專利名稱：在半導(dǎo)體基片上形成溝槽絕緣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種用氮化物蝕刻掩模來形成溝槽絕緣的方法。
在集成電路工業(yè)領(lǐng)域，在半導(dǎo)體基片上形成絕緣裝置的技術(shù)已成為很重要的一環(huán)。絕緣裝置不合適將會產(chǎn)生漏電，這種漏電會使整個芯片消耗大量電能。而且，絕緣裝置不合適還會瞬時或永久地?fù)p害電路功能。此外，絕緣裝置不合適也會引起噪聲容限降低、電壓不穩(wěn)或相互干擾。
傳統(tǒng)的硅局部氧化工藝(LOCOS)被用來制作絕緣區(qū)，使集成電路上的有源器件區(qū)域之間形成橫向絕緣。硅局部氧化結(jié)構(gòu)通常由下述方法形成用已形成圖形的氮化硅層與用來消除由氮化硅層引起應(yīng)力的填塞氧化層一起，將有源區(qū)掩蓋在下面，然后對絕緣區(qū)進(jìn)行離子注入，接著，在局部區(qū)域生成厚的氧化物。
由于上述方法中，在氮化硅掩模下，對硅進(jìn)行橫向氧化，使得氧化區(qū)的邊緣形狀類似于鳥嘴形，而且，溝槽邊摻雜劑橫向擴(kuò)散使得摻雜劑橫向侵入有源器件區(qū)內(nèi)，使實際溝槽的寬度小于所要求的溝槽寬度，因此，上述結(jié)構(gòu)具有某些固有的缺點。當(dāng)制造超大規(guī)模集成電路(VLSI)而使器件尺寸更小時，上述兩種因素所造成的降低部分將會使情況變得更糟，它使閾值電壓增大，并使電流驅(qū)動能力降低。
針對上述硅局部氧化絕緣結(jié)構(gòu)的缺點，人們開發(fā)了用淺溝進(jìn)行絕緣的技術(shù)。通常，淺溝絕緣技術(shù)包括下列步驟用低壓化學(xué)氣相淀積法(LPCVD)在半導(dǎo)體基片上淀積氮化硅層，所用流體為SiH2Cl2(二氯甲硅烷以下稱為“DCS”)∶NH3=1∶10。將氮化硅層制成板圖形，并且將半導(dǎo)體基片進(jìn)行蝕刻，形成溝槽。在整個半導(dǎo)體基片上淀積溝槽填充絕緣層，然后進(jìn)行高溫退火處理，以便消除由蝕刻半導(dǎo)體基片和淀積絕緣層的步驟而帶來的缺陷。
遺憾的是，在高溫退火處理過程中，大約有大于1.3×1010達(dá)因/厘米2的氮化硅殘余拉伸應(yīng)力作用于半導(dǎo)體基片的有源區(qū)上，從而引起錯位之類的缺陷產(chǎn)生。這種缺陷會降低柵氧化層的可靠性，并且會降低更新特性。
為了解決上述問題，人們將拉伸應(yīng)力低的富含硅氮化層用來作溝槽形成過程中的蝕刻掩模。
然而，為了形成拉伸應(yīng)力小于3×109達(dá)因/厘米2的富含硅氮化層層，流體比DCS∶NH3必須大于5∶1，圖1表示氮化硅層的剩余拉伸應(yīng)力與反應(yīng)氣體流量比DCS∶NH3之間的關(guān)系，如圖1所示。在這種情況下，如果DCS的量大，則由于NH3與DCS的分解產(chǎn)物即HCl之間發(fā)生反應(yīng)，而產(chǎn)生大量的、不希望有的顆粒狀NH4Cl。
如果用SiH4代替DCS來作為硅源氣體，則盡管不會產(chǎn)生HCl，但仍然存在下列某些問題。
首先，很難使晶片上氮化物層的均勻性降低程度低于5％。其次，由于晶片之間氮化物層均勻度不一致，因而每批能加工的晶片數(shù)量就會減小。最后，若要使每批一致，就必須增大反應(yīng)室內(nèi)的溫度梯度，這樣形成的氮化物層的特性就會有所不同，從而影響氮化物層的干、濕蝕刻率。
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的在半導(dǎo)體裝置上形成溝槽絕緣的方法，其中，用富含硅氮化層作溝槽形成掩模。本發(fā)明的關(guān)鍵特征是，用含有至少兩種不同氣體的混合氣體作為硅源，通過低壓化學(xué)氣相淀積法(LPCVD)形成氮化硅層。
因此，本發(fā)明的目的是提供剩余拉伸應(yīng)力大約小于3×109達(dá)因/厘米2的富含硅氮化層作溝槽形成掩模。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種在半導(dǎo)體基片上形成溝槽絕緣的方法，它能夠防止柵氧化層的可靠性降低。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種在半導(dǎo)體基片上形成溝槽絕緣的方法，它能夠減少晶片污染，并改善晶片上及每一批富含硅氮化層的均勻性。
