專利名稱：制造半導(dǎo)體器件的溝槽隔離的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，更具體地涉及使用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積裝置制造溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
作為提供高集成半導(dǎo)體器件中的器件隔離的一類技術(shù)，淺溝槽隔離(在下文中，稱為‘STI’)制造方法被廣泛地應(yīng)用。在STI工藝中，為了避免缺陷的出現(xiàn)和使器件特性穩(wěn)定，在STI溝槽的側(cè)壁和底表面依次形成氧化膜襯里和氮化膜襯里，然后用高密度等離子體(在下文中，簡(jiǎn)稱為‘HDP’)氧化膜填充溝槽，從而形成STI結(jié)構(gòu)。
然而，隨著對(duì)于更高集成度的持續(xù)壓力，由于半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)規(guī)則減小，STI結(jié)構(gòu)的縱橫比增加，和STI溝槽的間隙的寬度減小。因此增加了不產(chǎn)生空隙地填充STI溝槽內(nèi)部的間隙的能力的重要性。
為了保證極好的間隙填充屬性，在HDP工藝中可以使用增加偏置功率(bias power)的方法。然而，當(dāng)偏置功率增加時(shí)，STI溝槽側(cè)壁和底部的氧化膜12和襯里13更可能從襯底10分離，如圖1的TEM(透射電子顯微鏡)照片所示。進(jìn)一步，如圖2的SEM(掃描電子顯微鏡)照片所示，在HDP氧化膜14里可能出現(xiàn)多個(gè)氣泡缺陷16。
為了阻止上述的分離現(xiàn)象和氣泡缺陷，已經(jīng)提出了一種方法，在該方法中在氮化物襯里上另外形成中溫(medium-temperature)氧化襯里。然而，在此情況下，由于另外的中溫氧化襯里具有大約50到300的厚度，所以進(jìn)一步減小了間隙，這引起在間隙填充余量的劇烈減小。進(jìn)一步，需要額外的化學(xué)氣相沉積(在下文中，簡(jiǎn)稱為‘CVD’)工藝，其能復(fù)雜化并加長(zhǎng)器件制造時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及以縮小與上述傳統(tǒng)方法相關(guān)的局限的方式制造半導(dǎo)體器件的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法。
在一方面，本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括在高密度等離子體(HDP)化學(xué)氣相沉積裝置內(nèi)加載其中形成了溝槽的襯底；第一次加熱襯底；施加第一偏置功率到裝置以在溝槽的側(cè)壁和底表面上形成HDP氧化襯里，在HDP氧化襯墊形成之后在溝槽內(nèi)仍有間隙；去除第一偏置功率的施加并第二次加熱襯底；施加比第一偏置功率大的功率水平的第二偏置功率到襯底以形成HDP氧化膜來填充溝槽內(nèi)的間隙；從裝置上卸載襯底。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一次加熱，將襯底加熱到大約300到400℃范圍內(nèi)的溫度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在HDP氧化襯里的形成中，將襯底加熱到大約300到450℃范圍內(nèi)的溫度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，第一偏置功率在大約500到2000W的范圍內(nèi)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在對(duì)應(yīng)于形成HDP氧化膜的時(shí)間段的大約1/200到1/10的量的時(shí)間段范圍內(nèi)的時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行HDP氧化襯里的形成。
