專(zhuān)利名稱：形成半導(dǎo)體器件的隔離膜的方法
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，更加特別地涉及在半導(dǎo)體器件中形成隔離膜的方法，用其在要絕緣的部分使用電化學(xué)蝕刻形成多孔硅，然后使用熱氧化工藝氧化多孔硅，從而形成隔離膜。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件通常使用淺溝槽隔離(以下稱作“STI”)工藝作為隔離工藝。由于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的更高集成度，單元的尺寸減小，有源區(qū)和隔離區(qū)域使用淺溝槽隔離膜界定。
現(xiàn)在將說(shuō)明形成淺溝槽隔離膜的工藝。在半導(dǎo)體襯底上形成襯墊氧化膜和襯墊氮化膜。然后形成界定隔離區(qū)域的光致抗蝕劑圖案。接著，使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻襯墊氮化膜、襯墊氧化膜和半導(dǎo)體襯底，由此在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成溝槽。
沉積高密度等離子體(HDP)氧化膜以掩埋溝槽。此時(shí)，HDP氧化膜的沉積厚度足以在掩埋溝槽的同時(shí)沉積襯墊氮化膜的頂部表面。此后，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝拋光HDP氧化膜。實(shí)施CMP工藝直到暴露襯墊氮化膜。然后移除襯墊氮化膜。接著，實(shí)施離子注入工藝以形成良好結(jié)并控制閾值電壓。然后移除襯墊氧化膜。
但是，上述方法的缺點(diǎn)在于，由于溝槽距離的收縮，使得使用等離子體形成該溝槽的蝕刻工藝較難，當(dāng)HDP氧化膜填滿間隙時(shí)，溝槽的入口部分會(huì)產(chǎn)生懸垂，因此，溝槽內(nèi)會(huì)產(chǎn)生縫隙或空洞，并且在HDP氧化膜填滿間隙的溝槽中產(chǎn)生空洞可能會(huì)降低半導(dǎo)體器件的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明意圖主要在于排除因現(xiàn)有技術(shù)的限制與缺點(diǎn)所導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明的目標(biāo)為，提供一種在半導(dǎo)體器件中形成隔離膜的方法，通過(guò)該方法在要絕緣的部分使用電化學(xué)蝕刻形成多孔硅，然后使用熱氧化工藝氧化多孔硅以形成隔離膜。
本發(fā)明的其它好處、目的及特征將部分在以下的說(shuō)明中提出，而部分地可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在檢驗(yàn)以下內(nèi)容后更加了解，或可由實(shí)施本發(fā)明來(lái)學(xué)習(xí)到。本發(fā)明的目的及其它好處可由下文中的說(shuō)明及權(quán)利要求，以及附圖所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)及獲得。
為實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的意圖的目標(biāo)及其它優(yōu)點(diǎn)(如本文所體現(xiàn)及廣泛說(shuō)明地)，根據(jù)本發(fā)明的一種在半導(dǎo)體器件中形成隔離膜的方法的特征為，其包括如下步驟在硅襯底上順序形成襯墊氧化膜和襯墊氮化膜；在襯墊氮化膜上形成透過(guò)其開(kāi)放隔離區(qū)域的光致抗蝕劑圖案；使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻襯墊氮化膜和襯墊氧化膜，由此暴露隔離區(qū)域的硅襯底；實(shí)施電化學(xué)蝕刻工藝以在暴露的隔離區(qū)域的硅襯底中形成多孔硅；移除光致抗蝕劑圖案；以及，實(shí)施熱氧化工藝以氧化多孔硅，藉此在隔離區(qū)域形成氧化膜。
電化學(xué)蝕刻工藝在工作單元中利用硅解離反應(yīng)實(shí)施，其設(shè)計(jì)為向作為工作電極的硅襯底的背面施加電壓，其中設(shè)計(jì)配對(duì)電極和參考電極，使其浸入電解液并保持既定距離并在頂部安裝用于向工作電極照射紫外線的紫外線源。鉑電極可用作配對(duì)電極。氫標(biāo)準(zhǔn)電極可用作參考電極。電解液可使用按既定比率混合的HF和乙醇的溶液。本發(fā)明還包括向電解液加入惰性氣體的步驟，以便防止在硅解離反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣妨礙硅解離反應(yīng)。電壓為1.5V至8V。
