專(zhuān)利名稱(chēng)：一種半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法，且尤其是涉及溝道隔離的方法。
用于隔離的傳統(tǒng)方法的一個(gè)實(shí)例如圖4工藝的剖面圖所示。
如圖4(a)所示，首先，在硅半導(dǎo)體基片201上連續(xù)地形成二氧化硅膜202和氮化硅膜203，然后通過(guò)使用光刻技術(shù)在一區(qū)域形成一抗蝕圖形207，該區(qū)將成為元件區(qū)。
接著，如圖4(b)所示，通過(guò)用抗蝕圖形207作為掩模用各向異性干蝕刻技術(shù)蝕刻并除去二氧化硅膜202和氮化硅膜203的不需要的部分。然后除去抗蝕圖形207。
接下來(lái)，如圖4(c)所示，通過(guò)用氮化硅膜203作為蝕刻掩模用各向異性干蝕刻技術(shù)垂直置中蝕刻硅半導(dǎo)體基片201達(dá)一預(yù)定的深度，從而形成一溝槽208。
接下來(lái)，如圖4(d)所示，使用化學(xué)汽相沉積(CVD)方法在整個(gè)面上形成二氧化硅膜212。這層二氧化硅膜212的厚度必須是至少要比溝槽208的深度厚。
在另一方面，已使用的采用CVD方法二氧化硅膜在階梯處的覆蓋沒(méi)有達(dá)到100％，所以在側(cè)壁上沉積的二氧化硅膜的厚度小于在水平表面上沉積的二氧化硅膜。此外，在階梯的角上二氧化硅膜沉積的速度比在側(cè)面上的沉積速度快。因此，在常規(guī)技術(shù)中，在將二氧化硅膜212埋置入溝槽208的步驟中，不合時(shí)易地在每一個(gè)溝槽208內(nèi)形成空隙213。
接下來(lái)，如圖4(e)所示，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法來(lái)對(duì)基片的整個(gè)表面進(jìn)行拋光。此時(shí)，拋光量至少使先前形成和沉積的氮化硅膜203暴露出而又不損失。經(jīng)此拋光，在溝槽內(nèi)的部分空隙213可能在二氧化硅膜上被暴露出。
最后，如圖4(f)所示，用濕蝕刻順序地除去氮化硅膜203和二氧化硅膜202。通過(guò)進(jìn)行此濕蝕刻，在溝槽內(nèi)的二氧化硅膜的厚度進(jìn)一步的減少，致使空隙更大的暴露出來(lái)。然而，如果用于蝕刻二氧化硅膜的腐蝕劑，如含水的氟化氫酸進(jìn)入空隙213，那么空隙213將進(jìn)一步蝕刻，致使它們可能擴(kuò)大。
從以上描述可認(rèn)識(shí)到，在使用常規(guī)技術(shù)制作溝槽時(shí)，溝槽或孔是形成在二氧化硅膜中，溝槽是用二氧化硅膜填充的。如果柵極材料被放入溝槽內(nèi)，那么在溝槽內(nèi)的導(dǎo)電材料將不能在柵極蝕刻時(shí)完全被除去，致使柵極之間可能發(fā)生短路。
產(chǎn)生此缺陷的原因是在溝槽的上部的角上二氧化硅膜的沉積率高于在其側(cè)面部分的二氧化硅膜的沉積率。因此，在溝槽被完全埋置之前，溝槽的上部被用二氧化硅膜密閉住，致使空隙形成在溝槽內(nèi)。
為了解決上述問(wèn)題，在日本公開(kāi)號(hào)N.103446/1981的專(zhuān)利申請(qǐng)中給出了一種技術(shù)。在此，將根據(jù)圖5(a)至5(e)描述該技術(shù)。
如圖5(a)所示，首先，在通過(guò)在一硅基片上外延生長(zhǎng)硅得到的硅半導(dǎo)體基片201上順續(xù)地形成二氧化硅膜204和氮化硅膜205。然后通過(guò)使用光刻技術(shù)在此氮化硅膜205上形成一抗蝕圖形207。
接著，如圖5(b)所示，通過(guò)用抗蝕圖形207作為掩模用各向異性干蝕刻技術(shù)蝕刻氮化硅膜205、二氧化硅膜204和半導(dǎo)體基片201以形成溝槽208。從截面上看，這些溝槽具有相等的寬度。
接下來(lái)，如圖5(c)所示，通過(guò)用灰磨光或類(lèi)似方法除去抗蝕圖形207。此外，用含氫氟酸溶劑將二氧化硅膜204的開(kāi)口擴(kuò)大到需要的尺寸。此后，通過(guò)用二氧化硅膜204作為掩模用氫氧化甲(KOH)溶劑或乙二胺溶劑進(jìn)行各向異性蝕刻。此時(shí)，除去溝槽208的肩部的硅，致使溝槽208的側(cè)壁的上部成為斜坡。所以，從截面上看每個(gè)溝槽包括一等寬度部分和與其連續(xù)的漸錐的上部。