在另一個(gè)實(shí)施例中，從大約1到5秒的時(shí)間段范圍執(zhí)行HDP氧化襯里的形成。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在HDP氧化襯里的形成中，使用He氣作為濺射氣體。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在第二加熱中，將襯底加熱到大約400到600℃范圍內(nèi)的溫度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，從大約50到150秒的時(shí)間段范圍執(zhí)行第二加熱。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在HDP氧化膜的形成中，襯底是在從大約600到800℃范圍的溫度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，第二偏置功率在大約3000到6000W的范圍內(nèi)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，從大約50到200秒的時(shí)間段范圍執(zhí)行HDP氧化膜的形成。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在HDP氧化膜的形成中，使用H2氣作為濺射氣體。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在溝槽的側(cè)壁和底表面上依次形成氧化膜和氮化物襯里。
在另一方面，本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，包括在高密度等離子體(HDP)化學(xué)氣相沉積裝置內(nèi)加載其中形成有溝槽的襯底；第一次加熱襯底；在溝槽的側(cè)壁和底表面上形成He HDP氧化襯里，在HeHDP氧化襯里的形成之后在溝槽內(nèi)仍有間隙；第二次加熱襯底；形成H2 HDP氧化膜來填充溝槽內(nèi)的間隙；從裝置上卸載襯底。
在一個(gè)實(shí)施例中，在He HDP氧化襯里的形成中，施加第一偏置功率，在H2 HDP氧化膜的形成中，施加比第一偏置功率高的功率水平的第二偏置功率。
在另一個(gè)實(shí)施例中，第一偏置功率在大約500到2000W的范圍內(nèi)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，第二偏置功率在大約3000到6000W的范圍內(nèi)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在第一次加熱中，將襯底加熱到大約300到400℃范圍內(nèi)的溫度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在He HDP氧化襯里的形成中，襯底是在大約300到450℃范圍內(nèi)的溫度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，形成He HDP氧化襯里的所需時(shí)間為形成H2 HDP氧化膜所需時(shí)間的約1/200到1/10的范圍。
在另一個(gè)實(shí)施例中，從大約1到5秒的時(shí)間段范圍執(zhí)行He HDP氧化襯里的形成。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在第二次加熱中，將襯底加熱到從大約400到600℃范圍內(nèi)的溫度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，從大約50到150秒的時(shí)間段范圍執(zhí)行第二次加熱。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在H2 HDP氧化膜的形成中，襯底的溫度是在從大約600到800℃范圍。
在另一個(gè)實(shí)施例中，從大約50到200秒的時(shí)間段范圍執(zhí)行H2 HDP氧化膜的形成。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在溝槽的側(cè)壁和底表面上依次形成氧化膜和氮化物襯里。


參照附圖通過詳細(xì)描述優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其他的特性和優(yōu)點(diǎn)可以變得更明顯圖1是根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的方法制造的STI結(jié)構(gòu)的截面的TEM相片；