熱氧化工藝在O2與H2環(huán)境下在700至900℃的溫度范圍內(nèi)使用濕氧化模式實(shí)施。
在本發(fā)明的另一方面中，應(yīng)當(dāng)明白，上述對(duì)本發(fā)明的一般性說(shuō)明及以下的詳細(xì)說(shuō)明為范例性及說(shuō)明性，其要提供如權(quán)利要求的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。


參考以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，更能明了本發(fā)明的上述及其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)，其中圖1說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例實(shí)施電化學(xué)蝕刻工藝的工作單元；圖2至圖5說(shuō)明半導(dǎo)體器件，用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例通過(guò)電化學(xué)蝕刻形成多孔硅然后熱氧化該多孔硅以形成隔離膜的方法；以及圖6為SEM(掃描電子顯微鏡)照片，顯示通過(guò)電化學(xué)蝕刻在硅襯底中形成的孔隙。
其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下100硅襯底 102襯墊氧化膜104襯墊氮化膜 106光致抗蝕劑圖案110多孔硅 112隔離膜120工作單元 130配對(duì)電極140參考電極 150紫外線源160電解液具體實(shí)施方式
現(xiàn)在，將詳細(xì)介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中的示例在附圖中示出，附圖中的相同附圖標(biāo)記代表相同或類(lèi)似的部分。
本發(fā)明涉及一種通過(guò)電化學(xué)蝕刻工藝形成孔隙以形成隔離膜的方法。隔離膜可通過(guò)在要絕緣的部分使用電化學(xué)蝕刻工藝形成多孔硅，然后使用熱氧化工藝氧化多孔硅而形成。
圖1說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例用于實(shí)施電化學(xué)蝕刻工藝的工作單元。圖2至圖5說(shuō)明半導(dǎo)體器件，其用于解釋根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)電化學(xué)蝕刻形成多孔硅，然后熱氧化該多孔硅形成隔離膜的方法。圖6為掃描電子顯微鏡(SEM)照片，顯示通過(guò)電化學(xué)蝕刻在硅襯底中形成的孔隙，其示出圖4中的“A”部分。
參考圖1，用于實(shí)施電化學(xué)蝕刻工藝以形成孔隙的工作單元120設(shè)計(jì)為向?qū)⒈挥米鞴ぷ麟姌O的晶片(W)的背面施加電壓(V)。設(shè)計(jì)配對(duì)電極130和參考電極140，使其浸入電解液160中并保持既定距離。此外，紫外線源150位于工作單元120上，使等紫外線152可照射在工作電極上。施加于工作電極(即晶片(W))的電壓(V)約為1.5V至8V。
參考圖2，在硅襯底100上順序形成襯墊氧化膜102和襯墊氮化膜104。襯墊氧化膜102形成厚度約為50至1000，而襯墊氮化膜104形成厚度約為500至1500。界定隔離區(qū)域的光致抗蝕劑圖案106形成于襯墊氮化膜104上。
參考圖3，使用光致抗蝕劑圖案106作為蝕刻掩模蝕刻襯墊氮化膜104和襯墊氧化膜102，藉此暴露將形成隔離區(qū)域的部分處的硅襯底100。如上制備的晶片(W)安裝于工作單元120上，然后使之經(jīng)歷電化學(xué)蝕刻工藝。
轉(zhuǎn)到圖1和圖4，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的形成隔離膜的方法采用通過(guò)電化學(xué)蝕刻工藝的孔隙形成。形成孔隙的工藝使用混合49％HF和乙醇的溶液成的電解液160實(shí)施，同時(shí)利用紫外線源150照射既定波長(zhǎng)的紫外線152。電化學(xué)蝕刻工藝中使用的工作電極為硅晶片(W)，氫標(biāo)準(zhǔn)電極(hydrogenstandard electrode)用作參考電極140，而鉑電極用作配對(duì)電極130。硅解離反應(yīng)所需的反應(yīng)活化能通過(guò)施加電壓(V)提供，藉此硅可解離至工作電極。為防止在硅解離反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣妨礙硅解離反應(yīng)，向電解液16加入惰性氣體如氬(Ar)，并輕輕搖動(dòng)，以從反應(yīng)表面移除氫氣。
