TW200409279A - Method for forming trench isolation - Google Patents

Description

200409279 五、發明說明（1) 發明領域 本發明有關一種半導體元件中溝渠隔離結構之製造方 法，其在進行襯底層氧化之前先在溝渠表面進行非晶形化 處理（pre-amorphization) 〇 發明背景及先前技藝 在半導體元件製程中，尤其疋在0 · 2 5微米以下的電路 製作，淺溝渠隔離（STI)技術已漸將L0C0S技術取代。習用 之ST I的流程如下所述。請參照第1圖之淺溝渠隔離結構剖 面示意。首先，在矽基板1上成長墊氧化層（pad oxide) 2與氮化矽層（n i t r i de ) 3，以微影程序定義隔離結構 後，依序進行墊氧化層、氮化矽層與溝渠蝕刻。之後在溝 渠4的内壁上以熱氧法成長襯氧化層（Uner)5。再以化 學氣相沉積法（CVD )將氧化層6充填溝渠内，接著以化學 機械研磨（CMP )技術去除表面多出之材料，並以氮化石夕 層3作為研磨終止層（p〇iish stop)，留下一平坦的表 面。最後再將氮化矽層3及墊氧化層2去除，以進行後續元 件之製作。而完成淺溝渠隔離結構之製造。 然而，在溝渠的内壁上以熱氧化法形成襯氧化層時所 使用之溫^度極高，所費時間冗長。若使用快速熱製程 (RTP)之氧化反應，雖然在數十秒之時間處理完畢，但 需使用之溫度可高達例如丨丨〇 〇至丨丨5 〇它。因此， 概乳化層之製造方面’對於能降低執瞀 , 之方法仍有需求。 衣不才間 有鑑於此 本發明之方法乃利用在形成襯氧化層之前

五、發明說明（2) 對於姓刻完成之溝渠表面 續之回火及/或氧化步驟 縮短製造時間。 【發明概述】 本發明之目的係提供 離結構之製法，其在形成 渠表面予以非晶形化，以 短製程時間。 本發明之另一目的係 渠隔離結構之製法，其在 的溝渠表面施予四面型氧 化，以降低襯氧化層製造 根據上述之目的，本 之方法’係在基板上形成 溝渠，在所形成的溝渠底 理，對經過非晶形化處理 渠底部與内壁表面上形成 之溝渠中填入絕緣層，而 再者，本發明又提供 係在基板上形成罩幕層， 所形成的溝渠底部與内壁 (quad ion implantation 基板進行熱氧化處理，以 氧化層，及在已形成襯氧 上之晶體進行非晶形化， ’可降低襯氧化層製造之 以利後 L度及 一種在半導體元件製程中 襯氧化層之前，先將蝕刻 降低襯氧化層製造之熱預 提供一種在半導體元件製 开> 成襯氧化層之前，先將 離子佈植而使原表面結晶 之熱預算及縮短製程時間 發明提供一種製造溝渠隔 罩幕層’在罩幕層及基板 部與内壁表面進行非晶形 的基板進行熱氧化處理， 概氧化層，及在已形成襯 形成溝渠隔離結構。 一種製造溝渠隔離結構之 在罩幕層及基板上形成溝 表面進行氧四面型離子佈 )處理，對經過非晶形化虡 於溝渠底部與内壁表面上: 化層之溝渠中填入絕緣層 溝渠隔 好的溝 算及縮 程中溝 I虫刻好 非晶形 離結構 上形成 化處 以於溝 氧化層 方法， 渠，在 植 ^理的 杉成襯 ，而形

200409279 五、發明說明（3) 成溝渠隔離結構。 較佳實施例之詳細說明 以下請參照第2 a至2 d圖說明本發明之形成、、签 — 構之方法。 战溝渠隔離結 首先’请參照第2 a圖’提供一基板1 〇，例士 板’在矽基板10表面上形成一罩幕層，罩幕層較佳 200至3 500埃（angstrom)，其可為單層結構或數層的子又最、 結構。罩幕層較佳是由一層墊氧化層2 〇與一層較^ ® 物層30所組成。其中，形成墊氧化層的方法可為^氢== 或是以習知的常壓（atmospheric )或低壓化學氣相沉積