其后的過(guò)程按照常規(guī)的工藝進(jìn)行。也就是說(shuō)，如圖5(d)所示，使用化學(xué)汽相沉積(CVD)方法在整個(gè)面上形成二氧化硅膜212以埋置溝槽，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法來(lái)對(duì)基片的整個(gè)表面進(jìn)行拋光，然后用濕蝕刻方法除去氮化硅膜205。接下來(lái)，如圖5(e)所示用濕蝕刻方法除去二氧化硅膜204。按照這種常規(guī)的技術(shù)，在用氧化硅膜212埋置溝槽的步驟中，在硅基片的表面附近在也不會(huì)形成任何空隙，因?yàn)闇喜鄣纳喜坑幸患哟蟮膶挾取?br> 例如，如圖5(e)所示，溝槽和元件區(qū)的間距用P表示。間距P是溝槽寬度和用W表示的元件區(qū)的寬度的和，而溝槽寬度和元件區(qū)的寬度通常是如下確定的。也就是說(shuō)，要求溝槽寬度等于或大于允許電隔離的寬度。在此時(shí)，例如，在如DRAM的一個(gè)存儲(chǔ)器的布線(xiàn)中，需要一柵陣列或類(lèi)似的高集成度陣列，允許電隔離的最小寬度被用作溝槽寬度。此外，元件區(qū)的寬度是根據(jù)晶體管的溝道寬度、與元件區(qū)連接的連接孔的直徑和連接孔和元件區(qū)之間的距離確定的。通常，要求元件區(qū)的寬度極力的降低。因此，溝槽隔離和元件區(qū)的間距P是所述的最小溝槽寬度和最小元件區(qū)高度的和。降低間距P對(duì)于提高存儲(chǔ)器和柵陣列的集成度是重要的。
然而，在多數(shù)情況下，間距P目前被光刻技術(shù)的限制所限制。換句話(huà)說(shuō)，光刻技術(shù)的間距圖形的解析度限制大于電間距的低限。
就此而言，常規(guī)技術(shù)的問(wèn)題在于，當(dāng)用于按圖5(e)所示常規(guī)技術(shù)形成的溝槽隔離的間距P降至光刻技術(shù)的極限時(shí)，因?yàn)闇喜鄣纳喜糠质莾A斜蝕刻的，所以元件區(qū)的寬度W減小。此外，如果試圖獲得某一個(gè)或更寬的元件寬度W，那么間距P的設(shè)置需要考慮溝槽的斜寬的上部。也就是說(shuō)，用于溝槽隔離的間距不能降低到光刻技術(shù)的極限。這個(gè)原因是溝槽的傾斜的上部分不參與對(duì)基本元件隔離，所以從電元件隔離的角度考慮它們是不必要的，需要形成溝槽的傾斜的上部分僅是出于防止在溝槽內(nèi)形成間隙的緣故。
本發(fā)明的目的是提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，在該半導(dǎo)體器件的溝槽隔離工藝中在溝槽中不會(huì)形成任何空隙，而且用于溝槽隔離的重復(fù)間距可以降到光刻技術(shù)的極限。通過(guò)降低陣列的問(wèn)距，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的更高的集成度。
為了實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的特征在于，用于溝槽隔離的工藝包括通過(guò)一硬掩模溝槽蝕刻硅基片的步驟，以及形成具有錐形的上部分的硬掩模的步驟。
也就是說(shuō)，本發(fā)明的第一方面為具有元件隔離區(qū)的半導(dǎo)體器件的制造方法，其至少包括如下步驟
在半導(dǎo)體基片的表面形成一隔離膜，通過(guò)將該隔離膜蝕刻成一預(yù)定的形狀形成一隔離膜掩模，通過(guò)該隔離膜掩模蝕刻半導(dǎo)體基片形成一溝槽，將該隔離膜掩模處理成錐形，致使該隔離膜掩模的上部分的寬度能夠小于其下部分的寬度，將隔離材料埋置入該溝槽。
本發(fā)明的第二方面涉及半導(dǎo)體器件的制造方法，其中將隔離膜掩模處理成錐形的步驟是用物質(zhì)的濺射工藝進(jìn)行的。
本發(fā)明的第三方面涉及半導(dǎo)體器件的制造方法，其中隔離膜掩模包括一層氧化硅膜或該氧化硅膜和一層氮化硅膜的一疊層膜。