圖2是根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的方法制造的STI結(jié)構(gòu)是上表面的SEM相片；圖3是說明在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造STI結(jié)構(gòu)的方法的工藝步驟中直到形成襯里的步驟的橫斷面圖；圖4是說明在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造STI結(jié)構(gòu)的方法的工藝步驟中直到形成襯里的步驟的橫斷面圖；圖5是說明在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造STI結(jié)構(gòu)的方法的工藝步驟中直到形成襯里的步驟的橫斷面圖；圖6是說明在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造STI結(jié)構(gòu)的方法的工藝步驟中直到形成襯里的步驟的橫斷面圖；圖7是用來間隙填充的高密度等離子體化學(xué)氣體沉積(HDP CVD)裝置的示意橫斷面圖；圖8是顯示了在間隙填充工藝的各個(gè)步驟上時(shí)間和溫度間關(guān)系的示意圖；圖9是完成間隙填充后的橫斷面圖；圖10是顯示完成間隙填充后完成STI結(jié)構(gòu)的工藝的橫斷面圖；圖11A是顯示根據(jù)本發(fā)明的每個(gè)示例制造HDP氧化膜的表面形態(tài)的SEM相片；圖11B是顯示根據(jù)本發(fā)明的每個(gè)示例制造HDP氧化膜的表面形態(tài)的SEM相片；和圖11C是顯示根據(jù)比較的示例制造HDP氧化膜的表面形態(tài)的SEM相片。
具體實(shí)施例方式
參考對(duì)優(yōu)選實(shí)施例和附圖的下面的詳細(xì)描述，更容易理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征以及實(shí)現(xiàn)方法。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)現(xiàn)，不應(yīng)解釋為限于在此提出的實(shí)施例。而是提出這些實(shí)施例以使公開徹底和完全。在某些實(shí)施例中，略去了已知工藝步驟、部件結(jié)構(gòu)和技術(shù)的詳細(xì)描述，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明的主題模糊。在整個(gè)描述中相似的參考標(biāo)號(hào)指代相似的部件。
這里使用的術(shù)語(yǔ)只為了描述具體實(shí)施例的目的，并不旨在限制本發(fā)明。應(yīng)該理解的是用在說明書中的術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”是解釋陳述的特性、步驟、工作，和/或部件的存在，不是排除一個(gè)或多個(gè)其它的特性、步驟、工作，和/或部件的存在或者增加。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3到10描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例制造半導(dǎo)體器件的淺溝槽隔離(在下文中，稱為‘STI’)結(jié)構(gòu)的方法。在制造方法的描述中，給出本領(lǐng)域技術(shù)人員廣泛熟知的工藝步驟的示意圖描述，這樣以清楚地描述本發(fā)明的實(shí)施例的主題。
圖3到6是說明在間隙填充工藝步驟前直到形成襯里步驟的工藝步驟。
首先，參照?qǐng)D3，在例如硅襯底的集成電路襯底100上依次形成墊氧化膜104和硬掩膜氮化膜108。接下來，將有機(jī)抗反射涂敷(在下文中，簡(jiǎn)稱為‘ARC’)層(未顯示)和光刻膠層112涂在氮化膜108上。形成墊氧化膜104是為了減小襯底100和氮化膜108之間的應(yīng)力。墊氧化膜104具有大約20到200的厚度。氮化膜108在蝕刻以形成STI區(qū)時(shí)用作硬掩膜。通過沉積厚度在500到2000的氮化硅膜形成氮化膜108。例如，作為沉積方法，可以使用CVD(化學(xué)氣相沉積)、SACVD(副大氣CVD)、LPCVD(低壓CVD)，或者PECVD(等離子體增強(qiáng)CVD)。
參照?qǐng)D4，形成光刻膠圖形112a以限定有源區(qū)。然后，通過干蝕刻方法用光刻膠圖形112a作為掩膜蝕刻氮化膜108和墊氧化膜104，從而形成具有氮化膜圖形108a和墊氧化膜圖形104a的溝槽掩膜110a。當(dāng)蝕刻氮化膜108時(shí)，使用碳氟氣體。例如，使用CxFy基或者CaHbFc基氣體，比如CF4、CHF3、C2F6、CH2F2、CH3F、CH4、C2H2，或者C4F6，或者這些氣體的混合氣體。同時(shí)，使用Ar氣作為環(huán)境氣體。
