专利名称：包括两个氮化硅蚀刻步骤的填充隔离槽的双后撤方法
技术领域：
本发明涉及在半导体器件制造过程中氮化物衬底的后撤。
背景技术：
在目前半导体器件的制造过程中，通过后撤衬底氮化物，接着通过衬垫氧化来实现单个沟槽隔离(STI)角的角部圆化。氮化物衬垫后撤的量是在角部保护(需要大的后撤)和角部形状(较小的后撤，最好同衬垫氧化一起)之间的折衷。因此需要一种基本上同时优化角部保护和角部形状的方法。
发明内容
公开了一种填充隔离槽的方法，所述隔离槽向下穿过氮化硅层蚀刻到硅基底，该方法包括执行所述氮化物层离开所述沟槽的第一后撤，使得暴露所述沟槽的槽角以象期望的那样优化角的圆化；为所述沟槽提供氧化硅沟槽衬垫；执行所述氮化硅层离开所述沟槽的第二后撤，使得露出与所述槽角相邻的足够量的下面层，以利用随后的保护填充物有效地保护所述槽角；提供足够厚度的保护填充物来填充所述沟槽并覆盖与所述槽角相邻的所述基底。
在本发明的另一个方面，所述下面层包括将所述氮化硅层结合到所述基底的氧化硅层；在所述第一后撤过程中，沿所述氮化硅层对所述氧化硅层进行深蚀刻；在所述第二后撤过程中，基本上不蚀刻所述氧化硅层蚀刻。
在本发明的又一个方面，所述第一后撤是氢氟酸湿蚀刻。
在本发明的再一个方面，所述第二后撤是磷酸湿蚀刻。
在本发明的另一个方面，所述第二后撤从所述槽角深蚀刻所述氮化物层大约100埃。
在本发明的又一个方面，所述保护填充物是高密度等离子氧化硅填充物。
在本发明的再一个方面，所述保护填充物是TEOS填充物。
在本发明的又一个方面，所述沟槽衬垫是通过对所述沟槽壁的热氧化而设置的。
在本发明的再一个方面，所述热氧化是以优化角圆化的方式进行的。
公开了一种填充隔离槽的方法，所述隔离槽向下穿过氮化硅层和氧化层蚀刻到硅基底，所述氧化层将所述氮化物层结合到所述基底，该方法包括执行所述氮化物层和氧化物层离开所述沟槽的第一后撤，使得暴露所述沟槽的槽角，以象期望的那样优化角的圆化；为所述沟槽提供氧化硅沟槽衬垫；执行所述氮化硅层而不是所述氧化硅层离开所述沟槽的第二后撤，使得露出与所述槽角相邻的足够量的下面氧化硅层，以利用随后的保护填充物有效地保护所述槽角；提供足够厚度的所述保护填充物来填充所述沟槽并覆盖所述槽角相邻的所述基底。
在本发明的另一个方面，所述第一后撤是氢氟酸湿蚀刻。
在本发明的又一个方面，所述第二后撤是磷酸湿蚀刻。
在本发明的再一个方面，所述第二后撤从所述槽角深蚀刻所述氮化物层大约100埃。
在本发明的另一个方面，所述保护填充物是高密度等离子氧化硅填充物。
在本发明的又一个方面，所述保护填充物是TEOS填充物。
在本发明的再一个方面，所述沟槽衬垫是通过对所述沟槽壁的热氧化而设置的。
在本发明的又一个方面，所述热氧化是以优化角圆化的方式进行的。
公开了一种填充隔离槽的方法，所述隔离槽向下穿过氮化硅层和氧化层蚀刻到硅基底，所述氧化层将所述氮化物层结合到所述基底，该方法包括执行所述氮化物层和氧化物层离开所述沟槽的第一后撤，使得暴露所述沟槽的槽角，以象期望的那样优化角的圆化；通过对所述沟槽壁的热氧化为所述沟槽提供氧化硅沟槽衬垫；执行所述氮化硅层而不是所述氧化硅层离开所述沟槽的第二后撤，使得露出与所述槽角相邻的足够量的下面氧化硅层，以利用随后的保护填充物有效地保护所述槽角；提供足够厚度的所述保护填充物来填充所述沟槽并覆盖所述槽角相邻的所述基底；所述保护填充物的材料从高密度等离子氧化硅或TEOS中选取；将所述保护填充物向下磨平到所述氮化硅层的水平；并将不被所述保护填充物覆盖的所述氮化硅层和氧化硅层除去。
图1a到图1e显示了本发明的操作步骤。