本發(fā)明的第四方面涉及具有元件隔離區(qū)的半導(dǎo)體器件的制造方法，至少包括如下步驟在半導(dǎo)體基片的表面形成一層第一隔離膜，在第一隔離膜上形成一層第二隔離膜，對(duì)第二隔離膜進(jìn)行各相異性干蝕刻以實(shí)現(xiàn)圖形繪制，經(jīng)圖形化的第二隔離膜作掩模使用能夠蝕刻第一隔離膜的試劑濕蝕刻第一隔離膜，以將第一隔離膜處理成錐形，致使該第一隔離膜的上部分的寬度能夠小于其下部分的寬度，蝕刻半導(dǎo)體基片以形成一溝槽，將隔離材料埋置入該溝槽。
本發(fā)明的第五方面涉及半導(dǎo)體器件的制造方法，其中第一隔離膜是氧化硅膜，第二隔離膜是氮化硅膜。
在本發(fā)明的方法中的用隔離材料埋入溝槽的步驟中，因?yàn)闇喜凵系挠惭谀＞哂袃A斜蝕刻的錐形的寬開(kāi)口，所以溝槽可以用隔離材料填充而在溝槽中不會(huì)形成任何空隙。此外，在溝槽上的硬掩模是傾斜蝕刻的，所以重復(fù)間距可以減小到光刻技術(shù)的極限，而沒(méi)有增大溝槽隔離的寬度。通過(guò)使用這種制造方法，在光刻技術(shù)的極限附近實(shí)現(xiàn)溝槽隔離的情況下，與常規(guī)技術(shù)相比，溝槽隔離的重復(fù)間距可以減少大約30％。


圖1是說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施例的工藝步驟的截面圖。
圖2是說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施例的工藝步驟的截面圖。
圖3是說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施例的工藝步驟的截面圖。
圖4是說(shuō)明常規(guī)技術(shù)的工藝步驟的截面圖。
圖5是說(shuō)明另一常規(guī)技術(shù)的工藝步驟的截面圖。
按照上面所述的結(jié)構(gòu)，提供了一種半導(dǎo)體器件中溝槽隔離的方法，其中，在將隔離材料埋入溝槽的步驟中，因?yàn)闇喜凵系挠惭谀＞哂袃A斜蝕刻的錐形的寬開(kāi)口，所以溝槽可以用隔離材料填充而在溝槽中不會(huì)形成任何空隙，而且由于硬掩模是傾斜蝕刻的，所以溝槽隔離的重復(fù)間距可以減小到光刻技術(shù)的極限，而沒(méi)有增大溝槽隔離的寬度。
下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述，而本發(fā)明的范圍不僅僅限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1將參照?qǐng)D1.所示的工藝步驟的截面圖描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。
首先，如圖1(a)所示，使用熱氧化方法在硅基片101的表面上形成20nm厚的一層二氧化硅膜102。然后，用CVD工藝在其上形成200nm厚的一層氮化硅膜103。此后，使用光刻技術(shù)形成一抗蝕圖形107。此抗蝕圖形107的構(gòu)成物形成在以后將要形成元件區(qū)的一區(qū)域內(nèi)。
然后，如圖1(b)所示，用抗蝕圖形107作蝕刻掩模，使用各相異性干蝕刻技術(shù)蝕刻并除去氮化硅膜103和二氧化硅膜102的不需要部分。此后，用灰化拋光方法除去抗蝕圖形107。
接下來(lái)，如圖1(c)所示，用留下的氮化硅膜103作為掩模，使用各相異性干蝕刻技術(shù)將硅基片101蝕刻300nm深以形成溝槽109。
接著，如圖1(d)所示，用物理濺射工藝蝕刻在形成溝槽時(shí)用作硬掩模的氮化硅膜的肩部，以形成成為錐形的氮化硅膜110。這個(gè)物理濺射工藝是通過(guò)使用平行板反應(yīng)離子蝕刻裝置和以100mTorr(毫乇)下200sccm(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)的氬氣作為濺射氣體，并以400瓦的射頻功率進(jìn)行的。在圖1(d)所示的例子中，用物理濺射工藝形成的錐形的硬掩模有一頂平部分x和一垂直側(cè)部分y，而且不必說(shuō)，物理濺射工藝可以沒(méi)有問(wèn)題的連續(xù)進(jìn)行直到x和y部分二者或其中之一消失為止。
接著，如圖1(e)所示，用CVD方法在其上形成厚度為500nm的二氧化硅膜112。該二氧化硅膜112的厚度需要比溝槽109的深度足夠的厚。由于溝槽109上氮化硅膜110被制成錐形，所以在溝槽上的角上二氧化硅膜112相互接觸，致使在溝槽中不會(huì)形成任何空隙，即使用CVD方法沉積的二氧化硅膜112的梯級(jí)范圍沒(méi)有獲得100％。
