专利名称：形成半导体装置的隔离结构的方法
技术领域：
本发明关于一种形成半导体装置的隔离结构的方法，尤其是关于一种可以提高用于隔离结构的沟槽的间隙填充边限的方法。
背景技术：
一般而言，半导体装置包含用于电隔离各个电路图案的隔离区。当半导体装置变得更高度集成和小型化时，因为有源区的尺寸和后续工艺的工艺边限取决于在起始步骤所形成的隔离区，所以用于减少隔离区尺寸已被积极研究。
当半导体装置变得更高度集成和小型化时，因为LOCOS法比浅沟槽隔离(STI)法需要更多的空间执行，所以先前被已广泛使用以制造半导体装置的LOCOS隔离法已大部分被STI法取代。STI法涉及形成沟槽，并用绝缘层间隙填充沟槽以隔离元件。
在STI法中，高密度等离子体(HDP)氧化物层常被用作间隙填充沟槽的绝缘层。但是，当沟槽的纵横比(aspect ratio)因高集成度而增加时，以HDP氧化物层间隙填充沟槽就变得很困难。若沟槽的纵横比高于4时，会变得难以使用目前的HDP设备间隙填充沟槽。在目前发展的60nm NAND快闪式装置中，隔离沟槽的纵横比约为5.5，此会使得很难使用HDP氧化物层间隙填充沟槽。
发明内容
本发明的实施例提供一种形成半导体装置的隔离结构的方法，其可以提高隔离沟槽的间隙填充边限。
在一实施例中，形成半导体装置的隔离结构的方法包含提供半导体基板，在其上有形成隔离沟槽；在包含隔离沟槽的整个表面上，形成第一绝缘层；在整个表面上，形成旋布电介质(SOD)绝缘层，以用SOD绝缘层填充隔离沟槽；平坦化SOD绝缘层，以曝露半导体基板；移除一定厚度的SOD绝缘层，以曝露隔离沟槽的上部；及在包含隔离沟槽的整个表面上，形成第二绝缘层。
在一实施例中，形成半导体装置的隔离结构的方法包含在半导体基板上，形成隧穿(tunnel)氧化物层和用于浮置栅极的导电层；移除部分的导电层，隧穿氧化物层和半导体基板，以形成隔离沟槽；在形成隔离沟槽之后，沿着整个结构的表面，形成第一高密度等离子体(HDP)氧化物层；在形成HDP氧化物层之后，在整个表面上，形成旋布电介质(SOD)绝缘层，以SOD绝缘层填充隔离沟槽；平坦化SOD绝缘层，以曝露导电层；移除部分的SOD绝缘层，以形成凹槽；及在包含凹槽的整个表面上，形成第二HDP氧化物层。
在一实施例中，形成半导体装置的隔离结构的方法包含在半导体基板上形成隔离沟槽。第一绝缘层形成在隔离沟槽和基板上。旋布电介质(SOD)绝缘层形成在第一绝缘层上，SOD绝缘层填充隔离沟槽，且在隔离沟槽的上层之上延伸。移除提供在隔离沟槽之中的SOD绝缘层，以曝露隔离沟槽的上部，其中隔离沟槽的下部保持填充有SOD绝缘层。第二绝缘层形成在填充隔离沟槽下部的SOD绝缘层之上，其中第二绝缘层填充隔离沟槽的上部。
在另一实施例中，形成半导体装置的隔离结构的方法包含在基板上提供隔离沟槽，隔离沟槽具有由基板界定的侧壁、提供在基板之上的隧穿电介质层、及提供在隧穿电介质层之上的导电层。第一高密度等离子体(HDP)氧化物层形成在基板之上和在隔离沟槽之中。旋布电介质(SOD)绝缘层形成在HDP氧化物层之上。SOD绝缘层被平坦化，以提供具有大致平坦的上表面的SOD绝缘层。被提供在隔离沟槽之中的部分SOD绝缘层被移除，以在隔离沟槽之中形成凹槽并曝露隔离沟槽的上部分。第二HDP氧化物层被填充在隔离沟槽的上部分之中，以在隔离结构之中形成隔离结构，隔离结构包含SOD绝缘层和第二HDP氧化物层。
