明，在初始的淀積工藝和其后的槽充填氧化膜的熱處理期間，使槽充填氧化膜中的應(yīng)力和由槽充填氧化膜加到半導(dǎo)體襯底內(nèi)的應(yīng)力減少。
通過參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯，這些附圖包括

圖1至5是說明按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的槽式隔離法的剖面圖；圖6是示出當(dāng)進(jìn)行熱處理以便對槽充填氧化膜進(jìn)行增密處理時(shí)應(yīng)力滯后與溫度變動的關(guān)系圖；和圖7是示出在各種不同的條件下在半導(dǎo)體襯底上形成的晶體管的關(guān)斷電流特性的累積分布的圖，其中該半導(dǎo)體襯底具有在其上形成的槽隔離膜。
參照圖1，從現(xiàn)在起將描述在半導(dǎo)體襯底10上形成掩模層20和犧牲層16的步驟。首先，在半導(dǎo)體襯底10上相繼地形成厚度等于或小于300埃的襯墊氧化膜、厚度等于或小于2000埃的氮化膜和厚度等于或小于3000埃的犧牲氧化膜。使?fàn)奚趸奚?，以便在其后的工藝中在形成槽區(qū)的期間保護(hù)氮化膜，該犧牲氧化膜由熱氧化法來形成。根據(jù)情況可省去犧牲氧化膜。其次，對犧牲氧化膜、氮化膜和襯墊氧化膜相繼地進(jìn)行圖形刻蝕，由此形成犧牲層16和由襯墊氧化膜圖形12和氮化膜圖形14組成的掩模層20。該三層露出半導(dǎo)體襯底10的預(yù)定區(qū)域。
在圖2中示出了形成槽區(qū)(T)的步驟。參照圖2，使用掩模層20作為刻蝕掩模對半導(dǎo)體襯底10的露出部分進(jìn)行有選擇的干法刻蝕，由此形成深度等于或小于10000埃的槽區(qū)(T)。此時(shí)，犧牲層16也被刻蝕并在形成槽區(qū)(T)的同時(shí)幾乎完全被除去。只有非常薄的氧化膜(未示出)留在掩模層20的表面。其后，為了使在形成槽區(qū)(T)的刻蝕期間產(chǎn)生的損傷得到愈合，使用熱氧化法在槽區(qū)(T)的側(cè)壁和底表面上形成氧化膜18。
圖3示出形成槽充填氧化膜25的步驟。在本發(fā)明中，槽充填氧化膜25由復(fù)合膜形成，該復(fù)合膜由兩個(gè)各自在剛淀積后具有不同的應(yīng)力特性的氧化膜構(gòu)成。這就是說，為了形成槽充填氧化膜25，在槽區(qū)(T)中和在氮化膜圖形14的上表面上將具有良好的槽充填特性的并有大的拉伸應(yīng)力的第1氧化膜22形成至預(yù)定的厚度。然后，在第1氧化膜22上將具有比第1氧化膜22更大的壓縮應(yīng)力的第2氧化膜24形成至預(yù)定的厚度。此時(shí)，第1和第2氧化膜22和24的厚度的和對應(yīng)于槽區(qū)(T)的深度、襯墊氧化膜12和氮化膜圖形14的厚度以及在其后的平面化工藝中通過刻蝕將要被除去的厚度的和。例如，當(dāng)槽區(qū)(T)的深度是6000埃和襯墊氧化膜圖形12與氮化膜圖形14的合在一起的厚度是2000埃時(shí)，將第1和第2氧化膜22和24的厚度的和設(shè)置在約10000埃，以使其后的平面化工藝中可被除去的厚度約為2000埃。
例如，第1氧化膜22可通過化學(xué)汽相淀積(CVD)法基于TEOS(原硅酸四乙酯)-O3來形成。以下將其稱為“基于TEOS-O3的CVD氧化膜”。第2氧化膜24可通過例如等離子增強(qiáng)CVD(PECVD)法基于TEOS來形成(以下將其稱為“基于TEOS-O3的PECVD氧化膜”)，也可通過PECVD法基于SiH4來形成(以下將其稱為“基于SiH4的PECVD氧化膜”)，或由高密度等離子(HDP)氧化膜來形成。在另一種方式下，第1氧化膜22可以是HDP氧化膜。在該情況下，第2氧化膜24是基于TEOS-O3的CVD氧化膜。
