本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，并且更具體地講，涉及半導(dǎo)體晶圓的前端處理以在其中形成有源區(qū)和隔離區(qū)域。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體襯底上有源區(qū)和隔離區(qū)域的形成是熟知的。有源區(qū)是半導(dǎo)體襯底的一些區(qū)域，半導(dǎo)體器件在所述區(qū)域上以及/或者在所述區(qū)域中形成。隔離區(qū)域是半導(dǎo)體襯底的位于有源區(qū)之間的絕緣區(qū)域。

用于在襯底上形成隔離區(qū)域的兩種熟知的技術(shù)是LOCOS和STI。兩種技術(shù)均涉及具有單個(gè)掩模步驟的光刻工藝，其中光致抗蝕劑形成在襯底上方并且使用光掩膜選擇性地暴露于光，由此僅選擇性地移除光致抗蝕劑的某些部分(例如，對(duì)于正光刻法的情況而言，通過(guò)掩膜暴露于光的那些部分)。在其中光致抗蝕劑已被選擇性移除的那些部分中，絕緣材料形成在所述部分的襯底上以及/或者形成在所述部分的襯底中。參見(jiàn)例如美國(guó)專利7,315,056，出于所有目的該專利以引用方式并入本文。

圖1示出半導(dǎo)體襯底10的俯視平面圖，在該半導(dǎo)體襯底中絕緣材料的隔離區(qū)域12形成。隔離區(qū)域12之間的區(qū)為有源區(qū)14。例如，在存儲(chǔ)器器件(諸如閃存單元)陣列的形成中，可使用圖1的配置。

圖2示出適于形成圖1的有源區(qū)和隔離區(qū)域的光掩膜16。掩膜包括不透明區(qū)域16a(以阻擋光)和透明或開(kāi)口區(qū)域16b(光將經(jīng)過(guò)該區(qū)域)。經(jīng)過(guò)和聚焦到襯底上的光的形狀和尺寸指示襯底10上的有源區(qū)和隔離區(qū)域的形狀和尺寸。

由于衍射和/或處理效果，形成在襯底上的有源區(qū)和隔離區(qū)域的形狀不完全匹配掩膜的不透明區(qū)域和透明區(qū)域的形狀。因此，已知的是實(shí)現(xiàn)光學(xué)鄰近效應(yīng)修正(OPC)，由此掩膜的形狀改變以補(bǔ)償此類誤差。OPC用于 補(bǔ)償線寬度以及圓角的失真，這可對(duì)制造中的器件的電特性產(chǎn)生不利的影響。OPC涉及移動(dòng)邊緣或者將額外的多邊形添加到在光掩膜上刻寫的圖案中。圖3為OPC校正掩膜18的例子，其中不透明區(qū)域18a/透明區(qū)域18b的尺寸和形狀改變以更準(zhǔn)確地制造圖1的圖案。

然而，即使利用OPC，仍可存在有源角圓化和圖案臨界尺寸的過(guò)度變化，這是由于光圖案化條件(即，光刻設(shè)備、曝光能量，顯影時(shí)間等的變化)造成的。圖4示出即使在實(shí)現(xiàn)OPC的情況下隔離區(qū)域12的制造的變化類型，其中隔離區(qū)域12的端部20從區(qū)域到區(qū)域以及從晶圓到晶圓改變。隨著器件的尺寸不斷縮小，OPC和CD優(yōu)化變得更加困難。因?yàn)楦綦x區(qū)域12之間的間隔距離是所得器件的重要的臨界尺寸，所以需要更好地控制有源區(qū)和隔離區(qū)域的形成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供以下方法在半導(dǎo)體襯底中形成有源區(qū)和隔離區(qū)域：在襯底表面上形成第一材料；在第一材料上形成第二材料；形成多個(gè)第一溝槽到第二材料中，其中多個(gè)第一溝槽彼此平行；將第二溝槽形成到第二材料中，其中在襯底的中心區(qū)域中第二溝槽垂直于并且橫過(guò)多個(gè)第一溝槽；將第一溝槽和第二溝槽填充以第三材料；移除第二材料以在第三材料中形成第三溝槽，所述第三溝槽彼此平行并且不延伸穿過(guò)襯底的中心區(qū)域；以及將第三溝槽延伸穿過(guò)第一材料并且進(jìn)入到襯底中。