法（low pressure chemical vapor depositi0n LPCVD )沉積而成。在墊氧化層20之上的氮化物層3〇可利用低壓 化學氣相沉積法，以二氯矽烷（Sicl2H2 )與氨氣（nh 一） 為反應原料沉積而成。接著，在罩幕層表面上形成一3層光 阻層（未示出）。之後，藉由習知微影製程於光阻層中^成 一開口，此開口係用以定義溝渠隔離結構。 接下來，藉由具有開口之光阻層作為蝕刻罩幕，進行 非等向性地蝕刻製程，例如反應離子蝕刻（reactive i⑽ etching，RIE)或高密度電漿（HDp)蝕刻，以將光阻層的 開口圖案轉移至罩幕層中並於其中形成一開口。接下來， 以適當蝕刻溶液或灰化處理來去除光阻層之後，藉由罩幕 層作為#刻罩I，進行非等向性#刻製程，例如反應離子 蝕刻，以將開口下方之基板1〇蝕刻至一預定深度而形成深 度約為3000〜60 0 0 A的溝渠40，如第2a圖所示。 ^1)593-8895twf(nl);91060tw;patricia.ptd 第7頁 200409279 五、發明說明（4) 然後，請參照第2b圖，進行本發明之關 渠，部及内壁之表面進行非晶形化】；關 面曰曰體在熱氧化步驟之前即已非晶形化 、’、吏表 (pre-amorPhization)。可適用本發明之方沬 為例如矽、鍺、石申化鎵、令化 / 土板材質 百 τ化絲—化銦、和硒化鋅等四僧、 π I -V族、ί丨_v丨族等半導體材卟 舉例有離子佈植法、及使用„使=^=化方法可 LJ. 1 . K ^衣®非日日形化。離不故 植法中較佳為四面型離子佈植法（quad ion implantation)。所使用之離子源 惰性氣體（例如氛、氛、氮、及氮）、表m 素（例如矽、鍺）、或其他之基板辛，矢元 概氧化層之製程觀之，以氧分子較iu用=形成 =係：所使用之離子種類或所欲製得 形悲之不同而異。例如使用氧離子 層 圍為約丨謂keV，較佳為約3至8 kev;所^用之 表面係以特定角度傾斜，❿溝渠表面所在之晶 回係=個階段（例如〇、90、18〇、及2?〇度）旋轉，以在曰曰 二四：二：：子之佈植。傾斜角度依溝渠形態而 :佛：ϋ = ’加上四階段之旋轉，能夠使離子輕 士第2h円所^ & :蚀内壁上，使表面結晶形態非晶形化， S3 般之離子佈植’則離子以垂直角 又進入溝渠，並不此有效到達溝渠内壁以及 接角部份，而影響此區域之非晶形化效果。在進；四面型

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離子佈植時，離子會擊中氮化物層3〇的部 層在溝渠隔離結構製程之終了須被去除， 發明方法之結果。 、 “ 份，但因氮化物 所以並不影響本 然 氣體， 明之方 或氧化 之氧化 均勻的 能量植 子，相 氧化層 所以能 為100〜 熱製程 若 4亍非晶 ox i dat (〇3 ) 層襯氧 發明所 快速熱 為 1 120 化層需 後，進行熱氧化處理，通入氧氣（〇2)或其 例如臭氧（〇3 )，以形成襯氧化層5 〇。 ^ 法中，已先進行非晶形化處理，所以進行為回在火1發 處理時’經過非晶形化之溝渠表面較粗# ?驟期間’氧原子可沿著晶粒邊界移動 。 氧化結構，導致較佳的氧化層品質。再者，)7 ^虱之例子下，所產生之較粗糙表面與植入之# 較於未先進行此種非晶形化步驟之習用方法，對= 之形成很有利，可降低製程溫度及縮短製程時、 以較短時間獲得相同所需之襯氧化層厚度（一般曰約 3:Λ左可U 一般製程壓力約1 atm下進行：速 之，皿度可降低為約9〇〇至約1〇〇〇1之範圍。 使用習用製造淺溝渠隔離結構之方法，意即，不進 形化步驟，而是逕藉由氧化法（high 1 on )通入氧氣（〇2 )或其他氧化氣體，例如 ，來氧化溝渠表面之矽層而在溝渠4的表面形成一 其中’形成襯氧化層所需之製程溫度較本 而者為冋。例如，在製程壓力約1 atm左右，進行 製程所需要之溫度約在11〇〇至115〇 t。故 。。及02流量為5 slm之條件下，形成8㈣厚之襯皿-約33秒；但若以本發明實施後，相同條件下只需在

200409279 五、發明說明（6) 980 °C下即可達到相同厚度。 形成襯氧化層5 0後，以化學氣相沉積法（c v D )，例 如-人大氣壓氣相沉積法（SACVD)或高密度電漿化學氣相沉 積法（HDPCVD)，通以四乙基正矽酸鹽（TE〇s) /臭氧或者是

Si 1/〇2以在溝渠40内充分填入氧化物層6〇，形成溝渠隔離 結構’如第2 c圖所示。 接下來，可利用回蝕刻或化學機械研磨法（CMp )將 氮化物層30上方多餘氧化物層6〇去除，並以氮化物層“ 為研磨終止層（polish stop )，留下一平坦的表面。 $ :將罩幕層（氮化物層30與墊氧化層2〇)剝除，以進 續兀件之製^乍，如第2d圖所示。其中，剝除氮化物層3〇的 方法為濕式蝕刻法，例如是以熱磷酸為蝕刻液來浸泡而 其去除；剝除墊氧化層20的方法為濕式蝕刻法，A 以氫氟酸為蝕刻液來浸泡。 八彳7疋 發明功效 本=之溝渠隔離結構之製造方&，在形成 之前，先將蝕刻好的溝準表面+以北曰π儿 ^ &厗h ^ ^ ?非日日形化，彳降低襯氧 利源=縮短製程時間，能使半導體製造薇有 雖本毛明已以較佳實施例揭露如， 限=發明’任何熟習此技藝者，在不脫離； 和乾圍内’當可作更動與潤飾，目此本發 ^ 視後附之申請專利範圍所界定者為準。 、濩祀圍虽

