專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有高可靠溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制造工藝。
背景技術(shù)：
淺溝槽隔離(SGI)結(jié)構(gòu)目前可用來(lái)形成電隔離即諸如半導(dǎo)體襯底上的晶體管之類的相鄰元件之間的隔離。如圖1A-1D所示，SGI結(jié)構(gòu)通常包含制作在硅半導(dǎo)體襯底31上的淺溝槽和埋置在溝槽中的氧化膜35之類，且由于其工藝尺度精度高于現(xiàn)行硅的局部氧化(LOCOS)結(jié)構(gòu)而適合于要求工藝尺度精度為0.25微米或以下的器件。然而，如圖1C所示，SGI結(jié)構(gòu)在氧化步驟中有時(shí)會(huì)在溝槽的上邊沿處氧化形成的氧化膜35中形成硅半導(dǎo)體襯底31的尖銳突出物34。這種硅半導(dǎo)體襯底31的尖銳突出物34的存在，引起電場(chǎng)在電路工作過(guò)程中集中在突出物周?chē)鏏.Bryant等人(Technical Digest ofIEDM’94，pp.671-674)所公開(kāi)的那樣，有時(shí)會(huì)使柵擊穿電壓或電容退化。從實(shí)驗(yàn)已知，當(dāng)溝槽上邊沿周?chē)囊r底曲率半徑不大于3nm時(shí)，即使襯底在溝槽上邊沿周?chē)慕嵌炔恍∮?0度，也出現(xiàn)這種柵擊穿電壓的退化。為了克服退化，如圖1B’所示，圖1B的襯墊氧化膜32被凹陷大約0.1微米，并如JP-A-2-260660所公開(kāi)的那樣，用氧化劑最好是蒸汽，在大約1000℃的溫度下進(jìn)行氧化，以便在溝槽上邊沿處形成所需的曲率半徑。
雖然用現(xiàn)有技術(shù)方法能夠得到所需的曲率半徑，但如圖1C’所示，在溝槽上邊沿周?chē)墓璋雽?dǎo)體襯底31的上表面上形成了臺(tái)階(即不平整)44。這種臺(tái)階44可能由于下列機(jī)制而形成。亦即，硅半導(dǎo)體襯底31在襯墊氧化膜32邊沿處的凹陷區(qū)中具有硅暴露區(qū)和硅不暴露區(qū)；硅暴露區(qū)比硅不暴露區(qū)經(jīng)歷較快的氧化劑擴(kuò)散，亦即較快的氧化，導(dǎo)致在作為邊界的襯墊氧化膜32的邊沿處形成臺(tái)階44。在這種臺(tái)階區(qū)中制作的柵氧化膜37具有不均勻的厚度，導(dǎo)致電學(xué)性質(zhì)的變化。而且，應(yīng)力易于集中于此處，導(dǎo)致有可能降低制作在臺(tái)階上的晶體管的電學(xué)可靠性。
再用化學(xué)汽相淀積(CVD)方法在半導(dǎo)體襯底31上淀積氧化硅膜36，以便將氧化硅膜36埋置在溝槽中，然后對(duì)半導(dǎo)體襯底31進(jìn)行熱處理，以便對(duì)埋置在溝槽中的氧化硅膜36進(jìn)行燒結(jié)。進(jìn)行燒結(jié)是為了改善埋置在溝槽中的氧化硅膜36的質(zhì)量。若燒結(jié)不充分，則在后續(xù)步驟中常常會(huì)在溝槽中產(chǎn)生空洞。
而且，通常認(rèn)為濕法即蒸汽氧化能有效地?zé)Y(jié)埋置在溝槽中的氧化硅膜36，但濕法即蒸汽氧化易于氧化溝槽的內(nèi)部特別是側(cè)壁。氧化從溝槽表面開(kāi)始，溝槽底部因而氧化得較少。溝槽側(cè)壁一旦被氧化，有源區(qū)就變窄。這是另一個(gè)問(wèn)題。較厚的氧化膜將在氧化膜與襯底之間的邊界上引起更大的應(yīng)力，且曾經(jīng)變圓的肩部邊沿會(huì)回到原來(lái)的尖銳形狀，還會(huì)產(chǎn)生晶體缺陷。這是又一個(gè)問(wèn)題。為了克服這些問(wèn)題，提出了沿溝槽內(nèi)壁制作氮化硅膜。
根據(jù)JP-A-8-97277公開(kāi)的制作溝槽的工藝，首先在硅襯底上開(kāi)挖溝槽，然后用熱氧化方法在溝槽內(nèi)表面(側(cè)壁和底部表面)上制作氧化膜，隨之以在其上進(jìn)一步制作氮化硅膜以及在氮化硅膜上進(jìn)一步制作諸如非晶硅、多晶硅和單晶硅膜之類的硅膜。于是，溝槽被氧化硅膜完全掩埋，隨之以對(duì)溝槽頂部進(jìn)行整平。在襯底的整個(gè)表面上淀積氧化硅膜之后，但在整平之前，在包括蒸汽的氧化氣氛中，于大約950℃下，對(duì)硅膜進(jìn)行氧化，以便將其轉(zhuǎn)變成氧化硅膜。由于硅襯底被氮化硅膜保護(hù)著，故氧化過(guò)程中硅襯底不被氧化。根據(jù)此工藝，具有與氧化硅膜良好兼容性的膜，亦即硅膜，被制作成溝槽內(nèi)表面上的薄膜，從而可以用氧化硅膜掩埋溝槽而不在溝槽中留下任何空洞。溝槽中的硅膜則必須用氧化方法轉(zhuǎn)變成氧化硅膜，但在硅膜與硅襯底之間提供氮化硅膜，在硅膜的氧化過(guò)程中，硅襯底決不被氧化。亦即，器件特性完全不退化。
在制作溝槽的上述現(xiàn)有技術(shù)工藝中，為了使元件隔離溝槽的肩部邊沿圓滑，在諸如1000℃或更高的高溫下進(jìn)行熱處理。但大尺度的晶片在諸如1000℃或更高的高溫的熱處理下易于出現(xiàn)位錯(cuò)，形成缺陷核心，因此，根據(jù)未來(lái)采用尺寸大得多的晶片的趨勢(shì)，可能難以使用諸如1000℃或更高的高溫下的熱處理工藝。在諸如低于1000℃的低溫下的熱處理中，難以使元件隔離溝槽的肩部邊沿圓滑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在溝槽上端形成有所需曲率半徑而不形成任何臺(tái)階的半導(dǎo)體器件及其制造工藝。
借助于降低半導(dǎo)體襯底上元件隔離溝槽的溝槽上端周?chē)膽?yīng)力產(chǎn)生，可以達(dá)到本發(fā)明的目的。
本發(fā)明的另一目的是提供一種優(yōu)化元件隔離溝槽的形狀、從而使器件更精細(xì)并改善器件電學(xué)特性的新穎方法。
本發(fā)明的又一目的是提供一種降低由燒結(jié)埋置在元件隔離溝槽中的氧化硅膜所造成的有源區(qū)應(yīng)力對(duì)器件特性的不利影響的新穎方法。
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的制造工藝，包括下列步驟通過(guò)半導(dǎo)體襯底的第一氧化工藝在半導(dǎo)體襯底的電路形成面上形成第一氧化膜的步驟，在第一氧化膜上形成抗氧化膜的步驟，在抗氧化膜上形成光刻膠膜的步驟，清除所需部分處的部分光刻膠膜的步驟，清除部分抗氧化膜和第一氧化膜的步驟，在清除了第一氧化膜的部分中的半導(dǎo)體襯底上開(kāi)挖溝槽的步驟，清除抗氧化膜上的部分光刻膠膜的步驟，通過(guò)使第一氧化膜從元件隔離區(qū)凹陷5-40nm形成凹陷空間的步驟，通過(guò)半導(dǎo)體襯底的第二氧化工藝在凹陷空間和溝槽內(nèi)壁中形成第二氧化硅膜的步驟，在溝槽中的第二氧化膜上埋置元件隔離膜的步驟，清除半導(dǎo)體襯底上的抗氧化膜和第一氧化膜的步驟，以及在清除了第一氧化膜的半導(dǎo)體襯底的部分上形成柵介質(zhì)膜和柵電極的步驟。
本發(fā)明還提供了另一種半導(dǎo)體器件的制造工藝，包括下列步驟通過(guò)半導(dǎo)體襯底的第一氧化工藝在半導(dǎo)體襯底上形成第一氧化膜的步驟，在第一氧化膜上形成氮化硅膜的步驟，在抗氧化膜上形成光刻膠膜的步驟，清除所需部分處的部分光刻膠膜的步驟，從所需部分處清除抗氧化膜和第一氧化膜的步驟，在清除了第一氧化膜的部分中的元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底上開(kāi)挖溝槽的步驟，清除氮化硅膜上的部分光刻膠膜的步驟，通過(guò)從形成了溝槽的區(qū)域腐蝕第一氧化膜，從而在氮化硅膜下方形成凹陷空間的步驟，通過(guò)將半導(dǎo)體襯底熱氧化到不超過(guò)引起氮化硅膜向上彎曲變形的氧化量的程度，在凹陷空間中形成第二氧化膜，在溝槽中埋置第三氧化膜的步驟，清除半導(dǎo)體襯底上的氮化硅膜和第一氧化膜的步驟，以及在半導(dǎo)體襯底上形成柵介質(zhì)膜和柵電極的步驟。
本發(fā)明還提供了另一種半導(dǎo)體器件的制造工藝，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底的電路形成面上形成襯墊氧化膜的步驟，在第一氧化膜上形成抗氧化膜的步驟，在抗氧化膜上形成光刻膠膜的步驟，清除所需部分處的部分光刻膠膜的步驟，清除部分抗氧化膜和襯墊氧化膜的步驟，在同時(shí)掩蔽元件區(qū)的部分中的半導(dǎo)體襯底上開(kāi)挖溝槽的步驟，清除抗氧化膜上的部分光刻膠膜的步驟，通過(guò)從溝槽側(cè)壁腐蝕襯墊氧化膜，在溝槽周?chē)陌雽?dǎo)體表面上形成5-40nm凹陷空間的步驟，在凹陷空間中形成第二氧化硅膜，直到凹陷空間和溝槽中的表面完全被第二氧化膜覆蓋的步驟，在具有第二氧化膜的溝槽中埋置元件隔離膜的步驟，清除半導(dǎo)體襯底上的抗氧化膜和襯墊氧化膜的步驟，在元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底表面上形成柵介質(zhì)膜的步驟，以及在柵介質(zhì)膜上形成柵電極的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，利用不高于1000℃的低溫?zé)崽幚?，能夠?yōu)化半導(dǎo)體器件的元件隔離溝槽的形狀，而且能夠?qū)⑵骷龅酶?xì)并具有改進(jìn)了的電學(xué)特性。
而且，根據(jù)本發(fā)明，能夠減弱由于對(duì)埋置在元件隔離溝槽中的氧化硅膜進(jìn)行燒結(jié)而造成的有源區(qū)中的應(yīng)力對(duì)器件特性的不利影響。從而能夠制造具有高可靠性的半導(dǎo)體器件。


圖1A-1D示意地示出了用常規(guī)選擇性氧化工藝制造溝槽隔離結(jié)構(gòu)的步驟。
圖2A-2I示意地示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的制造溝槽隔離結(jié)構(gòu)的步驟。
圖3流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的制造溝槽隔離結(jié)構(gòu)的步驟。
圖4示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的工作與效果。
圖5A和5B示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的工作與效果。
圖6流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的制造溝槽隔離結(jié)構(gòu)的步驟。
圖7示出了本發(fā)明第二實(shí)施例的工作與效果。
圖8流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的制造溝槽隔離結(jié)構(gòu)的步驟。
圖9流程圖示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的制造溝槽隔離結(jié)構(gòu)的步驟。
圖10示出了本發(fā)明第四實(shí)施例的工作與效果。
圖11-32是半導(dǎo)體襯底主要部分的立面剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明例5的制造半導(dǎo)體器件的工藝。
圖33-36是根據(jù)本發(fā)明例6的半導(dǎo)體襯底主要部分的立面剖面圖。
圖37-44是半導(dǎo)體襯底主要部分的立面剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明例7的制造半導(dǎo)體器件的工藝。
圖45-48是半導(dǎo)體襯底主要部分的立面剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明例8的制造半導(dǎo)體器件的工藝。
圖49-50是半導(dǎo)體襯底主要部分的立面剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明例9的制造半導(dǎo)體器件的工藝。
圖51-54是半導(dǎo)體襯底主要部分的立面剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明例10的制造半導(dǎo)體器件的工藝。
圖55-58是半導(dǎo)體襯底主要部分的立面剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明例11的制造半導(dǎo)體器件的工藝。
