專利名稱：高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種淺溝槽隔離結構的制造方法，特別涉及一種可消除邊角效應的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法。
背景技術：
由于淺溝槽隔離(shallow trench isolation；STI)近乎零(Near-Zero)的橫向侵蝕，對于深亞微米(deep-submicron)與納米級的超大規(guī)模集成電路(VLSI)而言，實為一種理想的隔離方案。然而，當組件的信道長度微縮，淺溝槽隔離的頂部角落形狀對于組件執(zhí)行特性也越來越重要。
現(xiàn)有的淺溝槽隔離結構的形成方法，通常是先在半導體襯底上成長墊氧化層(pad oxide)與氮化硅層(nitride)，然后以光刻程序，依序進行墊氧化層、氮化硅層與溝槽刻蝕，定義有源區(qū)與隔離區(qū)，之后將氧化物充填溝槽內，接著以化學機械研磨(chemical-mechanicalpolishing；CMP)技術研磨平坦化，最后將氧化層、氮化硅層去除，以進行后續(xù)組件的制造。雖然淺溝槽隔離結構能提高組件的積成度，但其工藝亦衍生許多問題須加以解決，譬如，有可能由于局部應力的集中之故，容易過度刻蝕溝槽邊緣的充填氧化物而形成邊角缺陷(divot)，當柵極跨過溝槽邊緣時，如果有源區(qū)的邊角太尖銳，或門極在溝槽邊緣陷在邊角缺陷中，則將因高的電場集中之故，會導致高的關閉電流(Ioff)、電流突增效應(Kink Effect)與逆窄通道效應(reverse narrow width effect)以及減少柵極氧化層的集成度。

發(fā)明內容
鑒于以上的問題，本發(fā)明的主要目的在于，提供一種高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，將高壓區(qū)域的溝槽氧化物選擇性刻蝕到低于有源區(qū)的程度，使得柵極氧化層氧化期間，有源區(qū)的頂部角落可以沒有障礙地往縱向及橫向進行氧化，可避免產(chǎn)生尖銳的邊角以及邊角缺陷，并大體上解決先前技術存在的缺點。
因此，為達上述目的，本發(fā)明所提供的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其步驟是在化學機械研磨步驟之后，先將襯底上低壓區(qū)域以光刻膠覆蓋好，再對于高壓區(qū)域的溝槽氧化物進行選擇性刻蝕，使刻蝕后的溝槽氧化物的表面高度低于襯底有源區(qū)之表面高度，再將氮化硅層與墊氧化層去除，然后，再對溝槽氧化物執(zhí)行離子注入以調整臨界電壓，最后，當柵極氧化層成長于溝槽與襯底上的氧化過程中，襯底有源區(qū)的頂部角落將可往縱向及橫向進行氧化，而具有圓滑的頂部角落。
以下結合附圖及實施例進一步說明本發(fā)明。


圖1A～圖1N分別為本發(fā)明實施例所提供的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法的剖面示意圖；圖2為本發(fā)明實施例以選擇性刻蝕高壓區(qū)域的溝槽氧化物所制造的淺溝槽隔離結構的掃描式電子顯微鏡(SEM)影像；圖3為沒有以選擇性刻蝕高壓區(qū)域的溝槽氧化物所制造的淺溝槽隔離結構的掃描式電子顯微鏡影像；圖4為將低壓區(qū)域的溝槽氧化物也部份移除掉的掃描式電子顯微鏡影像。
標號說明10、20 溝槽11、21、31溝槽氧化物30 墊氧化層40 第一氮化硅層50 襯底60、61 光刻膠70 犧牲氧化層80 第二氮化硅層90、91 柵極氧化層92 半導體層C、D頂部角落E 邊角缺陷具體實施方式
本發(fā)明的淺溝槽隔離結構特別可應用于具有高操作電壓的高壓組件，譬如為18伏特或30伏特的液晶顯示器(LCD)驅動芯片。請依序參照圖1A～圖1G，說明本發(fā)明實施例所提供的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，包含下列步驟
如圖1A所示，先提供一硅半導體襯底50，此襯底50上已經(jīng)利用傳統(tǒng)的薄膜堆棧及化學機械研磨方式制造好初步的淺溝槽隔離結構；也就是在襯底50表面依次成長了墊氧化層30與第一氮化硅層40，再分別在高壓區(qū)域與低壓區(qū)域(圖中右邊為高壓區(qū)域、左邊為低壓區(qū)域)制造溝槽10與20，定義出隔離區(qū)與有源區(qū)，并將溝槽氧化物11、12充填于溝槽10、20內，接著以化學機械研磨將襯底50平坦化，使溝槽氧化物11、12露出墊氧化層30與第一氮化硅層40外。
如圖1B所示，利用光刻膠60覆蓋于低壓區(qū)域。
如圖1C所示，使用稀氫氟酸(DHF)選擇性地刻蝕高壓區(qū)域部份的溝槽氧化物11。根據(jù)高壓區(qū)域的操作電壓，溝槽氧化物11可刻蝕掉300～1000埃()左右。并且，刻蝕后的溝槽氧化物11表面之高度必須低于襯底50有源區(qū)表面的高度。
