[發(fā)明專利]絕緣體基外延硅工藝中雙重深度氧化層的結(jié)構(gòu)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00106468.1
• 申請(qǐng)日: 2000-04-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1272689A
• 公開(kāi)（公告）日: 2000-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·S·布朗;A·布賴恩特;小R·J·戈捷;R·W·曼恩;S·H·沃德曼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類號(hào): H01L21/76
• 分類號(hào): H01L21/76;H01L21/70;H01L27/12
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 梁永,王忠忠

本發(fā)明涉及包含掩埋氧化物層和許多溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以及涉及制作這種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。

半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)典型地包含半導(dǎo)體器件，比如需要與其他半導(dǎo)體器件絕緣的晶體管。在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中使用多種絕緣結(jié)構(gòu)，如掩埋氧化物層(“BOX”)或溝槽絕緣結(jié)構(gòu)(“trench”)，來(lái)實(shí)現(xiàn)這種絕緣。把給定襯底的深度或厚度作為垂直方向，平行于襯底上表面的方向作為水平方向，BOX是水平方向的層，提供不同的垂直位置上半導(dǎo)體器件之間的絕緣分隔，同樣，溝槽，比如一淺溝槽絕緣體是垂直方向的結(jié)構(gòu)，提供在不同水平位置上半導(dǎo)體器件之間的絕緣分隔。

BOX包含本征半導(dǎo)體如晶體硅的氧化物層，并且可以用多種方法制作，如使用本領(lǐng)域技術(shù)人員知道的氧離子注入技術(shù)。使用離子注入制作可變深度的BOX的詳細(xì)方法包括：通過(guò)把上表面暴露在高溫氧氣中在上表面任選地“生長(zhǎng)”一層薄的(如80埃)襯墊氧化物(SiO2)層，在襯墊氧化物上面淀積一層較厚的(如3000埃)氮化硅，用光刻膠在上表面構(gòu)圖，用紫外輻射曝光上表面，刻蝕未曝光的氮化硅，在襯底中注入氧，退火，剝離氮化硅層，剝離襯墊氧化物層。襯墊氧化物是減少由于氮化硅層和襯底之間晶體失配而產(chǎn)生的應(yīng)力的緩沖層。氮化硅層的制作可以用任何適合的技術(shù)，比如化學(xué)汽相淀積。氮化硅的刻蝕決定了上表面氮化硅厚度的水平分布，并且氮化硅厚度控制氧注入的深度。因此氮化硅層的選擇刻蝕形成可變深度的BOX。氧注入一般在高能量密度，比如10¹⁸/cm²，200keV下進(jìn)行，公開(kāi)在美國(guó)專利No.5364800(Joyner，6/24/93，1頁(yè)，40-42行)中。退火典型地在高溫(如在13000F溫度下6小時(shí)，公開(kāi)在美國(guó)專利No.5364800，1頁(yè)，43-46行)下進(jìn)行，使形成SiO₂和修復(fù)晶體損傷。形成可變深度的BOX的另一種方法包括使氧離子束穿過(guò)變厚度的二氧化硅屏然后進(jìn)入襯底一定深度。(見(jiàn)美國(guó)專利No.5364800)。

溝槽是從上表面到襯底內(nèi)部一定深度的垂直腔，其中填充電絕緣材料。溝槽可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員知道的方法制造。美國(guó)專利No.5536675(Bohr，8/7/95)公開(kāi)這樣一種技術(shù)包括：在襯底上表面生長(zhǎng)一層襯墊氧化物(SiO₂)層，在襯墊氧化物上面淀積一層氮化硅(Si₃N₄)，用光刻膠在上表面構(gòu)圖，用紫外輻射曝光上表面，刻蝕穿透未曝光的氮化硅，繼續(xù)刻蝕穿透襯墊氧化物和下面的襯底到需要的深度形成溝槽，可任意選擇地生長(zhǎng)一層氧化物襯里在溝槽的內(nèi)表面上，鈍化在刻蝕襯底過(guò)程中可能被損壞的內(nèi)表面，在溝槽中填入絕緣材料到超過(guò)上表面，并且可任意選擇地拋光去除上表面上的絕緣材料。襯底的刻蝕可以用包含HBr和NF₃或任何其他適合的刻蝕化學(xué)材料如SiF₄的等離子體進(jìn)行。刻蝕可以是各向同性或各向異性，產(chǎn)生垂直和/或傾斜的側(cè)壁。可以使用任何適合的絕緣材料比如二氧化硅，氮化硅或旋涂玻璃。絕緣材料分布在溝槽內(nèi)以提供半導(dǎo)體區(qū)域間的電絕緣，分別是從上表面進(jìn)入到襯底內(nèi)的溝槽的兩邊的邊界。

美國(guó)專利No.5536675也公開(kāi)了前面的工藝的改進(jìn)方法以形成包括兩個(gè)連續(xù)部分的T型溝槽，其中頂部比底部寬。如上面所述形成第一個(gè)腔之后，襯底用光刻膠構(gòu)圖，并用紫外輻射曝光以使第一個(gè)腔的底部未被保護(hù)的部分在接著的刻蝕中去除。然后第二個(gè)腔是在第一個(gè)腔的底部向襯底內(nèi)刻蝕更深形成。美國(guó)專利No.5536675也公開(kāi)了前面的工藝的改進(jìn)方法以形成一個(gè)淺溝槽和一個(gè)在較寬的上部分下面具有窄的腔部分的T型深溝槽，其中淺溝槽和T型溝槽的較寬的上部分可以同時(shí)刻蝕，通過(guò)在刻蝕前用適合的光刻膠圖形覆蓋襯底。可利用各種使用光刻膠構(gòu)圖，曝光，和刻蝕的方法，以同時(shí)形成許多溝槽。例如，第一位置的第一個(gè)腔可以單獨(dú)形成，接著通過(guò)光刻膠構(gòu)圖，曝光和刻蝕以在第一位置形成T型溝槽同時(shí)在第二位置形成未分段的溝槽。

現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有公開(kāi)帶有允許半導(dǎo)體器件特定組合的絕緣特征的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，比如在同一襯底上形成完全耗盡和部分耗盡的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。

迄今為止提到的技術(shù)在此作為參考。