專利名稱：無縫淺溝隔離的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無縫淺溝隔離的制作方法，尤指一種提升淺溝隔離接縫修補(bǔ)效率與效果的無縫(seamless)淺溝隔離的制作方法。
技術(shù)背景隨著半導(dǎo)體工藝設(shè)計(jì)線寬的持續(xù)縮小，實(shí)施在半導(dǎo)體基底表面上，用以 電性隔離各元件的溝槽隔離，或者稱為淺溝隔離(shallow trench isolation, STI)， f然成為一越來越重要的元件。然而隨著元件微小化以及密集度的增 加，用來作為各元件間電性隔離的淺溝槽的寬度也越來越小，換言之，淺溝 的高寬比(aspect ratio)越來越大。因此如何有效的將絕緣材料填滿日益狹窄的 淺溝槽，以提供有效的電性隔離，已然成為該技術(shù)領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。請(qǐng)參閱圖l,圖1系一已知的淺溝隔離剖面示意圖。如圖1所示，已知 的淺溝隔離制作方法首先系提供一基底10,隨后透過一包含有一墊氧化層 32與一氮化硅層34所構(gòu)成的圖案化硬掩模層30于基底10內(nèi)形成至少一淺 溝槽20。隨后進(jìn)行熱氧化工藝，在淺溝槽20的側(cè)壁與底部表面形成熱氧化 襯墊層22。其后利用化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)方法， 在淺溝槽20內(nèi)填滿介電層，隨后再以再回蝕刻或者以化學(xué)機(jī)械拋光(chemical mechanic polishing,以下筒稱為CMP)方式去除淺溝槽區(qū)域外多出來的介電 層，形成平坦的表面。然而，如前所述，隨著淺溝槽高寬比的加增，使得前 述的化學(xué)氣相沉積方法所能提供的階梯覆蓋(step coverage)能力已經(jīng)不足以 應(yīng)付目前溝槽高寬比較大的情況，也就是說，不容易將介電層完全填滿溝槽。為改善上述問題，已知技術(shù)中亦已有多種改良式的化學(xué)氣相沉積技術(shù)提 出，其中以臭氧輔助次常壓化學(xué)氣相沉積(ozone-assisted SACVD)技術(shù)經(jīng)過部 分研究而被證實(shí)具備有良好的階梯覆蓋能力。臭氧輔助次常壓化學(xué)氣相沉積 技術(shù)系利用臭氧以及四乙基硅曱烷(tetra-ethyl-ortho-silicate ，以下簡(jiǎn)稱為 TEOS)作為反應(yīng)起始?xì)怏w，在例如反應(yīng)壓力約為60托(torr)的次常壓條件下 沉積厚度均勻的介電層40,如硅氧層。隨后通常伴隨后續(xù)的高溫退火步驟，例如在溫度1 OO(TC左右以及氮?dú)猸h(huán)境中將所沉積的硅氧層致密化 (densification)。然而，前述的臭氧輔助次常壓化學(xué)氣相沉積技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用上卻仍有諸 多缺點(diǎn)而猶待進(jìn)一步的克服與改善。例如，以已知的臭氧輔助次常壓化學(xué)氣 相沉積技術(shù)所沉積的硅氧薄膜本身在高溫下會(huì)收縮，例如在1050。C下處理 30分鐘后會(huì)有高達(dá)約7%左右的收縮幅度，而且SACVD硅氧薄膜的膜層特 性也較差，例如，濕蝕刻率較高。此外，如圖l所示，臭氧輔助次常壓化學(xué) 氣相沉積技術(shù)另一較嚴(yán)重的問題，是由于次常壓化學(xué)氣相沉積薄膜成長(zhǎng)特性 主要是由淺溝槽20的側(cè)壁向中間成長(zhǎng)而填滿溝槽，罔此，最終會(huì)在基底10 的淺溝槽20中間形成接縫(seam)42。此外，由于薄膜成長(zhǎng)為不均勻性成長(zhǎng)， 因此甚至?xí)纬身敹司哂薪涌p的孔洞(void)。而此接縫42又容易遭受到后續(xù) 清洗步驟的侵蝕，導(dǎo)致連通溝槽的形成，以及造成后續(xù)形成的多晶硅線路短 路等問題，且此接縫42的缺陷無法以傳統(tǒng)的氮?dú)猸h(huán)境退火方式去除。因此 已知技術(shù)更提供蒸氣退火(steam annealing)工藝，在進(jìn)行高溫退火步驟之前， 在700。C的低溫以及氫氣/氧氣環(huán)境中進(jìn)行至少超過30分鐘的蒸氣退火工藝， 以去除接縫42。然此低溫退火工藝所需的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，除此費(fèi)時(shí)的缺點(diǎn)夕卜， 對(duì)于接縫42的去除效果不佳，而尚有可議及改進(jìn)的空間。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明于此提供一種利用無縫淺溝隔離的制作方法，用以修補(bǔ)次 常壓化學(xué)氣相沉積(sub-atmospheric pressure chemical vapor deposition, 以下 簡(jiǎn)稱為SACVD)工藝所產(chǎn)生的淺溝隔離接縫，達(dá)到無縫填充淺溝隔離的目的。