專利名稱：形成半導體器件的隔離膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種制造半導體器件的方法，更加特別地涉及在半導體器件中形成隔離膜的方法，用其在要絕緣的部分使用電化學蝕刻形成多孔硅，然后使用熱氧化工藝氧化多孔硅，從而形成隔離膜。
背景技術：
半導體存儲器件通常使用淺溝槽隔離(以下稱作“STI”)工藝作為隔離工藝。由于半導體存儲器件的更高集成度，單元的尺寸減小，有源區和隔離區域使用淺溝槽隔離膜界定。
現在將說明形成淺溝槽隔離膜的工藝。在半導體襯底上形成襯墊氧化膜和襯墊氮化膜。然后形成界定隔離區域的光致抗蝕劑圖案。接著，使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻襯墊氮化膜、襯墊氧化膜和半導體襯底，由此在半導體襯底內形成溝槽。
沉積高密度等離子體(HDP)氧化膜以掩埋溝槽。此時，HDP氧化膜的沉積厚度足以在掩埋溝槽的同時沉積襯墊氮化膜的頂部表面。此后，通過化學機械拋光(CMP)工藝拋光HDP氧化膜。實施CMP工藝直到暴露襯墊氮化膜。然后移除襯墊氮化膜。接著，實施離子注入工藝以形成良好結并控制閾值電壓。然后移除襯墊氧化膜。
但是，上述方法的缺點在于，由于溝槽距離的收縮，使得使用等離子體形成該溝槽的蝕刻工藝較難，當HDP氧化膜填滿間隙時，溝槽的入口部分會產生懸垂，因此，溝槽內會產生縫隙或空洞，并且在HDP氧化膜填滿間隙的溝槽中產生空洞可能會降低半導體器件的可靠性。

發明內容
因此，本發明意圖主要在于排除因現有技術的限制與缺點所導致的一個或多個問題，本發明的目標為，提供一種在半導體器件中形成隔離膜的方法，通過該方法在要絕緣的部分使用電化學蝕刻形成多孔硅，然后使用熱氧化工藝氧化多孔硅以形成隔離膜。
本發明的其它好處、目的及特征將部分在以下的說明中提出，而部分地可由本領域技術人員在檢驗以下內容后更加了解，或可由實施本發明來學習到。本發明的目的及其它好處可由下文中的說明及權利要求，以及附圖所特別指出的結構來實現及獲得。
為實現根據本發明的意圖的目標及其它優點(如本文所體現及廣泛說明地)，根據本發明的一種在半導體器件中形成隔離膜的方法的特征為，其包括如下步驟在硅襯底上順序形成襯墊氧化膜和襯墊氮化膜；在襯墊氮化膜上形成透過其開放隔離區域的光致抗蝕劑圖案；使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻襯墊氮化膜和襯墊氧化膜，由此暴露隔離區域的硅襯底；實施電化學蝕刻工藝以在暴露的隔離區域的硅襯底中形成多孔硅；移除光致抗蝕劑圖案；以及，實施熱氧化工藝以氧化多孔硅，藉此在隔離區域形成氧化膜。
電化學蝕刻工藝在工作單元中利用硅解離反應實施，其設計為向作為工作電極的硅襯底的背面施加電壓，其中設計配對電極和參考電極，使其浸入電解液并保持既定距離并在頂部安裝用于向工作電極照射紫外線的紫外線源。鉑電極可用作配對電極。氫標準電極可用作參考電極。電解液可使用按既定比率混合的HF和乙醇的溶液。本發明還包括向電解液加入惰性氣體的步驟，以便防止在硅解離反應過程中產生的氫氣妨礙硅解離反應。電壓為1.5V至8V。
熱氧化工藝在O2與H2環境下在700至900℃的溫度范圍內使用濕氧化模式實施。
在本發明的另一方面中，應當明白，上述對本發明的一般性說明及以下的詳細說明為范例性及說明性，其要提供如權利要求的本發明的進一步解釋。


