TW200421523A - Method of forming a shallow trench isolation structure - Google Patents

Description

200421523

發明所屬之技術領域 本發明係提供 溝邊角之淺溝隔離 —種淺溝隔離方法，尤指一種保護淺 方法。 先前技術 在半導體製程中，為了使晶片上各個電子元件之間 擁有良好的隔離’以避免元件相互干擾而產生短路現 象’一身又皆採用區域氧化法（1 〇 c a 1 i z e d 〇 X i d a t i 〇 η isolation，LOCOS)或是淺溝隔離方法來進行隔離與保 護。由於LOCOS製程中產生的場氧化層（field oxide)所 佔據晶片的面積太大，且生成過程會伴隨鳥嘴（bird，s beak)現象的發生，因此目前線寬在〇· 25// m以下的半導 體製程幾乎都採用淺溝隔離方法。淺溝隔離方法是在晶 片表面的各元件間製作一淺溝並填入絕緣物質以產生電 性隔離的效果。 請參考圖一至圖三，圖一至圖三為習知半導體製程 中的淺溝隔離方法示意圖。如圖一所示，一半導體晶片 10包含有一石夕基底12，一石夕氧層（silicon oxide)l 4設於 石夕基底1 2之上，以及一氮化石夕層（silicon nit ride)l 6沉 積於矽氧層1 4之上。矽氧層1 4以及氮化石夕層1 6是分別用 來做為後續製程的墊氧化層（p a d ο X i d e )以及罩幕

第7頁 200421523 五、發明說明（2) (m a s k )。習知製作淺溝隔離的方法是先利用微影 (photolithography)及蝕刻（etching)等製程，在半導體 晶片1 〇表面上之一預定區域内形成淺溝1 8，並使淺溝1 8 穿過氮化矽層1 6以及矽氧層1 4深入矽基底丨2中至一定深 度。 隨後如圖二所示，由於隔離淺溝18的表面經過蝕刻 之後’巧月b形成部份的晶格缺陷’因此再利用一氧化製 程’於一 8 0 0 °C至1 〇 〇 〇 °C的高溫爐管中，進行一通入純 氧氣的乾式氧化或是通入氧氣以及水蒸氣的濕式氧化， 以於隔離淺溝1 8内之石夕基底1 2表面形成一襯氧化層 (liner oxide layer)22〇 然後如圖三所示，利用化學氣相沉積法（chemical vapor dep〇siti〇n，CVD)在半導體晶片10表面均勻地形 成一層介電層2 0並填滿淺溝1 8，用來作為絕緣物質，使 淺溝18達到隔離電性的效果乂接著再進行一平坦化製 程’利用化學機械研磨（chemical mechanical polishing’簡稱CMp)，去除一部份之介電層2〇。最後利 用習知之化學溶液，例如熱磷酸，完全去除氮化矽層 1 6 ’僅剩下矽氧層1 4以及淺溝1 8内的介電層2 0，完成淺 溝隔離製ί呈。在某些情形下，完成淺溝隔離之半導體晶 片1 0需再進行一次以上的氫氟酸浸泡清洗，以去除矽氧 層14。

200421523 五、發明說明（3) 然而在後續之氫氟酸溶液浸泡清洗製程中，淺溝邊 角區域2 3極容易受到風氟酸的非等向性（a n i s 〇 t r 〇 p i c) 蝕刻，而降低淺溝隔離的電性隔離效果，進而降低產品 功能。因此，如何保護淺溝邊角區域以避免其受到氫氟 酸等清洗溶液的非等向性侵蝕，實為一刻不容緩的重要 課題。 發明内容 因此本發明之主要目的在於提供一種形成淺溝隔離 方法，以解決上述問題。 在本發明的最佳實施例中，一基底上包含有一矽氧 層、一氮化矽層設於該矽氧層之上，以及至少一淺溝設 於該基底表面並穿過該氮化矽層以及該石夕氧層而深入該 基底至一預定深度。本發明製作方法是先於7 〇 〇°c至1200 C之溫度與5至1 00毫托耳（m —torr)之壓力環境下，進 行一歷時約3 0至3 6 0秒之含有氧自由基以及氫氧自由基之 氧化裝程，以氧化該淺溝之一底面與一内壁而於該淺溝 之該底面與該内壁上形成一用作一襯氧化層之氧化物 層’並同時氧化該氮化石夕層表面而於該氮化石夕層表面形 成一氧化矽層。接著進行一高密度電漿化學氣相沈積 (high-density plasma chemical vapor deposition,

200421523 五、發明說明（4) HDPCVD)製程，以沈積一絕緣層覆蓋於該氮化矽層之上， 並且填滿該淺溝。之後進行一化學機械研磨（c h e m i c a 1 mechanical polishing, CMP)製程，研磨該絕緣層直到 暴露出該氮化矽層，使用高溫磷酸製程將該氮化矽層去 除，而使殘留之該氧化層於該淺溝之邊角區域（corner region)形成一邊角保護層（corner pr〇tection layer)0 由於本發明之製作方法可以於淺溝之邊角區域形成 一邊角保護層，因此在後續的氫氟酸溶液浸泡清洗製程 中’可以避免該淺溝邊角區域受到氫氟酸的非等向性蝕 刻，確保淺溝隔離製程的電性不受到負面的影響，相對 延長產品壽命。 實施方式 請參考圖四至圖七，圖四至圖七為本發明形成保護 淺溝邊角之淺溝隔離之方法示意圖。如圖四所示，一半 導體晶片30包含有一基底32，一石夕氧（silicon oxide)層 3 4設於基底3 2之上，以及一氮化石夕層（silicon nitride 3 6沉積於矽氧層3 4之上，以及至少一淺溝3 8設於基底3 2 表面並穿過氮化矽層3 6以及矽氧層3 4而深入基底3 2至一 預定深度，一般為數千埃左右。石夕氧層34以及氮化矽層 3 6是分別用來做為後續製程的墊氧化層以及罩幕。淺溝