圖59-64是半導(dǎo)體襯底主要部分的立面剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明例12的制造半導(dǎo)體器件的工藝。
圖65-66是半導(dǎo)體襯底主要部分的立面剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明例13的制造半導(dǎo)體器件的工藝。
圖67-68是半導(dǎo)體襯底主要部分的立面剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明例14的制造半導(dǎo)體器件的工藝。
圖69-70是半導(dǎo)體襯底主要部分的立面剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明例15的制造半導(dǎo)體器件的工藝。
具體實(shí)施例方式
用來(lái)制造半導(dǎo)體器件的本工藝包含下列步驟(1)在半導(dǎo)體襯底的電路制作側(cè)上，制作諸如厚度至少為5nm，最好至少為10nm的氧化硅膜的襯墊氧化膜的步驟，(2)在襯墊氧化膜上制作諸如氮化硅膜的抗氧化膜的步驟，(3)從半導(dǎo)體襯底的電路制作側(cè)上的所需位置處，局部清除抗氧化膜和襯墊氧化膜，并進(jìn)一步在半導(dǎo)體襯底表面上的這一位置處開(kāi)挖所需深度的溝槽的步驟，(4)用腐蝕方法，使襯墊氧化膜從半導(dǎo)體襯底表面上留下的抗氧化膜的邊沿側(cè)凹陷(即局部清除)5-40nm的步驟，(5)最好在H2/O2氣體比率小于0.5的氧化氣氛中，在制作的凹陷空間(襯底表面與抗氧化膜之間的間隙)中將得到的氧化物填充到凹陷的襯墊氧化膜的邊沿的范圍內(nèi)，對(duì)半導(dǎo)體襯底上開(kāi)挖的溝槽的內(nèi)壁進(jìn)行熱氧化的步驟，(6)在被氧化的溝槽中埋置掩埋隔離膜的步驟，(7)清除制作在抗氧化膜上的埋置隔離膜的步驟，
(8)清除制作在半導(dǎo)體襯底的電路制作側(cè)上的抗氧化膜的步驟，以及(9)清除制作在半導(dǎo)體襯底的電路制作側(cè)上的襯墊氧化膜的步驟。
在上述工藝中，如圖34所示，借助于在開(kāi)挖溝槽之前，在襯墊氧化膜2下方提供局部凹陷的方法，能夠更有效地改善溝槽的肩部邊沿。
在這種包含半導(dǎo)體襯底和用上述工藝制造的具有制作在半導(dǎo)體襯底電路制作側(cè)上的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的元件隔離氧化膜的半導(dǎo)體器件中，襯底在上表面上沒(méi)有臺(tái)階，而是在溝槽隔離結(jié)構(gòu)的溝槽上邊沿周?chē)哂袉握{(diào)的凸面形狀；如圖10所示，在溝槽隔離結(jié)構(gòu)中部的溝槽內(nèi)壁處，氧化膜被氧化成厚度為5-70nm，最好是30-70nm；且半導(dǎo)體襯底在其溝槽上邊沿處的曲率半徑在3-35nm范圍內(nèi)。
下面簡(jiǎn)述此處要公開(kāi)的典型工藝根據(jù)本發(fā)明的第一典型情況，制造半導(dǎo)體器件的工藝包含下列步驟(a)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上制作第一氧化硅膜作為襯墊氧化膜，然后在第一氧化硅膜上淀積氮化硅膜作為抗氧化膜，并在對(duì)元件區(qū)進(jìn)行掩蔽的情況下，選擇性地腐蝕位于元件隔離區(qū)中的氮化硅膜、第一氧化硅膜和半導(dǎo)體襯底，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上開(kāi)挖溝槽的步驟，(b)對(duì)暴露于溝槽內(nèi)側(cè)的第一氧化硅膜進(jìn)行腐蝕，從而使第一氧化硅膜從溝槽的內(nèi)壁向有源區(qū)凹陷5-40nm的步驟，(c)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在直到凹陷的第一氧化硅膜的邊沿制作的凹陷空間中將第二氧化硅膜填充的范圍內(nèi)，在溝槽的內(nèi)壁上形成第二氧化硅膜，并同時(shí)使溝槽的肩部邊沿圓滑的步驟，(d)在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上淀積第三氧化硅膜，從而在溝槽中埋置第三氧化硅膜的步驟，(e)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理(即退火)，從而對(duì)埋置在溝槽中的第三氧化硅膜進(jìn)行燒結(jié)的步驟，
(f)清除氮化硅膜上的第三氧化硅膜，同時(shí)只在溝槽中留下第三氧化硅膜，從而形成埋置有第三氧化硅膜的元件隔離溝槽的步驟，以及(g)清除其周界由元件隔離溝槽限制的有源區(qū)的表面上的氮化硅膜，然后在有源區(qū)中制作半導(dǎo)體元件的步驟。
在本工藝的第一典型情況下，用來(lái)制作第一氧化硅膜的熱氧化溫度、用來(lái)制作第二氧化硅膜的熱氧化溫度、以及用來(lái)燒結(jié)第三氧化硅膜的熱處理(即退火)溫度，均不高于1000℃。
在本工藝的第一典型情況下，用來(lái)制作第二氧化硅膜的熱氧化溫度為800-1000℃。
在制作半導(dǎo)體器件的本工藝的第一典型情況下，溝槽具有不大于85度的斜角θ。
在本工藝的第一典型情況下，在步驟(c)之后但步驟(d)之前，對(duì)溝槽內(nèi)壁進(jìn)行軟氮化處理，從而在靠近制作在溝槽內(nèi)壁上的第二氧化硅膜與半導(dǎo)體襯底的有源區(qū)之間的邊界的區(qū)域中形成氮化硅層。
在本工藝的第一典型情況下，在步驟(c)之后但步驟(d)之前，對(duì)靠近制作在溝槽內(nèi)壁上的第二氧化硅膜與半導(dǎo)體襯底的元件隔離區(qū)之間的邊界的區(qū)域，進(jìn)行氮離子注入，從而在靠近制作在溝槽內(nèi)壁上的第二氧化硅膜與半導(dǎo)體襯底的元件隔離區(qū)的區(qū)域中形成氮化硅層。
在本工藝的第一典型情況下，在步驟(d)之后，清除氮化硅膜上的第三氧化硅膜，同時(shí)只在溝槽中留下第三氧化硅膜，從而形成埋置有第三氧化硅膜的元件隔離溝槽，然后對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理(即退火)，從而對(duì)埋置在溝槽中的第三氧化硅膜進(jìn)行燒結(jié)。
在本工藝的第一典型情況下，在含氮的氣氛中執(zhí)行步驟(c)，從而在剛要完全填充由于襯墊氧化膜凹陷而形成的空間之前，在溝槽的內(nèi)壁上形成第二氮化硅膜，同時(shí)使溝槽的肩部邊沿圓滑。
在本工藝的第一典型情況下，在步驟(c)之后但步驟(d)之前，至少在第二氧化硅膜的表面上形成第二氮化硅膜。
根據(jù)本發(fā)明的第二典型情況，制造半導(dǎo)體器件的工藝包含下列步驟(a)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上制作襯墊氧化膜(第一氧化硅膜)，然后在第一氧化硅膜上淀積氮化硅膜，并在對(duì)元件區(qū)進(jìn)行掩蔽的情況下，選擇性地腐蝕位于元件隔離區(qū)中的氮化硅膜和第一氧化硅膜的步驟，(b)對(duì)元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行各向同性淺腐蝕，從而在元件隔離區(qū)邊沿處的半導(dǎo)體襯底上形成凹陷的步驟，(c)對(duì)元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行選擇性腐蝕，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上開(kāi)挖溝槽的步驟，(d)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在溝槽的內(nèi)壁上形成第二氧化硅膜，并同時(shí)使溝槽的肩部邊沿圓滑的步驟，(e)在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上淀積第三氧化硅膜，從而在溝槽中埋置第三氧化硅膜的步驟，(f)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理(即退火)，從而對(duì)埋置在溝槽中的第三氧化硅膜進(jìn)行燒結(jié)的步驟，(g)清除氮化硅膜上的第三氧化硅膜，同時(shí)只在溝槽中留下第三氧化硅膜，從而形成埋置有第三氧化硅膜的元件隔離溝槽的步驟，以及(h)清除其周界由元件隔離溝槽限制的有源區(qū)的表面上的氮化硅膜，然后在有源區(qū)中制作半導(dǎo)體元件的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第三典型情況，制造半導(dǎo)體器件的工藝包含下列步驟(a)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上制作第一氧化硅膜，然后在第一氧化硅膜上淀積第一氮化硅膜，并在對(duì)元件區(qū)進(jìn)行掩蔽的情況下，選擇性地腐蝕位于元件隔離區(qū)中的第一氮化硅膜、第一氧化硅膜和半導(dǎo)體襯底，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上開(kāi)挖溝槽的步驟，(b)對(duì)暴露于溝槽內(nèi)側(cè)的第一氧化硅膜進(jìn)行腐蝕，從而使第一氧化硅膜從溝槽的內(nèi)壁向有源區(qū)凹陷5-40nm的步驟，
(c)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在直到凹陷的第一氧化硅膜制作的凹陷空間中將第二氧化硅膜填充的范圍內(nèi)，在溝槽的內(nèi)壁上形成第二氧化硅膜，并同時(shí)使溝槽的肩部邊沿圓滑的步驟，(d)用化學(xué)汽相淀積方法，在包括溝槽內(nèi)部的半導(dǎo)體襯底上，淀積第二氮化硅膜的步驟，(e)在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上淀積第三氧化硅膜，從而在溝槽中埋置第三氧化硅膜的步驟，(f)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理(即退火)，從而對(duì)埋置在溝槽中的第三氧化硅膜進(jìn)行燒結(jié)的步驟，(g)清除第一氮化硅膜上的第三氧化硅膜和第二氮化硅膜，同時(shí)只在溝槽中留下第三氧化硅膜和第二氮化硅膜，從而形成埋置有第三氧化硅膜和第二氮化硅膜的元件隔離溝槽的步驟，(h)用腐蝕方法清除其周界由元件隔離溝槽限制的有源區(qū)的表面上的第一氮化硅膜的步驟，(i)對(duì)元件隔離溝槽中的第三氧化硅膜進(jìn)行熱氧化，從而增大膜的厚度并填充由于在用腐蝕方法清除第一氮化硅膜的過(guò)程中同時(shí)清除元件隔離溝槽的肩部邊沿處的第二氮化硅膜所形成的凹陷的步驟，以及(j)在有源區(qū)中制作半導(dǎo)體元件的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第四典型情況，制造半導(dǎo)體器件的工藝包含下列步驟(a)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上制作第一氧化硅膜，然后在第一氧化硅膜上淀積第一氮化硅膜，并在對(duì)元件區(qū)進(jìn)行掩蔽的情況下，選擇性地腐蝕位于元件隔離區(qū)中的第一氮化硅膜、第一氧化硅膜和半導(dǎo)體襯底，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上開(kāi)挖溝槽的步驟，(b)對(duì)暴露于溝槽內(nèi)壁的第一氧化硅膜進(jìn)行腐蝕，從而使第一氧化硅膜從溝槽的內(nèi)壁向有源區(qū)凹陷5-40nm的步驟，(c)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在直到凹陷的第一氧化硅膜制作的凹陷空間中將第二氧化硅膜填充的范圍內(nèi)，在溝槽的內(nèi)壁上形成第二氧化硅膜，并同時(shí)使溝槽的肩部邊沿圓滑的步驟，(d)用化學(xué)汽相淀積方法，在包括溝槽內(nèi)部的半導(dǎo)體襯底上，淀積第二氮化硅膜的步驟，(e)在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上淀積第三氧化硅膜，從而在溝槽中埋置第三氧化硅膜的步驟，(f)清除第一氮化硅膜上的第三氧化硅膜和第二氮化硅膜，同時(shí)只在溝槽中留下第三氧化硅膜和第二氮化硅膜，從而形成埋置有第三氧化硅膜和第二氮化硅膜的元件隔離溝槽的步驟，(g)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理(即退火)，從而對(duì)埋置在溝槽中的第三氧化硅膜進(jìn)行燒結(jié)，并對(duì)元件隔離溝槽肩部邊沿上的第一氮化硅膜的表面和第二氮化硅膜的表面進(jìn)行氧化的步驟，(h)用腐蝕方法清除其周界由元件隔離溝槽限制的有源區(qū)的表面上的第一氮化硅膜和第一氮化硅膜表面上的氧化膜的步驟，以及(i)在有源區(qū)中制作半導(dǎo)體元件的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第五典型情況，制造半導(dǎo)體器件的工藝包含下列步驟(a)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上制作第一氧化硅膜(襯墊氧化膜)，然后在第一氧化硅膜上淀積氮化硅膜，并在對(duì)元件區(qū)進(jìn)行掩蔽的情況下，選擇性地腐蝕位于元件隔離區(qū)中的氮化硅膜、第一氧化硅膜和半導(dǎo)體襯底，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上開(kāi)挖溝槽的步驟，(b)對(duì)暴露于溝槽內(nèi)壁的第一氧化硅膜進(jìn)行腐蝕，從而使第一氧化硅膜從溝槽的內(nèi)壁向有源區(qū)凹陷5-40nm的步驟，(c)在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上淀積第二氧化硅膜(埋置氧化膜)，從而在溝槽中埋置第二氧化膜的步驟，(d)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在對(duì)埋置在溝槽中的第二氧化硅膜進(jìn)行燒結(jié)，在溝槽的內(nèi)壁上形成第三氧化硅膜(熱氧化膜)，并同時(shí)使溝槽的肩部邊沿圓滑的步驟，
