在襯底中用於填充槽的方法
2023-05-17 21:02:01 1
專利名稱：在襯底中用於填充槽的方法
技術領域：
本發明涉及在襯底中用於填充槽的方法。本發明尤其涉及在半導體襯底上的淺槽或者深槽絕緣的製造方法。
對於在半導體器件上的激活區域的絕緣，所選擇的措施一般是通過所謂的淺槽絕緣(STI)或者通過具有深的絕緣槽(深槽)的絕緣完成。尤其是在新的存儲器代(16M-DRAM和更高)和在新的邏輯器件代的情況下，STI因為與LOCOS絕緣相比具有較高的限制電壓而被更廣泛地應用。
然而尤其在例如氧化物填充的槽的整平時存在一系列的困難。通過槽填充在半導體晶片的表面上產生較大的拓撲差異，其能夠幹擾隨後的加工步驟。這具有如下的結果此拓撲差異必須通過整平再一次被去掉。然而此拓撲差異很大，簡單的CMP(化學-機械的拋光)方法不能夠滿足。通過反腐蝕的整平同樣需要複雜而且昂貴的加工。
例如現有技術的用於淺槽絕緣的工藝在於，首先在矽襯底中腐蝕約200-500nm深的槽(淺槽)，然後具有TEOS氧化物的槽通過LPCVD方法填充，並且然後對如此產生的拓撲機械整平。
該整平過程主要含有如下的方法步驟1．通過輔助掩膜(PAIGE-掩膜)進行光電阻擋物質的堆放和構成。從掩膜的產生在此是複雜的而且是昂貴的，因為光電阻擋物質的現有或者非現有的情況與所謂的模型(pattern)係數有關。
2．堆放其他的光電阻擋層。
3．光電阻擋物質和氧化物的非選擇性的反蝕刻。
4．剩餘的拓撲通過化學機械方法進行拋光。
此方法是非常費時和昂貴的，尤其對於生成新的邏輯器件來說，對於每一個新產品的掩膜在此存在巨大的時間和費用。
上述發明的任務在於給出一種新的方法用於填充在襯底中的槽，這能夠以較少的時間和費用而有效的工作，並且所構成的襯底能夠最大的存在優選的整平。
此任務通過權利要求1所述的方法解決。權利要求13給出了本發明的其他絕緣結構。本發明的其他有利的實施例、結構和方面通過從屬權利要求、說明書和附圖給出。
按照本發明用於在襯底中填充槽的方法具有如下的方法步驟a)在襯底上設置一個參考層，b)該參考層被結構化，c)在襯底中產生一個槽，並且d)在如此產生的結構上設置為了填充該槽所應用的材料。
在此如此選擇參考層，用於填充槽所使用的絕緣材料在參考層上的增長速率至少小於用於填充槽所使用的絕緣材料在要覆蓋的槽的表面上的增長速率2倍。此要覆蓋的槽的表面一般通過襯底材料組成。也能夠含有一個中間層。
本發明的工藝含有比所謂的STI工藝方法非常少的步驟，並且提供了非常明顯的經濟優點。因為本發明的方法的必要的方法步驟是兼容的，所以所有的工藝流程的能夠沒有保留的一體化在所存在的技術中。所以能夠應用在淺槽絕緣和深槽絕緣中。
優選的使用矽襯底作為襯底，並且優選的使用絕緣材料，尤其是矽氧化物用於填充該槽。
另外有利的是使用一矽氮氧化物層、一鈦氮氧化物或者一聚矽層，尤其是摻雜的聚矽層作為參考層。在此該矽氧化物有利的以臭氧活化的CVD方法，尤其是SACVD方法進行分離。這種臭氧活化的CVD方法例如在EP0582724A1和EP0537001A1中進行了描述。尤其是SACVD分離方法通過非常好的填充性能表現了該具有大於4∶1的較大外表比例的槽能夠無縮孔的自動進行填充。
優選的用於填充該槽的材料如此設置，其構成基本是平的表面。因為以此該晶片表面在隨後的CMP步驟之前已經是基本上平的，並且在CMP步驟期間的較大的槽範圍的情況下沒有出現額定值「表面凹陷」。
參考層能夠直接設置在襯底表面上。替換的是在襯底和參考層之間含有至少一個中間層，尤其是一個氧化物層。
優選的在堆放用於填充該槽所使用的材料之後進行一個熱氧化處理(例如900-1000℃,10-30分鐘)。此氧化處理通過已經分離的材料，尤其是通過已經分離的矽氧化物起作用，並且減少了襯底中存在的損傷，該損傷能夠在產生槽的期間出現。另外在此氧化期間一足夠的所謂「導角」形成在該槽的上邊沿上。
