TW200301933A - Double pullback method of filing an isolation trench - Google Patents

Description

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五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本案係關於在製造半導體梦w、A i 收衣置過程斤 【先前技術】 τ技回墊氮化粉層。 在現有製造半導體裝置的程序中， 的角圓滑，係藉由一墊氮化粉芦建到單一溝渠隔離（STI) 氮化粉層拉回的總數係角保4曰兩回而後係一層氧化層。墊 的拉回，與氧化層的優化而要大拉回）與角形狀（較小 丨間的交拖 m 角保護與角形狀之方法。 、。因此需要可大幅優化 【發明内容】 本發明係一種填充一隔離溝竿 之一矽氮化粉層，該方法包^ i 凌，其係經由一係基材上 之第一拉回，以暴露該溝遠離該溝渠而進行該氮化粉層 預期的所提供於該溝渠之二^ f渠角，因而優化角圓滑如所 而進行該矽氮化粉層之第化物溝渠襯墊，遠離該溝渠 量的下層，因而以一後於二回’以暴露相鄰該溝渠角之足 夠厚度之保護性填充，以搪t，有效保護該溝渠角，提供足 之該基材。 、違溝渠且覆蓋相鄰於該溝渠角 本案之另一目的係該 化粉層至該基材，在 該石夕氮化粉層被回蝕 中未被大幅蝕刻。 =層包含一矽氧化 6亥第一拉回過程中 ’以及該矽氧化物 物層’其結合該矽氮 該矽氧化物層係沿著 層在該第二拉回過程 本案之另一目的，該裳 y 本案之另-目的，該第：ί回:系：氫氟酸濕式蝕刻。 本案之另—目的，兮笛=拉回係一磷酸濕式蝕刻。 Μ弟二拉回係遠離該溝渠而角回蝕該氮化

第5頁 200301933 五、發明說明（2) 粉層約1 0 0埃。 該保護性填充係一高密度漿石夕氧化物填 該保護性填充係一TE0S填充。 該溝渠襯墊係由該溝渠壁之熱氧化而提 本案之另一目的 充。 本案之另一目的 本案之另一目的 供。 本案之另 目的’该熱氧化之執行藉由優化角圓滑之方式。 本，明所揭露之填充一隔離溝渠之方法，其係經由矽氮化粉 與氧，物層向下蝕刻至一矽基材，該氧化物層結合該氮化粉 層至^基材’其係包含遠離該溝渠而進行該氮化粉與氧化物 層之第拉回’以暴露該溝渠之溝渠角，因而優化角圓滑如 所預期的，藉由該溝渠壁之熱氧化所提供於該溝渠之一矽氧 化物溝渠襯墊，遠離該溝渠而進行該矽氮化粉層而非該矽氧 化物層之第二拉回，以暴露相鄰該溝渠角之足量的下層矽氧 化物層’因而以一後續的保護性填充有效保護該溝渠角，提 供足夠厚度之保護性填充，以填充該溝渠且覆蓋相鄰於該溝 渠角之該基材’該保護性填充之材質係選自於高密度漿石夕氧 化物或TOES，將該保護性填充向下平坦化至該矽氮化粉層之 位準，以及移除不被該保護性填充覆蓋之該矽氮化粉與矽氧 化物層。 本發明之詳細說明 睛爹閱第二圖a至第一圖d，參考該半導體技藝中^一種典型製 備隔離溝渠的方法，是具有啟發性的。 請參閱第二圖a ’ 一半導體晶圓1包含一矽基材2於其上，其 麵

