專利名稱：蝕刻劑及其在提高蝕刻選擇比上的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明有關一種蝕刻劑及其在提高蝕刻選擇比(Etching Selectivity)上的應用，特別是有關于一種具有含硅(Si)化合物的蝕刻劑及其在提高氮化硅(Si3N4)與氧化硅(SiO2)的蝕刻選擇比上的應用。
(2)背景技術在集成電路中，為了避免晶體管之間的操作互相干擾，因而必須在相鄰的晶體管間加入具有電性隔絕能力的隔離結構，以防止晶體管間發(fā)生閉鎖(Latch Up)或是短路。然而，伴隨半導體元件尺寸的微小化趨勢，致使元件的集成度持續(xù)攀升，于是元件間隔離結構的尺寸也愈顯關鍵。
目前，由于淺溝渠隔離(Shallow Trench Isolation；STI)技術所形成的隔離結構不僅尺寸小、平坦度佳，具有良好的電性隔離效果，更能大幅提高元件密度。因此在現(xiàn)今的集成電路制程中，淺溝渠隔離技術已廣為采用。
請參照圖1至圖4，它們是習知淺溝渠隔離的制程剖面圖。制作元件間的淺溝渠隔離時，首先在半導體的基材100上覆蓋氧化硅層102來作為墊氧化層(PadOxide Layer)，再于氧化硅層102上覆蓋氮化硅層104。其中，氧化硅層102是用以降低存在于氮化硅層104與基材100間的應力，而氮化硅層104則是用以在后續(xù)的制程中作為淺溝渠隔離的化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)的終止層。接著，覆蓋一層光阻層106于氮化硅層104上，并利用微影制程圖案化此光阻層106，而暴露出部分的氮化硅層104。再利用圖案化的光阻層106為蝕刻罩幕，對所暴露出的氮化硅層104及其底下的氧化硅層102與基材100進行蝕刻，藉以去除部分的氮化硅層104、部分的氧化硅層102、以及部分的基材100，而在氮化硅層104、氧化硅層102、以及基材100中形成淺溝渠隔離的開口108，所形成的結構如圖1所示。
開口108形成后，將其余的光阻層106去除而暴露出氮化硅層104。再形成一層氧化硅層110覆蓋在開口108所暴露出的基材100、氧化硅層102、氮化硅層104上，并填滿開口108，而形成如圖2所示的結構。
然后，請參照圖3，利用化學機械研磨的方式，且以氮化硅層104為研磨終點，去除氮化硅層104上的氧化硅層110，而留下位于開口108中的氧化硅層110以形成淺溝渠隔離結構112。研磨步驟完成后，以熱磷酸(Phosphoric Acid；H3PO蝕刻劑及其在提高蝕刻選擇比上的應用)當蝕刻劑去除氮化硅層104，而暴露出氧化硅層102。然而，以熱磷酸蝕刻氮化硅層104的同時，熱磷酸亦會攻擊氧化硅層102，而氧化硅層102的厚度也因而產(chǎn)生改變，導致氧化硅層102的厚度不均。
為了確保后續(xù)的離子植入的可靠度，必須將此厚度不均的氧化硅層102去除，而暴露出基材100。再形成一層氧化硅層114覆蓋在所暴露的基材100上，來作為離子植入步驟的犧牲氧化層。然而，在去除氧化硅層102時，大都是采用氟化氫(HF)來當作蝕刻劑，而氟化氫不僅僅攻擊氧化硅層102，也會攻擊構成淺溝渠隔離結構112的氧化硅材料。因此，在氧化硅層102去除后，氟化氫會損壞淺溝渠隔離結構112，而在淺溝渠隔離結構112上形成凹凸不平的表面，如圖4所示。
鑒于上述習知淺溝渠隔離制程中，受限于蝕刻劑對氮化硅層與氧化硅層間的蝕刻選擇比，致使墊氧化層受損而必須先予以去除，再另外形成厚度較為均勻的犧牲氧化層以利離子植入步驟的進行。這樣，將導致制程更為繁復，加重成本負擔。此外，在去除墊氧化層的同時，蝕刻劑氟化氫亦會傷害到氧化硅組成的淺溝渠隔離結構，嚴重影響制程可靠度與良率。
(3)發(fā)明內容因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種蝕刻劑，其是在磷酸中摻入含硅化合物。通過含硅化合物與水產(chǎn)生水解反應，而有利于磷酸與氮化硅的反應的進行，從二可大幅提升蝕刻劑氮化硅與氧化硅之間的蝕刻選擇比。