參照?qǐng)D5，在去除光刻膠圖形112a后，用溝槽掩膜110a作為蝕刻掩膜通過各向異性蝕刻方法蝕刻暴露襯底100，從而形成STI結(jié)構(gòu)的溝槽116來限定其間的器件有源區(qū)。用一般的方法去除光刻膠圖形112a，例如，在用氧等離子體進(jìn)行灰化后的有機(jī)剝離。為了高集成度的目的，可以將STI結(jié)構(gòu)的溝槽116形成為具有0.2μm或更少的厚度。此時(shí)，將STI結(jié)構(gòu)的溝槽116制成足夠深度以提供足夠的器件隔離。
參照?qǐng)D6，在STI的溝槽116的側(cè)壁和底部形成氧化膜120。形成氧化膜120是為了消除在形成STI的溝槽116的干蝕刻工藝過程中產(chǎn)生的缺陷和損傷以及圓化STI的溝槽116的角，從而防止應(yīng)力集中在角上。氧化膜120可以用例如熱生長(zhǎng)氧化膜、CVD氧化膜，或者ALD(原子層沉積)氧化膜制成?？梢詫⒀趸?20制成大約50到300的厚度。
在氧化膜120上沿溝槽116的側(cè)壁形成氮化物襯里130。氮化物襯里130可以用例如氮化膜或者氮氧化膜形成。氮化物襯里130用來吸收由襯底100和隨后被填充進(jìn)STI結(jié)構(gòu)的溝槽116的HDP氧化物膜之間在熱膨脹系數(shù)的不同而產(chǎn)生的應(yīng)力，并且阻止在有源區(qū)產(chǎn)生的缺陷擴(kuò)散到STI結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)。進(jìn)一步，氮化物襯里130用來在隨后的熱處理工藝或氧化工藝過程中阻止由于氧穿過STI擴(kuò)散到有源區(qū)的半導(dǎo)體襯底的內(nèi)部而導(dǎo)致的與STI接觸的半導(dǎo)體襯底被氧化。此外，氮化物襯里130形成來阻止注入到有源區(qū)中的離子朝STI的方向擴(kuò)散。氮化物襯里130可以制成例如大約50到300的厚度。
在圖6中，描述了氧化膜120和氮化物襯里130都形成的情況。然而，在某些情況下只形成氧化膜120。
接下來，執(zhí)行填充STI溝槽內(nèi)部的間隙填充工藝。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的間隙填充工藝可以通過施加高偏置功率形成HDP氧化膜以填充間隙，從而保證極好的間隙填充屬性。進(jìn)一步，以減輕或防止在側(cè)壁上的氧化膜120和襯里130之間的分離的方式，以及以進(jìn)一步減輕或者防止在HDP氧化膜里形成氣泡缺陷的方式執(zhí)行該工藝。此外，在某些上面概述的傳統(tǒng)方法中所要求的額外CVD工藝并不是必須的。
具體地，通過使用例如圖7示出的一類HDP CVD裝置執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的間隙填充工藝，其依賴于圖8顯示的時(shí)間和溫度的關(guān)系。從而形成如圖9顯示的橫斷面形狀的間隙填充氧化膜。
參照?qǐng)D7，HDP CVD裝置200包括具有上腔室210和下腔室220的腔室230。上腔室210和下腔室220相結(jié)合以形成封閉空間。上腔室以半球狀形成，并具有半球形的上電極240，在上電極240上提供多個(gè)射頻(RF)線圈245。將來自第一RF功率發(fā)生器280的低頻RF功率施加到RF線圈245。下腔室220具有其上放置半導(dǎo)體襯底100的靜電卡盤250。將來自第二RF功率發(fā)生器290的作為偏置功率的高頻RF功率施加到靜電卡盤250。在腔室內(nèi)部沿著靜電卡盤250的周圍以規(guī)則的間隔提供側(cè)氣體發(fā)射器260。在形成多噴嘴的上腔室210中，提供可旋轉(zhuǎn)上氣體發(fā)射器270。可以采用對(duì)氣體發(fā)射器260的結(jié)構(gòu)、形狀、安裝位置的各種不同的修改。
圖8是描繪在間隙填充工藝的不同步驟上時(shí)間和溫度間關(guān)系的示意圖。參照?qǐng)D8，間隙填充工藝包括第一加熱步驟(S1)，HDP氧化襯里形成步驟(S2)，第二加熱步驟(S3)，和間隙填充HDP氧化膜形成步驟(S4)。在加熱步驟(S1和S3)時(shí)，由僅施加低頻RF功率到圖7顯示的HDP CVD裝置時(shí)產(chǎn)生的高密度等離子體(HDP)和施加的RF功率增加襯底的溫度。在加熱步驟中，不執(zhí)行沉積。另一方面，在HDP氧化襯里形成步驟(S2)和HDP氧化膜形成步驟(S4)中，通過施加低頻RF功率和高密度偏置RF功率到裝置同時(shí)將沉積氣體提供進(jìn)裝置來執(zhí)行沉積。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7到9具體描述各個(gè)步驟。