參考以下結合附圖對本發明的優選實施例的詳細說明，更能明了本發明的上述及其它目的、特征及優點，其中圖1說明根據本發明優選實施例實施電化學蝕刻工藝的工作單元；圖2至圖5說明半導體器件，用于說明根據本發明優選實施例通過電化學蝕刻形成多孔硅然后熱氧化該多孔硅以形成隔離膜的方法；以及圖6為SEM(掃描電子顯微鏡)照片，顯示通過電化學蝕刻在硅襯底中形成的孔隙。
其中，附圖標記說明如下100硅襯底 102襯墊氧化膜104襯墊氮化膜 106光致抗蝕劑圖案110多孔硅 112隔離膜120工作單元 130配對電極140參考電極 150紫外線源160電解液具體實施方式
現在，將詳細介紹本發明的優選實施例，其中的示例在附圖中示出，附圖中的相同附圖標記代表相同或類似的部分。
本發明涉及一種通過電化學蝕刻工藝形成孔隙以形成隔離膜的方法。隔離膜可通過在要絕緣的部分使用電化學蝕刻工藝形成多孔硅，然后使用熱氧化工藝氧化多孔硅而形成。
圖1說明根據本發明優選實施例用于實施電化學蝕刻工藝的工作單元。圖2至圖5說明半導體器件，其用于解釋根據本發明的優選實施例，通過電化學蝕刻形成多孔硅，然后熱氧化該多孔硅形成隔離膜的方法。圖6為掃描電子顯微鏡(SEM)照片，顯示通過電化學蝕刻在硅襯底中形成的孔隙，其示出圖4中的“A”部分。
參考圖1，用于實施電化學蝕刻工藝以形成孔隙的工作單元120設計為向將被用作工作電極的晶片(W)的背面施加電壓(V)。設計配對電極130和參考電極140，使其浸入電解液160中并保持既定距離。此外，紫外線源150位于工作單元120上，使等紫外線152可照射在工作電極上。施加于工作電極(即晶片(W))的電壓(V)約為1.5V至8V。
參考圖2，在硅襯底100上順序形成襯墊氧化膜102和襯墊氮化膜104。襯墊氧化膜102形成厚度約為50至1000，而襯墊氮化膜104形成厚度約為500至1500。界定隔離區域的光致抗蝕劑圖案106形成于襯墊氮化膜104上。
參考圖3，使用光致抗蝕劑圖案106作為蝕刻掩模蝕刻襯墊氮化膜104和襯墊氧化膜102，藉此暴露將形成隔離區域的部分處的硅襯底100。如上制備的晶片(W)安裝于工作單元120上，然后使之經歷電化學蝕刻工藝。
轉到圖1和圖4，根據本發明優選實施例的形成隔離膜的方法采用通過電化學蝕刻工藝的孔隙形成。形成孔隙的工藝使用混合49％HF和乙醇的溶液成的電解液160實施，同時利用紫外線源150照射既定波長的紫外線152。電化學蝕刻工藝中使用的工作電極為硅晶片(W)，氫標準電極(hydrogenstandard electrode)用作參考電極140，而鉑電極用作配對電極130。硅解離反應所需的反應活化能通過施加電壓(V)提供，藉此硅可解離至工作電極。為防止在硅解離反應過程中產生的氫氣妨礙硅解離反應，向電解液16加入惰性氣體如氬(Ar)，并輕輕搖動，以從反應表面移除氫氣。
硅的電化學蝕刻的解離機制如下。
與HF和乙醇混合的電解液160起反應的硅表面因浸滿H原子而不具有空穴(h+)。硅表面對F-離子的轟擊呈惰性。這是由于沒有制備F-離子可以起反應的氣氛，因為H的負電性2.2與Si的負電性1.9之間沒有重大區別。若空穴(h+)由照射于硅表面上的紫外線產生，因Si的負電性較H原子的相對低，因而可以實現F-離子的親核轟擊。
若為n型硅，在硅表面上產生空穴為引起硅解離工藝的重要步驟。若以F代替H，則Si的負電性更低，F-離子的轟擊持續地發生。
氫由一系列反應產生，F-離子的連續轟擊使硅表面上發生部分解離，從而產生新表面。該變化促使硅表面上的電場分布改變。當從硅的體材料區域向因電場變化而發生解離的硅部分供給空穴時，沿與提供空穴的方向平行的垂直方向形成溝槽。孔隙形成于硅襯底100上，多孔區域將通過電化學蝕刻形成隔離區域。
當稀釋HF溶液中硅存在于正偏壓(V)下時，可形成孔隙的電流與電壓特征區域為低電壓。電拋光在高電壓時發生。因為硅與HF發生反應，形成孔隙的反應和電拋光反應均發生在中間區域(轉換區域)。因此，當可形成孔隙的電壓施加于硅時，硅解離工藝中最重要的事是空穴(h+)為載流子。此空穴決定了硅的解離速度。在電化學蝕刻硅晶片時，照射紫外線從而足以向硅表面的空間電荷層供給空穴，使解離反應能夠在硅開始解離的步驟開始。
孔隙可通過以下反應方程式1形成。
反應方程式1

