專利名稱：形成半導(dǎo)體裝置的隔離結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種形成半導(dǎo)體裝置的隔離結(jié)構(gòu)的方法，尤其是關(guān)于一種可以提高用于隔離結(jié)構(gòu)的溝槽的間隙填充邊限的方法。
背景技術(shù)：
一般而言，半導(dǎo)體裝置包含用于電隔離各個(gè)電路圖案的隔離區(qū)。當(dāng)半導(dǎo)體裝置變得更高度集成和小型化時(shí)，因?yàn)橛性磪^(qū)的尺寸和后續(xù)工藝的工藝邊限取決于在起始步驟所形成的隔離區(qū)，所以用于減少隔離區(qū)尺寸已被積極研究。
當(dāng)半導(dǎo)體裝置變得更高度集成和小型化時(shí)，因?yàn)長(zhǎng)OCOS法比淺溝槽隔離(STI)法需要更多的空間執(zhí)行，所以先前被已廣泛使用以制造半導(dǎo)體裝置的LOCOS隔離法已大部分被STI法取代。STI法涉及形成溝槽，并用絕緣層間隙填充溝槽以隔離元件。
在STI法中，高密度等離子體(HDP)氧化物層常被用作間隙填充溝槽的絕緣層。但是，當(dāng)溝槽的縱橫比(aspect ratio)因高集成度而增加時(shí)，以HDP氧化物層間隙填充溝槽就變得很困難。若溝槽的縱橫比高于4時(shí)，會(huì)變得難以使用目前的HDP設(shè)備間隙填充溝槽。在目前發(fā)展的60nm NAND快閃式裝置中，隔離溝槽的縱橫比約為5.5，此會(huì)使得很難使用HDP氧化物層間隙填充溝槽。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種形成半導(dǎo)體裝置的隔離結(jié)構(gòu)的方法，其可以提高隔離溝槽的間隙填充邊限。
在一實(shí)施例中，形成半導(dǎo)體裝置的隔離結(jié)構(gòu)的方法包含提供半導(dǎo)體基板，在其上有形成隔離溝槽；在包含隔離溝槽的整個(gè)表面上，形成第一絕緣層；在整個(gè)表面上，形成旋布電介質(zhì)(SOD)絕緣層，以用SOD絕緣層填充隔離溝槽；平坦化SOD絕緣層，以曝露半導(dǎo)體基板；移除一定厚度的SOD絕緣層，以曝露隔離溝槽的上部；及在包含隔離溝槽的整個(gè)表面上，形成第二絕緣層。
在一實(shí)施例中，形成半導(dǎo)體裝置的隔離結(jié)構(gòu)的方法包含在半導(dǎo)體基板上，形成隧穿(tunnel)氧化物層和用于浮置柵極的導(dǎo)電層；移除部分的導(dǎo)電層，隧穿氧化物層和半導(dǎo)體基板，以形成隔離溝槽；在形成隔離溝槽之后，沿著整個(gè)結(jié)構(gòu)的表面，形成第一高密度等離子體(HDP)氧化物層；在形成HDP氧化物層之后，在整個(gè)表面上，形成旋布電介質(zhì)(SOD)絕緣層，以SOD絕緣層填充隔離溝槽；平坦化SOD絕緣層，以曝露導(dǎo)電層；移除部分的SOD絕緣層，以形成凹槽；及在包含凹槽的整個(gè)表面上，形成第二HDP氧化物層。
在一實(shí)施例中，形成半導(dǎo)體裝置的隔離結(jié)構(gòu)的方法包含在半導(dǎo)體基板上形成隔離溝槽。第一絕緣層形成在隔離溝槽和基板上。旋布電介質(zhì)(SOD)絕緣層形成在第一絕緣層上，SOD絕緣層填充隔離溝槽，且在隔離溝槽的上層之上延伸。移除提供在隔離溝槽之中的SOD絕緣層，以曝露隔離溝槽的上部，其中隔離溝槽的下部保持填充有SOD絕緣層。第二絕緣層形成在填充隔離溝槽下部的SOD絕緣層之上，其中第二絕緣層填充隔離溝槽的上部。