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係沉積一墊矽氧化物層3與一墊矽氮化粉層4。一溝渠5之餘 刻係經過該氧化層3與該氮化粉層4向下至該基材2。該氧化 層3係用以校正該矽氮化粉層4與該基材2間熱膨脹之係數中 大的差異。該墊氮化粉層4係作為該矽溝渠蝕刻之硬光罩， 以及作為下述後續CMP過程之停止層。 請參閱第二圖b，該墊氧化層2與墊氮化粉層4係藉由依石夕所 選擇的氧化物與氮化粉之一RIE蝕刻，遠離該溝渠而5被拉 回。此過程之完成係藉由選擇性的矽之濕式蝕刻過程，例如 一氫氟酸/乙烯甘油濕式蝕刻。 該目的係自該角距離D拉回該氮化粉層，其距離夠遠以暴露 該隔離溝渠角5’於後續的氧化，但目前係為了造成過度拉 回。過度拉回意味著該角太尖，因而增加縮短該裝置閘至該 基材2之危險。最佳的拉回量可使得最佳之角圓滑。此最佳' 量取決於下列之襯墊氧化過程。 请參閱第二圖c，該溝渠5之供應係連同一氧化物襯塾6，其 形成係藉由該溝渠壁之熱氧化。該襯墊6越厚，該角5，可越 圓滑，但是該製造過程需花費更多時間且需要更多能量。 請參閱第二圖d，一 HDP氧化物填充7係被沉積於該溝渠内該 塾氮化粉層4之上’而後進行一CMP過程，其將該HDP氧化物7 破壞回至該墊氮化粉層4之位準’其係使用該氮化粉層作為 CMP停止。而後，該氮化粉層與氧化物層被剝去。可以見 到’該角5’可藉由該HDP氧化物填充而保護，係自第二圖b中 拉回步驟僅為距離D。 如上所述’習知技藝之方法需要在保護該溝渠角5，以及保留

第7頁 200301933 五、發明說明（4) 該溝渠角5’之間交換。此時，在此過程中，該角係被保護， 但更進一步處理該裝置，當進行另一氧化物蝕刻步驟時，覆 蓋HDP氧化物7被持續移除。當閘氧化物生成於尖角時，該尖 角之電場係高於圓滑角。較高的電場將常導致裝置表現的退 化本^月之方法’如第_g|a至第一圖㊀中所示，係提供一 ? f拉回方法’其藉由形成角保護與角圓滑而排除此交換。 【實施方式】 请f閱第-圖a ’隔離溝渠之蝕刻係如習知技藝所述。 請參閱第一圖b，進行一楚 . …〆 丁 弟一拉回，但是此處自溝渠5之拉回 距離d係小於習知技藝中之距離。最優之拉回量，係取決於 =襯作用之厚度。所使用之化學於習知技藝中所需相 同。同樣地’所需使用的時間並無固定，因為其係高度取決 =所使用之襯墊氧化（特別係端視於該襯墊氧化物之厚度）。 最佳角圓滑之拉回量，幾乎係總大幅小於習知技藝中相等 襯墊厚度之拉回。因此： "" '

d<D，或甚至d<<D 請參閱第一圖c，一襯墊氧化物6之提供係藉由該暴露的 熱氧化。 請參閱第一圖d，完成一第二拉回，遠離該溝渠而蝕刻★亥& 化物與氮化粉層至一含量，足以大幅暴露相鄰於該溝渠 之基材2之一區域2，。此第二拉回使用一不同的化學物不同

200301933 五、發明說明（5) 於該第一拉回，因為此第二拉回將蝕刻該墊氮化粉4選擇至 該墊氧化物3。 石夕氮化粉之較佳蝕刻包含磷酸（H3p〇4)與氫氧化鈉（Na〇H)等 向濕式姓刻’其選擇性係關於矽氧化物，有機聚合物，聚 矽，矽與金屬。這些蝕刻是受到將該晶圓浸入一Na〇H或 H3P04水溶液中之影響，其溫度係於8〇或更高，對於氫氧 化納餘刻較佳為1 〇 〇 C或更高，對於鱗酸餘刻一般係為1 5 〇 或更高’較佳為180 °C或更高。 當進行一磷酸蝕刻時，希望保持回流中蝕刻液的濃度。已知 ，流的沸騰的1 80 °C磷酸可提供之蝕刻速度係於矽氮化粉膜 每#分鐘1 00埃。沉積的矽氧化物之蝕刻速度約為每分鐘丨〇埃 (範圍係每分鐘0-25埃，取決於溫度與製備過程）。元素矽具 有之蝕刻速度係約為每分鐘3埃。自14〇 —2〇〇艺，時刻速产 溫度而增加。磷酸的水含量在矽氮化粉與矽氧化物的蝕$返 中，扮演重要的角色。在-恆定溫度下，添加水可增加石夕氮 化粉的蝕刻速度，且減低矽過氧化物的蝕刻速度。許多 ，質浴回流系統係可購買的，其係被特地設計用於填酸回子 k，例如俄亥俄州streetsboro的Lufran公 為NITRAN。 叮貝的商&名 -典型的第二拉回了約為100埃。因為該拉回自所有方向移 除虱化粉，所以該虱化粉層4係因該拉回而變薄。 氮化粉層4之薄度係有所極限。兮朽、 晋 忒極限取決於該CMP過程，j： 使用該墊氮化粉作為停止層。另一搞pp技卡& ^ 具 可藉由該HDP氧化物7覆蓋更多爷松fm 尺^ J祖口 又夕活性區域，其因而失去該襞