如圖1D所示，使用熱硫酸(H2SO4)移除低壓區(qū)域上的光刻膠60。
如圖1E所示，使用熱硫酸移除高壓區(qū)域與低壓區(qū)域的第一氮化硅層40，然后，使用稀氫氟酸移除墊氧化層30。然后，形成犧牲氧化層70于溝槽10、20頂部的襯底50上，作為掩膜氧化層(Screen oxide)。再對于高壓區(qū)域的溝槽氧化物11執(zhí)行離子注入及調整臨界電壓Vt(threshold voltage)。
如圖1F所示，利用光光刻及干刻蝕方式，形成第二氮化硅層80于低壓區(qū)域上。此時，只有高壓區(qū)域的溝槽10是開放的，且第二氮化硅層80之厚度大約為100～500埃。
如圖1G所示，使用稀氫氟酸將高壓區(qū)域的犧牲氧化層70去除。
如圖1H所示，利用干式氧化(dry oxidation)方式，成長厚達200～1500埃的柵極氧化層90于高壓區(qū)域上。氧化過程中，由于高壓區(qū)域溝槽氧化物11表面低于襯底50表面，柵極氧化層90的氧化并不會受到橫向的阻擋，而可以同時往有源區(qū)的頂部角落C作縱向及橫向地擴散，可使得高壓區(qū)域的有源區(qū)具有圓滑的頂部角落C。
如圖1I所示，使用熱硫酸將低壓區(qū)域的第二氮化硅層80，并對于低壓區(qū)域的溝槽氧化物21執(zhí)行離子注入以及調整臨界電壓。
如圖1J所示，利用光刻膠61覆蓋于高壓區(qū)域上。
如圖1K所示，使用稀氫氟酸將低壓區(qū)域的犧牲氧化層70移除。
如圖1L所示，使用熱硫酸將高壓區(qū)域的光刻膠61移除。
如圖1M所示，在低壓區(qū)域上成長柵極氧化層91。
如圖1N所示，形成多晶硅的柵極半導體層92于柵極氧化層90、91上，并對于半導體層92進行圖案化。最后，使用傳統(tǒng)方式完成芯片工藝。
請參照圖2，顯示了本實施例以選擇性刻蝕高壓區(qū)域的溝槽氧化物11所制造的淺溝槽隔離結構，可以將高壓區(qū)域的有源區(qū)的頂部角落C圓化，也可以減少多晶硅的柵極半導體層92的邊角缺陷。
另外，請參照圖3，顯示了沒有以選擇性刻蝕高壓區(qū)域的溝槽氧化物11所制造的淺溝槽隔離結構，在柵極氧化層成長期間，其高壓區(qū)域的有源區(qū)的頂部角落D無法被圓化，導致有源區(qū)的頂部角落D非常尖銳，并可以發(fā)現(xiàn)頂部角落D的柵極氧化層的變薄效應，以及也出現(xiàn)了多晶硅的柵極半導體層92的邊角缺陷E。
再者，請參照圖4，則顯示了將低壓區(qū)域之溝槽氧化物31也部份移除掉的示意圖，假如低壓區(qū)域的溝槽氧化物31沒有利用光刻膠覆蓋然后使用稀氫氟酸移除掉，在低壓區(qū)域的柵極氧化層成長之后，溝槽氧化物31會較有源區(qū)域表面低了許多。這是因為低壓區(qū)域的柵極氧化層非常薄，而有源區(qū)也無法被消耗。這種情況將會導致逆窄通道效應而使得低壓組件操作特性不良。
綜上所述，根據(jù)本發(fā)明所提供的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，將有源區(qū)頂部角落作明顯的圓化，并完全地消除了頂部角落的柵極氧化層變薄效應，藉此可有效改善高壓柵極氧化層的操作特性并同時維持低壓的組件操作特性。尤其是，即使經(jīng)歷了多次的稀氫氟酸清洗步驟，在多晶硅柵極半導體層形成之后，也沒有觀察到淺溝槽隔離結構出現(xiàn)邊角缺陷。通過本發(fā)明，800埃的柵極氧化層的崩潰電壓Vbd會從42伏特增加到55伏特，改善了10伏特之多。而且，由于選擇性刻蝕了高壓區(qū)域的溝槽氧化物，低壓區(qū)域之溝槽氧化物的厚度會達到標準并足夠大，所以不會產(chǎn)生逆窄通道效應，對于具有高壓電路的0.13微米及超VLSI芯片來說，這一點可是非常重要的。
以上所述的實施例僅用于說明本發(fā)明的技術思想及特點，其目的在使本領域內的技術人員能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，當不能僅以本實施例來限定本發(fā)明的專利范圍，即凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發(fā)明的專利范圍內。
權利要求
1.一種高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其特征在于包括以下步驟提供一襯底，該襯底表面依次形成有一墊氧化層與一第一氮化硅層，并在該襯底上高壓區(qū)域刻蝕一溝槽，將該溝槽外的襯底定義為一有源區(qū)，且該溝槽內裝填有一溝槽氧化物，并通過化學機械研磨平坦化該襯底，而將該溝槽氧化物露出；選擇性刻蝕部份該溝槽氧化物，使刻蝕后的該溝槽氧化物的表面高度低于該襯底有源區(qū)的表面高度；去除該第一氮化硅層與該墊氧化層；形成一犧牲氧化層于該溝槽頂部的該襯底有源區(qū)上，作為掩膜氧化層，對于該溝槽氧化物執(zhí)行離子注入以調整臨界電壓；去除該犧牲氧化層；及形成一柵極氧化層于該溝槽于該襯底上，氧化過程中，該襯底有源區(qū)的頂部角落可往縱向及橫向進行氧化，而具有圓滑的頂部角落。