在另一實(shí)施例中，形成半導(dǎo)體裝置的隔離結(jié)構(gòu)的方法包含在基板上提供隔離溝槽，隔離溝槽具有由基板界定的側(cè)壁、提供在基板之上的隧穿電介質(zhì)層、及提供在隧穿電介質(zhì)層之上的導(dǎo)電層。第一高密度等離子體(HDP)氧化物層形成在基板之上和在隔離溝槽之中。旋布電介質(zhì)(SOD)絕緣層形成在HDP氧化物層之上。SOD絕緣層被平坦化，以提供具有大致平坦的上表面的SOD絕緣層。被提供在隔離溝槽之中的部分SOD絕緣層被移除，以在隔離溝槽之中形成凹槽并曝露隔離溝槽的上部分。第二HDP氧化物層被填充在隔離溝槽的上部分之中，以在隔離結(jié)構(gòu)之中形成隔離結(jié)構(gòu)，隔離結(jié)構(gòu)包含SOD絕緣層和第二HDP氧化物層。


圖1A到圖1E為半導(dǎo)體裝置橫截面圖，用以圖示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例形成半導(dǎo)體裝置的隔離結(jié)構(gòu)的方法；及圖2為形成通過聚硅氮烷(PSZ)的分子鍵合結(jié)構(gòu)和熱處理工藝固化的絕緣層的工藝的視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A到圖1E為半導(dǎo)體裝置橫截面圖，用以說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成半導(dǎo)體裝置的隔離結(jié)構(gòu)的方法。附圖顯示本發(fā)明實(shí)施例在應(yīng)用于自對(duì)準(zhǔn)淺溝槽隔離(SA-STI)結(jié)構(gòu)的情形。
如圖1A所示，隧穿氧化物層11和用于浮置柵極的多晶硅層12依序形成在半導(dǎo)體基板10上，藉由光刻工藝，用于浮置柵極的多晶硅層12、隧穿氧化物層11、和半導(dǎo)體基板10被蝕刻到特定深度，以形成隔離溝槽13。然后，第一絕緣層14形成在包含隔離溝槽13的表面上。優(yōu)選形成具有100到2000埃()的厚度的高密度等離子體(HDP)氧化物層當(dāng)作第一絕緣層14。第一絕緣層14薄薄地沉積在隔離溝槽13之中。
但是，如圖1A所示，形成在隧穿氧化物層11側(cè)面上的第一絕緣層14的厚度厚于形成在其他區(qū)域上的第一絕緣層14(參見”A”區(qū))。這是由于形成在隧穿氧化物層11下方的傾斜臺(tái)階20造成的。傾斜臺(tái)階20的斜率小于隔離溝槽13的其他側(cè)壁，因此使第一絕緣層14可以更容易沉積在其上。
傾斜臺(tái)階20使用CF4+CHF3氣體混合物形成，該氣體混合物可以圍繞浮置柵極形成聚合物，類似間隔層(聚合物間隔層)。此間隔層可以在溝槽蝕刻步驟期間形成傾斜輪廓。
參考圖1B，具有聚硅氮烷(PSZ)的層25沉積在第一絕緣層14上且填充隔離溝槽13。層25具有流動(dòng)性。層25使用旋布電介質(zhì)(SOD)法沉積。當(dāng)SOD法被用以沉積具有PSZ材料的層25(或PSZ層25)時(shí)，因?yàn)镻SZ材料具有低粘滯性，與傳統(tǒng)的HDP氧化物相比可以允許材料更容易流動(dòng)，所以具有高縱橫比(aspect ratio)的溝槽可以被填充而沒有空隙。在第一絕緣層14上的PSZ層25的厚度(遠(yuǎn)離隔離溝槽13)介于1000到8000埃()之間。濕式熱處理工藝在H2O和O2氣體的氛圍下和300到1200℃的溫度下執(zhí)行，以固化PSZ層25并形成SOD絕緣層15。本實(shí)施例中，SOD絕緣層15包含二氧化硅(SiO2)。熱處理工藝產(chǎn)生要被排放的氣體副產(chǎn)品NH3和H2。
參考圖2，當(dāng)首先通過SOD法沉積在第一絕緣層14上時(shí)，PSZ物質(zhì)基本上由硅(Si)，氫(H)和氮(N)組成。PSZ物質(zhì)具有SixHyNz(此處，‘x’，’y’和’z’為變量)。當(dāng)PSZ物質(zhì)在H2O和O2氣體的氛圍下熱處理時(shí)，SOD絕緣層15基本上由二氧化硅(SiO2)形成。此外，NH3和H2作為副產(chǎn)品產(chǎn)生，這些氣體元素會(huì)被排放。