(e)清除氮化硅膜上的第二氧化硅膜，同時(shí)只在溝槽中留下第二氧化硅膜，從而形成埋置有第二氧化硅膜的元件隔離溝槽的步驟，以及(f)清除其周界由元件隔離溝槽限制的有源區(qū)的表面上的氮化硅膜，然后在有源區(qū)中制作半導(dǎo)體元件的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第六典型情況，制造半導(dǎo)體器件的工藝包含下列步驟(a)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上制作第一氧化硅膜(襯墊氧化膜)，然后在第一氧化硅膜上淀積氮化硅膜，并在對(duì)元件區(qū)進(jìn)行掩蔽的情況下，選擇性地腐蝕位于元件隔離區(qū)中的氮化硅膜、第一氧化硅膜和半導(dǎo)體襯底，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上開(kāi)挖溝槽的步驟，(b)對(duì)暴露于溝槽內(nèi)壁的第一氧化硅膜進(jìn)行腐蝕，從而使第一氧化硅膜從溝槽的內(nèi)壁向有源區(qū)凹陷5-40nm的步驟，(c)在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上淀積第二氧化硅膜(埋置氧化膜)，從而在溝槽中埋置第二氧化膜的步驟，(d)清除氮化硅膜上的第二氧化硅膜，同時(shí)只在溝槽中留下第二氧化硅膜，從而形成埋置有第二氧化硅膜的元件隔離溝槽的步驟，(e)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在對(duì)埋置在溝槽中的第二氧化硅膜進(jìn)行燒結(jié)，在溝槽的內(nèi)壁上形成第三氧化硅膜(熱氧化膜)，并同時(shí)使溝槽的肩部邊沿圓滑的步驟，以及(f)清除其周界由元件隔離溝槽限制的有源區(qū)的表面上的氮化硅膜，然后在有源區(qū)中制作半導(dǎo)體元件的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第七典型情況，制造半導(dǎo)體器件的工藝包含下列步驟(a)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上制作第一氧化硅膜，然后在第一氧化硅膜上淀積氮化硅膜，并在對(duì)元件區(qū)進(jìn)行掩蔽的情況下，選擇性地腐蝕位于元件隔離區(qū)中的氮化硅膜、第一氧化硅膜和半導(dǎo)體襯底，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上開(kāi)挖溝槽的步驟，(b)對(duì)暴露于溝槽內(nèi)壁的第一氧化硅膜進(jìn)行腐蝕，從而使第一氧化硅膜從溝槽的內(nèi)壁向有源區(qū)凹陷5-40nm的步驟，(c)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在直到凹陷的第一氧化硅膜的邊沿制作的凹陷空間中將第二氧化硅膜填充的范圍內(nèi)，在溝槽的內(nèi)壁上形成第二氧化硅膜，并同時(shí)使溝槽的肩部邊沿圓滑的步驟，(d)在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上淀積多晶硅膜的步驟，(e)在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上淀積第三氧化硅膜，從而在溝槽中埋置第三氧化膜的步驟，(f)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在對(duì)埋置在溝槽中的第三氧化硅膜進(jìn)行燒結(jié)，并對(duì)多晶硅膜進(jìn)行氧化，以便至少將其一部分轉(zhuǎn)變成氧化硅膜的步驟，(g)清除氮化硅膜上的第三氧化硅膜和該氧化硅膜，同時(shí)只在溝槽中留下第三氧化硅膜和該氧化硅膜，從而形成埋置有第三氧化硅膜和該氧化硅膜的元件隔離溝槽的步驟，以及(h)清除其周界由元件隔離溝槽限制的有源區(qū)的表面上的氮化硅膜，然后在有源區(qū)中制作半導(dǎo)體元件的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第八典型情況，制造半導(dǎo)體器件的工藝包含下列步驟(a)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上制作第一氧化硅膜，然后在第一氧化硅膜上淀積氮化硅膜，并在對(duì)元件區(qū)進(jìn)行掩蔽的情況下，選擇性地腐蝕位于元件隔離區(qū)中的氮化硅膜、第一氧化硅膜和半導(dǎo)體襯底，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上開(kāi)挖溝槽的步驟，(b)對(duì)暴露于溝槽內(nèi)壁的第一氧化硅膜進(jìn)行腐蝕，從而使第一氧化硅膜從溝槽的內(nèi)壁向有源區(qū)凹陷5-40nm的步驟，(c)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在直到凹陷的第一氧化硅膜的邊沿制作的凹陷空間中將第二氧化硅膜填充的范圍內(nèi)，在溝槽的內(nèi)壁上形成第二氧化硅膜，并同時(shí)使溝槽的肩部邊沿圓滑的步驟，
(d)在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上淀積多晶硅膜的步驟，(e)在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上淀積第三氧化硅膜，從而在溝槽中埋置第三氧化膜的步驟，(f)清除氮化硅膜上的第三氧化硅膜和多晶硅膜，同時(shí)在溝槽中留下第三氧化硅膜和多晶硅膜，從而形成埋置有第三氧化硅膜和多晶硅膜的元件隔離溝槽的步驟，(g)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化(即退火)，從而在對(duì)埋置在溝槽中的第三氧化硅膜進(jìn)行燒結(jié)，并對(duì)多晶硅膜進(jìn)行氧化，以便至少將其一部分轉(zhuǎn)變成氧化硅膜的步驟，以及(h)清除其周界由元件隔離溝槽限制的有源區(qū)的表面上的氮化硅膜，然后在有源區(qū)中制作半導(dǎo)體元件的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第九典型情況，制造半導(dǎo)體器件的工藝包含下列步驟(a)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上制作第一氧化硅膜(襯墊氧化膜)，然后在第一氧化硅膜上淀積氮化硅膜，并在對(duì)元件區(qū)進(jìn)行掩蔽的情況下，選擇性地腐蝕位于元件隔離區(qū)中的氮化硅膜、第一氧化硅膜和半導(dǎo)體襯底，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上開(kāi)挖溝槽的步驟，(b)對(duì)暴露于溝槽內(nèi)壁的第一氧化硅膜進(jìn)行腐蝕，從而使第一氧化硅膜從溝槽的內(nèi)壁向有源區(qū)凹陷5-40nm的步驟，(c)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氮化，從而在溝槽內(nèi)壁上形成第二氮化硅的步驟，(d)在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上淀積第二氧化硅膜(埋置氧化膜)，從而在溝槽中埋置第二氧化膜的步驟，(e)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化(即退火)，從而對(duì)埋置在溝槽中的第二氧化硅膜進(jìn)行燒結(jié)的步驟，(f)清除第一氮化硅膜上的第二氧化硅膜，同時(shí)只在溝槽中留下第二氧化硅膜，從而形成埋置有第二氧化硅膜的元件隔離溝槽的步驟，以及
(g)清除其周界由元件隔離溝槽限制的有源區(qū)的表面上的氮化硅膜，然后在有源區(qū)中制作半導(dǎo)體元件的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第十典型情況，制造半導(dǎo)體器件的工藝包含下列步驟(a)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上制作第一氧化硅膜(襯墊氧化膜)，然后在第一氧化硅膜上淀積氮化硅膜，并在對(duì)元件區(qū)進(jìn)行掩蔽的情況下，選擇性地腐蝕位于元件隔離區(qū)中的氮化硅膜、第一氧化硅膜和半導(dǎo)體襯底，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上開(kāi)挖溝槽的步驟，(b)對(duì)暴露于溝槽內(nèi)壁的第一氧化硅膜進(jìn)行腐蝕，從而使第一氧化硅膜從溝槽的內(nèi)壁向有源區(qū)凹陷5-40nm的步驟，(c)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在溝槽的內(nèi)壁上形成第二氧化硅膜，然后對(duì)第二氧化硅膜進(jìn)行氮化，從而至少將其一部分轉(zhuǎn)變成氮化硅膜的步驟，(d)在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上淀積第三氧化硅膜，從而在溝槽中埋置第三氧化膜的步驟，(e)清除第一氮化硅膜上的第三氧化硅膜，同時(shí)只在溝槽中留下第三氧化硅膜，從而形成埋置有第三氧化硅膜的元件隔離溝槽的步驟，以及(f)清除其周界由元件隔離溝槽限制的有源區(qū)的表面上的第一氮化硅膜，然后在有源區(qū)中制作半導(dǎo)體元件的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第十一典型情況，制造半導(dǎo)體器件的工藝包含下列步驟(a)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱氧化，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上制作第一氧化硅膜(襯墊氧化膜)，然后在第一氧化硅膜上淀積氮化硅膜，并在對(duì)元件區(qū)進(jìn)行掩蔽的情況下，選擇性地腐蝕位于元件隔離區(qū)中的氮化硅膜、第一氧化硅膜和半導(dǎo)體襯底，從而在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上開(kāi)挖溝槽的步驟，(b)對(duì)暴露于溝槽內(nèi)壁的第一氧化硅膜進(jìn)行腐蝕，從而使第一氧化硅膜從溝槽的內(nèi)壁向有源區(qū)凹陷5-40nm的步驟，(c)在半導(dǎo)體襯底上淀積多晶硅膜，然后對(duì)多晶硅膜進(jìn)行氮化，從而至少將其一部分轉(zhuǎn)變成氮化硅膜的步驟，(d)在半導(dǎo)體襯底的主側(cè)(即表面)上淀積第二氧化硅膜(埋置的氧化膜)，從而在溝槽中埋置第二氧化膜的步驟，(e)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行熱處理(即退火)，從而對(duì)埋置在溝槽中的第二氧化硅膜進(jìn)行燒結(jié)的步驟，(f)清除第一氮化硅膜上的第二氧化硅膜，同時(shí)只在溝槽中留下第二氧化硅膜，從而形成埋置有第二氧化硅膜的元件隔離溝槽的步驟，以及(g)清除其周界由元件隔離溝槽限制的有源區(qū)的表面上的第一氮化硅膜，然后在有源區(qū)中制作半導(dǎo)體元件的步驟。