图2a到图2d显示了现有技术的操作步骤。
具体实施例方式
参考图2a到图2d，对半导体技术中典型的隔离槽制备方法进行回顾是有意义的。
参考图2a，半导体晶片1包括在其上沉积有氧化硅层衬底3和氮化硅层衬底4的硅基底2。通过氧化物层3和氮化物层4向下直到基底2蚀刻沟槽5。氧化物层3用于修正在氮化硅层4和基底2之间热延系数的巨大差距。如下所述，氮化物衬底4用作为硅沟槽蚀刻的硬掩模和为其后的CMP处理的阻止层。
参考图2b，通过对有关硅的氧化物和氮化物的选择性RIE蚀刻，氧化物衬底3和氮化物衬底4从沟槽5后撤。这可以通过对硅的选择性湿蚀刻处理，例如HF/Hthylenglycol湿蚀刻来完成。
其目的是使氮化物从角部后撤距离D，该距离足够远以满足为随后的氧化露出隔离槽角5′，而又不会远到引起过度的后撤。过度的后撤意味着角会太尖，由此增加了设备栅极到基底2短路的危险。存在一个给出最佳圆角的最优量级的后撤。该最优量级依靠下面的衬垫氧化处理。
参考图2c，通过沟槽壁的热氧化提供了带有氧化物衬垫6的沟槽5。衬垫6越厚，角5′就会越圆，但是制造过程的时间消耗和能量消耗也越多。
参考图2d，将HDP氧化填充物7沉积在氮化物衬底4的顶部和沟槽内，随后通过CMP处理，使用氮化物作为CMP阻止物将HDP氧化物7抛光回氮化物衬底4的水平。接着，剥去氮化物和氧化物层。可以看到，只有来自图2b的后撤步骤的距离D的角5′由HDP氧化填充物保护起来。
如上所述，现有技术的方法需要在保护沟槽角5′和保留沟槽角5′的形状之间折衷。在这一点上，在本工艺中保护了角，但是在器件的进一步继续处理中，只要执行另一个氧化物蚀刻步骤，覆盖的HDP氧化物7就会更多地被除去。最终，当栅极氧化物增长时露出角。当栅极氧化物在尖锐的角上生长时，在尖锐的角上的电场和圆角相比要高。较高的电场会导致设备性能的降低。如图1a到1e所示的本发明的方法，提供了一种双后撤方法，通过同时允许角的保护和角的圆化从而消除了上面的折衷方式。
我们现在可以关注本发明的方法。
参考图1a，和在现有技术中一样，蚀刻隔离槽。
参考图1b，执行第一后撤，但是这里从沟槽5的后撤距离d要小于现有技术中。后撤量依据衬垫氧化的厚度而进行优化。所使用的化学处理需求和现有技术中的没有区别。此外，由于其高度依赖于所使用的衬垫氧化(特别是衬垫氧化的厚度)，所以这里不必采用固定的时间。对于最佳角部圆化的最适宜后撤量总是远小于对等于衬垫厚度的现有技术的后撤，因此d＜D，或者甚至d＜＜D参考图1c，通过对暴露的硅的热氧化提供氧化物衬垫6。
参考图1d，执行第二后撤，将氧化物和氮化物层从沟槽中蚀刻掉，到达这样的程度，即足以暴露与槽角5′相邻基底2的区域2′。由于该第二后撤会蚀刻局部的氮化物衬底4到氧化物衬底3，所以该第二后撤采用和第一后撤不同的化学处理。
对氮化硅优选蚀刻包括磷酸(H3PO4)和氢氧化钠(NaOH)无向性湿蚀刻，对于氧化硅、有机聚合物、多晶硅、硅和金属选择上述蚀刻。通过在一定温度下将晶片浸入NaOH或H3PO4的水溶液中，对氢氧化钠进行蚀刻，温度一般是80℃或更高，最好是100℃或更高，对于磷酸蚀刻，温度一般是150℃或更高，最好是180℃或更高。
当进行磷酸蚀刻时，最好以加热回流维持溶液中蚀刻剂的浓度。已经发现回流、沸腾在180℃的磷酸对氮化硅膜可提供每分钟100的蚀刻率。沉积的氧化硅具有每分钟大约10的蚀刻率(依赖于温度和制备的每分钟0-25的范围)。单晶硅具有大约每分钟3的蚀刻率。从140-200℃，蚀刻率随温度增长。磷酸的含水量在氮化硅和氧化硅的蚀刻中扮演着重要的角色。在恒温下，水的增加会使氮化硅的蚀刻率增加，而使氧化硅的蚀刻率下降。在市场上可以得到特别为磷酸加热回流设计的一些化学浴加热回流系统，例如由俄亥俄的Streetsboro的Lufran公司以NITRAN商标出售的那些系统。