雖然SOD絕緣層15的間隙填充特性優(yōu)于HDP氧化物層，但是SOD絕緣層15相對(duì)于濕式蝕刻劑的蝕刻速率高。因此，若在后續(xù)工藝中SOD絕緣層曝露于濕式蝕刻劑，則SOD絕緣層會(huì)快速損失。因此，有必要在后續(xù)工藝中保護(hù)SOD絕緣層15。在本實(shí)施例中，在移除SOD絕緣層15的上部分之后，在SOD絕緣層15之上形成保護(hù)層16(參見圖1E)。
雖然沒有圖示，但是與單元區(qū)的中央部分比較，單元區(qū)的邊緣和周邊電路區(qū)涂布更薄的PSZ材料。換言之，由于SOD法，PSZ層25在中間比邊緣更厚。因此，由熱處理PSZ層25衍生的SOD絕緣層15具有和PSZ層25相同的輪廓。在此情形下，一旦執(zhí)行減少SOD絕緣層15的厚度的蝕刻工藝，單元區(qū)的邊緣部分和周邊電路區(qū)會(huì)被蝕刻到低于單元區(qū)的中央部分的高度。由于上述的情形，當(dāng)在SOD絕緣層15之上形成絕緣層時(shí)，可以減少間隙填充邊限。在單元邊緣區(qū)中的有效場(chǎng)高度(EFH)低于單元中央?yún)^(qū)。所以，以后續(xù)HDP沉積間隙填充的有效高度在單元邊緣區(qū)高于單元中央?yún)^(qū)。換言之，HDP間隙填充在單元邊緣區(qū)比單元中央?yún)^(qū)更困難。有效場(chǎng)高度的變化可能增加。
此外，如圖1C所示，執(zhí)行SOD絕緣層15的平坦化工藝，以移除形成在隔離溝槽13外部的第一絕緣層14和SOD絕緣層15。
化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝被用作平坦化工藝，而且采用具有在氧化物層和多晶硅層之間的高選擇比的漿液(HSS)。若采用上述的HSS，則當(dāng)曝露多晶硅層12而沒有移除很多多晶硅層12時(shí)，CMP工藝可以更容易停止。
接著，如圖1D所示，SOD絕緣層15通過采用濕式蝕刻劑蝕刻300到2000埃()，以曝露隔離溝槽13的上部。緩沖氧化物蝕刻劑(BOE)或HF被用作濕式蝕刻劑。
此時(shí)，若隧穿氧化物層11被濕式蝕刻劑蝕刻，則當(dāng)后續(xù)的填充工藝使用絕緣層執(zhí)行時(shí)，因?yàn)榻^緣層并不能完全填充隧穿氧化物的側(cè)向延伸的蝕刻部分，所以會(huì)產(chǎn)生空隙。但是，因?yàn)楹窈竦匦纬稍谒泶┭趸飳?1的側(cè)面上的第一絕緣層14，所以當(dāng)執(zhí)行蝕刻SOD絕緣層15的工藝時(shí)，不會(huì)曝露隧穿氧化物層11而且由第一絕緣層14保護(hù)，于是可以避免產(chǎn)生空隙。
接著，如圖1E所示，在包含隔離溝槽13的表面上，形成第二絕緣層16(或保護(hù)層)。具有厚度1000～6000的HDP氧化物層形成為第二絕緣層16。因?yàn)楦綦x溝槽13已部分被SOD絕緣層15填充，所以第二絕緣層16只具有相當(dāng)淺的深度以填充隔離溝槽13。因此，隔離溝槽13的間隙填充邊限足夠。
接著，雖然沒有圖示，但是執(zhí)行第二絕緣層16的平坦化工藝，以曝露多晶硅層12并形成隔離溝槽結(jié)構(gòu)。
上面有關(guān)于實(shí)施例的描述說明了本發(fā)明應(yīng)用于SA-STI結(jié)構(gòu)的情況，其中隧穿氧化物層11和用于浮置柵極的多晶硅層12形成在半導(dǎo)體基板上，然后形成隔離溝槽13并用絕緣層填充，以形成隔離結(jié)構(gòu)。但是，本發(fā)明并不局限于此，也可以應(yīng)用于其他半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中先形成溝槽然后再用絕緣層填充，以形成隔離結(jié)構(gòu)。
上述本發(fā)明的實(shí)施例具有下列幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)的其中之一或更多項(xiàng)。
