專(zhuān)利名稱(chēng)：淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體制程，特別是有關(guān)于一種形成淺溝槽隔離(shallow trench isolation，STI)結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體積體電路中的隔離區(qū)是用以隔離與其相鄰的元件區(qū)，而防止載子從基底滲透至鄰近的元件當(dāng)中。
在各種元件隔離技術(shù)中，局部硅氧化方法(LOCOS)和淺溝槽隔離區(qū)制程是最常采用的兩種技術(shù)，尤其后者，因具有隔離區(qū)域小和完成后仍保持基底平坦性等優(yōu)點(diǎn)，更是近來(lái)頗受重視的半導(dǎo)體制造技術(shù)。
參閱圖1所示，其為傳統(tǒng)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的剖面示意圖，一墊氧化硅層(pad oxide)及一氮化硅層(未繪示)是形成于一基底10上?；?0中具有一溝槽，其乃通過(guò)微影蝕刻程序圖案化氮化硅層及墊氧化硅層之后，以圖案化的氮化硅層作為罩幕來(lái)對(duì)基底10進(jìn)行蝕刻而形成。溝槽表面的襯氧化硅層(liner oxide layer)14是利用熱氧化法所形成。元件隔離結(jié)構(gòu)16是先由化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition，CVD)在氮化硅層上形成一氧化層并填入溝槽中，再以化學(xué)機(jī)械研磨法(cemical mechanic polishing，CMP)去除氮化硅層上方多余的氧化硅層而完成。之后，去除氮化層及墊氧化硅層，如此便完成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作。其主要缺陷在于1、由于由氧化硅所構(gòu)成的元件隔離結(jié)構(gòu)16的性質(zhì)與墊氧化硅層及襯氧化硅層14相近，當(dāng)利用蝕刻溶液在去除墊氧化硅層時(shí)，由氧化硅所構(gòu)成的元件隔離結(jié)構(gòu)16難免會(huì)同時(shí)被蝕刻，使得溝槽頂部角落20的襯氧化硅層14尖化，引起電場(chǎng)集中，而造成溝槽頂部角落20的絕緣效果變差，進(jìn)而出現(xiàn)異常的元件特性。
2、再者，于蝕刻基底10，以形成溝槽及再利用熱氧化法形成襯氧化硅層14時(shí)，都會(huì)在基底10中產(chǎn)生應(yīng)力，舉例而言，應(yīng)力會(huì)集中于溝槽的頂部角落20及底部角落22，而產(chǎn)生漏電流。
3、另外，以熱氧化法來(lái)形成襯氧化硅層需要較多的制程時(shí)間，因而使產(chǎn)能下降。
4、再者，由于典型的半導(dǎo)體廠是以批式爐管(batch furnace)來(lái)進(jìn)行上述熱氧化制程，所以不易控制薄膜的均勻性，而降低元件的可靠度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其中襯氧化硅層是在高溫下通過(guò)單一晶圓制程的濕氧化法所形成，以在溝槽頂部角落獲得一圓化的襯氧化硅層，達(dá)到增加每一持制晶圓的襯氧化硅層的均勻性的目的。
本發(fā)明的另一目的是提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其在形成襯氧化硅層之后，實(shí)施一臨場(chǎng)回火處理，達(dá)到釋放應(yīng)力及防止摻雜物從元件區(qū)擴(kuò)散至淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法。首先，提供具有一溝槽的基底；接著，使用單一晶圓制程的濕氧化法，在溝槽的表面順應(yīng)性形成一氧化硅層，以作為一襯氧化硅層；之后，對(duì)基底及襯氧化硅層實(shí)施一臨場(chǎng)回火處理；最后，在溝槽中完全填入一絕緣層，而完成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作。
其中，氧化硅層的厚度在150-250埃的范圍，且其可使用氫氣及氧氣作為反應(yīng)氣體，而在1100-1200℃的溫度范圍下形成。再者，氫氣的流量在10-16slm的范圍，及氧氣的流量在5-8sls的范圍。臨場(chǎng)回火處理的溫度在1100-1200℃的范圍，進(jìn)行時(shí)間在20-60秒的范圍。絕緣層是由高密度電漿所形成的氧化物。
下面結(jié)合較佳實(shí)施例和附圖詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是傳統(tǒng)的制造淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
圖2-圖8是本發(fā)明的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
參閱圖2-圖8所示，本發(fā)明的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法包括如下步驟。