關(guān)于為什么槽充填氧化膜25由包括如上所述的兩層的復(fù)合膜來形成的原因如下。在利用典型的方法通過只淀積基于充填槽區(qū)的充填材料(例如TEOS-O3)的CVD氧化膜來形成槽充填層的情況下，該剛被淀積后的槽充填層具有變成多孔的趨勢。因此，如對于該槽充填層使用諸如HF溶液的刻蝕劑立即進(jìn)行其后的濕法刻蝕工藝而不進(jìn)行后處理的話，則該槽充填層的多余的部分被刻蝕。其結(jié)果是難以得到具有所需的外形的槽隔離膜。因而，在形成槽充填層之后經(jīng)常使用通過在1000℃或更高的溫度下進(jìn)行熱處理對槽充填層進(jìn)行增密的技術(shù)。但是，一般來說還沒有認(rèn)識到，初始應(yīng)力在剛形成槽充填層之后產(chǎn)生，以及熱應(yīng)力在上述高溫下的熱處理期間產(chǎn)生。當(dāng)如典型方法中那樣只使用單一的氧化膜作為充填槽區(qū)的充填材料和當(dāng)顯示出拉伸應(yīng)力的基于TEOS-O3的CVD氧化膜作為單一氧化膜被形成時(shí)，進(jìn)行一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測量槽充填層中的應(yīng)力。作為該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該氧化膜在剛被淀積后具有數(shù)量級為109dyne/cm2的高的拉伸應(yīng)力。并且，當(dāng)在用于對氧化膜進(jìn)行增密的熱處理期間溫度達(dá)到約700℃時(shí)，該高的拉伸應(yīng)力變成1010dyne/cm2的數(shù)量級，這樣氧化膜就對硅襯底施加應(yīng)力。因此，在槽充填層由只具有某方面的應(yīng)力特性的氧化膜例如只由顯示出拉伸應(yīng)力的基于TEOS-O3的CVD氧化膜組成的單一膜 來形成的情況下，剛被淀積后的初始應(yīng)力和在為增密而進(jìn)行的熱處理期間產(chǎn)生的應(yīng)力都增加。這樣，在半導(dǎo)體器件中產(chǎn)生缺陷的可能性變得較高。以下將描述關(guān)于上述結(jié)果的具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
按照本發(fā)明，為了降低槽充填材料層的初始應(yīng)力和在熱處理期間產(chǎn)生的多余應(yīng)力，槽充填氧化膜25由復(fù)合膜形成，該復(fù)合膜由兩個(gè)在剛被淀積后具有相反的應(yīng)力特性的氧化膜組成。這就是說，這兩個(gè)氧化膜是具有拉伸應(yīng)力的第1氧化膜22和具有壓縮應(yīng)力的第2氧化膜24。槽充填氧化膜也可由下述的復(fù)合膜形成，該復(fù)合膜由具有壓縮應(yīng)力的第1氧化膜和具有拉伸應(yīng)力的第2氧化膜組成。
其后，在約1000至1200℃的溫度下對槽充填氧化膜25進(jìn)行熱處理，使其增密。
圖4是說明對槽充填氧化膜進(jìn)行平面化處理的步驟的剖面圖。通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)法對槽充填氧化膜25進(jìn)行平面化處理，直到露出用作刻蝕中止層的氮化膜圖形14為止，由此在槽區(qū)(T)中形成槽充填層26。
圖5示出形成隔離膜的步驟。更具體地說，通過氮化膜抗蝕劑除去被露出的氮化膜圖形14。其次，通過氧化膜抗蝕劑除去襯墊氧化膜圖形12，由此露出半導(dǎo)體襯底10、即有源區(qū)的表面。結(jié)果形成隔離膜28，該隔離膜具有大致與有源區(qū)的表面高度相同的高度。
按照如以上描述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，槽充填氧化膜由包括兩個(gè)具有相反的應(yīng)力特性的氧化膜的復(fù)合膜形成。這樣，在槽充填氧化膜的初始淀積和其后的熱處理期間，在槽充填氧化膜中的應(yīng)力和由槽充填氧化膜加到半導(dǎo)體襯底上的應(yīng)力被減少。因此，可抑制由于半導(dǎo)體襯底中的應(yīng)力而導(dǎo)致的硅缺陷的產(chǎn)生。