硅的電化學(xué)蝕刻的解離機(jī)制如下。
與HF和乙醇混合的電解液160起反應(yīng)的硅表面因浸滿H原子而不具有空穴(h+)。硅表面對(duì)F-離子的轟擊呈惰性。這是由于沒(méi)有制備F-離子可以起反應(yīng)的氣氛，因?yàn)镠的負(fù)電性2.2與Si的負(fù)電性1.9之間沒(méi)有重大區(qū)別。若空穴(h+)由照射于硅表面上的紫外線產(chǎn)生，因Si的負(fù)電性較H原子的相對(duì)低，因而可以實(shí)現(xiàn)F-離子的親核轟擊。
若為n型硅，在硅表面上產(chǎn)生空穴為引起硅解離工藝的重要步驟。若以F代替H，則Si的負(fù)電性更低，F(xiàn)-離子的轟擊持續(xù)地發(fā)生。
氫由一系列反應(yīng)產(chǎn)生，F(xiàn)-離子的連續(xù)轟擊使硅表面上發(fā)生部分解離，從而產(chǎn)生新表面。該變化促使硅表面上的電場(chǎng)分布改變。當(dāng)從硅的體材料區(qū)域向因電場(chǎng)變化而發(fā)生解離的硅部分供給空穴時(shí)，沿與提供空穴的方向平行的垂直方向形成溝槽。孔隙形成于硅襯底100上，多孔區(qū)域?qū)⑼ㄟ^(guò)電化學(xué)蝕刻形成隔離區(qū)域。
當(dāng)稀釋HF溶液中硅存在于正偏壓(V)下時(shí)，可形成孔隙的電流與電壓特征區(qū)域?yàn)榈碗妷骸ｋ姃伖庠诟唠妷簳r(shí)發(fā)生。因?yàn)楣枧cHF發(fā)生反應(yīng)，形成孔隙的反應(yīng)和電拋光反應(yīng)均發(fā)生在中間區(qū)域(轉(zhuǎn)換區(qū)域)。因此，當(dāng)可形成孔隙的電壓施加于硅時(shí)，硅解離工藝中最重要的事是空穴(h+)為載流子。此空穴決定了硅的解離速度。在電化學(xué)蝕刻硅晶片時(shí)，照射紫外線從而足以向硅表面的空間電荷層供給空穴，使解離反應(yīng)能夠在硅開(kāi)始解離的步驟開(kāi)始。
孔隙可通過(guò)以下反應(yīng)方程式1形成。
反應(yīng)方程式1

電拋光反應(yīng)通過(guò)以下反應(yīng)方程式2與3產(chǎn)生。
反應(yīng)方程式2

反應(yīng)方程式3

若孔隙通過(guò)本發(fā)明的電化學(xué)蝕刻方法形成，控制孔隙大小的參數(shù)包括電解液的濃度(HF與乙醇的體積比)、施加至工作電極的電壓強(qiáng)度、反應(yīng)時(shí)間、紫外線源的強(qiáng)度等等。另外控制孔隙深度的參數(shù)包括所施加的電壓強(qiáng)度及反應(yīng)時(shí)間。使用這些參數(shù)可以控制孔隙的大小與深度以及既定區(qū)域的孔隙數(shù)目(孔隙度)。
參考圖5，光致抗蝕劑圖案已經(jīng)移除。此時(shí)，光致抗蝕劑圖案可在O2環(huán)境下通過(guò)灰化工藝移除。在通過(guò)電化學(xué)蝕刻形成多孔硅后，實(shí)施熱氧化工藝以形成氧化膜。此時(shí)，熱氧化工藝可使用濕氧化模式。熱氧化工藝在O2與H2環(huán)境下在約700至900℃的溫度下實(shí)施。如此，若多孔硅在通過(guò)電化學(xué)蝕刻形成后由熱氧化工藝氧化，作為氧化劑的O2或H2O擴(kuò)散至Si/SiO2的界面，使Si與H2O或O2發(fā)生反應(yīng)形成SiO2。因此，因在形成氧化膜時(shí)已消耗硅，通過(guò)控制孔隙的大小及孔隙度即可使孔隙及硅形成氧化膜。若通過(guò)此方法將多孔硅形成為氧化膜，膜即可用作該半導(dǎo)體器件的隔離膜。
如上所述，形成隔離膜的傳統(tǒng)方法有這樣的問(wèn)題，因溝槽距離的收縮，使得采用等離子體的溝槽蝕刻工藝難以實(shí)施，當(dāng)HDP氧化膜填滿間隙時(shí)，溝槽的入口部分會(huì)發(fā)生垂懸，因此，溝槽內(nèi)會(huì)產(chǎn)生縫或空洞，而填滿溝槽間隙的HDP氧化膜中的空洞可降低半導(dǎo)體器件的可靠性。