首先，將其上形成了墊氧化膜圖形104a、氮化膜圖形108a、氧化膜120，和氮化物襯里130的襯底100加載到HDP CVD裝置200的靜電卡盤250上之后，執(zhí)行第一加熱步驟(S1)。
具體地，將來自第一RF功率發(fā)生器280的大約3000到6000W的RF功率施加到RF線圈245大約20到50秒，同時(shí)通過操作連接到排氣管(未顯示)的真空泵(未顯示)保持腔室230內(nèi)的壓強(qiáng)大約在5到50mTorr的低壓。然后，通過氣體注入器260和270提供比如Ar氣或He氣的惰性氣體。結(jié)果，在腔室230內(nèi)產(chǎn)生HDP，并且通過產(chǎn)生的HDP和施加的RF功率襯底100的溫度增加到大約300至400℃以達(dá)到第一溫度。如果必要，為了除去氣體注入器260和270的入口處的雜質(zhì)可以進(jìn)一步提供O2。
接下來，執(zhí)行HDP氧化襯里形成步驟(S2)。
具體地，將來自第一RF功率發(fā)生器280的大約3000到9000W的RF功率施加到RF線圈245并且將來自第二RF功率發(fā)生器290的大約500到2000W的偏置RF功率施加到靜電卡盤250持續(xù)大約1到5秒的短時(shí)間，同時(shí)保持腔室內(nèi)的壓強(qiáng)在相同的水平。進(jìn)一步，通過氣體注入器260和270提供沉積氣體(硅源氣體和氧化氣體)和濺射氣體。分別地用SiH4氣體、O2氣和He氣作為硅源氣體、氧化氣體和濺射氣體使用。腔室230里產(chǎn)生的HDP將一些提供的沉積氣體、濺射氣體離子化。另一方面，將被施加到靜電卡盤250的偏置RF功率離子化的沉積氣體和濺射氣體加速到襯底表面。沉積氣體的加速離子形成氧化硅膜，然后由He氣的加速離子在沉積的氧化硅膜上執(zhí)行濺射。結(jié)果，在氮化物襯里130上形成薄膜HDP氧化襯里(參見圖9的參考標(biāo)號(hào)140)。
通過施加比在HDP氧化膜形成步驟(S4)用來間隙填充的大約3000到6000W的第二偏置功率低的大約500到2000W的第一偏置功率形成HDP氧化襯里140。因此，可以減小由于加速離子的碰撞所產(chǎn)生的缺陷的數(shù)量和缺陷大小。
進(jìn)一步，由于偏置功率低，所以可以減輕或者消除低氧化膜120和氮化物襯里130從襯底100的分離的發(fā)生。
HDP氧化襯里可以由H2或He HDP氧化襯里形成。
另一方面，因?yàn)橥ㄟ^施加相對(duì)低的偏置功率和相對(duì)低的RF功率形成HDP氧化襯里140，所以沒有呈現(xiàn)出足夠的間隙填充屬性。因此，在必要的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行HDP氧化襯里形成步驟(S2)以保證足夠厚度實(shí)現(xiàn)作為薄膜的功能，例如1到5秒，該時(shí)間對(duì)應(yīng)于HDP氧化膜形成步驟(S4)需要的用于基本填充間隙的時(shí)間的大約1/200到1/10的時(shí)間量。
通過施加的RF功率和偏置RF功率，襯底的溫度可以基本上等于第一溫度或者增加到比第一溫度稍高的第二溫度，例如300到450℃。
接下來，執(zhí)行第二加熱步驟(S3)。
具體地，將來自第一RF功率產(chǎn)生器280的大約3000到7000W的RF功率施加到RF線圈245大約50到150秒，同時(shí)保持腔室230內(nèi)的壓強(qiáng)在相同的水平。在開始第二加熱步驟(S3)時(shí)，關(guān)閉施加到靜電卡盤250的偏置RF功率，停止通過氣體注入器260和270的沉積氣體(硅源氣體和氧化氣體)的供給。然后，通過氣體注入器260和270供給比如Ar氣或He氣的惰性氣體。與第一加熱步驟(S1)相似，如果必要可以進(jìn)一步供給O2氣。
因此通過腔室230內(nèi)之前產(chǎn)生的HDP、新產(chǎn)生的HDP，和施加的RF功率可以將襯底100的溫度增加到大約400到600℃的第三溫度。
由于關(guān)閉偏置RF功率，在第二加熱步驟(S3)過程中，不執(zhí)行HDP氧化膜的真正沉積。進(jìn)一步，除去被HDP氧化襯里140不期望捕獲的離子，從而有效修補(bǔ)氧化膜120、氮化物襯里130和HDP氧化襯里140的缺陷。
為了減少缺陷，優(yōu)選在第二加熱步驟(S3)的溫度，也就是第三溫度，比第二溫度高，但是接近隨后的HDP氧化膜形成步驟(S4)的溫度。
接下來，執(zhí)行用于基本填充間隙的HDP氧化膜形成步驟(S4)。