電拋光反應通過以下反應方程式2與3產生。
反應方程式2

反應方程式3

若孔隙通過本發明的電化學蝕刻方法形成，控制孔隙大小的參數包括電解液的濃度(HF與乙醇的體積比)、施加至工作電極的電壓強度、反應時間、紫外線源的強度等等。另外控制孔隙深度的參數包括所施加的電壓強度及反應時間。使用這些參數可以控制孔隙的大小與深度以及既定區域的孔隙數目(孔隙度)。
參考圖5，光致抗蝕劑圖案已經移除。此時，光致抗蝕劑圖案可在O2環境下通過灰化工藝移除。在通過電化學蝕刻形成多孔硅后，實施熱氧化工藝以形成氧化膜。此時，熱氧化工藝可使用濕氧化模式。熱氧化工藝在O2與H2環境下在約700至900℃的溫度下實施。如此，若多孔硅在通過電化學蝕刻形成后由熱氧化工藝氧化，作為氧化劑的O2或H2O擴散至Si/SiO2的界面，使Si與H2O或O2發生反應形成SiO2。因此，因在形成氧化膜時已消耗硅，通過控制孔隙的大小及孔隙度即可使孔隙及硅形成氧化膜。若通過此方法將多孔硅形成為氧化膜，膜即可用作該半導體器件的隔離膜。
如上所述，形成隔離膜的傳統方法有這樣的問題，因溝槽距離的收縮，使得采用等離子體的溝槽蝕刻工藝難以實施，當HDP氧化膜填滿間隙時，溝槽的入口部分會發生垂懸，因此，溝槽內會產生縫或空洞，而填滿溝槽間隙的HDP氧化膜中的空洞可降低半導體器件的可靠性。
但是，如上所述，因為可通過光刻工藝、襯墊氮化膜和襯墊氧化膜蝕刻工藝、電化學蝕刻工藝(孔隙形成工藝)及熱氧化工藝形成半導體器件的隔離膜，故與傳統的隔離膜形成工藝相比，本發明具有可大幅簡化工藝的新穎效果。而且，本發明也具有可解決依賴于半導體器件的集成的等離子體蝕刻方面的困難及HDP氧化膜內形成空洞的問題的優勢效果。
而且，根據本發明，隔離膜形成于硅晶片的表面。因此，本發明具有可防止由于傳統隔離膜工藝中產生的溝(moat)而使柵極氧化膜薄化的現象的新穎效果。
上述實施例僅為示范，不應解釋為對本發明的限制。本發明可方便應用于其它類型的裝置。本發明的說明意在解說，無意限制權利要求范圍。本領域技術人員應明了本發明的各種替換、修改及變化。
權利要求
1.一種形成半導體器件的隔離膜的方法，包括步驟在硅襯底上順序形成襯墊氧化膜和襯墊氮化膜；在襯墊氮化膜上形成透過其開放隔離區域的光致抗蝕劑圖案；使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻襯墊氮化膜和襯墊氧化膜，由此暴露隔離區域的硅襯底；實施電化學蝕刻工藝以在暴露的隔離區域的硅襯底中形成多孔硅；移除光致抗蝕劑圖案；以及實施熱氧化工藝以氧化多孔硅，藉此在隔離區域形成氧化膜。
2.如權利要求1所述的方法，其中電化學蝕刻工藝在工作單元中利用硅解離反應實施，其設計為向作為工作電極的硅襯底的背面施加電壓，其中設計配對電極和參考電極，使其浸入電解液并保持既定距離并在頂部安裝用于向工作電極照射紫外線的紫外線源。
3.如權利要求2所述的方法，其中鉑電極用作配對電極。
4.如權利要求2所述的方法，其中氫標準電極用作參考電極。
5.如權利要求2所述的方法，其中電解液使用按既定比率混合的HF和乙醇的溶液。
6.如權利要求2所述的方法，還包括向電解液加入惰性氣體的步驟，以便防止在硅解離反應過程中產生的氫氣妨礙硅解離反應。
7.如權利要求2所述的方法，其中電壓為1.5V至8V。
8.如權利要求1所述的方法，其中熱氧化工藝在O2與H2氣氛下在700至900℃的溫度范圍內使用濕氧化模式實施。
全文摘要
本發明公開了一種形成半導體器件的隔離膜的方法。該方法包括步驟在硅襯底上順序形成襯墊氧化膜和襯墊氮化膜；在襯墊氮化膜上形成透過其開放隔離區域的光致抗蝕劑圖案；使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模蝕刻襯墊氮化膜和襯墊氧化膜，由此暴露隔離區域的硅襯底；實施電化學蝕刻工藝以在暴露的隔離區域的硅襯底中形成多孔硅；移除光致抗蝕劑圖案；以及，實施熱氧化工藝以氧化多孔硅，藉此在隔離區域形成氧化膜。
文檔編號H01L21/3063GK1512558SQ200310120669
公開日2004年7月14日 申請日期2003年12月18日 優先權日2002年12月27日
發明者李圣勛 申請人:海力士半導體有限公司