專利名稱：槽隔離的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隔離槽和制備這種槽的方法。
為了在集成電路中隔離各個(gè)元件，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出回填槽結(jié)構(gòu)。存在多種制備這種槽的不同方法，這種槽可以透過(guò)硅層一直刻蝕到下埋藏絕緣氧化層，或透過(guò)硅襯底刻蝕到摻雜類型與橫向絕緣層相反的下硅層。制備這種槽的方法見(jiàn)Wolf，S.，“Silicon Processing for theVLSI Era Volume II”，pp45-56，ISBN-O-961672-4-5，1990，Lattice Press USA。
利用槽隔離元件的問(wèn)題是槽的寬度較小使槽容易受到外部顆粒或材料中的雜質(zhì)的影響，這兩種情況均可能使預(yù)期電絕緣的電路短路。這在槽的長(zhǎng)度很大的情況下尤其難以克服。槽結(jié)構(gòu)的另一個(gè)問(wèn)題是槽內(nèi)部和周圍的材料的熱學(xué)特性不同將在槽材料或外圍硅中產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。槽結(jié)構(gòu)的另一個(gè)問(wèn)題是在制備過(guò)程中常常在槽上形成臺(tái)階。這些臺(tái)階有可能在后續(xù)工藝中將導(dǎo)電材料浮獲在不期望的區(qū)域，導(dǎo)致短路。這種不期望導(dǎo)電材料的一個(gè)實(shí)例是保留在槽邊緣、并且一直環(huán)繞元件的多晶硅帶。這些帶在跨越槽、并與帶接觸的兩個(gè)導(dǎo)體之間形成短路。
本發(fā)明的目的是制備一種可以降低短路跨接導(dǎo)體的風(fēng)險(xiǎn)、對(duì)外部顆粒和材料中的雜質(zhì)具有更高的容限的槽結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，其目的是通過(guò)具有分段結(jié)構(gòu)的槽結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明制備的槽結(jié)構(gòu)具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是短路只能在兩個(gè)雜質(zhì)或外部顆粒彼此靠得很近時(shí)才發(fā)生。這種風(fēng)險(xiǎn)比兩個(gè)雜質(zhì)或外部顆粒出現(xiàn)在完全環(huán)繞元件的單槽中的風(fēng)險(xiǎn)小得多。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減小槽環(huán)繞的硅島的長(zhǎng)度有助于釋放在后續(xù)工藝和使用中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力。
進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是減低了導(dǎo)電殘留物，例如多晶硅帶在后工藝步驟中殘留在絕緣器件周圍，并引發(fā)跨越槽的導(dǎo)體短路的風(fēng)險(xiǎn)。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)本發(fā)明的槽結(jié)構(gòu)的熱絕緣優(yōu)于單槽，因此降低了傳導(dǎo)到根據(jù)本發(fā)明的槽結(jié)構(gòu)所環(huán)繞的元件上的熱。
本發(fā)明通過(guò)在下圖中示出的示例性實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中


圖1a示出現(xiàn)有技術(shù)槽結(jié)構(gòu)的平面圖；圖1b示出沿圖1a中的線I-I得到的剖面的放大視圖；圖2a示出本發(fā)明槽結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施方案的平面圖；圖2b示出沿圖2a所示的槽結(jié)構(gòu)中的線II-II得到的剖面的放大視圖；圖3a示出本發(fā)明槽結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施方案的平面圖；圖3b示出圖3a中的部分槽結(jié)構(gòu)的放大視圖；圖4示出本發(fā)明槽結(jié)構(gòu)的第三實(shí)施方案。
在圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)槽結(jié)構(gòu)中，制作半導(dǎo)體器件的晶片1具有覆蓋在反型摻雜硅層3(這里是p-型硅)之上的由例如摻雜硅(例如n-型摻雜硅)構(gòu)成的層2。晶片具有連續(xù)的或閉環(huán)的槽4。槽4具有由晶片1的上表面透過(guò)層2延伸到層3的U型截面。槽4具有由例如氧化硅制成的絕緣壁5和位于槽壁5之間的多晶硅填料6。槽4沿n-型摻雜硅島7和n-型摻雜硅2的剩余部分之間的邊界延伸，并將硅島7與n-型摻雜硅2的剩余部分隔離開(kāi)。硅島7可以用來(lái)制作一個(gè)或多個(gè)元件(未示出)，例如電阻、電容、二極管、晶體管和其它雙極型元件。在導(dǎo)電的外部顆粒或材料中的雜質(zhì)(為了簡(jiǎn)化描述，從現(xiàn)在起統(tǒng)稱為外部顆粒)8跨過(guò)槽4的情況下，硅島7將與層2發(fā)生不期望的電接觸，制作在硅島7之上或由硅島7制作的任何元件的功能都將受到負(fù)面影響。
圖2a和2b示出本發(fā)明槽結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，第一閉環(huán)槽4由第二閉環(huán)槽4’包圍，并由例如n-型摻雜硅2’構(gòu)成的硅島或硅片與之隔離。本發(fā)明并不是限于基于硅的元件，而是可以按照需要使用任何材料。還有可能使之用于其它制備工藝，例如在由例如氧化硅制作的絕緣襯底上提供硅層的絕緣體基外延硅(SOI)技術(shù)。槽4、4’具有由例如氧化硅制成的絕緣壁5和位于槽壁5之間的多晶硅填料6。絕緣壁5的材料可以是任何適宜的材料，例如氮化硅、氧化硅、多孔硅、藍(lán)寶石、氧化鋁、氮化鋁、金剛石、石英、其它絕緣材料及其組合，可以想象得到除多晶硅之外的材料或者沒(méi)有材料出現(xiàn)在絕緣壁5之間。第二槽4’是按照與槽4相同的方式構(gòu)造的，并且是與槽4同時(shí)制成的。槽4’通過(guò)中間的橫向槽9連接到第一槽4，其中槽9制作在n-型摻雜硅片2中，并且在本例中是環(huán)繞著槽4的四周按照預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)間隔間隔開(kāi)的。自然地，還有可能具有非標(biāo)準(zhǔn)間隔開(kāi)的橫向槽9。利用這種通過(guò)橫向槽9將兩個(gè)槽4、4’連接成鏈形結(jié)構(gòu)的配置，在硅島7與層2發(fā)生電接觸之前，為了跨接硅島7和n-型硅片2’之間的槽4，不僅需要一個(gè)或多個(gè)外部顆粒8’，以及為了跨接片2’和層2之間的槽4’，不僅需要一個(gè)或多個(gè)外部顆粒8”，而且要求這些外部顆粒8’、8”必需出現(xiàn)在兩個(gè)相鄰橫向槽9之間。發(fā)生這種情況的風(fēng)險(xiǎn)顯然小于單個(gè)顆粒就能跨接單個(gè)槽的情況下的風(fēng)險(xiǎn)。
橫向槽9的最佳數(shù)目決定于外部顆粒的預(yù)期尺寸及其出現(xiàn)頻率。在外部顆粒極少的情況下，只有兩個(gè)橫向槽就足夠了。隨著以外部顆粒形式發(fā)生污染的風(fēng)險(xiǎn)的增加，增加橫向槽9的數(shù)目是合理的。
此外，形成鏈形結(jié)構(gòu)的連接并不一定必需是長(zhǎng)條形連接，而可以是任何適宜的形狀，例如圓形、橢圓形、正方形、梯形等。對(duì)于構(gòu)成連接的側(cè)邊的槽4，4’的典型長(zhǎng)度是15-50微米，寬度是1-3微米。兩個(gè)槽之間的典型距離是3-50微米。
盡管已經(jīng)通過(guò)實(shí)例說(shuō)明了本發(fā)明，其中槽結(jié)構(gòu)由連續(xù)槽制成，當(dāng)然可以想象得到的是安置在襯底邊緣附近的元件將受到不沿襯底邊緣延伸的槽結(jié)構(gòu)的保護(hù)。