具體地，將來自第一RF功率產(chǎn)生器280的大約3000到9000W的RF功率施加到RF線圈245以及將來自第二RF功率產(chǎn)生器290的大約3000到6000W的RF功率施加到靜電卡盤250大約50到200秒，同時(shí)保持腔室230內(nèi)的壓強(qiáng)在與上述步驟(S1、S2和S3)相同的水平或例如5到20mTorr的較低的水平。然后，通過氣體注入器260和270供給沉積氣體(硅源氣體和氧化氣體)和濺射氣體。分別地用SiH4氣、O2氣和H2氣作為硅源氣體、氧化氣體和濺射氣體。當(dāng)在該工藝情況下執(zhí)行HDP氧化膜形成步驟(S4)時(shí)，可以將襯底100的溫度增加到大約600到800℃。
H2氣可以形成具有極好間隙填充屬性的HDP氧化膜，但是要求相對(duì)高的偏置功率。進(jìn)一步，He氣需要低的偏置功率，但是與H2氣相比獲得較差的間隙填充屬性。因此，可以分別通過用He HDP氧化襯里和H2HDP氧化膜形成HDP氧化襯里140和HDP氧化膜150優(yōu)化形成的襯里和間隙填充屬性。
與HDP氧化襯里140形成步驟(S2)相似，通過腔室230內(nèi)產(chǎn)生的HDP將一些沉積氣體和濺射氣體離子化，將被施加到靜電卡盤250的偏置RF功率離子化的沉積氣體和濺射氣體加速到襯底表面。沉積氣體的加速離子形成了氧化硅膜，并且由H2的加速離子在沉積的硅氧化膜上執(zhí)行濺射。由于以如圖9所示的方式執(zhí)行濺射，所以在HDP氧化襯里140上形成填充間隙的HDP氧化膜150。HDP氧化膜150具有致密的膜質(zhì)量和極好的間隙填充屬性。進(jìn)一步，HDP氧化膜150的頂表面的輪廓基本如圖9所示。
在圖9中，HDP氧化襯里140和HDP氧化膜150的界線用虛線表示。這是因?yàn)橐r里140和氧化膜150是依次用相同的材料形成，結(jié)果不容易在視覺上識(shí)別它們之間的界線。
由于HDP氧化襯里140已經(jīng)形成，因此即使在后來形成HDP氧化膜150時(shí)施加高偏置功率，氧化膜120和氮化膜130也不會(huì)與襯底100分離。因此，在HDP氧化膜形成步驟(S4)過程中，可以施加大約3000到6000W的高偏置功率。因此，可以形成HDP氧化膜150以完全填充STI溝槽116，而不會(huì)在得到的膜內(nèi)出現(xiàn)空隙。
此外，通過施加低偏置功率形成HDP氧化襯里140，然后通過加熱步驟修補(bǔ)在其上產(chǎn)生的任何缺陷。HDP氧化膜150在存在做為緩沖層的HDP氧化襯里140時(shí)形成。因此，在得到的HDP氧化膜150內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生氣泡缺陷。
在包括HDP氧化襯里140和HDP氧化膜150的間隙填充膜160形成后，從HDP CVD裝置200卸載襯底100，然后完成間隙填充工藝。
最后，如圖10所示，完成STI結(jié)構(gòu)170的形成。參照?qǐng)D10，首先，在與溝槽掩膜110a的頂表面基本相同的水平，平坦化間隙填充膜160。例如使用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)工藝或回蝕刻工藝進(jìn)行平坦化。在平坦化工藝中，可以將氮化圖形108a作為平坦化停止層使用。例如，當(dāng)使用CMP工藝平坦化HDP氧化膜150時(shí)，氮化圖形108a作為CMP停止層。作為在CMP工藝中使用的漿料，首選能有選擇地蝕刻比氮化膜圖形108a更快地蝕刻HDP氧化膜150的材料。因此，可以使用包含二氧化鈰基磨料的漿料。
接下來，去除溝槽掩膜110a(見圖4)，接著完成STI結(jié)構(gòu)。通過施加磷酸去除溝槽110a的氮化膜圖形108a，并通過施加稀釋的HF或是NH4F、HF和去離子水的混合物的BOE(緩沖氧化腐蝕劑)去除墊氧化膜圖形104a。
隨后，使用傳統(tǒng)制造工藝進(jìn)一步執(zhí)行在由STI結(jié)構(gòu)170確定的有源區(qū)形成比如晶體管的有源部件和電容器的無源部件的步驟、形成允許電信號(hào)的輸入到有源部件和無源部件/從有源部件和無源部件輸出的引線的步驟、在襯底上形成無源層的步驟，和封裝襯底的步驟，從而完成包括根據(jù)在此描述的方法形成的STI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制造。因?yàn)殡S后步驟可以使本發(fā)明的主題不明顯，所以給出它們的示意描述。
現(xiàn)在以下面具體示例的方式描述在本發(fā)明的方法下STI結(jié)構(gòu)的制造結(jié)果。
其半導(dǎo)體襯底上準(zhǔn)備三個(gè)測(cè)試襯底，其上形成具有100厚度的熱生長(zhǎng)氧化膜和具有70厚度的氮化膜。然后，在表1所示的工藝條件下分別形成HDP氧化膜。