下面參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，在說(shuō)明本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的所有附圖中，用相同的參考號(hào)來(lái)表示具有相同功能的元件以免重復(fù)解釋。
例1下面參照?qǐng)D2A-2I和圖3來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的步驟。
圖2A-2I是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的立面剖面圖，而圖3是流程圖，示出了工藝步驟的概況。根據(jù)流程圖3，參照?qǐng)D2A-2I來(lái)解釋各個(gè)步驟。
(1)對(duì)硅襯底31的表面進(jìn)行熱氧化，以形成厚度約為10nm的襯墊氧化膜32(圖3中的101和102)。
(2)在襯墊氧化膜32上淀積厚度約為200nm的氮化硅膜42，并用作元件隔離熱氧化膜35制作時(shí)的抗氧化膜(圖3中的103)。
(3)在氮化硅膜42上形成光刻膠43(圖3中的104)。
(4)用普通的曝光方法清除所需位置處的光刻膠，然后用腐蝕方法清除部分氮化硅膜42、襯墊氧化膜32和硅襯底31，從而以溝槽內(nèi)壁對(duì)硅襯底31的表面成預(yù)定角度(例如，如圖2D中A所示，以95-110度的角度)開(kāi)挖淺溝槽(圖3中的105-107)。
(5)清除光刻膠43，然后用腐蝕方法使襯墊氧化膜32凹陷(即局部清除)5-40nm(圖3中的108和109)。
(6)然后，例如在干氧化氣氛中，于900-1000℃下，對(duì)硅襯底31的表面進(jìn)行熱氧化，以便在溝槽的內(nèi)壁上形成熱氧化膜35(圖3中的110)。
(7)用化學(xué)汽相淀積(CVD)、濺射等方法，在其上淀積諸如氧化硅膜之類的隔離膜，以便將隔離膜埋置在溝槽中(以下稱此隔離膜為埋置隔離膜36)。用化學(xué)汽相淀積、濺射等方法淀積的氧化硅膜等通常是多孔膜，因而在淀積埋置隔離膜36之后，可以在大約1000℃下，對(duì)硅襯底31進(jìn)行退火，或在氧化氣氛中，于大約1000℃下，對(duì)硅襯底31進(jìn)行氧化，以便使薄膜更緊密(圖3中的111)。
(8)用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或干法腐蝕方法，對(duì)埋置隔離膜36進(jìn)行回腐蝕，其中用作抗氧化膜的氮化硅膜42被用作腐蝕停止層，以防止氮化硅膜42下方的硅襯底31被腐蝕(圖3中的112)。
(9)清除氮化硅膜42和襯墊氧化膜32，從而完成埋置溝槽結(jié)構(gòu)(圖3中的113)。然后，通過(guò)制造晶體管結(jié)構(gòu)所需的安裝手續(xù)，例如借助于制作柵氧化膜和柵電極、用雜質(zhì)進(jìn)行摻雜、制作布線、層間隔離膜等、制作表面保護(hù)膜等，來(lái)制造半導(dǎo)體器件。
下面參照?qǐng)D4和圖5A和5B來(lái)解釋本發(fā)明第一實(shí)施例的工作和效果。
本發(fā)明第一實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于前述步驟(5)中的襯墊氧化膜32的凹陷程度有限。圖4示出了對(duì)由于襯墊氧化膜32凹陷程度的改變而造成的溝槽上邊沿處硅襯底31的曲率半徑的改變的分析結(jié)果，其中橫軸表示襯墊氧化膜32的凹陷程度，而縱軸表示溝槽上邊沿處硅襯底的曲率半徑。如從圖4可見(jiàn)，溝槽上邊沿處襯底的曲率半徑隨襯墊氧化膜32的凹陷程度增大而從零增大，凹陷程度為5nm時(shí)，達(dá)到大約25nm，凹陷程度為20nm時(shí)，進(jìn)一步增大到大約35nm。但當(dāng)凹陷程度增大到超過(guò)40nm時(shí)，在溝槽上邊沿處的襯底上側(cè)形成臺(tái)階，凹陷程度為60nm時(shí)，曲率半徑降低到例如25nm。
可以假設(shè)曲率半徑對(duì)襯墊氧化膜凹陷程度的依賴是下列原因造成的在溝槽氧化過(guò)程中，氧化膜開(kāi)始生長(zhǎng)，同時(shí)在氮化硅膜42與硅襯底31之間經(jīng)歷大約二倍的體積膨脹(圖5A和5B)。當(dāng)襯墊氧化膜32的凹陷程度為零時(shí)，氮化硅膜42的邊沿被體積膨脹向上推動(dòng)，使氮化硅膜形變成向上彎曲的凹陷形狀。由于氮化硅膜42的彎曲形變而出現(xiàn)反力，導(dǎo)致在氮化硅膜42下方的氧化膜(包括部分襯墊氧化膜32)以及在硅襯底二者中出現(xiàn)壓應(yīng)力(圖5A)。一旦出現(xiàn)壓應(yīng)力，氧化點(diǎn)的擴(kuò)散亦即氧化反應(yīng)的進(jìn)展就被抑制，使溝槽上邊沿處的氧化速率明顯降低。另一方面，在溝槽內(nèi)壁上，氧化膜的生長(zhǎng)方向(垂直于內(nèi)壁表面的方向)不受任何限制，亦即，不存在阻礙生長(zhǎng)著的氧化膜進(jìn)行體積膨脹的因素，因而，與溝槽上邊沿的氧化相反，可以在內(nèi)壁表面上進(jìn)行氧化而不受任何限制。于是，如圖5A中的虛線所示，隨著氧化的進(jìn)展，硅襯底31在溝槽上邊沿處的襯底形狀變尖。
當(dāng)襯墊氧化膜32被凹陷時(shí)，就形成硅襯底31在溝槽上邊沿處的暴露區(qū)及其未暴露區(qū)(圖5B)。在暴露區(qū)中，在氧化開(kāi)始階段生長(zhǎng)的氧化膜不與上層氮化硅膜42接觸，因而，如上面參照?qǐng)D5A解釋的那樣，不明顯地出現(xiàn)由氮化硅膜42的彎曲形變?cè)斐傻膲簯?yīng)力，從而能夠不受任何限制地進(jìn)行氧化。而且，硅襯底31在溝槽上邊沿處于二側(cè)接觸(亦即二個(gè)方向供應(yīng)氧)，因此氧化能夠迅速進(jìn)行，導(dǎo)致溝槽上邊沿圓滑，亦即增大了曲率半徑。
另一方面，在硅襯底31的未暴露區(qū)中，氧化點(diǎn)的擴(kuò)散由于襯墊氧化膜32的存在而受到阻礙，亦即氧化被阻礙。于是，如圖4所示，由于氧化速率的差異，在襯墊氧化膜32的邊沿周?chē)墓枰r底上形成臺(tái)階。當(dāng)襯墊氧化膜32的凹陷程度不大于40nm時(shí)，由于接近容易氧化的溝槽上邊沿部分(沿二個(gè)氧供應(yīng)方向)而不形成臺(tái)階。于是，曲率半徑高達(dá)35nm。另一方面，當(dāng)凹陷程度大于40nm時(shí)，由于離溝槽上邊沿部分遠(yuǎn)而形成臺(tái)階，導(dǎo)致曲率半徑下降。應(yīng)該指出的是，當(dāng)氧化在步驟(6)中進(jìn)一步繼續(xù)時(shí)，在暴露部分上生長(zhǎng)的氧化膜將與氮化硅膜接觸，如上所述，隨之迅速出現(xiàn)壓應(yīng)力。亦即，至此得到的曲率半徑再次減小。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部邊沿進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在溝槽肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以清除邊沿)，隨之進(jìn)行溝槽中的氧化。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，在溝槽隔離結(jié)構(gòu)的上邊沿周?chē)囊r底上不再形成臺(tái)階，且借助于將襯墊氧化膜的凹陷程度限制在5-40nm范圍內(nèi)，能夠得到比3nm大得多的曲率半徑，因而能夠有效地防止由柵電極薄膜邊沿周?chē)妶?chǎng)集中所造成的晶體管漏電流的增大和柵擊穿電壓的降低，并能有效地改善晶體管的電學(xué)可靠性。如圖34所示，借助于在開(kāi)挖溝槽之前提供凹陷，能夠更好地使構(gòu)成的肩部邊沿圓滑。
例2下面參照?qǐng)D2A-2I和圖6來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的步驟。
圖6所示的根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的埋置溝槽結(jié)構(gòu)的工藝(流程圖)，是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的工藝的步驟(6)的變例。第二實(shí)施例的埋置溝槽結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)等方面與第一實(shí)施例的差別不大，因此，下面將用圖2A-2I所示的半導(dǎo)體器件的立面剖面結(jié)構(gòu)圖，參照?qǐng)D6的流程圖，來(lái)解釋第二實(shí)施例的各個(gè)步驟。
(1)對(duì)硅襯底31的表面進(jìn)行熱氧化，以形成厚度約為10nm的襯墊氧化膜32(圖6中的201和202)。
(2)在襯墊氧化膜32上淀積厚度約為200nm的氮化硅膜42，并用作元件隔離熱氧化膜35制作時(shí)的抗氧化膜(圖6中的203)。
(3)在氮化硅膜42上形成光刻膠43(圖6中的204)。
(4)用普通的曝光方法清除所需位置處的光刻膠43，然后用腐蝕方法清除部分氮化硅膜42、襯墊氧化膜32和硅襯底31，從而以溝槽內(nèi)壁對(duì)硅襯底31的表面成預(yù)定角度(例如，如圖2D中A所示，以95-110度的角度)開(kāi)挖淺溝槽(圖6中的205-207)。
(5)清除光刻膠43，然后用腐蝕方法使襯墊氧化膜32凹陷5-40nm(圖6中的208和209)。
(6)在H2/O2氣體混合物的氧化氣氛中，于H2/O2氣體流速比r(0＜r≤0.5)下，對(duì)硅襯底31上開(kāi)挖的溝槽進(jìn)行熱氧化，以便形成元件隔離熱氧化膜35(圖6中的210)。
(7)用化學(xué)汽相淀積(CVD)、濺射等方法，在其上淀積諸如氧化硅膜之類的隔離膜，以便將隔離膜埋置在溝槽中(以下稱此隔離膜為埋置隔離膜36)。用化學(xué)汽相淀積、濺射等方法淀積的氧化硅膜等，通常是多孔膜，因而，在淀積埋置隔離膜36之后，可以在大約1000℃下，對(duì)硅襯底31進(jìn)行退火，或在氧化氣氛中，于大約1000℃下，對(duì)硅襯底進(jìn)行氧化，以便使薄膜更緊密(圖6中的211)。
(8)用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或干法腐蝕方法，對(duì)埋置隔離膜36進(jìn)行回腐蝕，其中用作抗氧化膜的氮化硅膜42被用作腐蝕停止層，以防止氮化硅膜42下方的硅襯底31被腐蝕(圖6中的212)。
(9)清除氮化硅膜42和襯墊氧化膜32，從而完成埋置溝槽結(jié)構(gòu)(圖6中的213)。然后，通過(guò)制造晶體管結(jié)構(gòu)所需的安裝手續(xù)，例如借助于制作柵氧化膜和柵電極、用雜質(zhì)進(jìn)行摻雜、制作布線、層間隔離膜等、制作表面保護(hù)膜等，來(lái)制造半導(dǎo)體器件。
下面參照?qǐng)D7來(lái)解釋本發(fā)明第二實(shí)施例的工作和效果。
氧化氣氛H2/O2的氣體流速比可以在0≤r＜2的范圍內(nèi)改變，但當(dāng)r達(dá)到2時(shí)，反應(yīng)猛烈地進(jìn)行。從安全的觀點(diǎn)看，r的上限大致約為1.8。當(dāng)在上述氣體流速比范圍內(nèi)假設(shè)氧化溫度恒定時(shí)，氧化速率隨氣體流速比的增加而增加，而氧化速率隨氣體流速比的減小而減小。這樣來(lái)分析氧化速率對(duì)半導(dǎo)體襯底的溝槽上邊沿形狀的影響。結(jié)果示于圖7，其中橫軸表示H2/O2的氣體流速比，而縱軸表示半導(dǎo)體襯底的溝槽上邊沿處的曲率半徑。從圖7可見(jiàn)，得到的曲率半徑隨氧化氣氛中的氫(H2)的氣體流速比的增加而急劇地減小。當(dāng)氣體流速比r達(dá)到0.5時(shí)，曲率半徑減小到大約3nm。當(dāng)氣體流速比更高時(shí)，曲率半徑進(jìn)一步減小，盡管很緩慢。
