专利名称：在半导体基片上形成沟槽绝缘的方法
技术领域：
本发明涉及一种制造半导体装置的方法，更具体地说，本发明涉及一种用氮化物蚀刻掩模来形成沟槽绝缘的方法。
在集成电路工业领域，在半导体基片上形成绝缘装置的技术已成为很重要的一环。绝缘装置不合适将会产生漏电，这种漏电会使整个芯片消耗大量电能。而且，绝缘装置不合适还会瞬时或永久地损害电路功能。此外，绝缘装置不合适也会引起噪声容限降低、电压不稳或相互干扰。
传统的硅局部氧化工艺(LOCOS)被用来制作绝缘区，使集成电路上的有源器件区域之间形成横向绝缘。硅局部氧化结构通常由下述方法形成用已形成图形的氮化硅层与用来消除由氮化硅层引起应力的填塞氧化层一起，将有源区掩盖在下面，然后对绝缘区进行离子注入，接着，在局部区域生成厚的氧化物。
由于上述方法中，在氮化硅掩模下，对硅进行横向氧化，使得氧化区的边缘形状类似于鸟嘴形，而且，沟槽边掺杂剂横向扩散使得掺杂剂横向侵入有源器件区内，使实际沟槽的宽度小于所要求的沟槽宽度，因此，上述结构具有某些固有的缺点。当制造超大规模集成电路(VLSI)而使器件尺寸更小时，上述两种因素所造成的降低部分将会使情况变得更糟，它使阈值电压增大，并使电流驱动能力降低。
针对上述硅局部氧化绝缘结构的缺点，人们开发了用浅沟进行绝缘的技术。通常，浅沟绝缘技术包括下列步骤用低压化学气相淀积法(LPCVD)在半导体基片上淀积氮化硅层，所用流体为SiH2Cl2(二氯甲硅烷以下称为“DCS”)∶NH3=1∶10。将氮化硅层制成板图形，并且将半导体基片进行蚀刻，形成沟槽。在整个半导体基片上淀积沟槽填充绝缘层，然后进行高温退火处理，以便消除由蚀刻半导体基片和淀积绝缘层的步骤而带来的缺陷。
遗憾的是，在高温退火处理过程中，大约有大于1.3×1010达因/厘米2的氮化硅残余拉伸应力作用于半导体基片的有源区上，从而引起错位之类的缺陷产生。这种缺陷会降低栅氧化层的可靠性，并且会降低更新特性。
为了解决上述问题，人们将拉伸应力低的富含硅氮化层用来作沟槽形成过程中的蚀刻掩模。
然而，为了形成拉伸应力小于3×109达因/厘米2的富含硅氮化层层，流体比DCS∶NH3必须大于5∶1，图1表示氮化硅层的剩余拉伸应力与反应气体流量比DCS∶NH3之间的关系，如图1所示。在这种情况下，如果DCS的量大，则由于NH3与DCS的分解产物即HCl之间发生反应，而产生大量的、不希望有的颗粒状NH4Cl。
如果用SiH4代替DCS来作为硅源气体，则尽管不会产生HCl，但仍然存在下列某些问题。
首先，很难使晶片上氮化物层的均匀性降低程度低于5％。其次，由于晶片之间氮化物层均匀度不一致，因而每批能加工的晶片数量就会减小。最后，若要使每批一致，就必须增大反应室内的温度梯度，这样形成的氮化物层的特性就会有所不同，从而影响氮化物层的干、湿蚀刻率。
本发明提供了一种改进的在半导体装置上形成沟槽绝缘的方法，其中，用富含硅氮化层作沟槽形成掩模。本发明的关键特征是，用含有至少两种不同气体的混合气体作为硅源，通过低压化学气相淀积法(LPCVD)形成氮化硅层。
因此，本发明的目的是提供剩余拉伸应力大约小于3×109达因/厘米2的富含硅氮化层作沟槽形成掩模。
本发明的另一个目的是提供一种在半导体基片上形成沟槽绝缘的方法，它能够防止栅氧化层的可靠性降低。
本发明的又一个目的是提供一种在半导体基片上形成沟槽绝缘的方法，它能够减少晶片污染，并改善晶片上及每一批富含硅氮化层的均匀性。
对本领域的普通技术人员来说，阅读了本说明书的以下内容和附属的权利要求书，将会了解本发明的其它方式、目的和一些优点。
为了获得上述及其它优点，根据本发明的用途，其方法从提供半导体基片开始。用传统方法在半导体基片上形成填塞氧化层。用低压化学气相淀积法形成富含硅氮化物层。在这个步骤中，低压化学气相淀积时用含有富含硅氮化物DCS和SiH4的混合气体作为氮源，用NH3作为氮源。部分富含硅氮化物和填塞氧化层被蚀刻掉，形成蚀刻掩模。然后，利用所形成的蚀刻掩模对半导体基片进行蚀刻，形成沟槽。在沟道中淀积绝缘层，其厚度要足以能承受平面化处理工艺。然后以大约1150℃的温度进行高温退火，以便消除上述半导体蚀刻步骤和淀积绝缘层的步骤所产生的缺陷。对绝缘层进行平面化处理，由此形成沟槽绝缘。