$ 9頁 200301933 五、發明說明（6) 置 睛參閱弟一圖e ’該溝渠而德以一彳里啥 俊以保護性填充而填滿，其稱 為一HDP氧化物7或TE0S填充。回搂α η # 丹兄。同樣地，如習知技藝中所述， 此保護性填充可用CM0製程被向下破壞至該氣化粉層4之位準 及該氮化粉層4 ’而後被剝除。值得注意的是本發明並不侷 限於腑氧化物填/，而可以使用任何填充物質，例如 TE0S。注意该墊氧化物層3可增加該角5，之保護。 HDP-CVD石夕氧化物膜通常可於電磁輕射與純氣如氣（Ar)或氣 (He)存在下，藉由矽烷氣體（SiH4)與氧氣（〇2)反應所生成。 可知本發明之方法可於半導體裝置製造中，形成所欲之理想 角圓π 1十亦可使得使用者形成較好的氧化物保護於該角 上其係藉由提供一較大的開口以填充〇ρ氧化物，因而形 成較佳之填充而少有可能生成之内部空洞。因此，習知技藝 中在理想角圓滑與角保護間之交換可被消除。 通常，該反應壓力係相當低，一般低於i 〇毫拢，且一般於一 磁f管濺鍍環境中進行。在此條件下，被沉積之膜開始覆蓋 該晶3上的所有表面，包含接觸孔洞與溝渠之側壁與底部。 在正常的CVD過程下，此可造成該溝渠與孔洞的邊緣突出， 其最終結束於頂部，因而於其中留下空洞。然而，在HDp沉 積^鈍氣的激化及反應為高能電漿，即使當其正被沉積仍造 成該沉積物質被連續濺鍍。結果該沉積物質作用似一流體， 且被置於該溝渠與孔洞中，其係以一平坦化形式而非正形， 因而可避免形成任何孔洞。 HDP-CVD反應器通常將使用一成長放電，以產生足夠能量的

第10頁 200301933 五、發明說明（7) ::亩：於該被沉積時形成滅鍍。成長放電係由-個或 ΓΛ (dC_dl〇de)形式或交流-二極體(rHiode) = 支撐電襞。一種鈍氣，例如氬，係以-夠 電極之間，以將反應物離子化且將鈍氣作 _ ^氏Γ ί r/ 用2流'二極體系 '统，因Α其可操作於 匕且較直流-二極體系統進行更高之沉積速度。 助「二極體系統可與磁控管來源-同裝備，以輔 α1: Λ 該晶圓表面。商業上較受歡迎的系統，包含 PPlied Materails 所售之商標名 rCentura = ϊ露之：有物理量，除非係特別指出，否則不-2要4同所揭露之直，但可約略等於所揭露之 僅缺乏限定者，例如「約」或复 再者 定義’其所揭露之物理用量係實際=旦不：限f為清楚的 物理用量無關。 ’、用里，與此處任何其他 雖然較佳之實施例已如上所述，但0彳 取代，而不背離本發明之範圍。因："肖不同的修飾與 :述，但是本發明之實施例並太：知本發明如實施例 圍。 限制本發明之申請專利範

$ 11頁 200301933 圖式簡單說明 第一圖a至第一圖e係說明本發明之實施步驟。 第二圖a至第二圖d係說明習知技藝之實施步驟。 元件符號說明 1半導體晶圓 3氧化物層 5’角 2 基材 4氮化粉層 6襯墊 2’ 區域 5溝渠 7氧化物 __圈

Claims (1)