典型的第二后撤可以大约为100埃。因为后撤是从各个方向去除氮化物，所以氮化物层4由于后撤而被削薄。存在能够保留怎样薄的氮化物衬底的限制。该限制依赖于其中氮化物衬底作为阻止层使用的CMP处理。另一个限制是由以下事实给出的，即后撤越多，由HDP氧化物7覆盖的活性区域越大，因此器件活性区域就丢失了。
参考图1e，接着用一种保护填充物填充沟槽，即HDP氧化物7或TEOS填充物。其次，如在现有技术中那样，通过CMP将这种保护填充物向下抛光到氮化物4的水平上，氮化物层4接着会被剥去。要说明的是，本发明并不限于HDP氧化物填充物，还可以使用任何填充材料，例如TEOS。要注意氧化物衬底层3是怎样辅助对角5′进行保护的。
HDP-CVD氧化硅膜通常会在存在电磁波辐射和惰性气体例如氩气(Ar)或氦气(He)的情况下由硅烷(SiH4)和氧气(O2)反应生成。
可以看出，本发明的方法允许在半导体器件制造中形成期望的最佳圆角，同时还允许用户通过在角上提供更大量重叠的HDP填充物以及为HDP氧化物提供更大的填充开口向角提供更多的氧化物保护，由此实现具有可能更小内部空腔的更好的填充。因此，消除了现有技术在最优角圆和角的保护之间进行的折衷。
一般，反应压力会相当低，通常低于10m torr(托)，并且通常会在磁控管溅射环境中操作。这这种条件下，被沉积的薄膜会开始在包括接触孔和沟槽的侧壁和底部的晶片的整个表面上相似地覆盖。在常规CVD处理下，会造成在沟槽和孔边缘的悬垂并最终在顶部密封，从而在其中留下空腔。但是，在HDP沉积中，在高能等离子状态中的惰性气体和反应物的激发造成即使在其沉积过程中，沉积材料也会连续溅射出来。这导致沉积材料性能类似流体并且以平面而不是共形方式沉积于沟槽和孔中，由此避免了任何空腔的形成。
HDP-CVD反应器通常利用辉光放电来产生能量足够导致在正在沉积的材料中溅射的离子。辉光放电是由一种直流二极管型系统或射频二极管型系统中的任何一种或者两者产生的一种自维持等离子。将例如氩气的一种惰性气体引入一对电极之间，其具有足够强的电场使得反应物和惰性气体电离为等离子状态。因为与直流二极管系统相比可以在相当低的压力下操作并且提供较高的沉积率，所以优选射频二极管系统。优选的射频二极管系统会配备有磁控管源用于帮助限制接近晶片表面的电极。商业上流行的系统包括由Applied Materials以商标“Centura”出售的那些系统。
将会理解的是，在这里公开的所有物理量，除非另外明确地指出，否则都不是解释为完全等于所公开的量，而是大约等于所公开的量。此外，仅仅缺少例如“大约”或类似限定词，不管这样的限定词是否在这里用于相关的任何其它物理量，都不能明确解释为任一这样公开的物理量是精确量。
虽然已经展示和介绍了优选实施例，但是在不脱离本发明的主旨和范围的情况下可以作出各种修改和替换。因此，可以理解为本发明只是以说明性的方法进行了描述，并且这里已经公开的说明和实施例不能解释为对权利要求的限制。
权利要求
1.一种填充隔离槽的方法，所述隔离槽向下穿过氮化硅层蚀刻到硅基底，所述方法包括执行所述氮化物层离开所述沟槽的第一后撤，使得暴露所述沟槽的槽角以象期望的那样优化角的圆化；为所述沟槽提供氧化硅沟槽衬垫；执行所述氮化硅层离开所述沟槽的第二后撤，使得露出与所述槽角相邻的足够量的下面层，以利用随后的保护填充物有效地保护所述槽角；提供足够厚度的所述保护填充物来填充所述沟槽并覆盖与所述槽角相邻的所述基底。
