專利名稱：在集成電路中形成隔離的方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，更具體地說(shuō)，涉及在半導(dǎo)體集成電路中形成電隔離結(jié)構(gòu)的工藝過(guò)程。
硅的局部氧化(LOCOS)是硅集成電路中最常用的隔離技術(shù)。遺憾的是，LOCOS本身具有大的場(chǎng)氧化侵蝕(fieldoxideenuroachment)，這妨礙該技術(shù)被用于需要高的器件封裝密度的先進(jìn)的集成電路。在標(biāo)準(zhǔn)的LOCOS工藝中，在硅片表面熱生長(zhǎng)一薄層襯墊氧化物(padoxide)。然后在襯墊氧化物上淀積一氮化硅層。在此氮化硅層上制作光刻圖形，并進(jìn)行腐蝕，以限定出隔離區(qū)和有源區(qū)。再在隔離區(qū)生長(zhǎng)場(chǎng)氧化物，而用氮化硅層的圖形作掩模防止有源區(qū)上發(fā)生氧化過(guò)程。然而，進(jìn)行場(chǎng)氧化之后得到的有源區(qū)的面積比實(shí)際想要的、由氮化硅層的圖形所限定的面積要小。這是因?yàn)檠跬ㄟ^(guò)襯墊氧化物層在氮化硅圖形掩模之下橫向擴(kuò)散，并與其下的硅表面反應(yīng)而造成的。因此，場(chǎng)氧化不僅形成在隔離區(qū)域內(nèi)，還侵蝕了鄰近的有源區(qū)域。結(jié)果被限制了有源區(qū)的尺寸，所以用標(biāo)準(zhǔn)的LOCOS隔離不能獲得具有高的器件封裝密度的集成電路。
為了減少場(chǎng)氧化物的侵蝕，已提出了幾種與LOCOS類似的隔離技術(shù)。一種方法是在氮化硅氧化掩模之下切割襯墊氧化層，以形成一凹槽。之后，用共形的多晶硅層填滿此凹槽。在場(chǎng)氧化期間，填滿多晶硅的凹槽起擴(kuò)散壁壘的作用，從而防止氧從氮化硅氧化掩模之下傳輸?shù)焦璞砻?。遺憾的是，填滿多晶硅的凹槽不是一個(gè)理想的擴(kuò)散壁壘。因此，在氧化掩模邊緣部分的硅表面上仍然發(fā)生氧化，結(jié)果，有源區(qū)仍然受到場(chǎng)氧化物的侵蝕。
第二種方法中用氮化硅的共形層來(lái)填滿凹槽，其后進(jìn)行各向異性腐蝕以在填滿氮化硅的凹槽旁邊形成一側(cè)壁阻擋層。在形成場(chǎng)氧化物期間，填滿氮化硅的凹槽以及氮化硅側(cè)壁阻擋層兩者均起到擴(kuò)散壁壘的作用，防止氧傳輸?shù)窖趸谀５倪吘壊糠种碌墓璞砻嫣帯５?，使用這種方法很難均勻地控制場(chǎng)氧化侵蝕。側(cè)壁阻擋層的形成工藝需要相對(duì)于下面的氧化掩模有選擇地腐蝕氮化硅。而在這些隔離方案中以用氮化硅作氧化掩模為主。因此，由于氮化硅腐蝕速率及阻擋層厚度的差異，使氮化硅氧化掩膜受到不均勻的腐蝕，導(dǎo)致在晶片內(nèi)以及晶片與晶片間氧化掩膜的厚度是不均勻的。由于場(chǎng)氧化侵蝕強(qiáng)烈地依賴于氧化掩模的厚度，因此導(dǎo)致對(duì)有源區(qū)的侵蝕也在晶片內(nèi)以及晶片與晶片之間各有不同。此外，側(cè)壁阻擋層形成工藝也減小了隔離區(qū)的幾何尺寸。因此，已知在幾何尺寸小的隔離區(qū)中發(fā)生的場(chǎng)氧化物變薄的現(xiàn)象由于氮化硅側(cè)壁阻擋層的存在而加重了。所以，使用這種隔離技術(shù)時(shí)，器件的尺寸由于場(chǎng)氧化層變薄而進(jìn)一步受到限制。因此，對(duì)于一種隔離工藝而言，需要有效和可重復(fù)地降低場(chǎng)氧化侵蝕和盡量減少場(chǎng)氧化層變薄的現(xiàn)象。