對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，閱讀了本說明書的以下內(nèi)容和附屬的權(quán)利要求書，將會了解本發(fā)明的其它方式、目的和一些優(yōu)點。
為了獲得上述及其它優(yōu)點，根據(jù)本發(fā)明的用途，其方法從提供半導(dǎo)體基片開始。用傳統(tǒng)方法在半導(dǎo)體基片上形成填塞氧化層。用低壓化學(xué)氣相淀積法形成富含硅氮化物層。在這個步驟中，低壓化學(xué)氣相淀積時用含有富含硅氮化物DCS和SiH4的混合氣體作為氮源，用NH3作為氮源。部分富含硅氮化物和填塞氧化層被蝕刻掉，形成蝕刻掩模。然后，利用所形成的蝕刻掩模對半導(dǎo)體基片進(jìn)行蝕刻，形成溝槽。在溝道中淀積絕緣層，其厚度要足以能承受平面化處理工藝。然后以大約1150℃的溫度進(jìn)行高溫退火，以便消除上述半導(dǎo)體蝕刻步驟和淀積絕緣層的步驟所產(chǎn)生的缺陷。對絕緣層進(jìn)行平面化處理，由此形成溝槽絕緣。
在本發(fā)明的方式中，富含硅氮化物采用DCS和SiH4作為硅源，采用NH3作為氮源，其流量比為DCS∶NH3=1∶10,DCS∶SiH4=1∶0.1，形成富含硅氮化物層。這里，雖然流量比DCS∶NH3與傳統(tǒng)的流量比相同，也為1∶10，但是，本方法不同于傳統(tǒng)的方法，它在形成富含硅氮化物層的步驟中用SiH4作為輔助硅源。因此，本發(fā)明的優(yōu)點在于用DCS和SiH4就能容易地形成富含硅氮化物層，而不必將流量比DCS∶NH3提高到大約5∶1，從而不會因DCS過量而分解，產(chǎn)生顆粒狀的NH4Cl而給晶片造成污染。本發(fā)明的又一個優(yōu)點是，不單獨使用SiH4也能容易地形成富含硅氮化物層，如果單獨使用SiH4作硅源，則雖然能夠避免對晶片的污染，但是，晶片上及每一批的均勻性較差。
下面參照附圖進(jìn)行說明，由此，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以更清楚地理解本發(fā)明，本發(fā)明的目的將會更加明顯，附圖中圖1是曲線圖，表示現(xiàn)有技術(shù)的方法中，富含硅氮化物層的剩余拉伸應(yīng)力與反應(yīng)氣體源量比DCS∶NH3之間的關(guān)系；圖2是截面圖，表示本發(fā)明的實施例的溝槽絕緣；以及圖3是曲線圖，表示柵氧化層的可靠性與氮化硅層的成分比之間的關(guān)系。
下面參照


本發(fā)明的最佳實施例。
圖2中，示出了本發(fā)明最佳實施例的溝槽絕緣部分的截面圖。首先，提供半導(dǎo)體基片10。在整個半導(dǎo)體基片10上形成填塞氧化層12，可以用傳統(tǒng)的方法生成或淀積填塞氧化層，在整個填塞氧化層12上用低壓化學(xué)氣相淀積法形成富含硅氮化物層13，以便減小剩余拉伸應(yīng)力，這種應(yīng)力會降低柵氧化層的可靠性。在本發(fā)明的低壓化學(xué)氣相淀積法中采用含DCS和SiH4的混合氣體作為硅源，用NH3作為氮源。這里，富含硅氮化物層13表示為SixNy(其中x和y為自然數(shù)，x等于或大于y)，例如Si4N4，即在其組成成分中，硅的含量均大于其它元素的含量。
通常，形成氮化硅層時流量比DCS∶NH3=1∶10。然而，為了形成氮化硅層，流量比DCS∶NH3必須大于5∶1。但是在這種情況下，由于DCS過量而產(chǎn)生分解的，形成不希望有的顆粒狀NH4Cl，從而對硅晶片產(chǎn)生污染。為了防止這種污染，可以用SiH4代替DCS作硅源，但SiH4會引起晶片上和每一批的均勻性降低。