第一，可以防止在隔離結(jié)構(gòu)中形成會(huì)對(duì)器件特性造成負(fù)面效應(yīng)的空隙，所以可以減少其間失效和增加其間成品率。
第二，雖然未來的元件會(huì)持續(xù)小型化，但是當(dāng)可接受的隔離結(jié)構(gòu)可以采用傳統(tǒng)的設(shè)備形成時(shí)，就不需要新的設(shè)備，所以可以節(jié)省設(shè)備成本。
第三，因?yàn)镾OD絕緣層沒有曝露在后續(xù)工藝中，所以可以防止SOD絕緣層損失，因此可以確保隔離特性。
第四，可以通過在隧穿氧化物層的側(cè)面上形成具有足夠厚度的第一絕緣層來保護(hù)隧穿氧化物層。因此，可以防止空隙的產(chǎn)生。
第五，因?yàn)樵赟OD絕緣層形成之后，通過執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝，SOD絕緣層可以形成使得SOD絕緣層具有均勻的厚度，所以可以增強(qiáng)在后續(xù)工藝中形成的絕緣層的間隙填充邊限，且可以減少有效場(chǎng)高度(EFH)的變化。
雖然本發(fā)明已對(duì)于特定實(shí)施例詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的范圍并不受到特定實(shí)施例的限制，而是可以由所附權(quán)利要求建構(gòu)。再者，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出各種不同的變化例和修正例而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
本專利申請(qǐng)案主張2006年2月23日所申請(qǐng)的韓國(guó)專利申請(qǐng)案號(hào)第10-2006-17723號(hào)的優(yōu)先權(quán)，在此將其完全納入供參考。
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體裝置的隔離結(jié)構(gòu)的方法，該方法包含在半導(dǎo)體基板上形成隔離溝槽；在所述隔離溝槽和基板上，形成第一絕緣層；在所述第一絕緣層上，形成旋布電介質(zhì)絕緣層，該旋布電介質(zhì)絕緣層填充隔離溝槽且在隔離溝槽的上層之上延伸；移除提供在隔離溝槽之中的旋布電介質(zhì)絕緣層，以曝露隔離溝槽的上部，其中隔離溝槽的下部保持以旋布電介質(zhì)絕緣層填充；及在填充隔離溝槽的下部的旋布電介質(zhì)絕緣層上，形成第二絕緣層，其中第二絕緣層填充隔離溝槽的上部分。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第二絕緣層由高密度等離子體氧化物層形成。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中還包含在移除步驟之前，平滑化旋布電介質(zhì)絕緣層，使得旋布電介質(zhì)層的上表面大致與隔離溝槽的上層齊平。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中第一絕緣層具有100～2000的厚度。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中形成旋布電介質(zhì)絕緣層包含藉由旋布電介質(zhì)法形成包含聚硅氮烷的層；及之后，加熱聚硅氮烷層。
6.如權(quán)利要求5的方法，其中聚硅氮烷層具有1000～8000的厚度。
