專利名稱：在半導體襯底中建立高導電性埋入的側面絕緣區域的方法
技術領域：
本發明涉及在半導體襯底中建立高導電性埋入的側面絕緣區域的方法。本發明尤其涉及通過深槽絕緣在半導體襯底中建立高導電性埋入的側面絕緣區域的方法。
高導電性的埋入區域，即所謂的“埋入層”應用在半導體技術中的多個器件的情況下以能夠實現器件的側面接觸。例如在高頻技術中，該埋入層在垂直的雙極性晶體管中是集電極的一部分。
以此在一個芯片上的相鄰的器件在功能上是不會相互干擾的，那么需要這些器件通過絕緣結構進行相互絕緣。這些相鄰的器件分別具有一個“埋入層”，則這些“埋入層”也必須是相互絕緣的。
對于此種絕緣的最簡單的可能性是在高導電性的各個區域之間存在足夠的空間，以使該各個區域通過襯底進行相互絕緣。另外在高導電性的各個區域之間提供另外一個注入(“溝道止擋器”)，其用于產生截止的PN過渡區。
此種可能性的缺點在于器件的包裝厚度受到大大的限制。另外應用在高頻技術中時，雙極性晶體管所達到的界限頻率通過該電容受到限制，該電容形成在高導電區域和襯底之間。為了能夠使界限頻率大于50Ghz，此區域-襯底-電容必須被明顯地減小。
為了能夠徹底地解決此問題而提出了用氧化物填充的槽(“深槽”)，其以一個封閉的環的形式完全圍繞在高導電性的各個區域。然而尤其在氧化物填充的槽的整平的時候存在一系列困難。通過槽的填充在半導體晶片的表面上存在較大的拓撲差異，這能夠干擾以下的生產步驟。此拓撲差異通過整平，例如反腐蝕必須被再一次去掉。尤其是同時在襯底表面進行LOCOS絕緣時，通過反腐蝕的整平需要復雜而且昂貴的生產工藝。
本發明的任務在于給出一種在半導體襯底中建立高導電性的埋入的側面絕緣區域的方法，其能夠以較少的時間和費用進行有效的工作，并且能夠實現具有優選的平面結構的襯底。
此任務通過權利要求1的方法解決。本發明的其他有利的實施例、結構和各個方面通過從屬權利要求、說明書和所附的附圖給出。
按照本發明在半導體襯底中建立高導電性的埋入的側面絕緣區域的方法具有如下的步驟a)準備具有高導電性的埋入的區域的襯底，b)在襯底上設置一個參考層，c)該參考層被結構化，d)在襯底中產生一個槽，并且e)在如此產生的結構上設置為了填充該槽所應用的絕緣材料。
在此如此選擇參考層，用于填充槽所使用的絕緣材料在參考層上的增長速率至少小于用于填充槽所使用的絕緣材料在要覆蓋的槽的表面上的增長速率2倍。此要覆蓋的槽的表面一般通過襯底材料組成。也能夠含有一個中間層。
通過本發明的方法所產生的高導電性的埋入的側面絕緣區域可以允許較厚的包裝，以此能夠在半導體晶片上產生較高的集成密度。這樣在高導電性區域和襯底之間的電容明顯的減少，以此能夠在高頻技術中實現較高的界限頻率。本發明的方法還提供了這種可能，絕緣高導電性區域，否則在襯底的表面會構成大的拓撲差異。
優選的使用硅襯底作為襯底并且優選的使用硅氧化物填充該槽。
另外有利的是使用一硅氮氧化物層、一鈦氮氧化物或者一多晶硅層，尤其是摻雜的多晶硅層作為參考層。在此該硅氧化物有利的以臭氧活化的CVD方法，尤其是SACVD方法進行分離。這種臭氧活化的CVD方法例如在EP0582724A1和EP0537001A1中進行了描述。尤其是SACVD分離方法通過非常好的填充性能表現了該具有大于2∶1的較大外表比例的槽能夠無縮孔的自動進行填充。
優選的用于填充該槽的材料如此設置，在該槽的周圍形成基本是平的表面。
參考層能夠直接設置在襯底表面上。替換的是在襯底和參考層之間含有至少一個中間層，尤其是一個氧化物層(LOCOS-氧化物，pad氧化物)。
優選的在堆放用于填充該槽所使用的材料之后進行一個熱氧化處理(例如900-1000℃,10-30分鐘)。此氧化處理通過已經分離的材料，尤其是通過已經分離的硅氧化物起作用，并且減少了襯底中存在的損傷，該損傷能夠在產生槽的期間出現。