首先，參閱圖2所示，提供一基底30，例如一硅基底，在基底100表面上形成有罩幕層35，罩幕層35較佳的厚度為200-3500，其可為單層結(jié)構(gòu)或多數(shù)層的堆疊結(jié)構(gòu)。如圖2所示，罩幕層35較佳是由一層墊氧化硅層32與一層較厚的氮化硅層34所組成。其中，形成墊氧化硅層32的方法可為熱氧化法，或是以傳統(tǒng)的常壓或低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)沉積而成。在墊氧化硅層32之上的氮化硅層34可利用低壓化學(xué)氣相沉積法，以二氯硅烷與氨氣為反應(yīng)原料沉積而成。接著在罩幕層35表面上形成一層光阻層36。之后，通過(guò)傳統(tǒng)微影制程，于光阻層36中形成一開(kāi)口37，此開(kāi)口37是用以定義淺溝槽隔離區(qū)。
接下來(lái)，參閱圖3所示，通過(guò)具有開(kāi)037的光阻層36作為蝕刻罩幕，進(jìn)行非等向性蝕刻制程，例如反應(yīng)離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)，以將光阻層36的開(kāi)口37圖案轉(zhuǎn)移至罩幕層35中。接著，以適當(dāng)蝕刻溶液或灰化處理，來(lái)去除光阻層36之后，通過(guò)罩幕層35作為蝕刻罩幕，進(jìn)行非等向性蝕刻制程，例如反應(yīng)離子蝕刻，以將罩幕層35的開(kāi)口38下方的基底30蝕刻至一預(yù)定深度，而形成深度約為3000-6000的溝槽88。
接下來(lái)，參閱圖4-圖5所示，進(jìn)行本發(fā)明的關(guān)鍵步驟，參閱圖4所示，在溝槽38的表面順應(yīng)性形成一氧化硅層40，以作為一襯氧化硅層，其厚度在150-250埃的范圍。在本實(shí)施例中，為了使得溝槽38的頂部角落38a的氧化硅層40圓化(rounder)，氧化硅層40形成的方式，并不采用傳統(tǒng)上利用批式爐管進(jìn)行熱氧化的方式，而是通過(guò)單一晶圓制程(single wafer process)的濕氧化法來(lái)形成。舉例而言，可通過(guò)應(yīng)材公司所提供的沉積設(shè)備(Thermal Process CommonCentura，TPCC)來(lái)進(jìn)行單一晶圓制程的濕氧化。其中，是利用氫氣及氧氣作為濕氧化的反應(yīng)氣體。氫氣的流量在10-16slm的范圍，而氧氣的流量在5-8slm的范圍。較佳的氫氣及氧氣流量則分別為12及6slm。再者，濕氧化的工作壓力在7-12 Torr的范圍，而較佳的工作壓力則在9-10 Torr的范圍。再者，氧化硅層40的成長(zhǎng)時(shí)間約在60-70秒之間。另外，TPCC所使用的成長(zhǎng)溫度(1000-1200℃)高于傳統(tǒng)高溫爐管的成長(zhǎng)溫度(800-900℃)。例如，本實(shí)施例中，較佳的成長(zhǎng)溫度為1150℃。同時(shí)，TPCC具有較高的升溫速率及成長(zhǎng)速率，因此可有效地縮短制程時(shí)間。
接下來(lái)，參閱圖5所示，在氮?dú)?N2)或一氧化二氮(N2O)的氛圍中，對(duì)基底30及氧化硅層40實(shí)施一臨場(chǎng)(in-situ)回火處理41。進(jìn)行的時(shí)間約在20-60秒的范圍。此處，臨場(chǎng)所指的是基底30從形成氧化硅層40到進(jìn)行回火處理均在同一反應(yīng)室，且沒(méi)有破真空。在本實(shí)施例中，臨場(chǎng)回火處理41的溫度是與上述成長(zhǎng)溫度相同。亦即，回火溫度在1000-1200℃的范圍，而較佳的回火溫度為1150℃。
此處，在形成襯氧化硅層40之后進(jìn)行臨場(chǎng)回火處理41的目的有三第一，經(jīng)由來(lái)自基底30的硅原子與來(lái)自氧化硅層40的氧原子完全鍵結(jié)，來(lái)修補(bǔ)溝槽38表面與氧化硅層40之間的粗糙界面，以加強(qiáng)襯氧化硅層40的絕緣特性；第二，釋放在蝕刻溝槽38及形成襯氧化硅層40期間，形成于溝槽38的頂部角落38a及底部角落38b的應(yīng)力，以防止元件操作時(shí)，在這些地方產(chǎn)生電場(chǎng)集中；第三，將氮原子擴(kuò)散至氧化硅層40，并與其中的硅原子及氧原子產(chǎn)生鍵結(jié)。此Si-O-N鍵結(jié)可在后續(xù)的制程中，阻擋元件區(qū)的摻雜物(未繪示)擴(kuò)散進(jìn)入淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，而增加元件的可靠度。
另外，實(shí)施回火處理41，亦可在襯氧化硅層40上形成一密封層39，例如一氮氧化硅(SiON)層，以加強(qiáng)擴(kuò)散阻障效果。
接下來(lái)，參閱圖6所示，一絕緣層42是形成于罩幕層35的上方，并完全填入溝槽38中。舉例而言，前述的絕緣層42的材質(zhì)可為摻雜或未摻雜的氧化硅，摻雜的氧化硅包含磷硅玻璃(PSG)、硼硅玻璃(BSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)等等，而未摻雜的氧化硅包含由四乙基硅酸鹽(TEOS)所構(gòu)成的氧化硅、或是高密度電漿氧化硅(HDPoxde)。在本實(shí)施例中，所使用的絕緣層42的材質(zhì)為高密度電漿氧化硅，其沉積方法是高密度電漿化學(xué)氣相沉積法(HDPCVD)法。之后，再進(jìn)行回火程序或快速熱制程(rapid thermal process，RTP)，以使絕緣層42致密化。