本發(fā)明的另一目的是將蝕刻劑應用在提高蝕刻選擇比上，通過摻有含硅化合物與磷酸的蝕刻劑以增加氮化硅與氧化硅間的蝕刻選擇比，因此在去除氮化層的同時，可有效維持墊氧化層的厚度。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明提供了一種蝕刻劑，適用于蝕刻氮化硅，至少包括一磷酸；以及一含硅化合物摻入所述的磷酸中，其中此含硅化合物具有一濃度介于約90ppm至約180ppm之間。此含硅化合物為水溶性硅化合物，例如含鹵素硅化合物或者是含鹵素硅化合物及其衍生物等。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明另外更提供了一種上述的蝕刻劑的應用，其是用以提高氮化硅對氧化硅的蝕刻選擇比，其中利用上述的蝕刻劑來提高蝕刻選擇比的方法至少包括提供一基材，其中此基材上至少包括依序堆疊的一氧化硅層以及一氮化硅層；以及利用上述的蝕刻劑對上述的氮化硅層進行蝕刻，藉以去除上述的氮化硅層，并暴露出氮化硅層底下的氧化硅層，其中此蝕刻劑至少包括一磷酸以及一含硅化合物摻入磷酸中。上述的含硅化合物為可溶性，且此含硅化合物例如為含鹵素硅化合物或含鹵素硅化合物及其衍生物等，較佳的例子為氯化硅或氯化硅及其衍生物。
采用本發(fā)明可在蝕刻氮化層期間使其下方的墊氧化層的厚度可獲得維持，因此墊氧化層可在后續(xù)制程中作為犧牲氧化層用。這樣，不僅可避免在墊氧化層去除時蝕刻劑對淺溝渠隔離結構所造成的傷害，還可省卻額外制作犧牲氧化層所產(chǎn)生的人力與費用。從而可改善制程可靠度與優(yōu)良率，并減少制程成本的支出。
為進一步說明本發(fā)明的目的、結構特點和效果，以下將結合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。
(4)


圖1至圖4是習知淺溝渠隔離的制程剖面圖；以及圖5至圖8是本發(fā)明的一較佳實施例的淺溝渠隔離的制程剖面圖。
(5)具體實施方式
本發(fā)明揭示一種蝕刻劑及其在提高蝕刻選擇比上的應用，此蝕刻劑至少包括磷酸以及含硅化合物。藉由含硅化合物能與水產(chǎn)生水解反應的特性，可使蝕刻劑對氮化硅與氧化硅的蝕刻選擇比獲得有效提升，進而達到維持墊氧化層的厚度的目的。為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述并配合圖5至圖8的圖示。
請參照圖5至圖8，它們是本發(fā)明的一較佳實施例的淺溝渠隔離的制程剖面圖。本發(fā)明的淺溝渠隔離結構的制作，首先是在半導體的基材200上以例如沉積的方式覆蓋氧化硅層202，再以例如沉積的方式形成氮化硅層204覆蓋在氧化硅層202上，其中基材200的材料可例如為硅。上述的氧化硅層202又稱為墊氧化層，可作為氮化硅層204與基材200之間的應力緩沖，而氮化硅層204則可于淺溝渠隔離材料的化學機械研磨步驟中，當作研磨終止層。接著，形成光阻層206覆蓋在氮化硅層204上，并利用例如微影的技術于光阻層206中形成淺溝渠的圖案，而暴露出部分的氮化硅層204。完成光阻層206的圖案化后，藉由例如蝕刻的方式，并以光阻層206為蝕刻罩幕，去除光阻層206所暴露的氮化硅層204及其底下的氧化硅層202與部分的基材200，而在部分的氮化硅層204、部分的氧化硅層202、以及部分的基材200中形成淺溝渠隔離的開口208，如圖5所示。
淺溝渠隔離的開口208形成后，剝除剩余的光阻層206，并暴露出氮化硅層204。此時，以例如高密度等離子體化學氣相沉積(High Density PlasmaChemical Vapor Deposition；HDP CVD)的方式形成氧化硅層210覆蓋在開口208所暴露出的基材200與氧化硅層202、以及氮化硅層204上，并使此氧化硅層210填滿開口208，而形成如圖6所示的結構。
在氧化硅層210填滿開口208后，利用例如化學機械研磨的方式，并以氮化硅層204為研磨終點，去除部分的氧化硅層210，將開口208以外的氧化硅層210移除，而在開口208中形成淺溝渠隔離結構212，所形成的結構如圖7所示。