圖3a示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，其中剩余導(dǎo)電材料例如多晶硅13沿槽邊緣滯留可能使跨越槽的導(dǎo)體之間發(fā)生短路的問(wèn)題得到解決。圖3b是圖3a的局部放大圖。在圖3a和3b中，多晶硅13用陰影槽四周的實(shí)線表示。導(dǎo)體11，11’在不同的電壓下，均跨越槽結(jié)構(gòu)4，4’。如果沿槽邊緣殘留未氧化的多晶硅，那么它們將起到導(dǎo)體11，11’之間的導(dǎo)體的作用，硅島7將被短路。為了防止這種情況發(fā)生，在與導(dǎo)體11，11’相接的槽4的各個(gè)部分中、在槽4中制作缺口12。每個(gè)缺口12延伸到制作在槽4，4’之間的多個(gè)硅島18’中的一個(gè)。類似地，在與導(dǎo)體11，11’相接的槽4’的各個(gè)部分中、在槽4’中制作缺口12’。每個(gè)缺口12’延伸到制作在槽4，4’之間的多個(gè)硅島18”中的一個(gè)。這些缺口12，12’的制作方法如下，在用于制作槽的掩膜中留一個(gè)縫隙，使得在制作槽4，4’的過(guò)程中經(jīng)過(guò)氧化、以多晶硅淀積層涂敷、接著進(jìn)行回刻的初始n-型摻雜硅保留下來(lái)，其中硅上帶有氧化物絕緣層。通常在平面表面上具有臺(tái)階的槽邊緣將會(huì)形成多晶硅帶(即，連續(xù)長(zhǎng)度的多晶硅)。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，角，特別是在缺口與槽相遇時(shí)出現(xiàn)的凸角16’使多晶硅的刻蝕加快。這意味著，在回刻不需要的多晶硅的常規(guī)工藝中，出現(xiàn)在角上或其附近的任何多晶硅帶將自動(dòng)地通過(guò)刻蝕而斷開(kāi)。這防止了槽外側(cè)的帶電氣連接到槽內(nèi)側(cè)的多晶硅帶。因此，缺口12，12’在任何導(dǎo)電材料帶中形成絕緣缺口，由此確保導(dǎo)體11，11’彼此絕緣。為了確保導(dǎo)體11，11’相互絕緣，每個(gè)槽4必需至少具有兩個(gè)缺口12，每個(gè)槽4’必需至少具有兩個(gè)缺口12。每對(duì)缺口12，12’必需位于導(dǎo)體11或11’的相對(duì)邊上，使得導(dǎo)體11，11’之間沒(méi)有連續(xù)的導(dǎo)電通路。換句話說(shuō)，一個(gè)缺口必需在導(dǎo)體11，11’之間的長(zhǎng)通路上，該通路環(huán)繞硅島7幾乎一周，另一個(gè)缺口必需位于導(dǎo)體11，11’之間的最短通路上。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，沒(méi)有示出，具有的四個(gè)缺口不象圖3a和3b所示的那樣是交錯(cuò)開(kāi)的，可以想象得到的是四個(gè)缺口是對(duì)準(zhǔn)的，形成兩個(gè)同時(shí)跨越槽4，4’而延伸的加長(zhǎng)缺口。
如圖4所示，本發(fā)明還可以利用環(huán)繞受保護(hù)元件的增大尺寸的3槽結(jié)構(gòu)4，4’，4”實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方案，而且可以包含的3個(gè)以上槽的結(jié)構(gòu)。這些槽結(jié)構(gòu)可以通過(guò)橫向槽完全互連在一起，或者互連成多個(gè)組，其中每一組不與其它組互連。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明槽結(jié)構(gòu)具有的完全電隔離的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)選的是制作在槽4，4’，9之間的硅島2’應(yīng)當(dāng)不與任何有效導(dǎo)體11，11’發(fā)生電接觸，盡管這種電接觸對(duì)于使它們接地是必需的。因此，在晶片1的工藝中使用的掩膜在硅島2’和任何有效導(dǎo)體11，11’之間不應(yīng)具有任何觸點(diǎn)孔。
除了提供了更好的電絕緣之外，本發(fā)明的槽結(jié)構(gòu)還提高了位于槽兩側(cè)的元件之間的熱絕緣。
此外，橫向槽的存在倍增了應(yīng)力釋放的通路。降低了由于應(yīng)力在被釋放之前沿較短的路徑傳播而引起應(yīng)力損傷的風(fēng)險(xiǎn)。