接著，如圖1(f)所示，用CMP方法拋光二氧化硅膜112。此拋光的時(shí)間設(shè)置成致使氮化硅膜110可以暴露出而又不會(huì)損失。
接著，如圖1(g)所示，用加熱的含水磷酸溶液濕蝕刻被拋光的氮化硅膜110的保留的部分以除去該部分。接著，用含水氟化氫酸溶液濕蝕刻二氧化硅膜102。
按此制備的半導(dǎo)體器件，溝槽隔離的重復(fù)間距P可以充分的減少到光刻技術(shù)的極限，并且可以保證充足的元件區(qū)寬度W。
在本發(fā)明中，首先蝕刻半導(dǎo)體基片以形成溝槽，然后將隔離膜掩模加工成錐形，致使該掩模的上部寬度能夠小于其下部的寬度。然而，隔離膜掩模可以先加工成錐形，然后在半導(dǎo)體基片上形成溝槽。
實(shí)施例2接下來(lái)，參照?qǐng)D2.描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。首先，如圖2(a)所示，使用CVD方法在硅基片101的表面上形成20nm厚的一層二氧化硅膜104。此后，使用光刻技術(shù)形成一抗蝕圖形107。此抗蝕圖形107的構(gòu)成物形成在以后將要形成元件區(qū)的一區(qū)域內(nèi)。
然后，如圖2(b)所示，用抗蝕圖形107作蝕刻掩模，使用各相異性干蝕刻技術(shù)蝕刻并除去二氧化硅膜104的不需要部分。此后，用灰化拋光方法除去抗蝕圖形107。
接下來(lái)，如圖2(c)所示，用留下的二氧化硅膜104作為掩模，使用各相異性干蝕刻技術(shù)將硅基片101蝕刻300nm深以形成溝槽109。
接著，如圖2(d)所示，用物理濺射工藝蝕刻在形成溝槽時(shí)用作硬掩模的二氧化硅膜104的肩部，以形成成為錐形的硬掩模111。這個(gè)物理濺射工藝是通過(guò)使用平行板反應(yīng)離子蝕刻裝置和以100mTorr(毫乇)下200sccm(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)的氬氣作為濺射氣體，并以400瓦的射頻功率進(jìn)行的。在圖2(d)所示的例子中，用物理濺射工藝形成的錐形的硬掩模111有一頂平部分x和一垂直側(cè)部分y，而且不必說(shuō)，物理濺射工藝可以沒(méi)有問(wèn)題的連續(xù)進(jìn)行直到x和y部分二者或其中之一消失為止。
接著，如圖2(e)所示，用CVD方法在其上形成厚度為500nm的二氧化硅膜112。該二氧化硅膜112的厚度需要比溝槽109的深度足夠的厚。由于溝槽109上硬掩模111被制成錐形，所以在溝槽上的角上二氧化硅膜112相互接觸，致使在溝槽中不會(huì)形成任何空隙，即使用CVD方法沉積的二氧化硅膜112的梯級(jí)范圍沒(méi)有獲得100％。
接著，如圖2(f)所示，用CMP方法拋光二氧化硅膜112和錐形的硬掩模111。此拋光的時(shí)間設(shè)置成致使錐形的硬掩模111可以暴露出而又不會(huì)損失。
接著，如圖2(g)所示，用含水磷酸溶液濕蝕刻被拋光的硬掩模111的保留的部分以除去該部分。
第二實(shí)施例的特征在于在通過(guò)蝕刻硅基片101形成溝槽109時(shí)使用的硬掩模是單獨(dú)的一層二氧化硅膜構(gòu)成的。與具有氮化硅膜和二氧化硅膜的疊層結(jié)構(gòu)的硬掩模相比，形成硬掩模的步驟可以減少。此外，在CMP之后的濕蝕刻步驟中，僅使用氟化氫酸的蝕刻就可以除去硬掩模，從而可進(jìn)一步減少所需要的步驟。
實(shí)施例3接下來(lái)，參照?qǐng)D3.描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。首先，如圖3(a)所示，使用熱氧化方法在硅基片101的表面上形成150nm厚的一層二氧化硅膜105。然后，用CVD方法形成100nm厚的一層氮化硅膜106。此后，使用光刻技術(shù)形成一抗蝕圖形107。此抗蝕圖形107的構(gòu)成物形成在以后將要形成元件區(qū)的一區(qū)域內(nèi)。