襯底中的損傷能夠通過線性氧化處理在產生槽之后進行減少。生長的氧化物最后通過濕化學方法再一次去掉，因為隨后的分離過程的選擇沒有給出。此“消耗氧化物”能夠去掉例如腐蝕損傷和槽邊沿上的靜電，此靜電損壞了該槽的絕緣性能。
優選的在堆放用于填充該槽所使用的絕緣材料之后，設置得超出參考層高度的絕緣材料的一部分再一次被去掉。對此應用了有利的濕化學或者等離子化學方法。
按照本發明的另一優選實施例該槽一直延伸到高導電性的區域。
另外有利的是，當該槽環形地構成時，該高導電性的區域從側面進行了完全的包圍。
一般的，各個器件另外在襯底表面通過場氧化物，尤其是LOCOS氧化物進行相互的分離。以此尤其有利的是，該槽含有至少一個平的范圍和至少一個深的范圍。以此方式該槽的平的范圍能夠替換在襯底表面上的場氧化物，并且能夠得到良好整平的襯底表面。
現在設置得超過參考層高度的絕緣材料的一部分也可以通過CMP方法去掉。因為在使用平槽的情況下，該晶片表面在隨后的CMP步驟之前已經是基本上平的，并且在CMP步驟期間的較大的槽范圍的情況下沒有出現額定值“表面凹陷”。
在此深的范圍的寬度和平的范圍的深度的比例有利的是大約等于2×α/(α-1)，其中α是用于填充該槽所使用的材料在襯底(2)上的增長速率和用于填充該槽所使用的材料在參考層(5)上的增長速率的比例。該槽的兩個范圍能夠以此簡單的方式進行填充，形成一個被分離的絕緣材料的平的表面。
現在本發明借助于附圖進行詳細地解釋。在附圖中的相同部分使用相同的標志。圖為
圖1-3是本發明的方法的示意性描述，圖4是通過本發明的方法所產生的器件結構，圖5是現有技術的器件結構，和圖6是另一個通過本發明的方法所產生的器件結構。
圖1示出了一硅襯底并且以1標出。在襯底1中例如通過注入生成一個高導電性的區域2(埋入層)。另外在襯底1的表面存在一個場氧化絕緣層3(LOCOS-氧化物)，其用于絕緣不同的器件和/或一個器件的不同部分。
在襯底1或者場氧化物3的表面上設置有硅氮層5，其作為參考層用于隨后的槽的填充。該氮層(Si3N4)通過CVD方法建立。
然后該硅氮層通過光技術構成，并且槽6各向異性地蝕刻。槽6在硅襯底1中蝕刻大約5μm深并且寬度為1μm。以此所得到的結構在圖1中示出。
隨后槽6以硅氧化物7進行填充，其以臭氧啟動的CVD方法檢測分離。
在硅氧化物層的臭氧啟動的分離時，在不同的表面上達到不同的增長速率。在上述情況下，硅氧化物在氮層5上的增長速率5倍小于硅氧化物在槽6的硅或者硅氧化物上的增長速率。該氧化物的分離一直進行到槽6的周圍基本上都是平的氧化物表面。
TEOS，尤其是OMTC(Octa-Metyl-Zyklo-Siloxan)或者HMDS(Hexa-Metyl-Disiloxan)作為CVD分離的輸出物質。以此所形成的結構在圖2中示出。
隨后通過臭氧啟動的CVD方法分離的硅氧化物7被去掉，該氧化物位于氮層5的上邊沿的上部。此過程優選的通過反蝕刻實現。以此所得到的結構在圖3中示出。
圖4示出了通過本發明的方法所產生的器件結構。該器件結構含有高導電性的區域2，其通過環形封閉的槽6進行包圍。
槽6通過硅氧化物7填充，并且槽6使高導電性的區域2在側面方向進行絕緣。以此在區域2和襯底之間只在區域2的下側構成額定值電容Ci。在區域2的上方設有特有的器件8，其在襯底的表面附加通過場氧化物3進行絕緣。
圖5示出了作為比較的現有技術的器件結構。在此區域2只通過襯底1，可能的情況下通過另一器件的一個附加的“溝道-阻擋器”-注入區(未示出)進行絕緣。另外在區域2的底面上的電容C1現在只構成區域2的側面上的另一電容C2。這提高了區域2和襯底1之間的總電容，并且應用在高頻技術中時能夠限制所能夠達到的界限頻率。
圖6示出了另一通過本發明的方法所產生的器件結構，此絕緣結構20含有一個在半導體襯底1中的以硅氧化物7填充的槽6。另外該絕緣結構20含有一個平的范圍21，該范圍從硅氮層12(參考層)的上表面計起為一個級高T。以此絕緣結構20具有一個深的范圍22。此深的范圍22從側面絕緣了構成在襯底1中的高導電性的區域2。在區域2的上方再一次設置了特有的器件8。在硅氮層12(參考層)和襯底之間另外設置了薄的pad氧化物11。