通過(guò)查看說(shuō)明書、權(quán)利要求和附圖，本發(fā)明的其他目的和特征將變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為形成在半導(dǎo)體襯底上的常規(guī)隔離區(qū)域和有源區(qū)的俯視平面圖。

圖2為用于形成圖1的隔離區(qū)域和有源區(qū)的常規(guī)光刻法光掩模的俯視圖。

圖3為用于形成圖1的隔離區(qū)域和有源區(qū)的具有OPC校正的常規(guī)光刻法光掩模的俯視圖。

圖4為形成在半導(dǎo)體襯底上的常規(guī)隔離區(qū)域和有源區(qū)的俯視圖，示出可發(fā)生在制造中的隔離區(qū)域中的變化。

圖5A-圖5I為按順序示出在半導(dǎo)體襯底上形成有源區(qū)和隔離區(qū)域的步驟的俯視圖。

圖6A-圖6I為沿著圖5A-圖5I的線A-A’截取的剖視圖，按順序示出在半導(dǎo)體襯底上形成有源區(qū)和隔離區(qū)域的步驟。

圖7A-圖7I為沿著圖5A-圖5I的線B-B’截取的剖視圖，按順序示出在半導(dǎo)體襯底上形成有源區(qū)和隔離區(qū)域的步驟。

具體實(shí)施方式

本文中公開(kāi)的是在半導(dǎo)體晶圓中形成有源區(qū)和隔離區(qū)域的方法。該方法更好的定義形成在半導(dǎo)體晶圓上的區(qū)和區(qū)域的圖案和臨界尺寸并且對(duì)其提供更好的控制。圖5A-圖5I、圖6A-圖6I以及圖7A-圖7I示出半導(dǎo)體晶圓襯底上的有源區(qū)和隔離區(qū)域的制造方法，其中圖5A-圖5I示出俯視圖，圖6A-圖6I示出沿著圖5A-圖5I中的線A-A’截取的剖視圖，并且圖7A-圖7I示出沿著圖5A-圖5I中的線B-B’截取的剖視圖。

應(yīng)該指出的是，如本文所用，術(shù)語(yǔ)“在…上方”和“在…上”兩者包容地包含“直接在…上”(之間未設(shè)置中間材料、元件或空間)和“間接在…上”(之間設(shè)置有中間材料、元件或空間)。同樣，術(shù)語(yǔ)“相鄰”包含“直接相鄰”(兩者間未設(shè)置中間材料、元件或空間)和“間接相鄰”(兩者間設(shè)置有中間材料、元件或空間)。例如，“在襯底上方”形成元件可包括在之間沒(méi)有中間材料/元件的情況下在襯底上直接形成元件，以及在之間有一個(gè)或多個(gè)中間材料/元件的情況下在襯底上間接形成元件。

該方法開(kāi)始于提供如圖5A、圖6A和圖7A所示的半導(dǎo)體襯底22，該半導(dǎo)體襯底優(yōu)選地為P型并且在本領(lǐng)域中是熟知的。第一層絕緣材料24，諸如二氧化硅(氧化物)形成在襯底22上。層24可例如通過(guò)氧化或通過(guò)沉積(例如，化學(xué)氣相沉積CVD)而形成。偽材料諸如多晶硅(poly)的層26形成在絕緣層24上。多晶硅層26的形成可通過(guò)熟知的方法(諸如低壓CVD或LPCVD)來(lái)進(jìn)行。適當(dāng)?shù)牡谝还庵驴刮g劑材料27形成在多晶硅層26上，并且執(zhí)行掩模步驟以從某些區(qū)域(例如，在列方向上的平行條帶，如圖所示)選擇性地移除光致抗蝕劑材料27。在光致抗蝕劑材料27被 移除的情況下，隨后使用標(biāo)準(zhǔn)蝕刻技術(shù)(即，各向異性蝕刻工藝)將多晶硅層26的暴露部分蝕刻掉，從而在多晶硅層26中留下平行溝槽28。所得結(jié)構(gòu)在圖5A、圖6A和圖7A中示出。如圖6A和圖7A所示，在該階段的結(jié)構(gòu)在兩個(gè)橫截面A-A’和B-B’上為均勻的，其中平行豎直溝槽28在多晶硅層26中形成。