這種現(xiàn)象的原因可以解釋如下如上面已經(jīng)指出的那樣，氧化過(guò)程在硅襯底與氧化硅膜之間的邊界周?chē)饝?yīng)變(應(yīng)力)。另一方面，氧化硅膜在高溫(900℃或更高)下呈現(xiàn)明顯的粘滯行為，因此，出現(xiàn)的應(yīng)力在高溫下隨時(shí)間被減弱。當(dāng)假設(shè)氧化膜的厚度恒定時(shí)，雖然出現(xiàn)的應(yīng)變(應(yīng)力)恒定，但減弱所出現(xiàn)的應(yīng)力所需的時(shí)間，隨氧化速率的增大(更大的H2/O2的氣體流速比)而縮短。因此，殘余應(yīng)力增大。在氧化速率較低(較小的H2/O2的氣體流速比)的情況下，可以造成氧化硅膜的粘滯效應(yīng)，致使應(yīng)力減弱相比于恒定氧化膜厚度的條件下進(jìn)行。氧化引進(jìn)的應(yīng)力越大，在出現(xiàn)的應(yīng)力周?chē)膮^(qū)域中就越難氧化。這樣，溝槽上邊沿周?chē)墓枰r底區(qū)就是襯底上側(cè)和溝槽內(nèi)部生長(zhǎng)氧化膜所造成的應(yīng)力集中處，且當(dāng)殘余應(yīng)力變大時(shí)，應(yīng)力集中處周?chē)难趸瘜⒈蛔璧K，致使硅襯底中的溝槽上邊沿變尖。亦即，借助于降低H2/O2的氣體流速比，可以在低應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行溝槽上邊沿周?chē)陌雽?dǎo)體襯底的氧化，以致能夠在溝槽上邊沿周?chē)构枰r底31圓滑。
根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例，從上述原因，能夠使溝槽隔離結(jié)構(gòu)中的溝槽上邊沿周?chē)囊r底的曲率半徑比3nm大得多。而且，如本發(fā)明第一實(shí)施例那樣，襯墊氧化膜的凹陷程度被設(shè)定在5-40nm的范圍內(nèi)，可以防止溝槽上邊沿處的襯底上表面出現(xiàn)臺(tái)階。亦即，能夠有效地防止由柵電極薄膜邊沿周?chē)妶?chǎng)集中所造成的晶體管漏電流的增大和柵擊穿電壓的降低，并能有效地改善晶體管的電學(xué)可靠性。如圖34所示，借助于在開(kāi)挖溝槽之前提供凹陷，能夠更好地使構(gòu)成的肩部邊沿圓滑。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前，清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在構(gòu)成肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以易于清除邊沿)，隨之進(jìn)行溝槽中的氧化。
例3下面參照?qǐng)D2A-2I和圖8來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的埋置溝槽結(jié)構(gòu)的步驟。
圖8所示的根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的埋置溝槽結(jié)構(gòu)的工藝(流程圖)，是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的工藝的步驟(6)的變例。第三實(shí)施例的埋置溝槽結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)等方面與第一實(shí)施例的差別不大，因此，下面將用圖2A-2I所示的半導(dǎo)體器件的立面剖面結(jié)構(gòu)圖，參照?qǐng)D8的流程圖，來(lái)解釋第三實(shí)施例的各個(gè)步驟。
(1)對(duì)硅襯底31的表面進(jìn)行熱氧化，以形成厚度約為10nm的襯墊氧化膜32(圖8中的301和302)。
(2)在襯墊氧化膜32上淀積厚度約為200nm的氮化硅膜42，并用作元件隔離熱氧化膜35制作時(shí)的抗氧化膜(圖8中的303)。
(3)在氮化硅膜42上形成光刻膠43(圖5中的304)。
(4)用普通的曝光方法清除所需位置處的光刻膠膜43，然后用腐蝕方法清除部分氮化硅膜42、襯墊氧化膜32和硅襯底31，從而以溝槽內(nèi)壁對(duì)硅襯底31的表面成預(yù)定角度(例如，如圖2D中A所示，以95-110度的角度)開(kāi)挖淺溝槽(圖8中的305-307)。
(5)清除光刻膠43，然后用腐蝕方法使襯墊氧化膜32凹陷5-40nm(圖8中的308和309)。
(6)在H2/O2氣體混合物的氧化氣氛中，于H2/O2流速比r(0≤r≤0.5)下，在形成的凹陷空間被填充到凹陷襯墊氧化膜的邊沿的范圍內(nèi)，對(duì)硅襯底31上開(kāi)挖的溝槽進(jìn)行熱氧化(圖8中的310)。
(7)用化學(xué)汽相淀積(CVD)、濺射等方法，在其上淀積諸如氧化硅膜之類的隔離膜，以便將隔離膜埋置在溝槽中(以下稱此隔離膜為埋置隔離膜36)。用化學(xué)汽相淀積、濺射等方法淀積的氧化硅膜等，通常是多孔膜，因而在淀積埋置隔離膜36之后，可以在大約1000℃下，對(duì)硅襯底31進(jìn)行退火，或在氧化氣氛中，于大約1000℃下，對(duì)襯底進(jìn)行氧化，以便使薄膜更緊密(圖8中的311)。
(8)用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或干法腐蝕方法，對(duì)埋置隔離膜36進(jìn)行回腐蝕，其中用作抗氧化膜的氮化硅膜42被用作腐蝕停止層，以防止氮化硅膜42下方的硅襯底31被腐蝕(圖8中的312)。
(9)清除氮化硅膜42和襯墊氧化膜32，從而完成埋置溝槽結(jié)構(gòu)(圖8中的313)。然后，通過(guò)制造晶體管結(jié)構(gòu)所需的安裝手續(xù)，例如借助于制作柵氧化膜和柵電極、用雜質(zhì)進(jìn)行摻雜、制作布線、層間隔離膜等、制作表面保護(hù)膜等，來(lái)制造半導(dǎo)體器件。
下面參照?qǐng)D2A-2I來(lái)解釋本發(fā)明第三實(shí)施例的工作和效果。
如在本發(fā)明第一實(shí)施例中解釋的那樣(圖4)，當(dāng)形成的凹陷空間被氧化完全填充到襯墊氧化膜的邊沿時(shí)，氮化硅膜42經(jīng)歷向上的彎曲形變，并由于膜43的彎曲造成的壓力而在氮化硅膜43下方的襯墊氧化膜32和硅襯底31上出現(xiàn)壓應(yīng)力，致使氧化受到應(yīng)力的阻礙，溝槽上邊沿周?chē)墓枰r底變尖。但當(dāng)形成的凹陷空間剛剛被完全填充到襯墊氧化膜32的邊沿之前進(jìn)行氧化時(shí)，則不再出現(xiàn)彎曲形變?cè)斐傻膲簯?yīng)力，致使氧化在硅襯底31的上角端平滑地進(jìn)行，使溝槽上端周?chē)墓枰r底31圓滑。而且，如本發(fā)明第一實(shí)施例給定的那樣，襯墊氧化膜的凹陷程度被限制在5-40nm范圍內(nèi)，故可防止在溝槽上邊沿處的硅襯底的上表面上出現(xiàn)臺(tái)階。
根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例，從上述原因，能夠使溝槽隔離結(jié)構(gòu)中的溝槽上邊沿周?chē)囊r底曲率半徑比3nm大得多。而且，可以防止溝槽上邊沿處的襯底上表面出現(xiàn)臺(tái)階，以致能夠有效地防止由柵電極薄膜邊沿周?chē)妶?chǎng)集中所造成的晶體管漏電流的增大和柵擊穿電壓的降低，并能有效地改善晶體管的電學(xué)可靠性。如圖34所示，借助于在開(kāi)挖溝槽之前提供凹陷，能夠更好地使溝槽的肩部邊沿圓滑。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前，清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在構(gòu)成肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以易于清除邊沿)，隨之以溝槽中的氧化。
例4下面參照?qǐng)D2A-2I和圖9來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的埋置溝槽結(jié)構(gòu)以及制造埋置溝槽結(jié)構(gòu)的步驟。
圖2A-2I是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的立面剖面圖，而圖9是流程圖，示出了制造此半導(dǎo)體器件的步驟的概況。下面跟隨圖9的流程圖，參照?qǐng)D2A-2I來(lái)解釋此半導(dǎo)體器件的制造步驟。
(1)對(duì)硅襯底31的表面進(jìn)行熱氧化，以形成厚度約為5-50nm的襯墊氧化膜32(圖9中的401和402)。
(2)在襯墊氧化膜32上淀積厚度為10-300nm的氮化硅膜42，并用作元件隔離熱氧化膜35制作時(shí)的抗氧化膜(圖9中的403)。
(3)在氮化硅膜上形成光刻膠43(圖9中的404)。
(4)用普通的曝光方法清除所需位置處的光刻膠膜43，然后用腐蝕方法清除部分氮化硅膜42、襯墊氧化膜32和硅襯底31，從而以溝槽內(nèi)壁對(duì)硅襯底31的表面成預(yù)定角度(例如，如圖2D中A所示，以95-110度的角度)開(kāi)挖淺溝槽(圖9中的405-407)。
(5)清除光刻膠43，然后用腐蝕方法使襯墊氧化膜32凹陷5-40nm(圖9中的408和409)。
(6)然后，在900-1000℃的氧化溫度下，在不高于1ppm的H2/O2的氧化氣氛中，在形成的凹陷空間被熱氧化膜填充到凹陷襯墊氧化膜的邊沿的范圍內(nèi)，對(duì)硅襯底31進(jìn)行熱氧化，以形成熱氧化膜35(圖9中的410)。
(7)用化學(xué)汽相淀積(CVD)、濺射等方法，在其上淀積諸如氧化硅膜之類的隔離膜，以便將隔離膜埋置在溝槽中(以下稱此隔離膜為埋置隔離膜36)。用化學(xué)汽相淀積、濺射等方法淀積的氧化硅膜等，通常是多孔膜，因而在淀積埋置隔離膜36之后，可以在大約1000℃下，對(duì)硅襯底31進(jìn)行退火，或在氧化氣氛中，于大約1000℃下，對(duì)襯底進(jìn)行氧化，以便使薄膜更緊密(圖9中的411)。
(8)用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或干法腐蝕方法，對(duì)埋置隔離膜36進(jìn)行回腐蝕，其中用作抗氧化膜的氮化硅膜42被用作腐蝕停止層，以防止氮化硅膜42下方的硅襯底31被腐蝕(圖9中的412)。
(9)清除氮化硅膜42和襯墊氧化膜32，從而完成埋置溝槽結(jié)構(gòu)(圖9中的413)。然后，通過(guò)制造晶體管結(jié)構(gòu)所需的安裝手續(xù)，例如借助于制作柵氧化膜和柵電極、用雜質(zhì)進(jìn)行摻雜、制作布線、層間隔離膜等、制作表面保護(hù)膜等，來(lái)制造半導(dǎo)體器件。在根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的溝槽隔離結(jié)構(gòu)中，襯底在上表面上沒(méi)有臺(tái)階，而是在溝槽上邊沿周?chē)哂袉握{(diào)的凸面形狀，溝槽隔離結(jié)構(gòu)中部的溝槽內(nèi)壁處的氧化膜厚度在5-70nm范圍內(nèi)，而半導(dǎo)體器件的上角邊處的曲率半徑在3-35nm范圍內(nèi)。
下面參照?qǐng)D10來(lái)解釋本發(fā)明第四實(shí)施例的工作和效果。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的中部溝槽內(nèi)壁處元件隔離熱氧化膜的氧化量(厚度)與襯底上角邊處的曲率半徑之間的關(guān)系的模擬結(jié)果，其中“a”表示襯墊氧化膜的厚度。從圖10可見(jiàn)，硅襯底上角邊處的曲率半徑R隨溝槽內(nèi)壁的氧化量增加而增加，并達(dá)到最大值。此最大值依賴于襯墊氧化膜的厚度，并隨厚度a的增加而增加，但在厚度a為10nm或更大時(shí)，達(dá)到恒定值(大約35nm)。曲率半徑之所以有最大值的原因是，曲率半徑隨溝槽氧化的進(jìn)展而增大，且形成的凹陷空間被氧化逐漸填充到凹陷襯墊氧化膜的邊沿，如圖5A所示，導(dǎo)致其中具有氧化侵入的氮化硅膜出現(xiàn)向上彎曲形變(在硅襯底和氧化膜上出現(xiàn)壓應(yīng)力)，并由于壓應(yīng)力而阻礙氧化，使曲率半徑變小。而且，隨著氧化量的增加，溝槽上邊沿部分處的熱氧化膜中的應(yīng)力可能由于氧化受阻而增大。