本發(fā)明克服了現(xiàn)有的隔離工藝中存在的上述問(wèn)題。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)提供一半導(dǎo)體襯底形成一集成電路器件。在該襯底上形成第一緩沖層，在第一緩沖層上形成一掩模層。將掩模層刻出圖形以形成一個(gè)緩沖層的暴露部分，并限定出襯底的隔離區(qū)。刻圖形工序在襯底上還留下一部分掩模層。腐蝕緩沖層被暴露出的部分，以在留下的那部分掩模層邊緣部分之下形成凹槽。該腐蝕工序也形成了一部分暴露出的襯底，并在襯底上留下了緩沖層的保留部分。在襯底暴露部分之上形成第二緩沖層。在留下的那部分掩模層及第二緩沖層上形成氮化物層。該氮化物層充滿凹槽。氧化該氮化物層以形成一氧化層，并在襯底的隔離區(qū)形成電隔離。
從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明可以更清楚地理解本發(fā)明的這些和其它特征，以及優(yōu)點(diǎn)。指出這一點(diǎn)是重要的，即，圖例不一定是按比例畫(huà)的，本發(fā)明可能還有其它的沒(méi)有在此作具體圖示的實(shí)施例。


圖1至圖7用截面圖的形式說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的工藝步驟，在這幾個(gè)圖中，相同的參考號(hào)表示同一個(gè)或相應(yīng)的部件。
圖1至圖7為本發(fā)明在集成電路中形成電隔離結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的工序步驟的剖面圖。圖1所示為集成電路結(jié)構(gòu)的一部分10，包括半導(dǎo)體襯底12、第一緩沖層14和掩模層16。襯底12最好是單晶硅，也可以是絕緣體上的硅，或在藍(lán)寶石上的硅等。最好將襯底12熱氧化，以形成第一緩沖層14，其厚度范圍為5-100毫微米。第一緩沖層14也可以是化學(xué)汽相淀積的二氧化硅，或熱氧化生長(zhǎng)和化學(xué)汽相淀積的二氧化硅的疊層。第一緩沖層14形成之后，在其上形成掩模層16。掩模層16最好是化學(xué)汽相淀積的氮化硅，其厚度可以在50-300毫微米的范圍內(nèi)。掩模層16也可以是覆蓋在多晶硅或氮氧化合物之類的其它材料上的氮化硅的疊層。
圖2中，用常規(guī)的光刻成形和腐蝕技術(shù)，使掩模層16形成圖形，留下掩模層16的保留部分18覆蓋在襯底12上。該成形工序還暴露出緩沖層14的一部分20，限定出襯底12的隔離區(qū)22。此外，在該成形工序之后，可以用擴(kuò)散或注入步驟對(duì)隔離區(qū)22進(jìn)行摻雜。
如圖3所示，有選擇并各向同性地腐蝕緩沖層14的暴露出的部分20，以在保留部分18的邊緣部分之下形成凹槽24。該腐蝕工序在襯底12上留下了緩沖層14的保留部分25，并形成了襯底12的暴露部分26。最好用濕式腐蝕劑，如氫氟酸，來(lái)腐蝕暴露出的部分20，形成凹槽24。也可以用其它常規(guī)的各向同性的腐蝕技術(shù)，如汽相腐蝕或化學(xué)下游等離子體腐蝕(chemicaldownstreamplasmaetching)，來(lái)腐蝕暴露部分20。
按圖4中的工序繼續(xù)形成第二緩沖層28，覆蓋在襯底12的暴露部分26上。緩沖層28最好是厚度小于25毫微米的二氧化硅，這是暴露部分26再次氧化而形成的。緩沖層28也可以是通過(guò)對(duì)暴露部分26進(jìn)行氮化而形成的氮化硅或氮氧化硅層。例如，可以通過(guò)在含氮?dú)夥?如氨或一氧化氮)中對(duì)暴露部分26快速退火來(lái)形成氮化硅或氮氧化硅。它們也可以通過(guò)在含氮?dú)夥?如氨或一氧化氮)中用爐子對(duì)暴露部分26退火而形成。