根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求，提供一種無縫淺溝隔離的制作方法。該方法包 含有提供具有至少一淺溝槽的半導(dǎo)體基底，該半導(dǎo)體基底上形成有介電層， 該介電層填滿該淺溝槽且具有接縫(seam)。接下來在該介電層表面形成至少 一修補(bǔ)層(healing layer),最后進(jìn)行低溫蒸氣退火工藝，用以消除該接縫。根據(jù)本發(fā)明所提供的無縫淺溝隔離的制作方法，通過一修補(bǔ)層提供懸浮 鍵作為復(fù)合中心，因此更可在提升低溫退火工藝的效率的同時(shí)，提升低溫退 火修補(bǔ)接縫的修補(bǔ)果效，使得接縫的修補(bǔ)更加緊密。


圖1為已知的淺溝隔離剖面示意圖。圖2至圖6為本發(fā)明所^是供的無縫淺溝隔離的制作方法的一優(yōu)選實(shí)施例。圖7為本發(fā)明所提供的無縫淺溝隔離的制作方法的流程示意圖。附圖標(biāo)記說明10基底20淺溝槽22熱氧化襯墊層30硬掩模層32墊氧化層34墊氮化硅層40介電層42接縫50修補(bǔ)層100提供半導(dǎo)體基底102進(jìn)行蝕刻工藝，在該半導(dǎo)體基底內(nèi)形成至少 一 淺溝槽。104進(jìn)行次常壓化學(xué)氣相沉積工藝，在該半導(dǎo)體基底沉積填滿該淺溝槽的介電層，且該介電層具有接縫。106 在該介電層表面形成修補(bǔ)層。108 進(jìn)行低溫蒸氣退火工藝，用以消除該接縫。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖2至圖6，圖2至圖6為本發(fā)明所提供的無縫淺溝隔離的制作溝隔離接縫。如圖2所示，本優(yōu)選實(shí)施例首先提供半導(dǎo)體基底10,如硅基底。 半導(dǎo)體基底10表面形成有厚度約為30埃(angstrom)至200埃的墊氧化層32; 而墊氧化層32表面則形成有厚度約為500埃至2000埃的氮化硅層34，墊氧 化層32與氮化硅層34用以作為硬掩模層30。請(qǐng)參閱圖3。隨后通過光致抗蝕劑(圖未示)的光刻工藝以及蝕刻工藝 來圖案化硬掩模層30，并在硬掩模層30內(nèi)形成至少一開口。而去除光致抗 蝕劑之后，再經(jīng)由該開口向下蝕刻半導(dǎo)體基底10,形成淺溝槽20。待淺溝 槽20形成后，可先進(jìn)行熱氧化工藝，在淺溝槽20的側(cè)壁與底部表面形成熱 氧化襯墊層22。請(qǐng)參閱圖4。接下來，進(jìn)行次常壓化學(xué)氣相沉積(SACVD)工藝，利用臭 氧以及四乙基硅曱烷(TEOS)作為反應(yīng)起始?xì)怏w，在反應(yīng)壓力約為60托(torr) 的次常壓條件下在半導(dǎo)體基底10上沉積厚度均勻的介電層40，如硅氧層。 介電層40用以填滿淺溝槽20，然而如前所述，由于SACVD工藝的薄膜成 長(zhǎng)特性由淺溝槽20的側(cè)壁向中間成長(zhǎng)，因此最終會(huì)在淺溝槽中間形成接縫 (seam) 42,甚至是因薄膜不均勻成長(zhǎng)特性所形成的頂端具有接縫的孔洞 (void)。而接縫42容易遭受到后續(xù)清洗步驟的侵蝕，導(dǎo)致連通溝槽的形成， 以及造成后續(xù)形成的多晶硅線路短路等問題。請(qǐng)參閱圖5。隨后在介電層40表面形成至少一修補(bǔ)層(healing layer) 50， 修補(bǔ)層50可為折射率(refractive index, RI)值大于1.6,或者為硅含量高于30 %的多硅層(Si-rich layer),例如硅甲烷(silane)、三曱基硅曱烷(trimethylsilane)、 四曱基硅曱烷(tetramethylsilane)、 二曱基硅曱烷(dimethylsilane)、 二乙基硅曱 烷(diethylsilane)、四乙基珪曱烷(tetra-ethyl-ortho-silicate， TEOS)、 二氯硅烷 (SiCl2H2)、或四曱基環(huán)四硅氧烷(tetra-methyl cyclo tetra-siloxane， TMCTS)等。 此外，修補(bǔ)層50亦可為通過硅曱烷氣體處理介電層40表面而形成的純硅層 (pure silicon layer)。修補(bǔ)層50的厚度約為0 ~ 100埃，然而其厚度系可根據(jù) 介電層40的厚度、淺溝槽20的高寬比(aspectratio)等來進(jìn)行調(diào)整。舉例來說， 當(dāng)修補(bǔ)層50為多硅層時(shí)，介電層40的厚度為5900埃，而修補(bǔ)層50本身的 厚度則約為100埃。請(qǐng)參閱圖5與圖6。待介電層40表面形成修補(bǔ)層50之后，接下來進(jìn)行 低溫蒸氣退火工藝，在高溫爐管中通入高流量的氫氣及氧氣，在此氫氣/氧氣 的環(huán)境下消除該接縫，甚至是孔洞上方的接縫。