在第一光致抗蝕劑27被移除之后，第二合適的光致抗蝕劑材料30形成在結(jié)構(gòu)上。第二掩模步驟用于移除中心區(qū)域CR中垂直于溝槽28(即，沿著剖面線A-A’)延伸的光致抗蝕劑30的水平條帶，從而在光致抗蝕劑30中產(chǎn)生溝槽32，如圖5B、圖6B和圖7B所示。水平溝槽32橫過(guò)并且垂直于豎直溝槽28。然后執(zhí)行多晶硅蝕刻以移除偽多晶硅26的暴露在溝槽32中的那些部分(即，在中心區(qū)域CR中將溝槽32沿水平方向延伸到多晶硅層26中)，如圖5C、圖6C和圖7C所示。然后移除光致抗蝕劑30。掩膜材料34諸如氮化硅(氮化物)形成在結(jié)構(gòu)上方，從而填充溝槽28和30，如圖5D、6D和圖7D所示。然后執(zhí)行回蝕刻工藝以將掩膜材料34向下移除到偽多晶硅26的列的頂部(即，將多晶硅26用作蝕刻停止層)，如圖5E、圖6E和圖7E所示。

然后使用多晶硅蝕刻工藝移除偽多晶硅26，從而留下向下延伸到掩膜材料中以暴露絕緣層24的溝槽36。除了被掩膜材料34覆蓋的中心區(qū)域CR之外，這產(chǎn)生被溝槽36分開(kāi)的掩膜材料34的列，如圖5F、圖6F和圖7F所示。然后執(zhí)行氧化物蝕刻以及之后的硅蝕刻以將溝槽36向下延伸穿過(guò)層24并且進(jìn)入到襯底22中，如圖5G、圖6G和圖7G所示。

此時(shí)，溝槽36可填充以絕緣材料38諸如二氧化硅(例如，使用二氧化硅沉積和CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)，使用掩膜材料34作為蝕刻停止層)，從而產(chǎn)生圖5H、圖6H和圖7H所示的結(jié)構(gòu)(氧化物38的隔離區(qū)域設(shè)置在有源區(qū)之間)。作為另外一種選擇或除此之外，氮化物和氧化物蝕刻在圖5G、圖6G和圖7G中的結(jié)構(gòu)上執(zhí)行以產(chǎn)生中心區(qū)域CR中的裸硅以及在中心區(qū)域CR的任一側(cè)上形成到襯底22的部分中的溝槽36，如圖5I、圖6I和圖7I所示。此后，如本領(lǐng)域中已知的，絕緣體可形成于溝槽36中以形成隔離區(qū)域。

涉及兩種光刻工藝的上述技術(shù)更準(zhǔn)確地形成分開(kāi)有源區(qū)的隔離區(qū)域，而無(wú)需使用任何特殊的OPC。沿X方向的有源區(qū)臨界尺寸可被獨(dú)立地控制。此外，沿X方向和Y方向兩者的臨界尺寸可被一致地控制。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于上述的和本文中示出的實(shí)施例，而是涵蓋落在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的任何和所有變型形式。舉例來(lái)說(shuō)，本文中對(duì)本發(fā)明的提及并不意在限制任何權(quán)利要求或權(quán)利要求術(shù)語(yǔ)的范圍，而是僅涉及可由這些權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)權(quán)利要求涵蓋的一個(gè)或多個(gè)特征。上文所述的材料、工藝和數(shù)值的例子僅為示例性的，而不應(yīng)視為限制權(quán)利要求。例如，雖然層24、26和34相對(duì)于上述實(shí)施例分別描述為氧化物、多晶硅和氮化物材料，但是可使用表現(xiàn)出充分區(qū)別的蝕刻特性的任何合適的材料。示于圖中的隔離區(qū)域和有源區(qū)的圖案可改變并且/或者在單個(gè)晶圓上重復(fù)復(fù)制。例如，雖然單個(gè)中心區(qū)域CR示于圖中，但在單個(gè)晶圓上可存在多個(gè)此類中心區(qū)域CR。另外，根據(jù)權(quán)利要求和說(shuō)明書顯而易見(jiàn)的是，并非所有方法步驟都需要以所示出或受權(quán)利要求保護(hù)的精確順序執(zhí)行，而是需要以允許襯底上的隔離區(qū)域適當(dāng)形成的任意順序來(lái)執(zhí)行。最后，單個(gè)材料層可以被形成為多個(gè)這種或類似材料層，反之亦然。