專利名稱：一種形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法
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結(jié)構(gòu)的方法，以防止隔離結(jié)構(gòu)的角落因過度蝕刻而形成凹陷。


圖1a到1 e繪示出傳統(tǒng)上制造淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。首先，請參照圖1a，在一硅基底10表面上，依序形成一墊氧化硅層(padoxide)12，及一氮化硅層14。之后，于氮化硅層14上涂覆一光阻層16，并根據(jù)微影程序定義其圖案以露出欲形成溝槽隔離區(qū)的部分。接著，利用此光阻層16當(dāng)作罩幕，依序蝕刻氮化硅層14和墊氧化硅層12以形成一開口18。
接下來，請參照圖1b，在剝除光阻層16后，以氮化硅層14和墊氧化硅層12當(dāng)作罩幕，蝕刻開口18下方的硅基底10而形成一溝槽20，用以定義元件的主動區(qū)(active area)。
接下來，請參照圖1c，施行一熱氧化程序，以在溝槽20的表面生成一薄氧化硅當(dāng)作襯氧化硅層(liner oxide layer)22。然而，因為在氧化生成襯氧化硅層22時，應(yīng)力會集中在溝槽頂部及底部角落20a，20b，所以此處的襯氧化硅層22生成速度較慢，使其在溝槽頂部及底部角落20a，20b的厚度相當(dāng)薄。接著，利用高密度電漿化學(xué)氣相沉積法(highdensity plasma CVD，HDPCVD)，在氮化硅層14上形成一氧化硅層24，并填滿溝槽20。
接下來，請參照圖1d，施行一化學(xué)性機(jī)械研磨(CMP)程序，去除氮化硅層14上多余的氧化硅層24，以形成表面平坦的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)24a。最后，去除氮化硅層14和墊氧化硅層12，便完成淺溝槽隔離制程，得到如圖1e所示的構(gòu)造。
由于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)24a對于氫氟酸(HF)的濕蝕刻率比墊氧化硅層12及襯氧化硅層22快，因此當(dāng)以氫氟酸浸泡(dip)去除墊氧化硅層12時，會侵蝕到淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)24a，而使溝槽頂部角落20a暴露出來，并在溝槽頂部角落20a旁邊造成凹陷26。
此凹陷26會造成電場的集中，導(dǎo)致絕緣性質(zhì)變差，因而造成不正常的元件性質(zhì)，例如使元件的汲極電流(1d)與閘極電壓(Vg)的I-V曲線中產(chǎn)生雙峰(double hump)的頸結(jié)效應(yīng)(kink effect)。另外，溝槽底部角落20b的襯氧化硅層22較薄，容易造成應(yīng)力集中，同樣導(dǎo)致絕緣性質(zhì)變差而產(chǎn)生漏電流。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其形成蝕刻速率低于用以填充溝槽的絕緣層的襯氧化硅層，以防止隔離結(jié)構(gòu)的頂部角落因過度蝕刻而形成凹陷。
本發(fā)明提供一種形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，至少包括下列步驟提供一基底30，其上形成有一罩幕層35；蝕刻該罩幕層35以形成至少一開口38并露出該基底30表面；蝕刻該開口38下方的基底30，以在該基底30中形成一溝槽40；在該罩幕層35上及該溝槽40的表面順應(yīng)性形成一硅層42；氧化該硅層42以在該罩幕層35上及該溝槽40表面形成一襯氧化硅層42a；在該罩幕層35上方形成一絕緣層44并填滿該溝槽40；去除該罩幕層35上方的該絕緣層44及該襯氧化硅層42a；以及去除該罩幕層35。
所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其中該基底30是一硅基底。
所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其中該罩幕層35包含一氮化硅層34。
所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其中使用低壓化學(xué)氣相沉積法及單一反應(yīng)室化學(xué)氣相沉積法的任一種來形成該硅層42。
所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其中該硅層是一復(fù)晶硅層及非晶質(zhì)硅層的任一種。
所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其中該硅層42的厚度在50到300埃的范圍。
所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其中該硅層42的厚度約為150埃。
所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其中藉由高溫爐管氧化法形成該襯氧化硅層。
所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其中形成該襯氧化硅層42a的溫度在800℃-1200℃的范圍。
所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其中該絕緣層44是一高密度電漿氧化層。
因為溝槽頂部角落40a中的襯氧化硅層42a蝕刻速率較溝槽隔離結(jié)構(gòu)44a低，所以不會造成凹陷，可避免已知技術(shù)所述的頸結(jié)效應(yīng)。另外，根據(jù)本發(fā)明的方法可在溝槽底部角落40b形成圓化的襯氧化硅層42a，因此可防止因應(yīng)力集中所造成的漏電流。
符號說明10、30基底 12、32 墊氧化硅層14、34氮化硅層 16、36 光阻層18、38開口 20、40 溝槽20a、40a 溝槽頂部角落 20b、40b溝槽底部角落22、42a 襯氧化硅層 24 氧化硅層24a、44a 淺溝槽隔離結(jié)構(gòu) 26 凹陷35罩幕層 42 硅層44絕緣層首先，請參照圖2a，提供一基底30，例如一硅基底，在基底100表面上形成一罩幕層35，罩幕層35較佳的厚度為200-3500埃，其可為單層結(jié)構(gòu)或數(shù)層的堆疊結(jié)構(gòu)。
如圖中所示，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公知的常壓(atmospheric)或低壓化學(xué)氣相沉積法(low pressurechemical vapor deposition，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(SiCl2H2)與氨氣(NH3)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，根據(jù)公知的微影制程于光阻層36中形成一開口，此開口是用以定義溝槽隔離區(qū)。