表1說明了用于評價(jià)根據(jù)本發(fā)明的槽隔離法的效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在該實(shí)驗(yàn)中，將構(gòu)成槽充填氧化膜的第1和第2氧化膜淀積到各種不同的厚度，以形成具有10000埃的總厚度的槽充填氧化膜。然后，立即測量槽充填氧化膜中的初始應(yīng)力。這里，第1氧化膜由具有壓縮應(yīng)力的、基于TEOS-O3的CVD氧化膜形成。第2氧化膜由具有拉伸應(yīng)力的、基于TEOS的PECVD氧化膜形成。[表1
通過表1的結(jié)果，我們可看到，當(dāng)?shù)?氧化膜變得比第1氧化膜厚時(shí)，初始應(yīng)力減少。
圖6是示出當(dāng)對表1中每個(gè)樣品的槽充填氧化膜進(jìn)行增密的熱處理時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力滯后與溫度變化的關(guān)系圖。圖6的數(shù)據(jù)約在表1結(jié)果的測量之后的30分左右開始被測量。這里，可看到，在P0的情況下，初始應(yīng)力、即在正常溫度下的應(yīng)力、不同于表1的結(jié)果。其原因是這樣的，當(dāng)槽充填氧化膜只由基于TEOS-O3的CVD氧化膜形成時(shí)，在氧化膜剛被形成后空氣中的水分開始被吸收到氧化膜中。這影響圖6的結(jié)果。
圖6示出，在熱處理期間產(chǎn)生的峰值應(yīng)力以下述順序出現(xiàn)P0＞P1＞P4＞P7＞P10。這就是說，可發(fā)現(xiàn)，在第2氧化膜變得比第1氧化膜厚時(shí)在熱處理期間內(nèi)產(chǎn)生較小的應(yīng)力。
圖7是示出在半導(dǎo)體襯底上形成的晶體管的關(guān)斷電流特性的累積分布的圖，其中該半導(dǎo)體襯底具有在表1中的每個(gè)樣品的條件下形成的槽隔離膜。
從圖7可看到，當(dāng)半導(dǎo)體襯底中的缺陷密度減少時(shí)關(guān)斷電流減少。這就是說，當(dāng)槽充填氧化膜中的應(yīng)力大時(shí)，在半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生很多缺陷，這樣關(guān)斷電流的故障也增加。
按照如以上描述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，槽充填氧化膜是包括兩個(gè)具有相反的應(yīng)力特性的氧化膜構(gòu)成的復(fù)合膜。因此，在槽充填氧化膜的初始淀積和其后的熱處理期間，在槽充填氧化膜中的應(yīng)力和由槽充填氧化膜加到半導(dǎo)體襯底上的應(yīng)力被減少。因此，可抑制由于半導(dǎo)體襯底中的應(yīng)力而導(dǎo)致的硅缺陷的產(chǎn)生。
雖然參照優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于上述的實(shí)施例。在本發(fā)明的技術(shù)精神的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的專業(yè)人員可完成各種不同的修正。
權(quán)利要求
1.一種用于半導(dǎo)體器件的槽式隔離法，包括下述步驟在半導(dǎo)體襯底上形成由復(fù)合膜組成的槽充填氧化膜，該復(fù)合膜由兩個(gè)相繼層疊的、具有不同的應(yīng)力特性的層形成，在該半導(dǎo)體襯底上形成用于露出半導(dǎo)體襯底的槽區(qū)的掩模層；對該槽充填氧化膜進(jìn)行增密處理；和對該槽充填氧化膜進(jìn)行平面化處理，直到露出掩模層的上表面為止，以便在該槽區(qū)內(nèi)形成槽充填層。