在圖5中，在保留部分18和第二緩沖層28上形成氮化物層30。如圖5所示，氮化物層30填滿了凹槽24。氮化物層30最好是厚度小于30毫微米的化學(xué)汽相淀積的氮化硅層，也可以是經(jīng)過(guò)氮化而形成氮化物或氮氧化物的二氧化硅薄層或化學(xué)汽相淀積的氮氧化物薄層。例如，可以用化學(xué)汽相淀積法淀積一薄層二氧化硅，然后在氨氣或一氧化氮?dú)夥罩羞M(jìn)行快速退火，從而形成氮化物層30。此外，氮化物層30可以是等離子體淀積的氮化硅或氮氧化硅。
氮化物層30形成之后進(jìn)行熱氧化，如圖6所示，在襯底12的絕緣區(qū)22內(nèi)生長(zhǎng)厚的電隔離氧化物34。在氧化過(guò)程中，氮化物層30完全被氧化形成了氧化層32。該氧化工序最好在氮和水蒸汽存在的情況下，在約900～1200℃的爐子中進(jìn)行。
其后，用氫氟酸除去保留部分18之上的氧化層32。也可以其它常規(guī)的干法腐蝕或濕法腐蝕技術(shù)去除氧化層32，再如圖7所示那樣除去保留部分18和25。在一較佳實(shí)施例中，保留部分18用磷酸去除，保留部分25用氫氟酸去除。其它通用的干法或濕法腐蝕技術(shù)也可用于除去保留部分18或25。半導(dǎo)體器件可以形成在由隔離氧化物34分隔開(kāi)的有源區(qū)36內(nèi)。
上面的描述及圖例說(shuō)明了本發(fā)明的許多優(yōu)點(diǎn)。其一是使用氮化硅充滿凹槽，與多晶硅不同，氮化硅是良好的氧化壁壘。因此，將氧化掩模邊緣部分之下的硅表面的氧化減至最小，結(jié)果，減小了場(chǎng)氧化對(duì)有源區(qū)的侵蝕。此外，在氧化氮化物層30時(shí)，光刻成形的氮化硅氧化掩模被致密化。因此，該工藝不需要單獨(dú)的使氮化硅氧化掩模致密化的步驟。而且，通過(guò)穿透在襯底的隔離區(qū)之上的氮化硅層的氧化能夠生長(zhǎng)電學(xué)性能上可靠的場(chǎng)氧化物，盡管這不是十分明顯的。出乎意料的是，氮化硅層的氧化均勻地發(fā)生，結(jié)果是形成了無(wú)針孔的場(chǎng)氧化物。因此不需要在形成場(chǎng)氧化物之前腐蝕氮化硅膜，其結(jié)果是能夠在晶片內(nèi)以及不同的晶片間均勻地控制對(duì)有源區(qū)的場(chǎng)氧化物侵蝕。
很顯然，本發(fā)明提供了一種完全滿足前面所述的需要和優(yōu)點(diǎn)的形成氧化物隔離的方法。雖然已結(jié)合具體的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于這些說(shuō)明性的實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在不偏離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，可以進(jìn)行許多改型和變更。例如，可以在形成緩沖層28之前在襯底12上開(kāi)槽。而且，雖然圖2中沒(méi)有圖示，緩沖層20也可以在光刻成形工序中被腐蝕。此外，大家都知道，也可以用富硅的氮氧化物和富硅的氮化硅作氮化物層30。已知改變這些膜中的硅濃度可改變它們的物理特性，如膜應(yīng)力等。對(duì)于本發(fā)明這些物理特性可進(jìn)行最優(yōu)化。因此，本發(fā)明包括所附權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)的所有變更和改型。
權(quán)利要求
1.一種在集成電路中形成隔離結(jié)構(gòu)(34)的方法，其特征在于下列步驟提供一具有一主表面的半導(dǎo)體襯底(12)；形成覆蓋在半導(dǎo)體襯底(12)主表面上的熱生長(zhǎng)和淀積的二氧化硅的疊層(14)；形成覆蓋在疊層(14)上的氧化掩模層(16)；對(duì)氧化掩模層(16)進(jìn)行光刻成形，留下氧化掩模層(16)的保留部分(18)覆蓋在半導(dǎo)體襯底(12)上，限定出半導(dǎo)體襯底(12)的隔離區(qū)(22)；在半導(dǎo)體襯底(12)的隔離區(qū)(22)形成電隔離結(jié)構(gòu)(34)；除去氧化掩模層(16)的保留部分(18)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中，形成氧化掩模層(16)的步驟的特征是淀積一層氮化硅層。