在表1中，通過施加RF功率以致襯底的溫度變成大約350℃，同時(shí)供給Ar和He氣以執(zhí)行第一加熱步驟。通過施加1500W的偏置功率和施加RF功率以致襯底的溫度變成大約400℃，同時(shí)供給SiH4氣體、O2氣和He氣以執(zhí)行HDP氧化襯里形成步驟。通過施加4900W偏置功率和施加RF功率以致襯底的溫度變成大約700℃，同時(shí)供給SiH4氣體、O2氣和H2以執(zhí)行HDP氧化膜形成步驟。
圖11A和圖11B是根據(jù)第一個(gè)和第二個(gè)示例制造的HDP氧化膜的表面的SEM照片。圖11C是根據(jù)對(duì)比示例制造的HDP氧化膜的表面的SEM照片，其中沒有對(duì)襯底施加第二加熱步驟。
從圖11C顯示的多個(gè)氣泡缺陷的照片中，可以知道通過執(zhí)行HDP氧化襯里形成步驟和第二加熱步驟有效地抑制了氣泡缺陷。從圖11A和圖11B照片中，可以知道由于增加了第二加熱步驟的持續(xù)時(shí)間有效地抑制了氣泡缺陷。
根據(jù)本發(fā)明，通過施加高偏置功率形成用于填充間隙的HDP氧化膜，從而可以保證極好的間隙填充屬性，同時(shí)阻止側(cè)壁的氧化膜與襯里的分離并阻止氣泡缺陷的出現(xiàn)。此外，可以通過不需要CVD工藝而是HDP氧化膜形成步驟的簡(jiǎn)單工藝完成STI。
盡管結(jié)合本方面的典型實(shí)施例描述本發(fā)明，顯然，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，進(jìn)行各種修改和改變沒有離開本發(fā)明的范圍和精神。因此，應(yīng)該理解在各個(gè)方面上述實(shí)施例不是限制性的而是說明性的。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，包括將其中形成溝槽的襯底加載到高密度等離子體化學(xué)氣相沉積裝置內(nèi)；第一次加熱所述襯底；施加第一偏置功率到所述裝置以在所述溝槽的側(cè)壁和底表面上形成高密度等離子體氧化襯里，在所述高密度等離子體氧化襯里形成之后在所述溝槽內(nèi)仍存在間隙；去除所述第一偏置功率的施加，并第二次加熱所述襯底；施加具有比所述第一偏置功率大的功率水平的第二偏置功率到所述襯底以形成高密度等離子體氧化膜來填充所述溝槽內(nèi)的間隙；從所述裝置上卸載所述襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述第一次加熱中，將所述襯底加熱到大約300到400℃范圍內(nèi)的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述高密度等離子體氧化襯里的形成中，將所述襯底加熱到大約300到450℃范圍內(nèi)的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一偏置功率在大約500到2000W的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在對(duì)應(yīng)于形成所述高密度等離子體氧化膜的時(shí)間段的大約1/200到1/10的量的時(shí)間范圍的時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行所述高密度等離子體氧化襯里的形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從大約1到5秒的時(shí)間段范圍執(zhí)行所述高密度等離子體氧化襯里的形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述高密度等離子體氧化襯里的形成中，使用He氣作為濺射氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述第二次加熱中，將所述襯底加熱到大約400到600℃范圍內(nèi)的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從大約50到150秒的時(shí)間段范圍執(zhí)行所述第二次加熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述高密度等離子體氧化膜的形成中，所述襯底是在從大約600到800℃范圍的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二偏置功率在大約3000到6000W的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從大約50到200秒的時(shí)間段范圍執(zhí)行所述高密度等離子體氧化膜的形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述高密度等離子體氧化膜的形成中，使用H2氣作為濺射氣體。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述溝槽的側(cè)壁和底表面上依次形成氧化膜和氮化物襯里。