絕緣結構20的區域22具有寬度B。在此深的范圍的寬度B與平的范圍的級高T的比例大約等于2×α/(α-1)，其中α是用于填充槽所應用的材料在襯底1上的增長速率與用于填充槽所應用的材料在氮層12上的增長速率的比值。
以此保證了在填充本發明的絕緣結構時產生了幾乎平的硅氧化物7的上表面。
槽6的平的區域21替換了襯底表面上的場氧化物3(參見圖1到3)，相對于通過LOCOS過程產生的場氧化物3，槽6的平的區域21具有良好的平整性。在此情況下從參考層12產生的硅氧化物7也可以通過CMP過程再一次去掉。
權利要求
1．用于在半導體襯底中建立埋入的、高導電性的側面絕緣區域的方法，具有如下的步驟a)準備具有高導電性的埋入區域的襯底(1)，b)在襯底(1)上設置參考層(5,12)，c)對參考層(5,12)進行結構化，d)在襯底(1)中產生一個槽(6)，并且e)在如此產生的結構上設置用于填充該槽所應用的絕緣材料，其中，如此選擇參考層(5,12)，用于填充槽(6)所應用的絕緣材料在參考層(5,12)上的增長速率至少2倍地小于用于填充該槽所應用的絕緣材料在要覆蓋的槽(6)上表面上的增長速率。
2．如權利要求1的方法，其特征在于，含有一個作為襯底(1)的硅襯底，并且使用硅氧化物用于填充該槽(6)。
3．如權利要求2的方法，其特征在于，含有作為參考層(5,12)的一個硅氮層、一個鈦氮層或者一個多晶硅層。
4．如權利要求2或者3的方法，其特征在于，該硅氧化物以臭氧啟動的CVD方法進行分離。
5．如上述權利要求之一的方法，其特征在于，用于填充該槽(6)所應用的絕緣材料如此一直設置，直到在該槽(6)的周圍構成基本上平的上表面。
6．如上述權利要求之一的方法，其特征在于，在襯底(1)和參考層(5,12)之間含有至少一個中間層(3,11)，尤其是一個氧化物層。
7．如上述權利要求之一的方法，其特征在于，在堆放用于填充該槽(6)所應用的絕緣材料之后進行熱氧化處理。
8．如權利要求2-7之一的方法，其特征在于，在產生槽(6)之后進行線性氧化處理。
9．如上述權利要求之一的方法，其特征在于，在堆放用于填充該槽所應用的絕緣材料之后，高于參考層(5,12)的高度的絕緣材料的一部分再一次被去掉。
10．如上述權利要求之一的方法，其特征在于，該槽(6)達到高導電性區域(2)的下部。
11．如上述權利要求之一的方法，其特征在于，該槽(6)環形地構成，并且從側面完全地包圍高導電性區域(2)的至少一部分。
12．如上述權利要求之一的方法，其特征在于，該槽含有至少一個平的范圍(21)和至少一個深的范圍(22)。
13．如權利要求12的方法，其特征在于，深的范圍的寬度和平的范圍的級高的比值大約等于2×α/(α-1)，其中α是用于填充槽所應用的絕緣材料在要覆蓋的該槽(6)的上表面上的增長速率與用于填充槽所應用的絕緣材料在參考層(12)上的增長速率的比值。
14．如權利要求12或者13的方法，其特征在于，高于參考層(12)的高度的絕緣材料的一部分通過CMP方法再一次被去掉。
全文摘要
用于在半導體襯底中建立埋入的、高導電性的側面絕緣區域的方法,具有如下的步驟:a)準備具有高導電性的埋入區域的襯底,b)在襯底上設置參考層,c)對參考層進行結構化,d)在襯底中產生一個槽,并且e)在如此產生的結構上設置用于填充該槽所應用的絕緣材料,其中,如此選擇參考層,用于填充槽所應用的絕緣材料在參考層上的增長速率至少2倍地小于用于填充該槽所應用的絕緣材料在要覆蓋的槽(6)上表面上的增長速率。要覆蓋的槽的上表面一般由襯底材料組成。也可以含有一個中間層。
文檔編號H01L21/76GK1226342SQ97196721
公開日1999年8月18日 申請日期1997年7月22日 優先權日1996年7月23日
發明者N·埃爾貝爾, Z·加布里斯, B·紐雷特爾 申請人:西門子公司