然后，如圖3(b)所示，用抗蝕圖形107作蝕刻掩模，使用各相異性干蝕刻技術(shù)蝕刻并除去氮化硅膜106的不需要部分。此后，用灰化拋光方法除去抗蝕圖形107。接下來(lái)，如圖3(c)所示，用留下的氮化硅膜106作為蝕刻掩模，使用各相同性濕蝕刻技術(shù)濕蝕刻二氧化硅膜105。該濕蝕刻是各相同性的，并且給出了大于作為掩模的氮化硅膜106的開(kāi)口的底切。按此濕蝕刻，二氧化硅膜105被形成為如圖3(c)所示的形狀，從而形成錐形的二氧化硅膜108。
接著，如圖3(d)所示，用氮化硅膜106作掩模對(duì)硅基片101各相異性干蝕刻300nm深，從而形成溝槽109。
接著，如圖3(e)所示，用加熱的含水磷酸溶液濕刻氮化硅膜106以除去該部分。接著，用CVD方法在其上形成厚度為500nm的二氧化硅膜112。該二氧化硅膜112的厚度需要比溝槽109的深度足夠的厚。由于溝槽109上二氧化硅膜108被制成錐形，所以在溝槽上的角上二氧化硅膜112相互接觸，致使在溝槽中不會(huì)形成任何空隙，即使用CVD方法沉積的二氧化硅膜的梯級(jí)范圍沒(méi)有獲得100％。
接著，如圖3(f)所示，用CMP方法拋光二氧化硅膜112和錐形二氧化硅膜108。此拋光的時(shí)間設(shè)置成致使錐形二氧化硅膜108可以暴露出而又不會(huì)損失。接著，如圖3(g)所示，用含水磷酸溶液濕蝕刻被拋光的錐形二氧化硅膜108的保留的部分以除去該部分。
第三實(shí)施例的特征在于在是通過(guò)各相同性濕蝕刻形成溝槽上的錐形二氧化硅膜。所以，易于錐形的加工。
權(quán)利要求
1.一種用于制造具有元件隔離區(qū)的半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于至少包括如下步驟在半導(dǎo)體基片的表面形成一隔離膜，通過(guò)將該隔離膜蝕刻成一預(yù)定的形狀形成一隔離膜掩模，通過(guò)該隔離膜掩模蝕刻半導(dǎo)體基片形成一溝槽，將該隔離膜掩模處理成錐形，致使該隔離膜掩模的上部分的寬度能夠小于其下部分寬度，將隔離材料埋置入該溝槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述的隔離膜掩模包括一層氧化硅膜或該氧化硅膜和一層氮化硅膜的一迭層膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于將隔離膜掩模處理成錐形的步驟是用物質(zhì)的濺射工藝進(jìn)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述隔離膜掩模包括一層氧化硅膜或該氧化硅膜和一層氮化硅膜的一疊層膜。
5.一種制造具有元件隔離區(qū)的半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于至少包括如下步驟在半導(dǎo)體基片的表面形成一層第一隔離膜，在第一隔離膜上形成一層第二隔離膜，對(duì)第二隔離膜進(jìn)行各相異性干蝕刻以實(shí)現(xiàn)圖形繪制，經(jīng)圖形化的第二隔離膜作掩模使用能夠蝕刻第一隔離膜的試劑濕蝕刻第一隔離膜，以將第一隔離膜處理成錐形，致使該第一隔離膜的上部分的寬度能夠小于其下部分的寬度，蝕刻半導(dǎo)體基片以形成一溝槽，將隔離材料埋置入該溝槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于所述第一隔離膜是氧化硅膜，第二隔離膜是氮化硅膜。
全文摘要
為提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法,其中在該半導(dǎo)體器件的溝槽隔離工藝中,在溝槽中不形成任何空隙,而且溝槽的重復(fù)間距可以減少到光刻技術(shù)的極限,本發(fā)明的方法包括,在溝槽隔離工藝中,經(jīng)一硬掩模蝕刻硅基片以形成溝槽的步驟,以及處理該硬掩模以致使其上部成錐形的步驟。
文檔編號(hào)H01L21/302GK1201251SQ9810217
公開(kāi)日1998年12月9日 申請(qǐng)日期1998年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月4日
發(fā)明者古賀洋貴 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社