15.一種制造半導(dǎo)體器件的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，包括將其中形成溝槽的襯底加載到高密度等離子體化學(xué)氣相沉積裝置內(nèi)；第一次加熱所述襯底；在所述溝槽的側(cè)壁和底表面上形成He高密度等離子體氧化襯里，在所述He高密度等離子體氧化襯里形成之后在溝槽內(nèi)仍存在間隙；第二次加熱所述襯底；形成H2高密度等離子體氧化膜來填充所述溝槽內(nèi)的間隙；以及從所述裝置上卸載所述襯底。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在所述He高密度等離子體氧化襯里的形成中，施加第一偏置功率，和在所述H2高密度等離子體氧化膜的形成中，施加具有比所述第一偏置功率高的功率水平的第二偏置功率。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一偏置功率在大約500到2000W的范圍內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第二偏置功率在大約3000到6000W的范圍內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在所述第一加熱中，將所述襯底加熱到大約300到400℃范圍內(nèi)的溫度。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在所述He高密度等離子體氧化襯里的形成中，所述襯底是在大約300到450℃范圍內(nèi)的溫度。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中形成所述He高密度等離子體氧化襯里需要的時(shí)間為在形成所述H2高密度等離子體氧化膜需要的時(shí)間量的大約1/200到1/10的范圍內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中從大約1到5秒的時(shí)間段范圍執(zhí)行所述He高密度等離子體氧化襯里的形成。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在所述第二次加熱中，將所述襯底加熱到從大約400到600℃范圍內(nèi)的溫度。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中從大約50到150秒的時(shí)間段范圍執(zhí)行所述第二次加熱。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在所述H2高密度等離子體氧化膜的形成中，所述襯底的溫度是在從大約600到800℃范圍。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中從大約50到200秒的時(shí)間段范圍執(zhí)行所述H2高密度等離子體氧化膜的形成。
27.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在所述溝槽的側(cè)壁和底表面上依次形成氧化膜和氮化物襯里。
全文摘要
本發(fā)明的制造半導(dǎo)體器件的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法中，在不產(chǎn)生缺陷情況下獲得極好的間隙填充屬性。在一方面，該方法包括加載其中形成溝槽的襯底到高密度等離子體(HDP)化學(xué)氣相沉積裝置內(nèi)；第一次加熱襯底；施加第一偏置功率到裝置以在溝槽的側(cè)壁和底表面上形成HDP氧化襯里，在HDP氧化襯里形成后在溝槽內(nèi)仍有一個(gè)間隙；去除第一偏置功率的施加并第二次加熱襯底；施加比第一偏置功率大的功率水平的第二偏置功率到襯底以形成HDP氧化膜來填充溝槽內(nèi)的間隙；從裝置上卸載襯底。
文檔編號(hào)H01L21/316GK1913123SQ200610151568
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月9日
發(fā)明者申?yáng)|石, 鄭鏞國(guó) 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社