為了解決上述問題，本發(fā)明采用前面所述的DCS和SiH4作為硅源。這里，流量比DCS∶NH3=1∶10，與傳統(tǒng)的形成氮化硅層的流量比相同，以避免DCS分解物的產(chǎn)生，但為了形成富含硅氮化物層，而加入少量的SiH4作為輔助硅源。這時，流量比DCS∶SiH4為1∶0.1。SiH4和DCS在反應(yīng)室外混合后通過主注入器注入反應(yīng)室內(nèi)。此外，用輔助注入器將SiH4注入反應(yīng)室內(nèi)，以便改善晶片上富含硅氮化物層的均勻性。而且，為了改善晶片上富含硅氮化物層的均勻性，可以利用公知技術(shù)中的環(huán)狀浮體或者也可以使晶片旋轉(zhuǎn)。
因此，本發(fā)明通過用含DCS和SiH4的混合氣體作硅源，就可以避免晶片污染以及晶片上和每一批的均勻性下降。
在形成富含硅氮化物層13后，在整個富含硅氮化物層13表面上形成高溫氧化物(HTO)層14。按照預(yù)定的圖形將高溫氧化物層14、富含硅氮化物層13和填塞氧化層12依次蝕刻掉，從而形成溝槽圖形掩模。然后利用該掩模蝕刻半導(dǎo)體基片10，形成溝槽18。其后，在溝槽18中淀積溝槽填充絕緣層20，其淀積厚度要足以使它能承受其后的平面化處理工藝。溝槽填充絕緣層20例如為未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)層。為了消除溝槽填充層20的接縫之類的缺陷，對它進(jìn)行大約高于1150℃的高溫退火處理。這時，富含硅氮化物層13的剩余拉伸應(yīng)力大約為3×109達(dá)因/厘米2或更低。最后，對溝槽填充層20進(jìn)行平面化處理，然后去除溝槽圖形掩模，從而形成完整的溝槽絕緣。
根據(jù)本方法，在退火步驟中，富含硅氮化物層的剩余拉伸應(yīng)力為大約3×109達(dá)因/厘米2或更低。因此，有源區(qū)錯位之類的缺陷可以避免，并且能夠避免對柵氧化層可靠性的影響。
圖3是曲線圖，表示柵氧化層的可靠性與氮化硅層的成分比之間的關(guān)系。
圖3中，參考標(biāo)號22代表成分比為Si3N4的氮化硅層或者硅含量大于氮含量的富含硅氮化物層，Y軸代表分布(％),X軸代表柵氧化層的擊穿電荷即Qbd(C/cm2)。
參照圖3，當(dāng)分布為50％時，在富含硅氮化物層23的情況下柵氧化層具有0.6C/cm2(23a)，它大于在氮化硅層22的情況下的0.3C/cm2(22a)。
從上面的說明可以看出，根據(jù)本發(fā)明，用低壓化學(xué)氣相淀積法形成富含硅氮化物層，其中減小拉伸應(yīng)力，用DCS和SiH4的混合氣體作為硅源氣體，從而防止了柵氧化層可靠性的降低，也防止了晶片的污染，而且還提高了晶片上及每批的均勻性。
盡管已經(jīng)具體說明了本發(fā)明，并且對本發(fā)明的實施例進(jìn)行了說明，但對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，很明顯，可以在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變更，而不會超脫本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1．一種利用氮化物蝕刻掩模形成溝槽絕緣的方法，所述的方法包括下列步驟在半導(dǎo)體基片上形成填塞氧化層；以及用低壓化學(xué)氣相淀積法形成富含硅氮化物層，其中所述的低壓化學(xué)氣相淀積法中采用至少兩種不同氣體組成的混合氣體作為硅源氣體。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的富含硅氮化物層表示為SixNy(其中x和y都是自然數(shù)，并且x等于或大于y)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的氮化硅層包括Si4N4。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的混合氣體包括DCS(二氯甲硅烷，SiH2Cl2)和SiH4，所述的低壓化學(xué)氣相淀積法中用NH3作為氮源氣體。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述DCS和SiH4的流量比為1∶0.1。
6．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述DCS和NH3的流量比為1∶10。