2.根據(jù)權利要求1所述的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其特征在于該選擇性刻蝕部份該溝槽氧化物的步驟，是移除掉300～1000埃()的該溝槽氧化物。
3.根據(jù)權利要求1所述的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其特征在于該形成該柵極氧化層的步驟，是利用干式氧化方式，形成200～1500埃的該柵極氧化層。
4.根據(jù)權利要求1所述的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其特征在于該提供該襯底的步驟具體包括，在該襯底上低壓區(qū)域具有另一溝槽，該低壓區(qū)域的溝槽內裝填有一溝槽氧化物，并通過該化學機械研磨，將該溝槽氧化物露出于該墊氧化層與該第一氮化硅層外。
5.根據(jù)權利要求4所述的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其特征在于該選擇性刻蝕部份該高壓區(qū)域的該溝槽氧化物的步驟之前，還包括一利用光刻膠覆蓋于該低壓區(qū)域的該溝槽的步驟。
6.根據(jù)權利要求5所述的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其特征在于該去除該第一氮化硅層與該墊氧化層的步驟之前，還包括一去除該低壓區(qū)域的溝槽上的光刻膠的步驟。
7.根據(jù)權利要求6所述的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其特征在于該去除該高壓區(qū)域的犧牲氧化層之前，還包括一選擇性形成一第二氮化硅層于該低壓區(qū)域的溝槽上的步驟。
8.根據(jù)權利要求7所述的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其特征在于該形成該柵極氧化層的步驟之后，還包括一移除該低壓區(qū)域的溝槽上的該第二氮化硅層的步驟，并對于該低壓區(qū)域的溝槽的溝槽氧化物執(zhí)行離子注入以調整臨界電壓。
9.根據(jù)權利要求8所述的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其特征在于該移除該低壓區(qū)域的溝槽上的該第二氮化硅層的步驟之后，還包括一利用光刻膠覆蓋于該高壓區(qū)域的柵極氧化層的步驟。
10.根據(jù)權利要求9所述的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其特征在于該利用光刻膠覆蓋于該高壓區(qū)域的柵極氧化層的步驟之后，還包括一去除該低壓區(qū)域的犧牲氧化層的步驟。
11.根據(jù)權利要求10所述的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其特征在于該去除該低壓區(qū)域的犧牲氧化層的步驟之后，還包括一去除該高壓區(qū)域的光刻膠的步驟。
12.根據(jù)權利要求11所述的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其特征在于該去除該高壓區(qū)域的光刻膠的步驟之后，還包括一形成該低壓區(qū)域的柵極氧化層的步驟。
13.根據(jù)權利要求12所述的高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其特征在于該形成該低壓區(qū)域的柵極氧化層的步驟之后，還包括一形成一半導體層于該高壓區(qū)域與該低壓區(qū)域的溝槽上的步驟。
全文摘要
一種高壓組件的淺溝槽隔離結構的制造方法，其是在化學機械研磨工藝之后以及移除氮化硅層之前，通過選擇性刻蝕方式，將高壓區(qū)域的溝槽氧化物的高度降低為低于有源區(qū)的高度，因此，當進行高壓區(qū)域的柵極氧化層的氧化時，有源區(qū)的頂部角落的柵極氧化層可以沒有障礙地進行擴散，而具有圓滑的頂部角落，以此達成高壓組件的淺溝槽隔離工藝中邊角圓化及消除邊角凹陷的目的。
文檔編號H01L21/762GK101075574SQ20071004190
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月12日 優(yōu)先權日2007年6月12日
發(fā)明者董業(yè)民, 葉偉強, 李山河, 許允埈, 邵麗, 王俊 申請人:上海宏力半導體制造有限公司