[其他]集成電路絕緣工藝方法

無效

• 申請號: 87104640
• 申請日: 1987-07-03
• 公開（公告）號: CN87104640A
• 公開（公告）日: 1988-01-27
• 發明（設計）人: 理查德·A·恰普曼;克萊倫斯·鄧萬生
• 申請（專利權）人: 得克薩斯儀器公司
• 主分類號: H01L21/94
• 分類號: H01L21/94;H01L21/314;H01L21/471
• 代理公司: 上海專利事務所
• 代理人: 馮曉明

概括地說，本發明屬于集成電路領域，更具體地說，本發明涉及應用于具有亞微米線度的超大規模集成電路的一種絕緣工藝方法。

在集成電路技術中，有必要將有源器件的有源區（或稱“壕狀區”（moat????regions））互相隔開。在使用MOS工藝的大規模集成電路和超大規模集成電路中，通常是采用LOCOS（硅的局部氧化）的方法來完成有源區的絕緣的。為實施LOCOS方法，要使用一種在一塊薄的氧化物塊的表面上的呈一定圖案的氮化物，把將作為壕狀區的硅基片區域覆蓋住。通過將硅基片的未覆蓋區域暴露在一高溫氧化環境之中，使僅僅在被暴露的區域內才能形成一個相對較厚的場氧化物（field????oxide）。

然而，該LOCOS工藝不僅在被暴露的硅區域的豎直方向上形成場氧化物，而且，該氧化物還在氮化物掩膜邊緣下面的橫向生長。氮化物下面的該橫向氧化物侵蝕被稱為“鳥嘴狀”（birds-beak），它的厚度可以長到約為氧化物厚度的一半;因此，在這種絕緣工藝中有效區域受到了浪費。就標準的LOCOS方法而言，為了要減小“鳥嘴狀”，場氧化物的厚度必須適當減小，不然的話，剩下的“壕狀區”對于有源器件的生產就不夠了。但是，場氧化物厚度的減小將降低電路的性能，這是因為相互連接電容增加了。此外，對于通過場氧化物加在一導體之上的一給定電壓來說，隨著氧化物厚度的減小，場氧化物下面的“壕狀區”之間的漏電流迅速增加，導致了相鄰區之間的絕緣變差。

在標準LOCOS工藝中，已發展了幾種減少氧化物侵蝕量的絕緣工藝。在一種稱之為SWAMI（側壁掩蔽絕緣）的方法中，使用一種硅蝕劑和側壁氮化物層（形成在凹進去的硅區域的側面的氮化硅層）來抑制場氧化物的橫向侵蝕。這種使侵蝕接近于零的關鍵之處在于引進了氮化物側壁，該側壁在氧化物生長的過程中被升起（liftedUp）。盡管SWAMI工藝方法減小了場氧化物的侵蝕，但它也有其局限性。一個局限在于：氧化掩膜（在氮化物側壁層之后涂覆上去的）在第一層氮化物和氮化物側壁層的交接點有斷裂的傾向。這一斷裂的發生主要是起因于在側壁工藝方法中的垂直方向上的過分蝕刻（normal????over-etching），這種斷裂被場氧化物的定域侵蝕所證實，在圖形的彎角處尤其容易發生。這種常規的SWAMI工藝方法的另一個局限在于，由于氮化物側壁的存在，該方法對于在硅基片中缺陷產生的靈敏度的提高。還有一個局限在于，由于一個與壕狀區相鄰的區域具有一個相對薄的氮化物，而該區域沒有包含足夠的通道阻止雜質，因而，在晶體管特性中將發生雙閾值（double????threshold）現象。

有一種對SWAMI的改進，稱為改進的全框架全凹進（fully-framed-fully-recessed，MF³R）絕緣方法，降低了SWAMI的局限性。當氮化物、氧化物以及凹進去的硅層被圖案成形并蝕刻完畢以后，這種工藝方法采用一種“潛挖和再填充”（undercut and backfill）工藝，在這種工藝中，氮化物層在橫向通過濕蝕法潛挖200-1000埃。

再用一種第二氧化物填料填充潛挖洞穴，隨后再在其上面覆上一層同樣的氮化物側壁，從而使兩層氮化物之間的連接面積增大。在氧化物/氮化物/氧化物側壁的蝕刻以及隨后的場氧化物形成過程中這一增大了的面積保持了氮化物至氮化物連接的完整性。這種MF³R工藝方法的一個主要局限在于，硅的凹槽蝕刻（recess-etched）只能達到約2000埃的深度，這有可能致使有源區之間的絕緣不充分。

另一種用于器件的絕緣的方法是氧化物掩埋（buried????oxide）（BOX）方法。在BOX方法中生長一層減輕應力的（stress????relief）氧化物層，然后用化學汽相沉積（CVD）法沉積上氮化硅。然后，將氮化物/氧化物堆形成圖形，并用標準的石版印刷工藝進行蝕刻，正如在SWAMI工藝中一樣，蝕刻完了以后沉積上一層更厚的氧化物層，盡管CVD氧化物層填滿了蝕刻成凹陷的硅區域，該（氧化物）層是不平的，這是由于氧化物是沉積在寬的凹蝕區域的，因而在CVD氧化物層中產生了凹陷。為了形成一個平整的表面，使用一種第二光致抗蝕劑（photoresist）的圖形，用光蝕劑（photoresist）材料填上這些凹陷，使用一種第三光致抗蝕劑（photoresist）涂在整個表面上，從而產生一個相當平整的表面。使用一種光致抗蝕劑（pho-toresist）/氧化物蝕刻劑按相同的比率對光致抗蝕劑（photoresist）和氧化物進行反復腐蝕（etch-back），從而在任何殘存的光致抗蝕劑去除以后，得到一個相當平整的氧化物表面。