實(shí)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，曲率半徑R在大約3nm或更大的范圍內(nèi)對(duì)晶體管的特性沒(méi)有不利的影響。如圖10所示，溝槽內(nèi)壁上的氧化量為5nm或更大，可以確保必須的曲率半徑。即使用氧化量超過(guò)30nm的氧化，也不再增大曲率半徑。于是，為了使曲率半徑盡可能大，最好是使襯墊氧化膜的厚度為10nm或更大，并使溝槽內(nèi)壁的氧化量為30nm或更大。
而且，根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例，由于襯墊氧化膜的凹陷程度被設(shè)定在5-40nm的范圍內(nèi)，故在溝槽上邊沿處的襯底上表面上不出現(xiàn)臺(tái)階。于是，溝槽上邊沿處的襯底就能夠具有單調(diào)的凸面表面。如圖34所示，借助于在開(kāi)挖溝槽之前提供凹陷，可以使溝槽的肩部邊沿更好地圓滑。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部邊沿進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在溝槽肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以容易清除邊沿)，隨之以溝槽中的氧化。
在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，溝槽上邊沿周?chē)囊r底的曲率半徑可被做成高達(dá)35nm，且襯底在溝槽上邊沿處的上表面上沒(méi)有臺(tái)階，因而能夠有效地防止由柵電極薄膜邊沿周?chē)妶?chǎng)集中所造成的晶體管漏電流的增大和柵擊穿電壓的降低，并能有效地改善晶體管的電學(xué)可靠性。
如上所述，本發(fā)明能夠提供具有溝槽隔離結(jié)構(gòu)且晶體管的柵擊穿電壓不退化的半導(dǎo)體器件及其制造工藝。
例5下面參照?qǐng)D11-32來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的互補(bǔ)MISFET(CMOSFET)的制造工藝。
如圖11所示，例如在800-850℃的溫度下，對(duì)電阻率約為1-10Ωcm的p型單晶硅半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行熱氧化，以形成肯定會(huì)減弱應(yīng)力并保護(hù)其主側(cè)(即表面)上的有源區(qū)的氧化硅膜(襯墊氧化膜)2，然后用CVD方法在氧化硅膜2上淀積氮化硅膜3。
然后，如圖12所示，用腐蝕方法，以光刻膠作為掩模，清除元件隔離區(qū)中的氮化硅膜3和氧化硅膜2，再如圖13所示，用氮化硅膜3作為掩模，用腐蝕方法在元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底1上開(kāi)挖深度為350-400nm的溝槽4a。此時(shí)，如圖34所示，借助于在開(kāi)挖溝槽4a之前提供凹陷，可以使溝槽的肩部邊沿更圓滑。借助于調(diào)整用來(lái)腐蝕半導(dǎo)體襯底1的氣體的組分，使溝槽4a的內(nèi)壁變尖，例如在襯底的下角邊和上角邊分別以85度或更小的角度θ1和θ2變尖。借助于使溝槽4a的內(nèi)壁變尖，可以容易地將隔離膜埋置在溝槽4a中。
借助于用光刻膠作為掩模，連續(xù)地腐蝕位于元件隔離區(qū)中的氮化硅膜3、氧化硅膜2和半導(dǎo)體襯底1，也可以開(kāi)挖溝槽4a。當(dāng)半導(dǎo)體襯底1用光刻膠作為掩模被腐蝕時(shí)，可防止用作熱氧化掩模的氮化硅膜3的厚度減小。亦即，可以將氮化硅膜3的起始厚度做得更小。
然后，濕法清洗溝槽4a的內(nèi)部，以清除腐蝕殘留物，再如圖14和作為圖14主要部分的放大圖的15所示，用氫氟酸基腐蝕溶液清除暴露于溝槽4a內(nèi)壁的氧化硅膜，以便使氧化硅膜向有源區(qū)凹陷。腐蝕造成的氧化硅膜2的凹陷程度在5-40nm范圍內(nèi)。
借助于在上述范圍內(nèi)使暴露于溝槽4a內(nèi)壁的氧化硅膜2凹陷，當(dāng)在連續(xù)熱氧化步驟中要在溝槽4a內(nèi)壁上形成氧化硅膜5時(shí)，可更容易地使溝槽4a的肩部邊沿圓滑。當(dāng)氧化硅膜2的凹陷程度太大時(shí)，在肩部邊沿處會(huì)不希望有地形成臺(tái)階。因此，將氧化硅膜2從溝槽4a內(nèi)壁的凹陷程度控制在5-40nm范圍內(nèi)是至關(guān)重要的。
然后，如圖16和作為圖16主要部分的放大圖的17所示，例如在950℃下，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行熱氧化，以便在溝槽4a內(nèi)壁上形成氧化硅膜5。制作氧化硅膜5是為了補(bǔ)救溝槽4a內(nèi)壁上的腐蝕損傷，并使后續(xù)步驟中待要埋置在溝槽4a中的氧化硅膜6上的應(yīng)力減弱。借助于控制氧化時(shí)間，氧化硅膜5的厚度Tr被做成三倍于氧化硅膜(襯墊氧化膜)2的厚度Tp，亦即在Tp＜Tr≤3Tp的范圍內(nèi)，從而使溝槽4a的肩部邊沿圓滑。當(dāng)半導(dǎo)體襯底1的氧化溫度低于800℃時(shí)，氧化硅膜5難以生長(zhǎng)，而高于1000℃時(shí)，特別是大直徑的晶片容易產(chǎn)生位錯(cuò)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)在800-1000℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
然后，如圖19所示，用CVD方法在半導(dǎo)體襯底1的主側(cè)(即表面)上淀積氧化硅膜7，以便在溝槽4a中埋置氧化硅膜7。氧化硅膜7由具有如同由例如臭氧(O3)和四乙氧基硅烷((C2H5)4Si)制得的氧化硅膜那樣的良好流動(dòng)性的氧化硅材料制成。如圖18所示，在淀積氧化硅膜7的步驟之前，可用CVD方法在溝槽內(nèi)壁上薄薄地淀積氮化硅膜6，其中的氮化硅膜6在后續(xù)步驟中對(duì)埋置在溝槽4a中的氧化硅膜7進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，用來(lái)抑制溝槽4a內(nèi)壁上氧化硅膜5向有源區(qū)的生長(zhǎng)，從而抑制像氧化硅膜5在有源區(qū)中的半導(dǎo)體襯底1上出現(xiàn)應(yīng)力造成的形成漏電路徑這樣的麻煩。
然后，在不高于1000℃的溫度下，例如在850℃的溫度下，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行濕法氧化，以便對(duì)埋置在溝槽4a中的氧化硅膜7進(jìn)行燒結(jié)，從而改善氧化硅膜7的質(zhì)量。
然后，如圖20所示，例如用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法對(duì)氧化硅膜7進(jìn)行拋光，以整平表面。拋光進(jìn)行時(shí)，以覆蓋有源區(qū)的氮化硅膜3作為停止層，以便只在溝槽4a中留下氧化硅膜7，從而完成埋置有氧化硅膜7的元件隔離溝槽4。然后，如圖21所示，用諸如熱磷酸之類的腐蝕溶液清除覆蓋有源區(qū)的氮化硅膜3。
在用CMP方法對(duì)氧化硅膜7進(jìn)行拋光，使氧化硅膜7只留在溝槽4a中之后，可對(duì)埋置在溝槽4a中的氧化硅膜7進(jìn)行燒結(jié)。此時(shí)，待要燒結(jié)的氧化硅膜7的厚度小于拋光氧化硅膜7之前進(jìn)行燒結(jié)時(shí)的厚度，因而可以縮短燒結(jié)時(shí)間。
當(dāng)溝槽4a的尺寸非常小時(shí)，在半導(dǎo)體襯底1上淀積氧化硅膜7的步驟中將氧化硅膜7埋置在溝槽4a中時(shí)，有時(shí)可能在氧化硅膜7中形成空洞。為了避免形成這種空洞，如圖22所示，淀積了其厚度大得足以防止在薄膜中形成空洞的氧化硅膜7，然后如圖23所示，用CVD方法在其上淀積多晶硅膜8，從而將由氧化硅膜7和多晶硅膜8組成的雙層完全埋置在溝槽4a中。在淀積氧化硅膜7的步驟之前，可以用CVD方法在溝槽4a的內(nèi)壁和氮化硅膜3上薄薄地淀積氮化硅膜6，以便抑制燒結(jié)過(guò)程中氧化硅膜5向有源區(qū)生長(zhǎng)。
然后，如圖23所示，在上述條件下對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行熱處理(即退火)，以便對(duì)氧化硅膜7進(jìn)行燒結(jié)。此時(shí)，如圖24所示，氧化硅膜7上的多晶硅膜8被熱氧化，并轉(zhuǎn)變成氧化硅膜8a。
然后，如圖25所示，對(duì)氧化硅膜8a和氧化硅膜7進(jìn)行拋光，以得到?jīng)]有空洞的元件隔離溝槽4。
用下列方式在其周界被元件隔離溝槽4限制的半導(dǎo)體襯底1的有源區(qū)中制作互補(bǔ)MISFET首先，用氫氟酸溶液之類清除保留在有源區(qū)表面上的氧化硅膜(襯墊氧化膜)2，然后，如圖26所示，在800-850℃的溫度下，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行熱氧化，以便在半導(dǎo)體襯底1的表面上形成清潔的柵氧化膜9。此時(shí)，元件隔離溝槽4的肩部邊沿被圓滑，從而防止諸如肩部邊沿處柵氧化膜9減薄的麻煩。
然后，如圖27所示，在部分半導(dǎo)體襯底1上，離子注入諸如磷(P)之類的n型雜質(zhì)，并在襯底的其它部分上，離子注入硼(B)之類的p型雜質(zhì)，并在不高于1000℃的溫度下，例如在950℃的溫度下，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行熱處理，以進(jìn)行二種雜質(zhì)的增強(qiáng)擴(kuò)散，從而在n溝道型MISFET制作區(qū)中形成p型阱10，并在p溝道型MISFET制作區(qū)上形成n型阱11。在分別形成的p型阱10和n型阱11的表面上，可制作柵氧化膜9。
然后，如圖28所示，在p型阱10上制作n溝道型MISFET的柵電極12，并在n型阱11上制作p溝道型MISFET的柵電極12。為了制作柵電極12，用CVD方法在半導(dǎo)體襯底1上，相繼淀積例如p型摻雜的多晶硅膜、鎢(W)硅化物膜和帽隔離膜13，再用腐蝕方法，以光刻膠作為掩模，對(duì)這些膜進(jìn)行圖形化，從而得到柵電極12。帽隔離膜13由氧化硅膜或氮化硅膜制成。
然后，如圖29所示，用P之類的n型雜質(zhì)對(duì)p型阱10進(jìn)行離子注入，以形成n溝道型MISFET的n型半導(dǎo)體區(qū)(源，漏)，并用B(硼)之類的p型雜質(zhì)對(duì)n型阱11進(jìn)行離子注入，以形成p溝道型MISFET的p型半導(dǎo)體區(qū)(源，漏)，從而得到n溝道型MISFET Qn和p溝道型MISFET Qp。
然后，如圖30所示，在柵電極12的側(cè)壁上形成側(cè)壁間隔16。借助于用CVD方法在半導(dǎo)體襯底1上淀積氧化硅膜或氮化硅膜，并用各向異性腐蝕方法對(duì)膜進(jìn)行圖形化，來(lái)制作側(cè)壁間隔16。
然后，如圖31所示，用CVD方法在半導(dǎo)體襯底1上淀積氧化硅膜17，并如圖32所示，制作分別通過(guò)n溝道型MISFET Qn的n型半導(dǎo)體區(qū)(源，漏)14上和p溝道型MISFET Qp的p型半導(dǎo)體區(qū)(源，漏)上的氧化硅膜17的接觸孔18，并對(duì)用濺射方法淀積在氧化硅膜17上的鋁(Al)合金膜進(jìn)行圖形化，以形成布線19。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部邊沿進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在溝槽肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以容易清除邊沿)，隨之以溝槽中的氧化。
例6下面參照?qǐng)D33-36來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的元件隔離溝槽4的制造工藝。
首先，如圖33所示，在800-850℃的溫度下，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行熱氧化，以便在半導(dǎo)體襯底1的主側(cè)(即表面)上形成氧化硅膜(襯墊氧化膜)2，再用CVD方法在氧化硅膜2上淀積氮化硅膜3。然后用腐蝕方法，以光刻膠作為掩模，清除元件隔離區(qū)中的氮化硅膜3和氧化硅膜2。