在本发明的方式中，富含硅氮化物采用DCS和SiH4作为硅源，采用NH3作为氮源，其流量比为DCS∶NH3=1∶10,DCS∶SiH4=1∶0.1，形成富含硅氮化物层。这里，虽然流量比DCS∶NH3与传统的流量比相同，也为1∶10，但是，本方法不同于传统的方法，它在形成富含硅氮化物层的步骤中用SiH4作为辅助硅源。因此，本发明的优点在于用DCS和SiH4就能容易地形成富含硅氮化物层，而不必将流量比DCS∶NH3提高到大约5∶1，从而不会因DCS过量而分解，产生颗粒状的NH4Cl而给晶片造成污染。本发明的又一个优点是，不单独使用SiH4也能容易地形成富含硅氮化物层，如果单独使用SiH4作硅源，则虽然能够避免对晶片的污染，但是，晶片上及每一批的均匀性较差。
下面参照附图进行说明，由此，对本领域的普通技术人员来说，可以更清楚地理解本发明，本发明的目的将会更加明显，附图中图1是曲线图，表示现有技术的方法中，富含硅氮化物层的剩余拉伸应力与反应气体源量比DCS∶NH3之间的关系；图2是截面图，表示本发明的实施例的沟槽绝缘；以及图3是曲线图，表示栅氧化层的可靠性与氮化硅层的成分比之间的关系。
下面参照
本发明的最佳实施例。
图2中，示出了本发明最佳实施例的沟槽绝缘部分的截面图。首先，提供半导体基片10。在整个半导体基片10上形成填塞氧化层12，可以用传统的方法生成或淀积填塞氧化层，在整个填塞氧化层12上用低压化学气相淀积法形成富含硅氮化物层13，以便减小剩余拉伸应力，这种应力会降低栅氧化层的可靠性。在本发明的低压化学气相淀积法中采用含DCS和SiH4的混合气体作为硅源，用NH3作为氮源。这里，富含硅氮化物层13表示为SixNy(其中x和y为自然数，x等于或大于y)，例如Si4N4，即在其组成成分中，硅的含量均大于其它元素的含量。
通常，形成氮化硅层时流量比DCS∶NH3=1∶10。然而，为了形成氮化硅层，流量比DCS∶NH3必须大于5∶1。但是在这种情况下，由于DCS过量而产生分解的，形成不希望有的颗粒状NH4Cl，从而对硅晶片产生污染。为了防止这种污染，可以用SiH4代替DCS作硅源，但SiH4会引起晶片上和每一批的均匀性降低。
为了解决上述问题，本发明采用前面所述的DCS和SiH4作为硅源。这里，流量比DCS∶NH3=1∶10，与传统的形成氮化硅层的流量比相同，以避免DCS分解物的产生，但为了形成富含硅氮化物层，而加入少量的SiH4作为辅助硅源。这时，流量比DCS∶SiH4为1∶0.1。SiH4和DCS在反应室外混合后通过主注入器注入反应室内。此外，用辅助注入器将SiH4注入反应室内，以便改善晶片上富含硅氮化物层的均匀性。而且，为了改善晶片上富含硅氮化物层的均匀性，可以利用公知技术中的环状浮体或者也可以使晶片旋转。
因此，本发明通过用含DCS和SiH4的混合气体作硅源，就可以避免晶片污染以及晶片上和每一批的均匀性下降。
在形成富含硅氮化物层13后，在整个富含硅氮化物层13表面上形成高温氧化物(HTO)层14。按照预定的图形将高温氧化物层14、富含硅氮化物层13和填塞氧化层12依次蚀刻掉，从而形成沟槽图形掩模。然后利用该掩模蚀刻半导体基片10，形成沟槽18。其后，在沟槽18中淀积沟槽填充绝缘层20，其淀积厚度要足以使它能承受其后的平面化处理工艺。沟槽填充绝缘层20例如为未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)层。为了消除沟槽填充层20的接缝之类的缺陷，对它进行大约高于1150℃的高温退火处理。这时，富含硅氮化物层13的剩余拉伸应力大约为3×109达因/厘米2或更低。最后，对沟槽填充层20进行平面化处理，然后去除沟槽图形掩模，从而形成完整的沟槽绝缘。
根据本方法，在退火步骤中，富含硅氮化物层的剩余拉伸应力为大约3×109达因/厘米2或更低。因此，有源区错位之类的缺陷可以避免，并且能够避免对栅氧化层可靠性的影响。
图3是曲线图，表示栅氧化层的可靠性与氮化硅层的成分比之间的关系。
图3中，参考标号22代表成分比为Si3N4的氮化硅层或者硅含量大于氮含量的富含硅氮化物层，Y轴代表分布(％),X轴代表栅氧化层的击穿电荷即Qbd(C/cm2)。