襯底中的損傷能夠通過線性氧化處理在產生槽之後進行減少。生長的氧化物最後通過溼化學方法再一次去掉，因為隨後的分離過程的選擇沒有給出。此「消耗氧化物」能夠去掉例如腐蝕損傷和槽邊沿上的靜電，此靜電損壞了該槽的絕緣性能。
優選的在堆放用於填充該槽所使用的材料之後，設置得超出參考層高度的材料的一部分再一次被去掉。對此應用了有利的CMP方法。
另外有利的是能夠同時實現平的和深的槽。這引起了總的生產複雜性的再一次明顯降低，並且以此另外降低了生產費用。
尤其有利的是，深槽的寬度和平槽的級高(蝕刻深度+參考層的厚度)的比例大約等於2×α/(α-1)，其中α是用於填充該槽所使用的材料在要覆蓋的槽的表面上的增長速率和用於填充該槽所使用的材料在參考層上的增長速率的比例。
另外還提供了一個絕緣結構，其含有一個在半導體襯底中的用絕緣材料填充的槽。該絕緣結構的特徵在於，該槽具有至少一個平的區域和至少一個深的區域。
以此平的槽的優點能夠和深的槽的優點進行組合。
在此深的範圍的寬度和平的範圍的深度的比例有利的是大約等於2×α/(α-1)，其中α是用於填充該槽所使用的材料在襯底(2)上的增長速率和用於填充該槽所使用的材料在參考層(5)上的增長速率的比例。
本發明藉助於附圖進行詳細的解釋。相同的部分在附圖中用相同的符號進行表示。
圖1-3是本發明的方法的第一實施例，圖4-7是本發明的方法的第二實施例，圖8是本發明的絕緣結構。
圖1示出了一個襯底並且以1進行表示。此襯底1以氧化層3和氮層4覆蓋。此層結構可以作為NIOX層表示。此氮層(Si3N4)以CVD方法進行生產。此氮層主要是作為用於在NIOX層上析出的參考層5的擴散阻擋。此參考層5在此主要由氮化鈦組成。其也可以由摻雜的多晶矽組成。此氮化鈦層5在氮層上通過濺射析出。然後設置光電阻擋層8，其用於限制槽6(淺槽)。
然後在襯底的表面2蝕刻淺槽6。
圖2示出了以矽氧化物7填充的經過蝕刻的淺槽6，該矽氧化物通過臭氧啟動的CVD方法進行析出。
在進行矽氧化物層的臭氧啟動的析出時，在不同的表面上能夠達到不同的增長速度。在上述的情況下，矽氧化物在氮化鈦層5上的增長速度小於矽氧化物在蝕刻的淺槽的矽上的增長速度的10-15倍。
作為用於CVD析出的輸出物質，TEOS，尤其是OMTS(Octa-Metyl-Zyklo-Tetra-Siloxan)或者HMDS(Hexa-Metyl-Disiloxan)是適合的。
從圖3中可以看到，在襯底表面2上析出的NIOX層3、4、析出的氮化鈦層5以及通過通過臭氧啟動的CVD方法析出的矽氧化物7有利的通過反蝕刻被去掉。然後通過反蝕刻的襯底表面2藉助於CMP方法(化學機械拋光)被進一步地整平。
圖4-7示出了本發明的方法的其他實施例。在圖4中示出了一個襯底並且以1進行表示。此襯底1通過氧化物層11和氮層12覆蓋。此氮層(Si3N4)以CVD方法建立。在此實施例中氮層12構成參考層。
藉助於光電技術構成氮層12和氧化物層11。然後通過各向異性的蝕刻方法在襯底1中蝕刻槽6。由此所得到的結構在圖4中示出。
然後通過臭氧啟動的析出處理在氮層(Si3N4)12上產生一個矽氧化物層，並且槽6同時以矽氧化物填充。此析出處理被一直地進行，直到通過矽氧化物層在槽6中的更快的增長而使具有在氮層12上的矽氧化物層13的上表面達到幾乎是平的。由此所得到的結構在圖5中示出。
隨後是一個熱氧化過程。此熱氧化過程通過已經析出的矽氧化物(SiO2)起作用，並且在槽的內部在襯底表面上產生一個熱氧化物層14。該熱氧化物層減少了在襯底1殘留的損傷，該損傷能夠在槽6的蝕刻過程中產生。另外以此氧化過程在槽6的上邊產生足夠的所謂的「角圍繞」。由此所得到的結構在圖6中示出。