2.如權(quán)利要求1所述的槽式隔離法，其中該復(fù)合膜通過相繼層疊第1和第2氧化膜來形成，該第1和第2氧化膜在剛淀積后具有相反的應(yīng)力特性。
3.如權(quán)利要求2所述的槽式隔離法，其中第1和第2氧化膜分別具有拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力特性。
4.如權(quán)利要求3所述的槽式隔離法，其中第1氧化膜由基于原硅酸四乙酯(TEOS)-O3的化學(xué)汽相淀積(CVD)氧化膜來形成。
5.如權(quán)利要求3所述的槽式隔離法，其中第2氧化膜由從下述的3種氧化膜之一來形成基于TEOS的等離子增強(qiáng)CVD(PECVD)氧化膜、基于SiH4的PECVD氧化膜和高密度等離子(HDP)氧化膜。
6.如權(quán)利要求2所述的槽式隔離法，其中第1和第2氧化膜分別具有壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)力特性。
7.如權(quán)利要求6所述的槽式隔離法，其中第1氧化膜由HDP氧化膜來形成。
8.如權(quán)利要求6所述的槽式隔離法，其中第2氧化膜由基于TEOS-O3的CVD氧化膜來形成。
9.如權(quán)利要求1所述的槽式隔離法，在形成槽充填氧化膜的步驟之前，還包括下述步驟在半導(dǎo)體襯底上形成露出半導(dǎo)體襯底的預(yù)定區(qū)域的掩模層；使用該掩模層作為刻蝕掩模對半導(dǎo)體襯底的已露出區(qū)域進(jìn)行干法刻蝕，使之達(dá)到預(yù)定的深度以形成槽區(qū)；和在該槽區(qū)的側(cè)壁和底表面上形成氧化膜。
10.如權(quán)利要求9所述的槽式隔離法，其中所述形成掩模層的步驟包括下述子步驟在半導(dǎo)體襯底上形成襯墊氧化膜；在襯墊氧化膜上形成氮化膜；和相繼地對氮化膜和襯墊氧化膜進(jìn)行圖形刻蝕。
11.如權(quán)利要求10所述的槽式隔離法，其中所述方法還包括在所述形成氮化膜步驟后在氮化膜上形成犧牲氧化膜的步驟，以及其中該掩模層通過相繼地對犧牲氧化膜、氮化膜和襯墊氧化膜進(jìn)行圖形刻蝕來形成。
12.如權(quán)利要求11所述的槽式隔離法，其中犧牲氧化膜通過熱氧化法來形成。
13.如權(quán)利要求9所述的槽式隔離法，其中通過熱氧化法在該槽區(qū)的側(cè)壁和底表面上形成氧化膜。
14.如權(quán)利要求1所述的槽式隔離法，其中所述對槽充填氧化膜進(jìn)行增密的步驟包括在1000℃至1200℃下對槽充填氧化膜進(jìn)行熱處理。
15.如權(quán)利要求1所述的槽式隔離法，其中所述對槽充填氧化膜進(jìn)行平面化處理的步驟通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)法來進(jìn)行。
16.如權(quán)利要求1所述的槽式隔離法，其中所述對槽充填氧化膜進(jìn)行平面化處理的步驟通過內(nèi)刻蝕法來進(jìn)行。
17.如權(quán)利要求1所述的槽式隔離法，還包括在所述形成槽充填層的步驟后使用濕法刻蝕法除去掩模層。
全文摘要
提供一種使用兩種類型的氧化膜的槽式隔離法。按照本方法,用兩種具有不同的應(yīng)力特性的相繼層疊的氧化膜的復(fù)合膜來充填半導(dǎo)體襯底中的槽。對槽充填復(fù)合氧化膜進(jìn)行增密處理。對槽充填復(fù)合氧化膜進(jìn)行平面化處理,直到露出掩模層的上表面為止。這樣就在該槽中形成槽充填層。
文檔編號H01L21/70GK1206935SQ9712640
公開日1999年2月3日 申請日期1997年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月25日
發(fā)明者樸文漢, 洪錫薰, 申裕均 申請人:三星電子株式會社