接下來，由具有開口的光阻層36作為蝕刻罩幕，進(jìn)行非等向性地蝕刻制程，例如反應(yīng)離子蝕刻(reactivetion etching，RIE)，以將光阻層36的開口圖案轉(zhuǎn)移至罩幕層35中并于其中形成一開口38。
接下來，請參照圖2b，以適當(dāng)蝕刻溶液或灰化處理來去除光阻層36之后，由罩幕層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，以將開口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埃的溝槽40。
接下來，請參照圖2c及圖2d，進(jìn)行本發(fā)明的關(guān)鍵步驟，由公知沉積技術(shù)，例如低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)或單一反應(yīng)式化學(xué)氣相沉積法(single-chamber CVD)于氮化硅層34上及溝槽40的表面順應(yīng)性地沉積一硅層42，例如一復(fù)晶硅層或非晶質(zhì)硅層。在本具體實施方案中，沉積復(fù)晶硅層所需的制程溫度約為580℃-630℃左右，且所需的制程壓力在0.2到0.5Torr的范圍，而較佳的溫度及壓力分別為600℃及0.25Torr。另外，沉積非晶質(zhì)硅層所需的制程溫度約為500℃-550℃左右，且所需的制程壓力在0.25到1Torr的范圍，而較佳的溫度及壓力分別為520℃及1Torr。另外，硅層42的厚度在50到300埃的范圍，而較佳的厚度約為150埃。
接下來，請參照圖2d，由高溫爐管氧化法(high temperatureoxidation)并通入氧氣(O2)或其他氧化氣體，例如臭氧(O3)，來氧化硅層42而在氮化硅層34上及溝槽40的表面形成一層襯氧化硅層42a。其特征在于，形成襯氧化硅層42a所需的制程溫度約為800℃-1200℃左右而較佳的溫度為1050℃，且所需的制程壓力約為1atm左右。另外，所生成的襯氧化硅層42a的厚度約為100-300埃左右。
接著，于罩幕層35上方形成一層絕緣層44，并填入溝槽40中。前述的絕緣層44的材質(zhì)可為未摻雜的氧化硅。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(HDPoxide)。在本實施例中，所使用的絕緣層44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44致密化。
在本實施例中，由于使用高溫爐管氧化法所形成的襯氧化硅層42a的蝕刻速率較絕緣層44(高密度電漿氧化硅)的蝕刻速率低，因此在后續(xù)去除罩幕層35，及其它濕式處理程序65，可以避免襯氧化硅層42a被過蝕刻而于溝槽頂部角落40a產(chǎn)生深度較深的凹陷。
另外，溝槽底部角落40b的襯氧化硅層42a并非直接藉由氧化硅基底30所形成，而是藉由氧化硅層42所形成。因此，可在溝槽底部角落40b形成圓化的襯氧化硅層42a。接下來，請參照圖2e，可利用回蝕刻或化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)將罩幕層35上方多余的絕緣層44及襯氧化硅層42a去除，以形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)44a。
最后，請參照圖2f，將罩幕層35剝除。其特征在于，剝除氮化硅層34的方法為濕式蝕刻法，例如是以熱磷酸為蝕刻液來浸泡而將其去除；剝除墊氧化硅層32的方法為濕式蝕刻法，其例如是以氫氟酸為蝕刻液來浸泡。
在剝除墊氧化硅層32的同時，部分的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)44a亦會被部分剝除。然而，如先前所述，因為溝槽頂部角落40a中的襯氧化硅層42a蝕刻速率較溝槽隔離結(jié)構(gòu)44a低，所以不會造成凹陷，可避免已知技術(shù)所述的頸結(jié)效應(yīng)。另外，根據(jù)本發(fā)明的方法可在溝槽底部角落40b形成圓化的襯氧化硅層42a，因此可防止因應(yīng)力集中所造成的漏電流。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人，在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于至少包括下列步驟提供一基底，其上形成有一罩幕層；蝕刻該罩幕層以形成至少一開口并露出該基底表面；蝕刻該開口下方的基底，以在該基底中形成一溝槽；在該罩幕層上及該溝槽的表面順應(yīng)性形成一硅層；氧化該硅層以在該罩幕層上及該溝槽表面形成一襯氧化硅層；在該罩幕層上方形成一絕緣層并填滿該溝槽；去除該罩幕層上方的該絕緣層及該襯氧化硅層；以及去除該罩幕層。
2.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該基底是一硅基底。
3.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該罩幕層包含一氮化硅層。
4.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于藉由低壓化學(xué)氣相沉積法及單一反應(yīng)室化學(xué)氣相沉積法的任一種以形成該硅層。
5.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該硅層是一復(fù)晶硅層及非晶質(zhì)硅層的任一種。
6.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該硅層的厚度在50到300埃的范圍。
7.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該硅層的厚度約為150埃。
8.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于藉由高溫爐管氧化法形成該襯氧化硅層。
9.如權(quán)利要求8所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于形成該襯氧化硅層的溫度在800℃-1200℃的范圍。
10.如權(quán)利要求1所述的形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于該絕緣層是一高密度電漿氧化層。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法。首先，提供一具有至少一溝槽的基底。接著，藉由低壓化學(xué)氣相沉積法或單一反應(yīng)室化學(xué)氣相沉積法在溝槽的表面順應(yīng)性形成一復(fù)晶硅層或非晶質(zhì)硅層。然后，利用高溫爐管氧化法將復(fù)晶硅層或非晶質(zhì)硅層氧化而在溝槽表面形成一襯氧化硅層。最后，在溝槽內(nèi)填入絕緣層。
文檔編號H01L21/76GK1479362SQ0214225
公開日2004年3月3日 申請日期2002年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月28日
發(fā)明者林平偉, 郭國權(quán), 曾彥昌 申請人:矽統(tǒng)科技股份有限公司