但是，如上所述，因?yàn)榭赏ㄟ^(guò)光刻工藝、襯墊氮化膜和襯墊氧化膜蝕刻工藝、電化學(xué)蝕刻工藝(孔隙形成工藝)及熱氧化工藝形成半導(dǎo)體器件的隔離膜，故與傳統(tǒng)的隔離膜形成工藝相比，本發(fā)明具有可大幅簡(jiǎn)化工藝的新穎效果。而且，本發(fā)明也具有可解決依賴于半導(dǎo)體器件的集成的等離子體蝕刻方面的困難及HDP氧化膜內(nèi)形成空洞的問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)效果。
而且，根據(jù)本發(fā)明，隔離膜形成于硅晶片的表面。因此，本發(fā)明具有可防止由于傳統(tǒng)隔離膜工藝中產(chǎn)生的溝(moat)而使柵極氧化膜薄化的現(xiàn)象的新穎效果。
上述實(shí)施例僅為示范，不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明可方便應(yīng)用于其它類(lèi)型的裝置。本發(fā)明的說(shuō)明意在解說(shuō)，無(wú)意限制權(quán)利要求范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明了本發(fā)明的各種替換、修改及變化。
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體器件的隔離膜的方法，包括步驟在硅襯底上順序形成襯墊氧化膜和襯墊氮化膜；在襯墊氮化膜上形成透過(guò)其開(kāi)放隔離區(qū)域的光致抗蝕劑圖案；使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻襯墊氮化膜和襯墊氧化膜，由此暴露隔離區(qū)域的硅襯底；實(shí)施電化學(xué)蝕刻工藝以在暴露的隔離區(qū)域的硅襯底中形成多孔硅；移除光致抗蝕劑圖案；以及實(shí)施熱氧化工藝以氧化多孔硅，藉此在隔離區(qū)域形成氧化膜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中電化學(xué)蝕刻工藝在工作單元中利用硅解離反應(yīng)實(shí)施，其設(shè)計(jì)為向作為工作電極的硅襯底的背面施加電壓，其中設(shè)計(jì)配對(duì)電極和參考電極，使其浸入電解液并保持既定距離并在頂部安裝用于向工作電極照射紫外線的紫外線源。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中鉑電極用作配對(duì)電極。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中氫標(biāo)準(zhǔn)電極用作參考電極。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中電解液使用按既定比率混合的HF和乙醇的溶液。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括向電解液加入惰性氣體的步驟，以便防止在硅解離反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣妨礙硅解離反應(yīng)。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中電壓為1.5V至8V。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中熱氧化工藝在O2與H2氣氛下在700至900℃的溫度范圍內(nèi)使用濕氧化模式實(shí)施。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種形成半導(dǎo)體器件的隔離膜的方法。該方法包括步驟在硅襯底上順序形成襯墊氧化膜和襯墊氮化膜；在襯墊氮化膜上形成透過(guò)其開(kāi)放隔離區(qū)域的光致抗蝕劑圖案；使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻襯墊氮化膜和襯墊氧化膜，由此暴露隔離區(qū)域的硅襯底；實(shí)施電化學(xué)蝕刻工藝以在暴露的隔離區(qū)域的硅襯底中形成多孔硅；移除光致抗蝕劑圖案；以及，實(shí)施熱氧化工藝以氧化多孔硅，藉此在隔離區(qū)域形成氧化膜。
文檔編號(hào)H01L21/3063GK1512558SQ200310120669
公開(kāi)日2004年7月14日 申請(qǐng)日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者李圣勛 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司