接下來(lái)，參閱圖7所示，將罩幕層35上方多余的絕緣層42去除，以形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)42a。其去除方法可利用回蝕刻或化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)最后，參閱圖8所示，將罩幕層35剝除。其中，剝除氮化硅層34的方法為濕式蝕刻法，例如是以熱磷酸(PO4)為蝕刻液來(lái)浸泡而將其去除；剝除墊氧化硅層32的方法為濕式蝕刻法，例如是以氫氟酸(HF)為蝕刻液來(lái)浸泡。
另外，當(dāng)去除墊氧化硅層32時(shí)，部分的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)42a同時(shí)會(huì)被蝕刻，而在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)42a的頂部角落38a處形成凹陷43。然而，如以上所述，由于頂部角落38a處的襯氧化硅層40已圓化，所以可將凹陷程度降到作低，而避免漏電流的產(chǎn)生。
相較于傳統(tǒng)技術(shù)，本發(fā)明的襯氧化硅層是通過(guò)單一晶圓制程所形成，因此可增加每一特制晶圓上襯氧化硅層的均勻性。再者，根據(jù)本發(fā)明的方法，因可縮短制程時(shí)間，而提高產(chǎn)能。另外，在本發(fā)明的方法中，施以一臨場(chǎng)回火處理的步驟，可提高襯氧化硅層的品質(zhì)，進(jìn)而加強(qiáng)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的絕緣特性。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此項(xiàng)技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所作更動(dòng)與潤(rùn)飾，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征是它至少包括下列步驟(1)提供一基底，其上覆蓋有一罩幕層；(2)蝕刻該罩幕層，以形成至少一開(kāi)口，而露出該基底；(3)蝕刻該開(kāi)口下方的基底，以在其中形成一溝槽；(4)于一既定溫度下，通過(guò)單一晶圓制程的濕氧化法，在該溝槽表面順應(yīng)性形成一氧化硅層，以作為一襯氧化硅層；(5)于該既定溫度下，對(duì)該基底及該氧化硅層實(shí)施一臨場(chǎng)回火處理；(6)在該罩幕層上形成一絕緣層，并填入該溝槽；(7)去除該罩幕層上方的該絕緣層；(8)去除該罩幕層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征是該濕氧化的反應(yīng)氣體是氫氣及氧氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征是該氫氣的流量在10-16slm的范圍，及該氧氣的流量在5-8slm的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征是該氧化硅層的厚度在150-250埃的范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征是該既定溫度為1100-1200℃的范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征是該臨場(chǎng)回火處理是在氮?dú)饣蛞谎趸娜我环N氛圍中實(shí)施。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征是該臨場(chǎng)回火處理的時(shí)間在20-60秒的范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征是該絕緣層是由高密度電漿所形成的氧化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征是去除該罩幕層上方的該絕緣層是通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨來(lái)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的形成方法。首先，提供一具有一溝槽的基底，并使用單一晶圓制程的濕氧化法在溝槽的表面順應(yīng)性形成氧化硅層，作為襯氧化硅層；對(duì)基底及襯氧化硅層實(shí)施一臨場(chǎng)回火處理；最后，在溝槽中完全填入一絕緣層，完成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作。具有增加每一持制晶圓的襯氧化硅層的均勻性、釋放應(yīng)力及防止摻雜物從元件區(qū)擴(kuò)散至淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的功效。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1494125SQ02146139
公開(kāi)日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2002年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月30日
發(fā)明者黃建愷, 鄭豐緒, 李瑞評(píng) 申請(qǐng)人:矽統(tǒng)科技股份有限公司