隨後通過CMP步驟或者溼化學方法去掉高於氮層12設置的矽氧化物層，以此產生具有平的表面的結構(圖7)。
圖8示出了本發明的絕緣結構20。此絕緣結構(20)含有一個以矽氧化物24填充的在半導體襯底(1)中的槽(6)。另外絕緣結構20含有一個平的區域21，其從矽氮層12的上表面算起具有級高T。以此絕緣結構20具有一個深的區域22。此絕緣結構20的此區域22具有寬度B。在此深的區域的寬度B與平的區域的級高T的比例大約等於2×α/(α-1)，其中α是用於填充該槽所使用的材料在襯底2上的增長速率和用於填充該槽所使用的材料在氮層12上的增長速率的比例。
以此保證了在填充本發明的絕緣結構時能夠得到具有幾乎平的上表面的矽氧化物24。
權利要求
1．用於填充襯底中的至少一個槽的方法，具有如下的步驟a)在襯底(1)上設置一個參考層(5；12)，b)該參考層(5；12)被結構化，c)在襯底(1)中產生一個槽(6)，並且d)在如此產生的結構上設置為了填充該槽所應用的材料。在此如此選擇參考層(5；12)，用於填充槽(6)所使用的絕緣材料在參考層(5；12)上的增長速率至少小於用於填充槽(6)所使用的絕緣材料在要覆蓋的槽(6)的表面上的增長速率2倍。
2．如權利要求1的方法，其特徵在於，含有一個矽襯底作為襯底(1)，並且使用絕緣材料，尤其是矽氧化物用於填充該槽(6)。
3．如權利要求2的方法，其特徵在於，含有一個矽氮層、一個氮化鈦層或者一個多晶矽層作為參考層(5；12)。
4．如權利要求2或者3的方法，其特徵在於，該矽氧化物以臭氧啟動的CVD方法進行析出。
5．如上述權利要求之一的方法，其特徵在於，一直裝設用於填充槽(6)所使用的材料，直到構成一個基本是平的表面。
6．如上述權利要求之一的方法，其特徵在於，在襯底(2)和參考層(5；12)之間含有至少一個中間層(3,4)，尤其是一個氧化物層。
7．如上述權利要求之一的方法，其特徵在於，在堆放用於填充槽(6)所使用的材料之後進行熱氧化處理過程。
8．如權利要求2到7之一的方法，其特徵在於，在產生槽(6)之後進行一個線性氧化處理過程。
9．如上述權利要求之一的方法，其特徵在於，在堆放用於填充槽(6)所使用的材料之後，高於參考層(5；12)的高度的一部分材料被再一次去掉。
10．如權利要求9的方法，其特徵在於，高於參考層(5；12)的高度的一部分材料通過CMP方法被再一次去掉。
11．如上述權利要求之一的方法，其特徵在於，同時填充平的槽以及深的槽。
12．如權利要求11的方法，其特徵在於，深的槽的寬度與平的槽的級高的比例大約等於2×α/(α-1)，其中α是用於填充該槽所使用的材料在該槽的要覆蓋的上表面上的增長速率和用於填充該槽所使用的材料在參考層上的增長速率的比例。
13．含有一個以絕緣材料填充的在半導體襯底(1)中的槽(6)的絕緣結構，其特徵在於，該槽含有至少一個平的區域和至少一個深的區域。
14．如權利要求12的結構，其特徵在於，深的區域的寬度與平的區域的級高的比例大約等於2×α/(α-1)，其中α是用於填充該槽所使用的材料在該槽(6)的要覆蓋的上表面上的增長速率和用於填充該槽所使用的材料在參考層(5)上的增長速率的比例。
全文摘要
為了絕緣激活的區域,在所使用的措施中使用了通過所謂的淺槽絕緣(STI)進行的LOCOS絕緣。在本發明中利用臭氧啟動的CVD方法的有選擇的析出,以填充在矽襯底中蝕刻出的具有矽氧化物的淺槽。藉助於所謂的PAIGE掩膜,光電阻擋物質的堆放和結構化能夠以此省去,在此產生掩膜是非常複雜的。
文檔編號H01L21/70GK1226343SQ97196723
公開日1999年8月18日 申請日期1997年7月22日 優先權日1996年7月23日
發明者N·埃爾貝爾, Z·加布裡斯, B·紐雷特爾 申請人:西門子公司