图1A到图1E为半导体装置横截面图，用以图示根据本发明实施例形成半导体装置的隔离结构的方法；及图2为形成通过聚硅氮烷(PSZ)的分子键合结构和热处理工艺固化的绝缘层的工艺的视图。
具体实施例方式
图1A到图1E为半导体装置横截面图，用以说明根据本发明的实施例形成半导体装置的隔离结构的方法。附图显示本发明实施例在应用于自对准浅沟槽隔离(SA-STI)结构的情形。
如图1A所示，隧穿氧化物层11和用于浮置栅极的多晶硅层12依序形成在半导体基板10上，藉由光刻工艺，用于浮置栅极的多晶硅层12、隧穿氧化物层11、和半导体基板10被蚀刻到特定深度，以形成隔离沟槽13。然后，第一绝缘层14形成在包含隔离沟槽13的表面上。优选形成具有100到2000埃()的厚度的高密度等离子体(HDP)氧化物层当作第一绝缘层14。第一绝缘层14薄薄地沉积在隔离沟槽13之中。
但是，如图1A所示，形成在隧穿氧化物层11侧面上的第一绝缘层14的厚度厚于形成在其他区域上的第一绝缘层14(参见”A”区)。这是由于形成在隧穿氧化物层11下方的倾斜台阶20造成的。倾斜台阶20的斜率小于隔离沟槽13的其他侧壁，因此使第一绝缘层14可以更容易沉积在其上。
倾斜台阶20使用CF4+CHF3气体混合物形成，该气体混合物可以围绕浮置栅极形成聚合物，类似间隔层(聚合物间隔层)。此间隔层可以在沟槽蚀刻步骤期间形成倾斜轮廓。
参考图1B，具有聚硅氮烷(PSZ)的层25沉积在第一绝缘层14上且填充隔离沟槽13。层25具有流动性。层25使用旋布电介质(SOD)法沉积。当SOD法被用以沉积具有PSZ材料的层25(或PSZ层25)时，因为PSZ材料具有低粘滞性，与传统的HDP氧化物相比可以允许材料更容易流动，所以具有高纵横比(aspect ratio)的沟槽可以被填充而没有空隙。在第一绝缘层14上的PSZ层25的厚度(远离隔离沟槽13)介于1000到8000埃()之间。湿式热处理工艺在H2O和O2气体的氛围下和300到1200℃的温度下执行，以固化PSZ层25并形成SOD绝缘层15。本实施例中，SOD绝缘层15包含二氧化硅(SiO2)。热处理工艺产生要被排放的气体副产品NH3和H2。
参考图2，当首先通过SOD法沉积在第一绝缘层14上时，PSZ物质基本上由硅(Si)，氢(H)和氮(N)组成。PSZ物质具有SixHyNz(此处，‘x’，’y’和’z’为变量)。当PSZ物质在H2O和O2气体的氛围下热处理时，SOD绝缘层15基本上由二氧化硅(SiO2)形成。此外，NH3和H2作为副产品产生，这些气体元素会被排放。
虽然SOD绝缘层15的间隙填充特性优于HDP氧化物层，但是SOD绝缘层15相对于湿式蚀刻剂的蚀刻速率高。因此，若在后续工艺中SOD绝缘层曝露于湿式蚀刻剂，则SOD绝缘层会快速损失。因此，有必要在后续工艺中保护SOD绝缘层15。在本实施例中，在移除SOD绝缘层15的上部分之后，在SOD绝缘层15之上形成保护层16(参见图1E)。
虽然没有图示，但是与单元区的中央部分比较，单元区的边缘和周边电路区涂布更薄的PSZ材料。换言之，由于SOD法，PSZ层25在中间比边缘更厚。因此，由热处理PSZ层25衍生的SOD绝缘层15具有和PSZ层25相同的轮廓。在此情形下，一旦执行减少SOD绝缘层15的厚度的蚀刻工艺，单元区的边缘部分和周边电路区会被蚀刻到低于单元区的中央部分的高度。由于上述的情形，当在SOD绝缘层15之上形成绝缘层时，可以减少间隙填充边限。在单元边缘区中的有效场高度(EFH)低于单元中央区。所以，以后续HDP沉积间隙填充的有效高度在单元边缘区高于单元中央区。换言之，HDP间隙填充在单元边缘区比单元中央区更困难。有效场高度的变化可能增加。