参照图3，当分布为50％时，在富含硅氮化物层23的情况下栅氧化层具有0.6C/cm2(23a)，它大于在氮化硅层22的情况下的0.3C/cm2(22a)。
从上面的说明可以看出，根据本发明，用低压化学气相淀积法形成富含硅氮化物层，其中减小拉伸应力，用DCS和SiH4的混合气体作为硅源气体，从而防止了栅氧化层可靠性的降低，也防止了晶片的污染，而且还提高了晶片上及每批的均匀性。
尽管已经具体说明了本发明，并且对本发明的实施例进行了说明，但对于本领域的普通技术人员来说，很明显，可以在形式上和细节上作出各种变更，而不会超脱本发明的范围和精神。
权利要求
1．一种利用氮化物蚀刻掩模形成沟槽绝缘的方法，所述的方法包括下列步骤在半导体基片上形成填塞氧化层；以及用低压化学气相淀积法形成富含硅氮化物层，其中所述的低压化学气相淀积法中采用至少两种不同气体组成的混合气体作为硅源气体。
2．根据权利要求1所述的方法，其中所述的富含硅氮化物层表示为SixNy(其中x和y都是自然数，并且x等于或大于y)。
3．根据权利要求1所述的方法，其中所述的氮化硅层包括Si4N4。
4．根据权利要求1所述的方法，其中所述的混合气体包括DCS(二氯甲硅烷，SiH2Cl2)和SiH4，所述的低压化学气相淀积法中用NH3作为氮源气体。
5．根据权利要求4所述的方法，其中所述DCS和SiH4的流量比为1∶0.1。
6．根据权利要求4所述的方法，其中所述DCS和NH3的流量比为1∶10。
7．一种利用氮化物蚀刻掩模形成沟槽绝缘的方法，所述的方法包括下列步骤在半导体基片上形成填塞氧化层；在所述填塞氧化层上形成富含硅氮化物层，所述富含硅氮化物层中硅的含量分别大于其它元素的含量；去除部分所述的富含硅氮化物层和填塞氧化层，形成沟槽图形掩模；利用所述的掩模，对所述半导体基片的暴露部分进行蚀刻，形成沟槽；在所述的沟槽内淀积绝缘层；以及进行高温退火处理，以致于消除上述沟槽形成步骤和淀积绝缘层的步骤所产生的缺陷。
8．根据权利要求7所述的方法，其中所述的富含硅氮化物层是通过低压化学气相淀积法形成的。
9．根据权利要求7所述的方法，其中利用含有至少两种不同气体的硅源气体和氮源气体形成所述的富含硅氮化物层。
10．根据权利要求9所述的方法，其中所述的硅源气体包括DCS和SiH4，所述的氮源气体包括NH3。
11．根据权利要求10所述的方法，其中所述DCS和SiH4的流量比为1∶0.1。
12．根据权利要求10所述的方法，其中所述的NH3的流量比为1∶10。
13．根据权利要求7所述的方法，其中所述的退火步骤是以1150℃的温度进行的。
14．根据权利要求7所述的方法，其中所述富含硅氮化物层的剩余拉伸应力为3×109达因/厘米2或更低。
15．一种利用氮化物蚀刻掩模形成沟槽绝缘的方法，所述的方法包括下列步骤用低压化学气相淀积法(LPCVD)形成富含硅氮化物层，其中所述的低压化学气相淀积法中采用含有至少两种不同气体组成的硅源气体和氮源气体，所述的至少两种不同气体包括第一硅源气体和第二硅源气体，所述的第一硅源气体用来作为与所述氮源气体反应的反应气体，所述的第二硅源气体用来作为弥补硅源不足的辅助气体。
16．根据权利要求15所述的方法，其中所述的富含硅氮化物层表示为SixNy(其中，x和y都是自然数，并且x等于或大于y)。
17．根据权利要求15所述的方法，其中，所述的氮化硅层包括Si4N4。
18．根据权利要求15所述的方法，其中所述的氮源气体包括NH3。
19．根据权利要求15所述的方法，其中所述的第一硅源气体包括DCS，所述的第二硅源气体包括SiH4。
20．根据权利要求19所述的方法，其中，所述的DCS和SiH4的流量比为1∶0.1。
全文摘要
本发明公开了一种改进的形成沟槽绝缘的方法,其中,用低压化学气相淀积(LPCVD)工艺,以至少两种不同气体组成的混合气体作为硅源气体,形成富含硅氮化物层作为蚀刻半导体基片的掩模。这种改进的方法和富含硅氮化物层能防止栅氧化层的可靠性降低,并且晶片上及每一批都具有良好的均匀性。
文档编号H01L21/302GK1218987SQ9812447
公开日1999年6月9日 申请日期1998年11月9日 优先权日1997年11月11日
发明者黄錤铉, 金炳錤 申请人:三星电子株式会社