7．一種利用氮化物蝕刻掩模形成溝槽絕緣的方法，所述的方法包括下列步驟在半導(dǎo)體基片上形成填塞氧化層；在所述填塞氧化層上形成富含硅氮化物層，所述富含硅氮化物層中硅的含量分別大于其它元素的含量；去除部分所述的富含硅氮化物層和填塞氧化層，形成溝槽圖形掩模；利用所述的掩模，對所述半導(dǎo)體基片的暴露部分進(jìn)行蝕刻，形成溝槽；在所述的溝槽內(nèi)淀積絕緣層；以及進(jìn)行高溫退火處理，以致于消除上述溝槽形成步驟和淀積絕緣層的步驟所產(chǎn)生的缺陷。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述的富含硅氮化物層是通過低壓化學(xué)氣相淀積法形成的。
9．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中利用含有至少兩種不同氣體的硅源氣體和氮源氣體形成所述的富含硅氮化物層。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述的硅源氣體包括DCS和SiH4，所述的氮源氣體包括NH3。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述DCS和SiH4的流量比為1∶0.1。
12．根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述的NH3的流量比為1∶10。
13．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述的退火步驟是以1150℃的溫度進(jìn)行的。
14．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述富含硅氮化物層的剩余拉伸應(yīng)力為3×109達(dá)因/厘米2或更低。
15．一種利用氮化物蝕刻掩模形成溝槽絕緣的方法，所述的方法包括下列步驟用低壓化學(xué)氣相淀積法(LPCVD)形成富含硅氮化物層，其中所述的低壓化學(xué)氣相淀積法中采用含有至少兩種不同氣體組成的硅源氣體和氮源氣體，所述的至少兩種不同氣體包括第一硅源氣體和第二硅源氣體，所述的第一硅源氣體用來作為與所述氮源氣體反應(yīng)的反應(yīng)氣體，所述的第二硅源氣體用來作為彌補硅源不足的輔助氣體。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述的富含硅氮化物層表示為SixNy(其中，x和y都是自然數(shù)，并且x等于或大于y)。
17．根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述的氮化硅層包括Si4N4。
18．根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述的氮源氣體包括NH3。
19．根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述的第一硅源氣體包括DCS，所述的第二硅源氣體包括SiH4。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述的DCS和SiH4的流量比為1∶0.1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進(jìn)的形成溝槽絕緣的方法,其中,用低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)工藝,以至少兩種不同氣體組成的混合氣體作為硅源氣體,形成富含硅氮化物層作為蝕刻半導(dǎo)體基片的掩模。這種改進(jìn)的方法和富含硅氮化物層能防止柵氧化層的可靠性降低,并且晶片上及每一批都具有良好的均勻性。
文檔編號H01L21/302GK1218987SQ9812447
公開日1999年6月9日 申請日期1998年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月11日
發(fā)明者黃錤鉉, 金炳錤 申請人:三星電子株式會社