請參照圖8，淺溝渠隔離結構212形成后，利用蝕刻劑對氮化硅層204進行蝕刻，藉以去除剩余的氮化硅層204，而暴露出氧化硅層202。其中，本發(fā)明的蝕刻劑至少包括磷酸以及含硅化合物，且此含硅化合物屬水溶性。此外，此含硅化合物的濃度較佳是介于約90ppm至約180ppm之間。然而，含硅化合物可依制程需求而改變其添加量，其濃度并不限于以上所述。而上述的含硅化合物可例如為含鹵素硅化合物或含鹵素硅化合物及其衍生物，例如氯化硅或氯化硅及其衍生物等。
由于含硅化合物可與水產(chǎn)生水解反應，因此有利于磷酸與氮化硅反應，可大幅提高蝕刻劑對氮化硅與氧化硅的蝕刻選擇比。在本發(fā)明的一較佳實施例中，磷酸與含硅化合物所構成的蝕刻劑可將氮化硅對氧化硅的蝕刻選擇比從大約30提升至約50，甚至可達60以上。此外，含硅化合物經(jīng)水解反應后，所生成的副產(chǎn)物并不會對晶片產(chǎn)生沖擊。舉例而言，若所選用的含硅化合物為氯化硅，則所生成的副產(chǎn)物為氯化氫，而氯化氫也屬水溶性，并不會對晶片產(chǎn)生不好的影響。
由于本發(fā)明的蝕刻劑對氮化硅與氧化硅具有絕佳的蝕刻選擇比，因此利用此蝕刻劑去除氮化硅層204時，可大幅降低蝕刻劑對氧化硅層202的蝕刻，而使得氧化硅層202的厚度可獲得有效維持。除此的外，亦可同時避免氧化硅材質的淺溝渠隔離結構212遭到蝕刻劑的傷害。
此外，由于氧化硅層202的厚度獲得維持，因此氧化硅層202的厚度均勻度可獲得有效改善。這樣，氧化硅層202可直接當作犧牲氧化層，而不需先將氧化硅層202去除后再另外形成犧牲氧化層。不僅可減輕制程負擔，更可提高制程的可靠度。
本發(fā)明的一優(yōu)點就是因為本發(fā)明的蝕刻劑中摻有水溶性的含硅化合物，因此可達到大幅提高蝕刻劑對氮化硅與氧化硅的蝕刻選擇比的目的。
本發(fā)明的另一優(yōu)點就是因為應用本發(fā)明的蝕刻劑可有效提升氮化硅與氧化硅間的蝕刻選擇比，因此可于氮化硅層去除后，獲得厚度均勻度佳的墊氧化層。
本發(fā)明的又一優(yōu)點就是因為墊氧化層的厚度獲得維持，可不需再另行制作犧牲氧化層，因此可簡化制程步驟，降低制程成本。
本發(fā)明的再一優(yōu)點就是因為不需額外制造犧牲氧化層，因此可提高淺溝渠隔離結構的品質，以提升制程可靠度與優(yōu)良率。
當然，本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種蝕刻劑，適用于蝕刻氮化硅其特征在于，該蝕刻劑至少包括一磷酸；以及一含硅化合物摻入該磷酸中，其中該含硅化合物具有一濃度。
2.如權利要求1所述的蝕刻劑，其特征在于，該含硅化合物是水溶性。
3.如權利要求1所述的蝕刻劑，其特征在于，該含硅化合物至少包括含鹵素硅化合物。
4.如權利要求1所述的蝕刻劑，其特征在于，該含硅化合物至少包括氯化硅。
5.如權利要求1所述的蝕刻劑，其特征在于，該含硅化合物的該濃度介于約90ppm至約180ppm之間。
6.一種提高蝕刻選擇比的方法，其特征在于，至少包括提供一基材，其中，該基材上至少包括依序堆疊的一氧化硅層以及一氮化硅層；以及以一蝕刻劑蝕刻該氮化硅層，藉以去除該氮化硅層，并暴露出該氧化硅層，其中，該蝕刻劑至少包括一磷酸以及一含硅化合物摻入該磷酸中。
7.如權利要求6所述的提高蝕刻選擇比的方法，其特征在于，該含硅化合物是水溶性。
8.如權利要求6所述的提高蝕刻選擇比的方法，其特征在于，該含硅化合物至少包括含鹵素硅化合物。
9.如權利要求6所述的提高蝕刻選擇比的方法，其特征在于，該含硅化合物至少包括氯化硅。
10.如權利要求6所述的提高蝕刻選擇比的方法，其特征在于，該含硅化合物的濃度介于約90ppm至約180ppm之間。
全文摘要
一種蝕刻劑及其在提高蝕刻選擇比(EtchingSelectivity)上的應用，此蝕刻劑至少包括磷酸(Phosphoric Acid；H
文檔編號C23F1/24GK1472361SQ0212784
公開日2004年2月4日 申請日期2002年8月1日 優(yōu)先權日2002年8月1日
發(fā)明者莊平, 李鴻業(yè), 羅冠騰, 莊 平 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司