此外，如图1C所示，执行SOD绝缘层15的平坦化工艺，以移除形成在隔离沟槽13外部的第一绝缘层14和SOD绝缘层15。
化学机械研磨(CMP)工艺被用作平坦化工艺，而且采用具有在氧化物层和多晶硅层之间的高选择比的浆液(HSS)。若采用上述的HSS，则当曝露多晶硅层12而没有移除很多多晶硅层12时，CMP工艺可以更容易停止。
接着，如图1D所示，SOD绝缘层15通过采用湿式蚀刻剂蚀刻300到2000埃()，以曝露隔离沟槽13的上部。缓冲氧化物蚀刻剂(BOE)或HF被用作湿式蚀刻剂。
此时，若隧穿氧化物层11被湿式蚀刻剂蚀刻，则当后续的填充工艺使用绝缘层执行时，因为绝缘层并不能完全填充隧穿氧化物的侧向延伸的蚀刻部分，所以会产生空隙。但是，因为厚厚地形成在隧穿氧化物层11的侧面上的第一绝缘层14，所以当执行蚀刻SOD绝缘层15的工艺时，不会曝露隧穿氧化物层11而且由第一绝缘层14保护，于是可以避免产生空隙。
接着，如图1E所示，在包含隔离沟槽13的表面上，形成第二绝缘层16(或保护层)。具有厚度1000～6000的HDP氧化物层形成为第二绝缘层16。因为隔离沟槽13已部分被SOD绝缘层15填充，所以第二绝缘层16只具有相当浅的深度以填充隔离沟槽13。因此，隔离沟槽13的间隙填充边限足够。
接着，虽然没有图示，但是执行第二绝缘层16的平坦化工艺，以曝露多晶硅层12并形成隔离沟槽结构。
上面有关于实施例的描述说明了本发明应用于SA-STI结构的情况，其中隧穿氧化物层11和用于浮置栅极的多晶硅层12形成在半导体基板上，然后形成隔离沟槽13并用绝缘层填充，以形成隔离结构。但是，本发明并不局限于此，也可以应用于其他半导体装置的制造方法，其中先形成沟槽然后再用绝缘层填充，以形成隔离结构。
上述本发明的实施例具有下列几项优点的其中之一或更多项。
第一，可以防止在隔离结构中形成会对器件特性造成负面效应的空隙，所以可以减少其间失效和增加其间成品率。
第二，虽然未来的元件会持续小型化，但是当可接受的隔离结构可以采用传统的设备形成时，就不需要新的设备，所以可以节省设备成本。
第三，因为SOD绝缘层没有曝露在后续工艺中，所以可以防止SOD绝缘层损失，因此可以确保隔离特性。
第四，可以通过在隧穿氧化物层的侧面上形成具有足够厚度的第一绝缘层来保护隧穿氧化物层。因此，可以防止空隙的产生。
第五，因为在SOD绝缘层形成之后，通过执行化学机械研磨工艺，SOD绝缘层可以形成使得SOD绝缘层具有均匀的厚度，所以可以增强在后续工艺中形成的绝缘层的间隙填充边限，且可以减少有效场高度(EFH)的变化。
虽然本发明已对于特定实施例详细说明，但是本发明的范围并不受到特定实施例的限制，而是可以由所附权利要求建构。再者，本领域技术人员可以做出各种不同的变化例和修正例而不脱离本发明的精神和范围。
本专利申请案主张2006年2月23日所申请的韩国专利申请案号第10-2006-17723号的优先权，在此将其完全纳入供参考。
权利要求
1.一种形成半导体装置的隔离结构的方法，该方法包含在半导体基板上形成隔离沟槽；在所述隔离沟槽和基板上，形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层上，形成旋布电介质绝缘层，该旋布电介质绝缘层填充隔离沟槽且在隔离沟槽的上层之上延伸；移除提供在隔离沟槽之中的旋布电介质绝缘层，以曝露隔离沟槽的上部，其中隔离沟槽的下部保持以旋布电介质绝缘层填充；及在填充隔离沟槽的下部的旋布电介质绝缘层上，形成第二绝缘层，其中第二绝缘层填充隔离沟槽的上部分。