然后，如圖34所示，對(duì)元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底1的表面進(jìn)行各向同性淺腐蝕，以便在元件隔離區(qū)中的邊沿處的半導(dǎo)體襯底1上形成凹陷a。
然后，如圖35所示，用改變腐蝕氣體組分之類的方法，對(duì)元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行各向異性腐蝕，以便在元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底1上形成溝槽4a。再如圖36所示，例如在950℃下，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行熱氧化，以便在溝槽4a的內(nèi)壁上形成氧化硅膜5，同時(shí)使溝槽4a的肩部邊沿圓滑。用與例5相同的方法來(lái)執(zhí)行這些相繼步驟。
根據(jù)此實(shí)施例，在制作溝槽4a內(nèi)壁上的氧化硅膜5的步驟之前，在溝槽4a的肩部邊沿處形成了凹陷，從而能夠使溝槽4a的肩部邊沿圓滑。根據(jù)本實(shí)施例在溝槽4a的肩部邊沿處形成凹陷，也可以與根據(jù)例5使暴露于溝槽4a內(nèi)壁的氧化硅膜2向有源區(qū)的凹陷一起進(jìn)行。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部邊沿進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在溝槽肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以容易清除邊沿)，隨之以溝槽中的氧化。
例7下面參照?qǐng)D37-44來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的元件隔離溝槽4的制造工藝。
首先，如圖37所示，在溝槽4a的內(nèi)壁上形成氧化硅膜5，同時(shí)，用與例1-3相同的方法，使溝槽4a的肩部邊沿圓滑。再如圖38所示，用CVD方法在半導(dǎo)體襯底1上薄薄地淀積氮化硅膜6。制作氮化硅膜6是為了在后續(xù)步驟中對(duì)埋置在溝槽4a中的氧化硅膜7進(jìn)行燒結(jié)時(shí)抑制氧化硅膜5在溝槽4a內(nèi)壁上向有源區(qū)生長(zhǎng)。
然后，如圖39所示，用CVD方法在半導(dǎo)體襯底1上淀積氧化硅膜7，以便將氧化硅膜7埋置在溝槽4a中，再在與前述對(duì)埋置在溝槽中的氧化硅膜7進(jìn)行燒結(jié)相同的溫度條件下，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行濕法氧化即退火，從而改善氧化硅膜7的質(zhì)量。
然后，如圖40所示，用化學(xué)機(jī)械拋光方法，對(duì)氧化硅膜7進(jìn)行拋光，以便只在溝槽4a中留下氧化硅膜7，從而形成元件隔離溝槽4。當(dāng)覆蓋有源區(qū)的氮化硅膜3待要被諸如熱磷酸之類的腐蝕溶液腐蝕時(shí)，如圖41所示，元件隔離溝槽4內(nèi)壁上的氮化硅膜6同時(shí)被腐蝕掉，從而使氮化硅膜6向元件隔離區(qū)4凹陷，并在元件隔離溝槽4的肩部邊沿處形成凹陷。當(dāng)后續(xù)步驟中要腐蝕淀積在其上的諸如多晶硅之類的柵電極材料時(shí)，一旦在元件隔離溝槽4的肩部邊沿處形成了這種凹陷，埋置在元件隔離溝槽4中的氧化硅膜7的表面有時(shí)就破裂，使外來(lái)碎片腐蝕殘留物留在凹陷中。
為了克服上述這種麻煩，例如，如圖42所示，在清除氮化硅膜3之后，在850-900℃的溫度下，對(duì)元件隔離溝槽4肩部邊沿處的氧化硅膜7重新進(jìn)行氧化，以便增大薄膜厚度，從而用氧化硅膜7封住凹陷。為了用氧化硅膜7封住凹陷，必須使薄膜厚度的增量至少為氮化硅膜6厚度的二倍。當(dāng)薄膜厚度的增量太大時(shí)，生長(zhǎng)的氧化硅膜5使有源區(qū)變窄。因此，借助于控制氧化時(shí)間，使薄膜厚度的增量為氮化硅膜6的厚度的二倍或稍大于氮化硅膜6的厚度的二倍。
如圖43所示，根據(jù)防止在元件隔離溝槽4的肩部邊沿處形成凹陷的另一種方法，用化學(xué)機(jī)械拋光方法對(duì)氧化硅膜7進(jìn)行拋光，以便只在溝槽4a中留下氧化硅膜7，隨之以燒結(jié)。借助于設(shè)定較長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間或較高的燒結(jié)溫度，覆蓋有源區(qū)的氮化硅膜3和元件隔離溝槽4的肩部邊沿處的氮化硅膜6能夠被氧化。然后，用腐蝕方法清除氮化硅膜3上的氧化膜，并用腐蝕方法相繼清除氮化硅膜3，從而能夠防止在元件隔離溝槽4的肩部邊沿處形成凹陷，如圖44所示。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部邊沿進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在溝槽肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以容易清除邊沿)，隨之以溝槽中的氧化。
例8下面參照?qǐng)D45和46來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的元件隔離溝槽4的制造工藝。
首先，如圖45所示，在溝槽4a的內(nèi)壁上形成氧化硅膜5，同時(shí)，用與例1-3相同的方法，使溝槽4a的肩部邊沿圓滑。再如圖46所示，對(duì)溝槽4a的內(nèi)壁進(jìn)行軟氮化，以便在靠近制作在溝槽4a內(nèi)壁上的氧化硅膜5與半導(dǎo)體襯底1的有源區(qū)的內(nèi)壁之間的邊界的區(qū)域中分凝氮，從而形成氮化硅層20。為了對(duì)溝槽4a的內(nèi)壁進(jìn)行軟氮化，在NO(一氧化氮)或N2O(一氧化二氮)氣氛中，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行熱處理，其中，NO或N2O熱分解所釋放的氮被分凝在靠近氧化硅膜5與半導(dǎo)體襯底1的有源區(qū)之間的邊界的區(qū)域中，然后用熱處理方法形成氮化硅層20。
根據(jù)本發(fā)明的這一實(shí)施例，氮化硅層20被制作在靠近氧化硅膜5與半導(dǎo)體襯底1的有源區(qū)之間的邊界的區(qū)域中，從而在對(duì)稍后埋置在溝槽4a中的氧化硅膜7進(jìn)行燒結(jié)的過(guò)程中，難以氧化靠近此邊界的區(qū)域，因而能夠抑制氧化硅膜5向有源區(qū)的生長(zhǎng)。
根據(jù)在靠近氧化硅膜5與半導(dǎo)體襯底1的有源區(qū)之間的邊界的區(qū)域中制作氮化硅層20的另一種方法，如圖47所示，在溝槽4a的內(nèi)壁上形成氧化硅膜5，并用與例1-3相同的方法，使溝槽4a的肩部邊沿圓滑，再如圖48所示，在靠近氧化硅膜5與半導(dǎo)體襯底1的有源區(qū)之間的邊界的區(qū)域中離子注入氮，如有必要，隨之以熱處理。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部邊沿進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在溝槽肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以容易清除邊沿)，隨之以溝槽中的氧化。
例9下面參照?qǐng)D49和50來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的元件隔離溝槽4的制造工藝。
首先，如圖49示，用腐蝕方法，以氮化硅膜3作為掩模，在元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底1上開(kāi)挖溝槽4a。再用氫氟酸基的腐蝕溶液清除暴露于溝槽4a內(nèi)壁的氧化硅膜2，以便使氧化硅膜2向有源區(qū)凹陷。此步驟之前的各個(gè)步驟與例1-3中的相同。
然后，如圖50所示，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行軟氮化，以便在溝槽4a的內(nèi)壁上形成氮化硅膜21，并同時(shí)使溝槽4a的肩部邊沿圓滑。為了對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行軟氮化，在NO和N2O的混合氣氛中，于大約900℃的溫度下，或在N2O和N2的混合氣氛中，于1050℃的溫度下，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行熱處理。
根據(jù)本實(shí)施例，氮化硅膜21被制作在溝槽4a的內(nèi)壁上，從而在對(duì)稍后埋置在溝槽4a中的氧化硅膜7進(jìn)行燒結(jié)的過(guò)程中，難以氧化靠近上述邊界的區(qū)域，因而能夠抑制氧化硅膜5向有源區(qū)的生長(zhǎng)。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部邊沿進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在溝槽肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以容易清除邊沿)，隨之以溝槽中的氧化。
例10下面參照?qǐng)D51-54來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的元件隔離溝槽4的制造工藝。
首先，如圖51示，用腐蝕方法，以氮化硅膜3作為掩模，在元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底1上開(kāi)挖溝槽4a。再如圖52所示，用氫氟酸基的腐蝕溶液清除暴露于溝槽4a內(nèi)壁的氧化硅膜2，以便使氧化硅膜2向有源區(qū)凹陷。此步驟之前的各個(gè)步驟與例1-3中的相同。
然后，如圖53所示，用CVD方法在半導(dǎo)體襯底1上淀積氧化硅膜7，以便將氧化硅膜7埋置在溝槽4a中。再如圖54所示，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行濕法氧化即退火，以便燒結(jié)氧化硅膜7。同時(shí)，在溝槽4a內(nèi)壁上制作氧化硅膜5，并使溝槽4a的肩部邊沿圓滑。
根據(jù)此實(shí)施例，氧化硅膜7的燒結(jié)、氧化硅膜5在溝槽4a內(nèi)壁上的制作、以及使溝槽4a肩部邊沿的圓滑，被同時(shí)進(jìn)行，從而能夠簡(jiǎn)化元件隔離溝槽4的制作工藝。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部邊沿進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在溝槽肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以容易清除邊沿)，隨之以溝槽中的氧化。
例11下面參照?qǐng)D55-58來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的元件隔離溝槽4的制造工藝。
首先，如圖55示，用腐蝕方法，以氮化硅膜3作為掩模，在元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底1上開(kāi)挖溝槽4a。再用氫氟酸基的腐蝕溶液清除暴露于溝槽4a內(nèi)壁的氧化硅膜2，以便使氧化硅膜2向有源區(qū)凹陷。此步驟之前的各個(gè)步驟與例1-3中的相同。
然后，如圖56所示，用CVD方法在半導(dǎo)體襯底1上淀積氧化硅膜7，以便將氧化硅膜7埋置在溝槽4a中，再如圖57所示，清除氮化硅膜3上的氧化硅膜7，以便只在溝槽4a中留下氧化硅膜7，從而形成埋置有氧化硅膜7的元件隔離溝槽4。然后，如圖58所示，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行濕法氧化，以便燒結(jié)氧化硅膜7。同時(shí)，在溝槽4a內(nèi)壁上制作氧化硅膜，并使溝槽4a的肩部邊沿圓滑。