200409279 圖式簡單說明 為使本發明之上述目的、優點和特徵更清楚可見，玆 將根據本發明之較佳實施例以及相關圖式，詳細說明如 下。 第1圖顯示習知之溝渠隔離結構之剖面示意圖。 第2a至2d圖顯示依據本發明之方法製造溝渠隔離結構 之剖面示意圖。 先前技藝圖式符號說明 1〜矽基板； 2〜墊氧化層； 3〜氮化物層； 4〜溝渠； 5〜襯氧化層； 6〜氧化物層。 本發明圖式符號說明 10 - -石夕 基 板 20 - 氧 化 層； 30 - ‘氮 化 物 層； 35 - -離 子 佈 植； 40〜溝 渠 9 50 - -襯 氧 化 層； 60〜氧 化 物 層； 70〜非 晶 形 化區域。

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Claims (1)

1. 200409279 六、申請專利範圍 1 · 一種製造溝渠隔離結構之方法，其步驟包括： 提供一基板； 在該基板上形成一罩幕層； 定義該罩幕層及該基板以形成至少一溝渠； 於該溝渠之底部與内壁表面進行非晶形化處理； 對該基板予以熱氧化處理，以於該溝渠底部與内壁表 面上形成一襯氧化層；及 以一絕緣層填入該溝渠，以形成一溝渠隔離結構。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之製造溝渠隔離結構之 方法，其中該非晶形化處理係離子佈植法、或利用電漿造 成表面的非晶形化。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之製造溝渠隔離結構之 方法’其中該離子佈植法為四面蜇離子佈植法（q u a d i ο η implantation) ° 4·如申請專利範圍第3項所述之製造溝渠隔離結構之 方法’其中該四面型離子佈植法所使用之離子源係擇自 〇2、％、惰性氣體、鍺、及矽所組成之群。 、5 ·如申请專利範圍第4項所述之製造溝渠隔離結構之 方法，其I该四面型離子佈植法所使用之離子源為02。 方、共6 · : Φ : ί Γ乾圍第5項所述之製造溝渠隔離結構之 ^法’其中所使用之氧離子佈植能量在mo kev之範 7 ·如申请專利範圍第1 方法，其中該熱氧化處^伟項田所述之製造溝渠隔離結構之 使用快速熱製程。

   200409279 六、申請專利範圍 8 ·如申請專利範圍第7項所述之製造溝渠隔離結構之 方法，其中該快速熱製程所使用之溫度在9 0 0至1 0 0 0 °C之 間。 9 ·如申請專利範圍第1項所述之製造溝渠隔離結構之 方法，其中該罩幕層包括塾氧化層與氮化物層。 I 0 .如申請專利範圍第1項所述之製造溝渠隔離結構之 方法，其中以高密度電漿化學氣相沉積法或次大氣壓化學 氣相沉積法將該絕緣層填入該溝渠。 II · 一種製造溝渠隔離結構之方法，其步驟包括： 提供一基板； 在該基板上依序形成一墊氧化層及一氮化物層； 定義該氮化物層、該塾氧化層、及該基板以形成至少 一溝渠； 於該溝渠之底部與内壁表面進行氧四面型離子佈植 (quad ion i mpl an tat ion)處理; 對該基板予以熱氧化處理，以於該溝渠底部與内壁表 面上形成一襯氧化層；及 以一絕緣層填入該溝渠，形成一溝渠隔離結構。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項所述之製造溝渠隔離結構 之方法，在形成該溝渠隔離結構之步驟後進一步進行下 步驟： 以化學機械研磨法去除該氮化物層上多餘之該絕緣芦 及該襯氧化層；及 曰 分別以蝕刻法去除該氮化物層及該墊氧化層。

   200409279 六、申請專利範圍 1 3.如申請專利範圍第1 1項所述之製造溝渠隔離結構 之方法，其中所使用之氧離子佈植能量在1至2 0 k e V之範 圍。 1 4.如申請專利範圍第1 1項所述之製造溝渠隔離結構 之方法，其中該熱氧化處理使用快速熱製程。 1 5.如申請專利範圍第1 4項所述之製造溝渠隔離結構 之方法，其中該快速熱製程所使用之溫度在9 0 0至1 0 0 0 °C 之間。 1 6.如申請專利範圍第1 1項所述之製造溝渠隔離結構 之方法，其中以高密度電漿化學氣相沉積法或次大氣壓化 學氣相沉積法將該絕緣層填入該溝渠。

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