3.如權(quán)利要求2的方法，其特征在于在淀積氮化硅層之前先在疊層(14)上淀積一層多晶硅層。
4.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于還包括下列步驟在氧化掩模層(16)的保留部分(18)的邊緣部位之下形成凹槽(24);以及在氧化掩模層(16)的保留部分(18)和隔離區(qū)(22)之上形成氮化硅層，該氮化硅層填滿凹槽。
5.如權(quán)利要求的方法，其中，形成電隔離結(jié)構(gòu)(34)的步驟的進(jìn)一步特征是氧化隔離區(qū)(22)之下的半導(dǎo)體襯底(12)的一部分。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中，除去氧化掩模層(16)的保留部分(18)的步驟的進(jìn)一步特征是用干法腐蝕除去保留部分(18)。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中，除去氧化掩膜層(16)的保留部分(18)的步驟的進(jìn)一步特征是用濕法腐蝕除去保留部分(18)。
8.一種在集成電路中形成電隔離結(jié)構(gòu)(34)的方法，其特征在于下列步驟提供具有一主表面的半導(dǎo)體襯底(12);在半導(dǎo)體襯底(12)的主表面上生長(zhǎng)第一層熱生長(zhǎng)二氧化硅;在第一層熱生長(zhǎng)二氧化硅上淀積第二層二氧化硅;在第二層二氧化硅上形成氮化硅層(16);使氮化硅層(16)光刻成形以限定出半導(dǎo)體襯底(12)上的隔離區(qū)(22)，并留下氮化硅層(16)的保留部分(18)覆蓋在半導(dǎo)體襯底(12)上;氧化隔離區(qū)(22)之下的那部分半導(dǎo)體襯底(12)，以形成場(chǎng)氧化區(qū);以及除去氮化硅層(16)的保留部分(18)。
9.如權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括下列步驟在淀積氮化硅層(16)之前，在第二層二氧化硅上形成一多晶硅層。
10.如權(quán)利要求8的方法，其中，除去氮化硅層(16)的保留部分(18)的步驟是用干法腐蝕進(jìn)行的。
全文摘要
在集成電路中形成電隔離的方法和結(jié)構(gòu)。利用氮化硅場(chǎng)氧化掩模(18)之下的熱生長(zhǎng)二氧化硅和化學(xué)汽相淀積的二氧化硅疊層(14)實(shí)現(xiàn)無(wú)缺陷的場(chǎng)氧化隔離。該二氧化硅的疊層(14)形成在硅襯底(12)上，然后再在其上淀積一層氮化硅。繼而將氮化硅光刻成型，以形成在硅襯底(12)上限定隔離區(qū)(22)的場(chǎng)氧化掩模(18)。在硅襯底(12)的隔離區(qū)(22)上生長(zhǎng)場(chǎng)氧化物(34)，接著除去場(chǎng)氧化掩模(18)。
文檔編號(hào)H01L21/762GK1087751SQ93118940
公開(kāi)日1994年6月8日 申請(qǐng)日期1993年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月3日
發(fā)明者詹姆斯·R·菲斯特, 普拉斯?jié)h特·肯克阿倫, 肯特·J·庫(kù)珀, 比切-彥-古彥 申請(qǐng)人:莫托羅拉公司