其中，氫氣流量可介于5至 20升/分鐘；氧氣流量可介于5至20升/分鐘。此外，本優(yōu)選實(shí)施例中的退 火溫度可介于50(TC至80(TC之間。值得注意的是，由于修補(bǔ)層50為多硅層，其表面含有一些硅原子的懸 垂鍵(dangling bond),故這些懸垂鍵便可提供電子空穴作為復(fù)合中心；而修 補(bǔ)層50在后續(xù)的低溫退火工藝中形成氧化硅，因此可更提高修補(bǔ)層50與介 電層40在低溫蒸氣退火工藝中的接縫修補(bǔ)效率，同時(shí)使得接縫的修補(bǔ)更加 緊密。另外，當(dāng)修補(bǔ)層50為利用硅曱烷氣體處理介電層40表面而形成的純 硅層時(shí)，其表面亦會(huì)產(chǎn)生一些硅原子的懸垂鍵，同理，這些懸垂鍵系可提供 電子空穴作為復(fù)合中心，更提高修補(bǔ)層50與介電層40在低溫蒸氣退火工藝中的接縫修補(bǔ)效率，并使得接縫的修補(bǔ)更加緊密。換句話說，由于修補(bǔ)層50 的存在，本優(yōu)選實(shí)施例中低溫蒸氣退火工藝所需的工藝時(shí)間可大幅縮短至不 超過30分鐘，同時(shí)得到更加的修補(bǔ)效果。另外，根據(jù)本優(yōu)選實(shí)施例，另提供一紫外光處理(UVtreatment),選擇性 地進(jìn)行于該低溫退火工藝之前。此紫外光處理可造成修補(bǔ)層50些微收縮， 同時(shí)將接縫42稍微拉大，使得低溫蒸氣退火工藝中通入的氫氣/氧氣可無阻 地進(jìn)入接縫42中，與修補(bǔ)層50表面完全反應(yīng)并進(jìn)行修補(bǔ)。此外，由于紫外 光所提供的能量更可將硅原子與氧原子間的^:結(jié)打斷，產(chǎn)生更多的懸垂4建。 如上所述，這些懸垂鍵將會(huì)在后續(xù)的低溫蒸氣退火工藝中提供電子空穴作為 復(fù)合中心，因此可更提高修補(bǔ)層50與介電層40在低溫蒸氣退火工藝中的接 縫修補(bǔ)效率。完成低溫蒸氣退火工藝之后，再進(jìn)行高溫退火工藝，在氮?dú)猸h(huán)境或惰性 氣體環(huán)境中利用90(TC至llO(TC間的高溫用以致密化(densification)介電層 40。其中，前述的低溫蒸氣退火工藝與高溫退火工藝可于同一反應(yīng)室(in-situ) 中進(jìn)行，當(dāng)然也可分別在不同反應(yīng)室中進(jìn)行。待該高溫退火工藝完成后，可 進(jìn)行已知平坦化工藝，例如前述的CMP工藝，以完成淺溝隔離的制作。由 于這些工藝為該領(lǐng)域中熟習(xí)該項(xiàng)技藝者或具通常知識(shí)者所熟知，因此在此即 不再加以贅述。請(qǐng)參閱圖7。圖7為本發(fā)明所提供的無縫淺溝隔離的制作方法的流程示 意圖。如圖7所示，本發(fā)明所提供的無縫淺溝隔離制作方法特別用以修補(bǔ) SACVD工藝所產(chǎn)生的淺溝隔離接縫，該方法可歸納如下步驟100:提供半導(dǎo)體基底。步驟102:進(jìn)行蝕刻工藝，在該半導(dǎo)體基底內(nèi)形成至少一淺溝槽。 步驟104:進(jìn)行SACVD工藝，在該半導(dǎo)體基底沉積填滿該淺溝槽的介 電層，且該介電層具有接縫，甚至是頂端具有接縫的孔洞。 步驟106:在該介電層表面形成修補(bǔ)層。 步驟108:進(jìn)行低溫蒸氣退火工藝，用以消除該接縫。 當(dāng)然，步驟106與步驟108可根據(jù)接縫大小以及修復(fù)結(jié)果重復(fù)進(jìn)行，直 到淺溝槽內(nèi)的接縫完全消除。此外，如前所述，在步驟108之后，即低溫蒸 氣退火工藝之后，可進(jìn)行高溫退火工藝，以致密化該介電層。而在高溫退火 工藝后亦可依據(jù)接縫大小以及修復(fù)結(jié)果重復(fù)進(jìn)行于介電層表面形成修補(bǔ)層、進(jìn)行低溫蒸氣退火工藝、與進(jìn)行高溫蒸氣退火工藝等步驟，以確保淺溝槽內(nèi) 的接縫完全消除。綜上所述，本發(fā)明所提供的無縫淺溝隔離的制作方法特別用以修補(bǔ)SACVD工藝所產(chǎn)生的淺溝隔離接縫。其利用^^補(bǔ)層覆蓋半導(dǎo)體基底內(nèi)通過 SACVD工藝形成的介電層，如硅氧層，填滿的淺溝隔離。該介電層由于 SACVD工藝特性而形成有接縫，甚至是頂端具有接縫的孔洞，且該接縫需 通過低溫蒸氣退火工藝修補(bǔ)。而本發(fā)明所提供修補(bǔ)層通過提供懸浮鍵作為復(fù) 合中心，因此更可在提升低溫蒸氣退火工藝的效率的同時(shí)，提升低溫蒸氣退 火修補(bǔ)接縫的修補(bǔ)果效，使得接縫的修補(bǔ)更加緊密。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的等同變 化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種無縫淺溝隔離的制作方法，包含有提供具有至少一淺溝槽的半導(dǎo)體基底，該半導(dǎo)體基底上形成有介電層，該介電層填滿該淺溝槽且具有接縫；在該介電層表面形成至少一修補(bǔ)層；以及進(jìn)行低溫蒸氣退火工藝，用以消除該接縫。