[发明专利]通过改变衬底形貌在衬底上形成平面化表面

说明书

发明领域

本发明涉及半导体工艺，特别涉及在半导体器件上形成平面化表面的方法。

发明背景

为了增加例如家用电脑和其它电子用户产品等电子设备的速度和功能，有必要将更多的晶体管封装到这些电子设备内的半导体器件中。除了增加电子设备的速度和功能外，用户还要求设备最小化。为了满足用户的需要，半导体制造商已开发了许多技术来减小半导体器件内晶体管的尺寸。

要减小半导体器件内晶体管的尺寸，就必需减小形成晶体管的多晶硅线条的宽度。这些多晶硅线条的宽度是由光刻工艺决定的。在光刻工艺中，光刻技术可将所需的多晶硅图形的影像复制到半导体器件内多晶硅层的表面。然后，将多晶硅层不需要的部分腐蚀掉，所需的多晶硅图形的影像便显现在多晶硅材料中。

由于在光刻工艺中使用了光学照相，因此光学照相涉及的诸如分辨率和焦深等在半导体器件的制造中变成了重要因素。例如，如果多晶硅层不全部平面化，那么将在它的表面上析像的多晶硅图形的影像就无法完全聚焦。这将导致由影像形成的多晶硅线条的宽度发生变化。

随着不断减小多晶硅的线条宽度来适应形成成比例缩的晶体管，甚到线条宽度的较小变化也会对这些晶体管的工作产生越来越大的影响。因此，要减小或消除多晶硅线条的宽度变化，平面化变得越来越重要。消除了这些变化，制造出的晶体管将会更有效地、更可靠地工作，并且速度更快。此外，消除多晶硅线条的宽度变化可使电路设计者更准确地表示晶体管的工作特性，从而提高设计效率。

图1a-c显示的是在淀积形成半导体器件内晶体管的多晶硅层之前制备半导体衬底的方法。由于前面所述的原因，必需在淀积多晶硅层之前将半导体衬底的表面制作得足够平整。显示在图1a中的第一步骤中，沟槽11和13腐蚀到半导体衬底10中。沟槽区11和13可称作半导体器件的隔离区，因为这些沟槽可使器件的有源元件相互电隔离。例如，如半导体衬底10的剖面图20和表面图21所示，隔离区11可将区域12与区域14隔离，而隔离区13可将区域14与区域15隔离。未腐蚀的区域12、14和15可称作半导体器件的有源区，因为半导体器件的电有源元件，例如晶体管，在这些区域形成。由于隔离区可将有源区相互电隔离，所以在有源区12内形成的晶体管与区域14形成的晶体管相互独立地工作。同样，在区域14形成的晶体管与区域15形成的晶体管相互独立地工作。通常，半导体器件的隔离区之间宽度差异很大。如图所示，隔离区11的宽度16比隔离区13的宽度17窄得多。

沟槽腐蚀到半导体衬底中后淀积介质材料，如图1b所示。介质层18将涂在半导体衬底10的表面，填充沟槽并覆盖有源区。注意在隔离区13上介质层18的表面有明显的凹陷部分，是由该沟槽宽度过大引起的。在该区域中介质层18的非平面形貌，以及介质层18和半导体衬底10间的密度差异，会导致在化学机械抛光深腐蚀介质层18后出现图1c的剖面情况。

随着介质层18被深腐蚀到半导体衬底10的表面，隔离区13上介质层18的表面中的凹陷部分扩展到隔离区13内介质层18的凹陷，如图1c所示。此外，由于介质层18比半导体衬底10的密度低，所以它的抛光速度大于半导体衬底10的抛光速度，这也促使产生该凹陷部分。与此对比，比较一下窄沟槽隔离区11。象这样的窄沟槽隔离区显示出比宽隔离区更平面化的形貌。原因之一是因为用于深腐蚀介质层的化学机械抛光工艺通常平面化窄隔离区比宽隔离区更优越一些。也因为，该区域半导体衬底密度较高改善了化学机械抛光的终点。

其结果是，在隔离区11附近的有源区12和14内的半导体衬底10的表面上形成的多晶硅线条基本上是平坦的。因此，在这些区域没有多晶硅线条宽度变化的情况。然而，由于在隔离区13的上部边角区域19中形貌突变，因此覆盖这些区域的多晶硅线条宽度将改变。因此，在有源区14和15内形成的晶体管受到隔离区13的边缘19附近多晶硅线条宽度变化的损害。

除了隔离区13的非平面化表面引起的多晶硅线条宽度变化外，用于深腐蚀介质层18的化学机械工艺也导致隔离区的边缘19附近的半导体衬底受到损伤。半导体衬底受到损伤可影响在损伤的有源区内形成的晶体管的工作。隔离区11不受半导体衬底损伤的影响，因为它的平面化的表面可防止这类损伤。

我们所需要的是在半导体衬底上形成隔离区的方法，其中衬底的表面基本上平面化。使用这种方法，有关多晶硅线条宽度变化和半导体衬底损坏的问题可以减少或消除，从而产生更可靠且性能更好的半导体器件。

发明概述