1. 200301933 六、申請專利範圍 UI ϊΐ ί 一石夕氮化粉層#刻而向下填充一隔離溝渠至一 石夕基材之方法，該方法包含之步驟為： 進行該氮化粉層之第—拉回，以暴露該溝渠 之肩：杀角，因而優化角圓滑如所預期者； 提供一石夕氧化物溝渠襯墊於該溝渠； 而：行該石夕氮化粉層之第二拉 護該溝渠角； 1欠只旳保濩性填充有效保 提供足夠厚度之保護性填奋， 該溝渠角之該基材。填充該溝渠且覆蓋相鄰於 2.m利範圍第1項之方法，其中： 在該；結ί該石夕氮化粉！至該基材； 層被回蝕；以及 μ矽氧化物層係沿著該矽氮化粉 該石夕氧化物層在該第—仏 弟一拉回過程中未被大幅蝕刻。 3 ·如申請專利範圍第2項 ^ . 氟酸濕式蝕刻。 、方法，八中忒第一拉回係一氫 其中該第二拉回係一填 4 敗；：：：利範圍第2項之方法 •如申凊專利範圍第!項之方法其中該第二拉回遠離該 200301933

   溝渠而角回蝕該氮化物層約1 〇 〇埃 其中該保護性填充係一 其中該保護性填充係一 6·如申請專利範圍第1項之方法， 高密度電漿矽氧化物填充。 7·如申請專利範圍第1項之方法， T E 0 S填充。 8 ·如申請專利範圍第1音 _弟員方法，其中該溝渠襯墊係藉由 该溝木壁之熱氧化而提供。 9角：ΠΠί:第8項之方法，其中該熱氧化係以優化 :離氮材化與氧^物層㈣而向下填充一 至，基材，該方：包含驟：乳化物層結合該氮化粉層 遂離該溝渠而進行該氮化粉層與氧化物層之第一拉回， 露該溝渠之溝渠角，因而優化角圓滑如所預期者； ^供一發氧化物溝渠襯墊於該溝渠； 遠離該溝渠而進行該矽氮化粉層而非該氧化物層之第二拉 =1因而暴露相鄰該溝渠角之足量矽氧化物底層，: 後續的保護性填充有效 I以 200301933

   該溝渠角之該基材。 11 ·如申請專利範圍第丨0項之方法，其 氫氟酸濕式蝕刻。 /、 〜弟一拉回係一 1 2.如申請專利範圍第丨〇項之方法，复 磷酸濕式蝕刻。 ，、τ邊弟二拉回係一 拉回遠離 1 3.如申請專利範圍第1 〇項之方法，其中节第 該溝渠而角回蝕該氮化物層約1 0 〇埃。μ 1 4 ·如申請專利範圍第1 〇項之方法，复 一高密度電漿矽氧化物填充。 ，、甲该保護性填充係 其中該保護性填充係 1 5 ·如申請專利範圍第丨〇項之方法 一 T E 0 S填充。 1 6.如申請專利範圍第1 〇頊$古、土 # i 月寸〜礼固币i u項之方法，其中該溝渠襯墊係藉 由該溝渠壁之熱氧化而提供。 1 7·如申請專利範圍第丨6項之方法，其中該熱氧化係以優 化角圓滑之方式執行。 1 8 · —種經由一矽氮化粉層與氧化物層蝕刻而向下填充一

   200301933 六、申請專利範圍 隔離溝渠至〆石夕基材之方法，該氧化物層結 至該基材，該方法包含之步驟為： 見化叔層 遠離該溝渠而進行該氮化粉層與氧化物層之第一拉回， =暴露該溝渠之溝渠角，因而優化角圓滑如所預期者'， ，由該溝渠壁之熱氧化，提供一矽氧化物溝渠襯墊於該溝 渠， 遠離該溝渠而進行該矽氮化粉層而非氧化物層之第二拉 回，因而暴露相鄰該溝渠角之足量矽氧化物底層，以一後 續的保護性填充有效保護該溝渠角；

   提供足夠厚度之該保護性填充，以填充該溝渠且覆蓋相鄰 於該溝渠角之該基材，該保護性填充之物質係選自於高密 度電漿矽氧化物或TE0S ; 將該保護性填充向下平坦化至該矽氮化粉層之位準；以及 移除未被該保護性填充覆蓋之該♦氮化粉與矽氧化物層。

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