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該介電層利用次常壓化學(xué)氣相沉積工 藝形成于該半導(dǎo)體基底上。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中該次常壓化學(xué)氣相沉積工藝使用臭氧 以及四乙基硅曱烷TEOS作為反應(yīng)起始?xì)怏w。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包含紫外光處理，進(jìn)行于該低溫蒸氣退 火工藝之前。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該修補(bǔ)層包含有多硅層。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中該多硅層的折射率值大于1.6。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中該多硅層由至少一種氣體反應(yīng)而成， 該氣體選自下列組:硅甲烷silane 、三曱基硅曱烷trimethylsilane 、四曱基硅曱 烷tetramethylsilane 、 二曱基石圭曱烷dimethylsilane 、 二乙基石圭曱烷diethylsilane 、 四乙基硅曱烷TEOS、 二氯硅烷SiCl2H2、或四曱基環(huán)四硅氧烷TMCTS。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該修補(bǔ)層通過硅曱烷氣體處理而形成 于該介電層表面。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該修補(bǔ)層包含有純硅層。
10. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該修補(bǔ)層具有一厚度，且該厚度的 范圍為0~ 100》矣。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該低溫蒸氣退火工藝進(jìn)行于氫氣/ 氧氣的環(huán)境下。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中該低溫蒸氣退火工藝中所使用的該 氫氣/氧氣，其氫氣流量介于5至20升/分鐘，氧氣流量介于5至20升/分鐘。
13. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中該低溫蒸氣退火工藝的退火溫度介 于500。C至80(TC之間。
14. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包含高溫蒸氣退火工藝，進(jìn)行于該低溫退火工藝之后，用以致密化該介電層。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中該高溫退火工藝進(jìn)行于氮?dú)猸h(huán)境中。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中該高溫退火工藝的退火溫度介于 900。C至IIO(TC之間。
17. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中重復(fù)進(jìn)行于介電層表面形成修補(bǔ)層 和進(jìn)行低溫蒸氣退火工藝的步驟。
18. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中重復(fù)進(jìn)行于介電層表面形成修補(bǔ) 層、進(jìn)行低溫蒸氣退火工藝、與進(jìn)行高溫蒸氣退火工藝的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無縫淺溝隔離的制作方法，首先提供具有至少一淺溝槽的半導(dǎo)體基底，該半導(dǎo)體基底上形成有介電層，該介電層填滿該淺溝槽且具有接縫(seam)。隨后在該介電層表面形成至少一修補(bǔ)層，最后進(jìn)行低溫蒸氣退火工藝，用以消除該接縫。
文檔編號(hào)H01L21/762GK101335228SQ20071010954
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2007年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月25日
發(fā)明者施惠紳 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司