2.根据权利要求2的方法，其中所述下面层包括把所述氮化硅层结合到所述基底的氧化硅层；在所述第一后撤过程中，沿所述氮化硅层对所述氧化硅层进行深蚀刻；在所述第二后撤过程中，基本上不蚀刻所述氧化硅层蚀刻。
3.根据权利要求2的方法，其中所述第一后撤是氢氟酸湿蚀刻。
4.根据权利要求2的方法，其中所述第二后撤是磷酸湿蚀刻。
5.根据权利要求1的方法，其中所述第二后撤从所述槽角深蚀刻所述氮化物层大约100埃。
6.根据权利要求1的方法，其中所述保护填充物是高密度等离子氧化硅填充物。
7.根据权利要求1的方法，其中所述保护填充物是TEOS填充物。
8.根据权利要求1的方法，其中所述沟槽衬垫是通过对所述沟槽壁的热氧化而设置的。
9.根据权利要求8的方法，其中所述热氧化是以优化角圆化的方式进行的。
10.一种填充隔离槽的方法，所述隔离槽向下穿过氮化硅层和氧化层蚀刻到硅基底，所述氧化层将所述氮化物层结合到所述基底，该方法包括执行所述氮化物层和氧化物层离开所述沟槽的第一后撤，使得暴露所述沟槽的槽角，以象期望的那样优化角的圆化；为所述沟槽提供氧化硅沟槽衬垫；执行所述氮化硅层而不是所述氧化硅层离开所述沟槽的第二后撤，使得露出与所述槽角相邻的足够量的下面氧化硅层，以利用随后的保护填充物有效地保护所述槽角；提供足够厚度的所述保护填充物来填充所述沟槽并覆盖与所述槽角相邻的所述基底。
11.根据权利要求10的方法，其中所述第一后撤是氢氟酸湿蚀刻。
12.根据权利要求10的方法，其中所述第二后撤是磷酸湿蚀刻。
13.根据权利要求10的方法，其中所述第二后撤从所述槽角深蚀刻所述氮化物层大约100埃。
14.根据权利要求10的方法，其中所述保护填充物是高密度等离子氧化硅填充物。
15.根据权利要求10的方法，其中所述保护填充物是一种TEOS填充物。
16.根据权利要求10的方法，其中所述沟槽衬垫是通过对所述沟槽壁的热氧化而设置的。
17.根据权利要求16的方法，其中所述热氧化是以优化角圆化的方式进行的。
18.一种填充隔离槽的方法，所述隔离槽向下穿过氮化硅层和氧化层蚀刻到硅基底，所述氧化层将所述氮化物层结合到所述基底，该方法包括执行所述氮化物层和氧化物层离开所述沟槽的第一后撤，使得暴露所述沟槽的槽角，以象期望的那样优化角的圆化；通过对所述沟槽壁的热氧化为所述沟槽提供氧化硅沟槽衬垫；执行所述氮化硅层而不是所述氧化硅层离开所述沟槽的第二后撤，使得露出与所述槽角相邻的足够量的下面氧化硅层，以利用随后的保护填充物有效地保护所述槽角；提供足够厚度的所述保护填充物来填充所述沟槽并覆盖所述槽角相邻的所述基底；所述保护填充物的材料从高密度等离子氧化硅或TEOS中选取；将所述保护填充物向下磨平到所述氮化硅层的水平；并将不被所述保护填充物覆盖的所述氮化硅层和氧化硅层除去。
全文摘要
公开了一种填充隔离槽的方法，所述隔离槽向下穿过氮化硅层蚀刻到硅基底，该方法包括执行所述氮化物层离开所述沟槽的第一后撤，使得暴露所述沟槽的槽角以象期望的那样优化角的圆化；为所述沟槽提供一氧化硅沟槽衬垫；执行所述氮化硅层离开所述沟槽的第二后撤，使得露出与所述槽角相邻的足够量的下面层，以利用随后的保护填充物有效地保护所述槽角；提供足够厚度的保护填充物来填充所述沟槽并覆盖所述槽角相邻的所述基底。
文档编号H01L21/02GK1739195SQ03801959
公开日2006年2月22日 申请日期2003年1月3日 优先权日2002年1月4日
发明者安德列亚斯·冯埃伦瓦尔 申请人:印芬龙科技股份有限公司