第10頁 200421523 五、發明說明（5) ; 3 8側壁與淺溝周圍之基底32表面轉角交接處即為淺溝邊 角區域3 3。

首先如圖五所示，進行一含有氧自由基以及氫氧自 由基之氧化製程，以於氮化矽層3 6表面形成一氧化層 (oxide layer)42，並同時在淺溝38表面形成一厚度係介 於3 0至3 5 0埃（angstrom, A )之襯氧化層44。在本發明· 之較佳實施例中，該含有氧自由基以及氫氧自由基之氧 化製程係為一於一低壓環境下進行之現場自由基形成 (in-situ radical generation technology )¾ ^ 〇 接著 如圖六所示，進行一高密度電漿化學氣相沈積 W (high-density plasma chemical vapor deposition, HDPCVD)製程，以沈積一絕緣層（is〇iati〇n」ayer)4〇, 覆蓋於氮化矽層3 6與氧化層4 2之上，並且填滿淺溝3 8。 最後，如圖七所示，進行一化學機械研磨（chemical mechanical pol i shi ng，CMP)製程，研磨絕緣層4〇以及 乳化層4 2直到暴露出氣化石夕層3 6，並利用熱碟酸進行一 屋钱刻製知以去除氣化带層3 6 ’而使殘留之氧化層4 4於 該淺溝之邊角區域（corner region)形成一邊角保護層 (corner protection layer)46之，以完成本發明、^製作 姗灸

200421523 五、發明說明（6) 3 3形成一邊角保護層4 6，可以在後續的清洗製程中有效 避免淺溝邊角區域33受到氫氟酸或其它蝕刻溶液之非等 向性侵餘。 以上所述僅本發明之較佳實施例，凡依本發明申請 專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明專利之 涵蓋範圍。

第12頁 200421523 圖式簡單說明 圖示之簡單說明 圖一至圖三為習知半導體製程中的淺溝隔離方法示 意圖。 圖四至圖七為本發明形成保護淺溝邊角之淺溝隔離 之方法示意圖。 圖式之符號說明 10 半 導 體 晶 片 12 矽 基 底 14 矽 氧 層 16 氮 化 矽 層 18 淺 溝 20 介 電 層 2 2 襯 氧 化 層 23、33 淺 溝 邊 角區域 30 半 導 體 晶 片 32 基 底 34 矽 氧 層 36 氮 化 矽 層 3 8 淺 溝 40 絕 緣 層 42 氧 化 層 44 襯 氧 化 層 4 6 邊 角 保 護 層

Claims (1)

1. 200421523 六、申請專利範圍 1. 一 種形成淺溝隔離（shal low trench isolation, ST I)的方法，該方法包含有下列步驟·· 提供一基底，其上形成有至少一矽氧層（si 1 icon oxide layer)、一氮化石夕層（silicon nitride 1 ayer)ti 於該矽氧層之上，以及至少一淺溝設於該基底表面並穿 過該氮化矽層以及該>5夕氧層而深入該基底至一預定深 度; 進行一含有氧自由基以及氫氧自由基之氧化製程， 以於該氮化矽層表面及該淺溝渠之側邊形成一氧化層 (oxide layer); 進行一化學氣相沈積（CVD)製程，以沈積一絕緣層 (isolation layer)覆蓋於該氮化矽層之上，並且填滿該 淺溝；以及 進行一化學機械研磨（chemical mechanical pol ishing，CMP)製程，研磨該絕緣層直到暴露出該氮化 矽層，並使用一高溫磷酸製程將該氮化矽層去除，而使 殘留之該氧化層於該淺溝之邊角區域（corner regi〇n)形 成一邊角保護層（corner protection layer); 其中該邊角保護層可避免該淺溝邊角區域受到氫氟 酸的非等向性（an i so t r op i c)钱刻。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該CVD製程係包 含有一高密度電漿化學氣相沈積（high-density piasma chemical vapor deposition’ HDPCVD)製程、一次大氣

   200421523 六、申請專利範圍 壓化學氣相沈積（sub-atmospheric chemical vapor deposition，SACVD)製程或一低壓化學氣相沈積 (low-pressure chemical vapor deposition， LPCVD) 製程。 3· 如申請專利範圍第1項之方法，其中該含有氧自由基 以及氫氧自由基之氧化製程係包含有一現場自由基成長 - (i η - s i t u r a d i c a 1 g e n e r a t i ο η )製程或一導入一反應室 之現場自由基成長（ex - s i t u rad i ca 1 genera t i on )製 程。 a 4 · 如申請專利範圍第3項之方法，其中該含有氧自由基 以及氫氧自由基之氧化製程係於7 0 0°C至1 2 0 0°C之溫度與 5至1 0 0毫托耳（m-torr)之壓力環境下進行，歷時約30 至36 0秒。 5 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該含有氧自由基 以及氫氧自由基之氧化製程同時在該淺溝表面形成一襯 氧化層。 6 ·如申請專利範圍第5項之方法，其中該襯氧化層之厚 · 度係介於30至350埃（angstrom, A ) 丁 7 ·如申請專利範圍第1項之方法另包含有進行至少一次

   第15頁 200421523 六、申請專利範圍 之氫氟酸溶液浸泡清洗製程。 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該氮化砍層係使 用一高溫磷酸製程而去除。 9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中非等向性蝕刻係 由用於各種氧化層之蝕刻液所造成。