7.如權(quán)利要求5的方法，其中熱處理在包含H2O或O2，或兩者的氛圍下和300～1200℃的溫度下執(zhí)行。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中移除步驟涉及濕式蝕刻工藝。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中要被移除的旋布電介質(zhì)絕緣層的厚度為300～2000。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中第二絕緣層具有1000～6000的厚度。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中隔離溝槽具有被建構(gòu)以支撐第一絕緣層的傾斜臺(tái)階。
12.一種形成半導(dǎo)體裝置的隔離結(jié)構(gòu)的方法，包含在基板上提供隔離溝槽，隔離溝槽具有由基板界定的側(cè)壁、提供在基板之上的隧穿電介質(zhì)層、及提供在隧穿電介質(zhì)層之上的導(dǎo)電層；在基板之上和在隔離溝槽之中，形成第一高密度等離子體氧化物層；在高密度等離子體氧化物層之上，形成旋布電介質(zhì)絕緣層；平坦化旋布電介質(zhì)絕緣層，以提供具有大致平坦的上表面的旋布電介質(zhì)絕緣層；移除提供在隔離溝槽之中的部分旋布電介質(zhì)絕緣層，以在隔離溝槽之中形成凹槽并曝露隔離溝槽的上部分；及在隔離溝槽的上部分之中填充第二高密度等離子體氧化物層，以在隔離結(jié)構(gòu)之中形成隔離結(jié)構(gòu)，隔離結(jié)構(gòu)包含旋布電介質(zhì)絕緣層和第二高密度等離子體氧化物層。
13.如權(quán)利要求12的方法，其中形成旋布電介質(zhì)絕緣層包含在隔離溝槽上涂布聚硅氮烷層及熱處理聚硅氮烷層。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中熱處理在包含H2O或O2，或兩者的氛圍下執(zhí)行。
15.如權(quán)利要求12的方法，其中凹槽使用濕式蝕刻劑形成。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中濕式蝕刻劑至少包含緩沖氧化物蝕刻劑或HF。
17.如權(quán)利要求12的方法，其中旋布電介質(zhì)絕緣層使用化學(xué)機(jī)械研磨工藝平坦化。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中化學(xué)機(jī)械研磨工藝使用在氧化物和硅之間具有選擇比的漿液。
19.如權(quán)利要求12的方法，其中隔離溝槽具有被建構(gòu)以支撐第一高密度等離子體氧化物層的傾斜臺(tái)階。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中傾斜臺(tái)階被提供在隧穿電介質(zhì)層附近，以在后續(xù)的蝕刻工藝中保護(hù)隧穿電介質(zhì)層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種形成半導(dǎo)體裝置的隔離結(jié)構(gòu)的方法，包含在半導(dǎo)體基板上形成隔離溝槽。在隔離溝槽和基板上，形成第一絕緣層。在第一絕緣層上，形成旋布電介質(zhì)(SOD)絕緣層，SOD絕緣層填充隔離溝槽且在隔離溝槽的上層之上延伸。移除提供在隔離溝槽之中的SOD絕緣層，以曝露隔離溝槽的上部，其中隔離溝槽的下部保持填充有SOD絕緣層。在填充隔離溝槽的下部的SOD絕緣層上，形成第二絕緣層，其中第二絕緣層填充隔離溝槽的上部。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101026123SQ20071000538
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月23日
發(fā)明者金相德, 樸寶旻 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司