專利名稱：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，更是近來頗受重視的半導(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對基底10進行蝕刻而形成。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，再以化學機械研磨法(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，當利用蝕刻溶液在去除墊氧化硅層時，由氧化硅所構(gòu)成的元件隔離結(jié)構(gòu)16難免會同時被蝕刻，使得溝槽頂部角落20的襯氧化硅層14尖化，引起電場集中，而造成溝槽頂部角落20的絕緣效果變差，進而出現(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，都會在基底10中產(chǎn)生應(yīng)力，舉例而言，應(yīng)力會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，以熱氧化法來形成襯氧化硅層需要較多的制程時間，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)來進行上述熱氧化制程，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，實施一臨場回火處理，達到釋放應(yīng)力及防止摻雜物從元件區(qū)擴散至淺溝槽隔離結(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，對基底及襯氧化硅層實施一臨場回火處理；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。臨場回火處理的溫度在1100-1200℃的范圍，進行時間在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)合較佳實施例和附圖詳細說明。


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，通過傳統(tǒng)微影制程，于光阻層36中形成一開口37，此開口37是用以定義淺溝槽隔離區(qū)。
接下來，參閱圖3所示，通過具有開037的光阻層36作為蝕刻罩幕，進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的開口37圖案轉(zhuǎn)移至罩幕層35中。接著，以適當蝕刻溶液或灰化處理，來去除光阻層36之后，通過罩幕層35作為蝕刻罩幕，進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，參閱圖4-圖5所示，進行本發(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)上利用批式爐管進行熱氧化的方式，而是通過單一晶圓制程(single wafer process)的濕氧化法來形成。舉例而言，可通過應(yīng)材公司所提供的沉積設(shè)備(Thermal Process CommonCentura，TPCC)來進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的成長時間約在60-70秒之間。另外，TPCC所使用的成長溫度(1000-1200℃)高于傳統(tǒng)高溫爐管的成長溫度(800-900℃)。例如，本實施例中，較佳的成長溫度為1150℃。同時，TPCC具有較高的升溫速率及成長速率，因此可有效地縮短制程時間。
接下來，參閱圖5所示，在氮氣(N2)或一氧化二氮(N2O)的氛圍中，對基底30及氧化硅層40實施一臨場(in-situ)回火處理41。進行的時間約在20-60秒的范圍。此處，臨場所指的是基底30從形成氧化硅層40到進行回火處理均在同一反應(yīng)室，且沒有破真空。在本實施例中，臨場回火處理41的溫度是與上述成長溫度相同。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之后進行臨場回火處理41的目的有三第一，經(jīng)由來自基底30的硅原子與來自氧化硅層40的氧原子完全鍵結(jié)，來修補溝槽38表面與氧化硅層40之間的粗糙界面，以加強襯氧化硅層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，在這些地方產(chǎn)生電場集中；第三，將氮原子擴散至氧化硅層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)擴散進入淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，而增加元件的可靠度。
另外，實施回火處理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，以加強擴散阻障效果。
接下來，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氣相沉積法(HDPCVD)法。之后，再進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，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機械研磨法(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)為蝕刻液來浸泡。
另外，當去除墊氧化硅層32時，部分的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)42a同時會被蝕刻，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，因可縮短制程時間，而提高產(chǎn)能。另外，在本發(fā)明的方法中，施以一臨場回火處理的步驟，可提高襯氧化硅層的品質(zhì)，進而加強淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的絕緣特性。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所作更動與潤飾，都屬于本發(fā)明的保護范圍之內(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，以形成至少一開口，而露出該基底；(3)蝕刻該開口下方的基底，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，對該基底及該氧化硅層實施一臨場回火處理；(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，其特征是該臨場回火處理是在氮氣或一氧化二氮的任一種氛圍中實施。
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，其特征是該臨場回火處理的時間在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化學機械研磨來實現(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；對基底及襯氧化硅層實施一臨場回火處理；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)擴散至淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的功效。
文檔編號H01L21/70GK1494125SQ02146139
公開日2004年5月5日 申請日期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 申請人:矽統(tǒng)科技股份有限公司