絕緣材料可以是任何適宜的材料，例如氮化硅、氧化硅、多孔硅、藍(lán)寶石、氧化鋁、氮化鋁、金剛石、石英、其它絕緣材料及其組合。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方案，槽結(jié)構(gòu)環(huán)繞基于硅或其它半導(dǎo)體材料的襯底，并向下延伸到埋藏絕緣層，形成環(huán)繞襯底的完全電隔離。埋藏絕緣層可以自然地由任何適宜的絕緣材料構(gòu)成，包括用于槽結(jié)構(gòu)的材料。
權(quán)利要求
1.將材料島(7)與外圍材料(2)隔離的方法，其特征步驟是沿島(7)和外圍材料(2)之間的邊界制作多個(gè)絕緣槽(4，4’)，其中每個(gè)絕緣槽(4)至少在兩個(gè)位置上通過(guò)絕緣橫向槽(9)連接到另一個(gè)絕緣槽(4’)，由此在槽(4，4’，9)之間形成外圍材料(2)構(gòu)成的島(2’)。
2.將材料島(7)與外圍材料(2)隔離的方法，其中島(7)和外圍材料(2)之間的邊界由兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體(11，11’)跨越，其特征步驟是在島(7)和外圍材料(2)之間制作多個(gè)絕緣槽(4，4’)，其中第一絕緣槽(4)至少在兩個(gè)位置上通過(guò)絕緣橫向槽(9)連接到第二絕緣槽(4’)，由此在槽(4，4’，9)之間形成外圍材料(2)構(gòu)成的島(2’)；和在每個(gè)槽(4，4’)的每個(gè)部分中制作將一對(duì)導(dǎo)體(11，11’)隔離開(kāi)的缺口(12，12’)。
3.利用絕緣槽結(jié)構(gòu)(4，4’)與外圍材料(2)隔離的材料島(7)，其中槽結(jié)構(gòu)(4，4’)包括多個(gè)包含絕緣材料(6)的槽(4，4’)，最靠近島(4)的第一槽由包含絕緣材料(6)的第二槽(4’)環(huán)繞，第二槽(4’)至少在兩個(gè)位置上通過(guò)絕緣橫向槽(9)連接到第一槽(4)，由此外圍材料(2)構(gòu)成的島(2’)制作在槽(4，4’，9)之間。
4.利用絕緣槽結(jié)構(gòu)(4，4’)與外圍材料(2)隔離的材料島(7)，其中槽結(jié)構(gòu)(4，4’)由兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體(11，11’)跨越，槽結(jié)構(gòu)(4，4’)包括多個(gè)包含絕緣材料(6)的槽(4，4’)，第一槽由包含絕緣材料(6)的第二槽(4’)環(huán)繞，第二槽(4’)至少在兩個(gè)位置上通過(guò)絕緣橫向槽(9)連接到第一槽(4)，由此外圍材料(2)構(gòu)成的島(2’)制作在槽(4，4’，9)之間；槽結(jié)構(gòu)(4，4’)還包括在每個(gè)槽(4，4’)的每一部分中將一對(duì)導(dǎo)體(11，11’)隔離開(kāi)的缺口(12，12’)。
5.權(quán)利要求3或4的材料島(7)，其中槽(4，4’)的數(shù)目只是兩個(gè)。
6.權(quán)利要求3或4的材料島(7)，其中槽(4，4’)的數(shù)目多于兩個(gè)。
7.權(quán)利要求3、4或6的材料島(7)，其中槽(4，4’)至少在兩個(gè)位置上通過(guò)絕緣橫向槽(9)連接到每個(gè)與之緊鄰的槽(4，4’)。
8.權(quán)利要求3、4或6的材料島(7)，其中槽(4，4’)至少在兩個(gè)位置上通過(guò)絕緣橫向槽(9)連接到唯一一個(gè)與之緊鄰的槽(4，4’)。
9.權(quán)利要求3-8的材料島(7)，其中元件(7)是雙極型元件。
10.權(quán)利要求3-9中任何一個(gè)的材料島(7)，其中它包括在硅襯底或絕緣體上的埋藏絕緣層。
11.權(quán)利要求4-10中任何一個(gè)的材料島(7)，其中島(2’)不與導(dǎo)體(11，11’)電接觸。
全文摘要
材料島(7)具有包含槽結(jié)構(gòu)的絕緣裝置,其中槽結(jié)構(gòu)包括由第二絕緣槽(4’)環(huán)繞的第一絕緣槽(4),槽由至少兩個(gè)橫向連接槽(9)連接在一起。
文檔編號(hào)H01L21/76GK1257608SQ9880541
公開(kāi)日2000年6月21日 申請(qǐng)日期1998年3月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月26日
發(fā)明者A·K·S·瑟德貝里, N·O·厄格倫, E·H·舍丁, O·M·扎克里森 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司