根據(jù)此實(shí)施例，氧化硅膜7的燒結(jié)、氧化硅膜5在溝槽4a內(nèi)壁上的制作、以及使溝槽4a肩部邊沿圓滑，可以同時(shí)進(jìn)行，從而能夠簡(jiǎn)化元件隔離溝槽的制作工藝。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部邊沿進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在溝槽肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以容易清除邊沿)，隨之以溝槽中的氧化。
例12下面參照?qǐng)D59-64來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的元件隔離溝槽4的制造工藝。
首先，如圖59示，用腐蝕方法，以氮化硅膜3作為掩模，在元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底1上開(kāi)挖溝槽4a。再用氫氟酸基的腐蝕溶液清除暴露于溝槽4a內(nèi)壁的氧化硅膜2，以便使氧化硅膜2向有源區(qū)凹陷。
然后，如圖60所示，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行熱氧化，以便在溝槽4a內(nèi)壁上形成氧化硅膜5，并同時(shí)使溝槽4a的肩部邊沿圓滑。此步驟之前的各個(gè)步驟與例1-3中的相同。
然后，如圖61所示，用CVD方法在半導(dǎo)體襯底1上淺淺地淀積多晶硅膜22，再如圖62所示，用CVD方法在多晶硅膜22上淀積氧化硅膜7，以便將氧化硅膜7埋置在溝槽4a中。
然后，如圖63所示，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行濕法氧化，以便對(duì)埋置在溝槽4a中的氧化硅膜7進(jìn)行燒結(jié)。同時(shí)，對(duì)至少部分多晶硅膜22進(jìn)行氧化并將其轉(zhuǎn)變成氧化硅膜23。這樣就抑制了靠近氧化硅膜5與半導(dǎo)體襯底1的有源區(qū)之間的邊界的區(qū)域的氧化，致使氧化硅膜5向有源區(qū)的生長(zhǎng)受到阻礙。當(dāng)多晶硅膜22被氧化成氧化硅膜23時(shí)，其體積增大到原來(lái)體積的大約二倍。亦即，即使在埋置于溝槽4a中的氧化硅膜7中形成了空洞，此空洞也能夠被氧化硅膜23的體積增大有效地限制。
然后，如圖64所示，清除氮化硅膜3上的氧化硅膜7和氧化硅膜23，使氧化硅膜7和23只留在溝槽4a中，從而形成元件隔離溝槽4。也可以在制作元件隔離溝槽4之后來(lái)執(zhí)行氧化硅膜7的燒結(jié)和多晶硅膜22的氧化。而且，可以用非晶硅膜來(lái)代替多晶硅膜22。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部邊沿進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在溝槽肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以容易清除邊沿)，隨之以溝槽中的氧化。
例13下面參照?qǐng)D65和66來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的元件隔離溝槽4的制造工藝。
首先，如圖65所示，用腐蝕方法，以氮化硅膜3作為掩模，在元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底1上開(kāi)挖溝槽4a。再用氫氟酸基的腐蝕溶液清除暴露于溝槽4a內(nèi)壁的氧化硅膜2，以便使氧化硅膜2向有源區(qū)凹陷。此步驟之前的各個(gè)步驟與例1-3中的相同。
然后，如圖66所示，在氮?dú)夥罩袑?duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行熱處理，以便在溝槽4a內(nèi)壁上形成氮化硅膜24，并同時(shí)使溝槽4a的肩部邊沿圓滑。
根據(jù)此實(shí)施例，氮化硅膜24被制作在溝槽4a的內(nèi)壁上，從而可在對(duì)稍后埋置在溝槽4a中的氧化硅膜7進(jìn)行燒結(jié)的過(guò)程中阻礙半導(dǎo)體襯底1的有源區(qū)的氧化。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部邊沿進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在溝槽肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以容易清除邊沿)，隨之以溝槽中的氧化。
例14下面參照?qǐng)D67和68來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的元件隔離溝槽4的制造工藝。
首先，如圖67示，用腐蝕方法，以氮化硅膜3作為掩模，在元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底1上開(kāi)挖溝槽4a。再用氫氟酸基的腐蝕溶液清除暴露于溝槽4a內(nèi)壁的氧化硅膜2，以便使氧化硅膜2向有源區(qū)凹陷。此步驟之前的各個(gè)步驟與例1-3中的相同。然后，對(duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行熱氧化，以便在溝槽4a內(nèi)壁上形成氧化硅膜25。
然后，如圖68所示，在氮?dú)夥罩袑?duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行熱處理，以便將溝槽4a內(nèi)壁上的氧化硅膜25轉(zhuǎn)變成氮化硅膜26。
根據(jù)此實(shí)施例，氮化硅膜26被制作在溝槽4a的內(nèi)壁上，從而可在對(duì)稍后埋置在溝槽4a中的氧化硅膜7進(jìn)行燒結(jié)的過(guò)程中阻礙半導(dǎo)體襯底1的有源區(qū)的氧化。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部邊沿進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在溝槽肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以容易清除邊沿)，隨之以溝槽中的氧化。
例15下面參照?qǐng)D69和70來(lái)解釋根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的元件隔離溝槽4的制造工藝。
首先，如圖69所示，用腐蝕方法，以氮化硅膜3作為掩模，在元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底1上開(kāi)挖溝槽4a。再用氫氟酸基的腐蝕溶液清除暴露于溝槽4a內(nèi)壁的氧化硅膜2，以便使氧化硅膜2向有源區(qū)凹陷。此步驟之前的各個(gè)步驟與例1-3中的相同。然后，用CVD方法在半導(dǎo)體襯底1上淀積薄的多晶硅膜27。
然后，如圖70所示，在氮?dú)夥罩袑?duì)半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行熱處理，以便將多晶硅膜27轉(zhuǎn)變成氮化硅膜28。
根據(jù)此實(shí)施例，氮化硅膜28被制作在溝槽4a的內(nèi)壁上，從而可在對(duì)稍后埋置在溝槽4a中的氧化硅膜7進(jìn)行燒結(jié)的過(guò)程中阻礙半導(dǎo)體襯底1的有源區(qū)的氧化。
在上述例6-15中，如圖34所示，借助于在開(kāi)挖溝槽4a之前提供凹陷，能夠更好地使溝槽4a的肩部邊沿圓滑。
借助于在襯墊氧化膜凹陷之后和溝槽中氧化之前清除溝槽上邊沿部分的邊沿部分，也有可能使溝槽的肩部邊沿進(jìn)一步圓滑。于是，在襯墊氧化膜凹陷之后，可在溝槽肩部邊沿處進(jìn)行各向同性腐蝕(以容易清除邊沿)，隨之以溝槽中的氧化。
上面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，已經(jīng)解釋了本發(fā)明人提出的本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于此，而是能夠在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行不同程度的修正。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體器件的制造工藝，包括下列步驟通過(guò)半導(dǎo)體襯底的第一氧化工藝在半導(dǎo)體襯底的電路形成面上形成第一氧化膜的步驟，在第一氧化膜上形成抗氧化膜的步驟，在抗氧化膜上形成光刻膠膜的步驟，清除所需部分處的部分光刻膠膜的步驟，清除部分抗氧化膜和第一氧化膜的步驟，在清除了第一氧化膜的部分中的半導(dǎo)體襯底上開(kāi)挖溝槽的步驟，清除抗氧化膜上的部分光刻膠膜的步驟，通過(guò)使第一氧化膜從元件隔離區(qū)凹陷5-40nm形成凹陷空間的步驟，通過(guò)半導(dǎo)體襯底的第二氧化工藝在凹陷空間和溝槽內(nèi)壁中形成第二氧化硅膜的步驟，在溝槽中的第二氧化膜上埋置元件隔離膜的步驟，清除半導(dǎo)體襯底上的抗氧化膜和第一氧化膜的步驟，以及在清除了第一氧化膜的半導(dǎo)體襯底的部分上形成柵介質(zhì)膜和柵電極的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其中抗氧化膜是氮化硅膜。
3.半導(dǎo)體器件的制造工藝，包括下列步驟通過(guò)半導(dǎo)體襯底的第一氧化工藝在半導(dǎo)體襯底上形成第一氧化膜的步驟，在第一氧化膜上形成氮化硅膜的步驟，在抗氧化膜上形成光刻膠膜的步驟，清除所需部分處的部分光刻膠膜的步驟，從所需部分處清除抗氧化膜和第一氧化膜的步驟，在清除了第一氧化膜的部分中的元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底上開(kāi)挖溝槽的步驟，清除氮化硅膜上的部分光刻膠膜的步驟，通過(guò)從形成了溝槽的區(qū)域腐蝕第一氧化膜，從而在氮化硅膜下方形成凹陷空間的步驟，通過(guò)將半導(dǎo)體襯底熱氧化到不超過(guò)引起氮化硅膜向上彎曲變形的氧化量的程度，在凹陷空間中形成第二氧化膜，在溝槽中埋置第三氧化膜的步驟，清除半導(dǎo)體襯底上的氮化硅膜和第一氧化膜的步驟，以及在半導(dǎo)體襯底上形成柵介質(zhì)膜和柵電極的步驟。
4.半導(dǎo)體器件的制造工藝，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底的電路形成面上形成襯墊氧化膜的步驟，在第一氧化膜上形成抗氧化膜的步驟，在抗氧化膜上形成光刻膠膜的步驟，清除所需部分處的部分光刻膠膜的步驟，清除部分抗氧化膜和襯墊氧化膜的步驟，在同時(shí)掩蔽元件區(qū)的部分中的半導(dǎo)體襯底上開(kāi)挖溝槽的步驟，清除抗氧化膜上的部分光刻膠膜的步驟，通過(guò)從溝槽側(cè)壁腐蝕襯墊氧化膜，在溝槽周?chē)陌雽?dǎo)體表面上形成5-40nm凹陷空間的步驟，在凹陷空間中形成第二氧化硅膜，直到凹陷空間和溝槽中的表面完全被第二氧化膜覆蓋的步驟，在具有第二氧化膜的溝槽中埋置元件隔離膜的步驟，清除半導(dǎo)體襯底上的抗氧化膜和襯墊氧化膜的步驟，在元件隔離區(qū)中的半導(dǎo)體襯底表面上形成柵介質(zhì)膜的步驟，以及在柵介質(zhì)膜上形成柵電極的步驟。
全文摘要
借助于降低半導(dǎo)體襯底上元件隔離溝槽的溝槽上邊沿周?chē)鷳?yīng)力的產(chǎn)生，制造了一種具有高度可靠溝槽隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，此溝槽隔離結(jié)構(gòu)在溝槽上邊沿處具有所需的曲率半徑而不形成任何臺(tái)階，從而優(yōu)化了元件隔離溝槽的形狀，并使器件更精細(xì)，且改善了器件的電學(xué)特性。
文檔編號(hào)H01L21/762GK1516261SQ0313060
公開(kāi)日2004年7月28日 申請(qǐng)日期1998年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月18日
發(fā)明者石冢典男, 三浦英生, 池田修二, 鈴木范夫, 松田安司, 吉田安子, 山本裕彥, 小林正道, 高松朗, 清水博文, 福田和司, 堀部晉一, 野添俊夫, 一, 二, 司, 夫, 子, 彥, 文, 生, 道 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 日立超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)株式會(huì)社