2.如权利要求1的方法，其中所述第二绝缘层由高密度等离子体氧化物层形成。
3.如权利要求1的方法，其中还包含在移除步骤之前，平滑化旋布电介质绝缘层，使得旋布电介质层的上表面大致与隔离沟槽的上层齐平。
4.如权利要求1的方法，其中第一绝缘层具有100～2000的厚度。
5.如权利要求1的方法，其中形成旋布电介质绝缘层包含藉由旋布电介质法形成包含聚硅氮烷的层；及之后，加热聚硅氮烷层。
6.如权利要求5的方法，其中聚硅氮烷层具有1000～8000的厚度。
7.如权利要求5的方法，其中热处理在包含H2O或O2，或两者的氛围下和300～1200℃的温度下执行。
8.如权利要求1的方法，其中移除步骤涉及湿式蚀刻工艺。
9.如权利要求1的方法，其中要被移除的旋布电介质绝缘层的厚度为300～2000。
10.如权利要求1的方法，其中第二绝缘层具有1000～6000的厚度。
11.如权利要求1的方法，其中隔离沟槽具有被建构以支撑第一绝缘层的倾斜台阶。
12.一种形成半导体装置的隔离结构的方法，包含在基板上提供隔离沟槽，隔离沟槽具有由基板界定的侧壁、提供在基板之上的隧穿电介质层、及提供在隧穿电介质层之上的导电层；在基板之上和在隔离沟槽之中，形成第一高密度等离子体氧化物层；在高密度等离子体氧化物层之上，形成旋布电介质绝缘层；平坦化旋布电介质绝缘层，以提供具有大致平坦的上表面的旋布电介质绝缘层；移除提供在隔离沟槽之中的部分旋布电介质绝缘层，以在隔离沟槽之中形成凹槽并曝露隔离沟槽的上部分；及在隔离沟槽的上部分之中填充第二高密度等离子体氧化物层，以在隔离结构之中形成隔离结构，隔离结构包含旋布电介质绝缘层和第二高密度等离子体氧化物层。
13.如权利要求12的方法，其中形成旋布电介质绝缘层包含在隔离沟槽上涂布聚硅氮烷层及热处理聚硅氮烷层。
14.如权利要求13的方法，其中热处理在包含H2O或O2，或两者的氛围下执行。
15.如权利要求12的方法，其中凹槽使用湿式蚀刻剂形成。
16.如权利要求15的方法，其中湿式蚀刻剂至少包含缓冲氧化物蚀刻剂或HF。
17.如权利要求12的方法，其中旋布电介质绝缘层使用化学机械研磨工艺平坦化。
18.如权利要求17的方法，其中化学机械研磨工艺使用在氧化物和硅之间具有选择比的浆液。
19.如权利要求12的方法，其中隔离沟槽具有被建构以支撑第一高密度等离子体氧化物层的倾斜台阶。
20.如权利要求19的方法，其中倾斜台阶被提供在隧穿电介质层附近，以在后续的蚀刻工艺中保护隧穿电介质层。
全文摘要
本发明提供了一种形成半导体装置的隔离结构的方法，包含在半导体基板上形成隔离沟槽。在隔离沟槽和基板上，形成第一绝缘层。在第一绝缘层上，形成旋布电介质(SOD)绝缘层，SOD绝缘层填充隔离沟槽且在隔离沟槽的上层之上延伸。移除提供在隔离沟槽之中的SOD绝缘层，以曝露隔离沟槽的上部，其中隔离沟槽的下部保持填充有SOD绝缘层。在填充隔离沟槽的下部的SOD绝缘层上，形成第二绝缘层，其中第二绝缘层填充隔离沟槽的上部。
文档编号H01L21/70GK101026123SQ20071000538
公开日2007年8月29日 申请日期2007年2月14日 优先权日2006年2月23日
发明者金相德, 朴宝旻 申请人:海力士半导体有限公司