TW393722B - Integrated circuit devices including shallow trench isolation - Google Patents

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經濟部中央標麥局兵工消贽合作社印製 A7 B7五、發明説明（'）mi 本發明偽有關一種積體電路装詈，特別的是這種装置 於所含淺溝渠内镇充有介電質以便將埋藏積體電路的矽 晶片隔離成分開的部分。 發明背景 有關埋藏於矽晶Η内的積體電路，通常必需將晶片的 活性表面部分分割成互相之間呈電氣隔離的分開部分。 然後電路上像電晶體、電容、電阻、及/或二極體之類 λ 的一個或更多元件是形成於不同的分開部分内，再依預 期的電路設計以該活性表面上的導體使這些元件電氣地 連接在一起。因為在高密度積體電路中必需有效地使用 晶Η上活性表面的而積，故能依儘可能少用這種表面積 的方式使分開部分互相隔離是很重要的。有關這種隔離 方式，近來變得愈益重要的一種技術是所諝淺溝渠隔離 (s τ I) β於這種技術中的隔離是由形成於晶κ之活性表面 上填有介電質的淺溝渠所提供的。通常預期這類溝渠是 深度大於其寬度，而其寬度經常是小於一微米。這種尺 寸的溝渠出現了作完全可靠之填充的困難。填充物是澱 積氣化矽使之覆蓋晶Η上具有溝渠的整個表面，然後再 用化學機械磨光法（c Μ Ρ)使表面平坦化以便將除镇充於溝 渠處之外的氧化矽去除。不過，以通常所預期溝渠的小 尺寸而言是很難於整痼晶Η上使填充物一致地達成預期 的程度。 L------IH-1----f 裝--------^訂 4-----^- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 B7

五、發明説明（mmmjM 經滴部中夾標準局I工消费合作社印$1 驟份及隨靠的該分後選分部得化分會的 ，t 氣内之 步部度會的上應四之子部底散氧部常分常e'i有 Η 小 個商寛度度部分的蓋離小渠擴到些經部通¥1镇晶變 兩表渠寬寬底部分護氣變溝分受這理部 成於漸 由是溝其面渠的部保將漸於部為使處底砂胃 形：逐 是或其痼表溝小邊矽便逐子小因而化渠化 ΐ 内有有 渠邊配 一 其了變上化以η離變會抗氣溝氧pi片驟具 溝上匹進於除漸靠氮擊 ί 氣漸分阻到始入 C 晶步分 寛 之靠能加小排逐之了衝("使逐部其受原填以 於的部 離 Η 約用度上種度積地邊時上的了矽充式後 是活遴 隔晶大利寛本這寛澱直下同壁矽加，填方然 的包下 充於度，之基。，勻在垂靠便側進增外矽的面 導程靠 镇法深二部於充均。子渠以渠散在此化用表 引製其 欲刻其第底由填有間離溝 Η 溝擴存。氣常頂。所一於 ,蝕使。.渠。行具之氧近晶於子 0 高以以蓋渠明此少 地用地壁溝渠進上處以鄰熱且離 更現能覆溝發。至 利利利側得溝於渠三面中加入氧子得出渠矽的本程之 有，有的使深易溝之表 Κ 著深有離變而溝化物，製使 ，先 '垂小加更於分頂晶接更上氣地變的氣化點的渠 明首渠鉛變而故伸四的人。得片為效改餘以氣觀渠溝 發。溝呈漸分落延到 Η 植内散晶因有的剩及有種溝値 本的成上逐部角地處晶地域擴。是抗積。涉镇一之一 依成形質度邊鉛利一於性區分寬只阻體勢會下從矽成 形内實深下尖有之，擇的部更或的有趨這留 化形 ( ‘裝--------τ 訂.I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4現格（210X 297公釐） 經漪部中央標率局員工消费合作社印^ A7 B7五、發明説明（4 ) 側檗：將氣離子植入該溝渠靠下邊部分之側壁中；加熱 該晶片以形成該溝渠之氧植入之靠下邊部分之矽氣化物 ;以及以澱積之的氣化物充憤該溝渠之其餘部分。 本發明將以下文較詳細之説明給合附圖為主而1較佳 於理解。 齓直 第1- 6 _、顯示的是根據本發明形成填充有氧化矽之溝 渠的程序中之矽晶片在不同步驟時的截面圖。 » 應該注意的是這些圖未必是依實際比例繪製的。 較住甯淪說明 本發明傜有關一種半導體裝置的製造。待別是，本發 明傜有關形成一種逢溝渠隔離以分開裝置内的元件。通 常如同目前工業上的一般應用，這些裝置是於隨後會切 成各含一個裝置之痼別晶片的半導體晶圓内或上接受平 行的處理。為了簡化的目的，將依單一晶Η的方式説明 這個製程。 如上所述，此裝置是形成於半導體晶圓之内及/或其 上。例如，此晶圓包括有單晶矽。像絶緣體上的矽（SOI) 或是砷化鎵之類其他型式的半導體基板也是很有用的。 如第1圖所示，一種犧牲氣化物（PAD oxide)薄層11的 形成通常是使之覆蓋於一個包括例如矽的晶Η或基Η 1 3 上的活性（頂）表面1 3 Α之上。這種氣化物基本上是扮演箸 於製程中保護矽表面的角色。然後於PAD氣化層11上形成 一個於製程中扮演箸蝕刻阻斷層的氧化矽（P A D n i t r i d e ) r I -ml i 1^1^1 l^n ml ml —^n 一 mu flu 1^1^1 (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（21 OX 297公釐） 經濟部中央標準局Κ工消费合作社印5Ϊ A7 B7 五、發明説明（4 ) 層1 5。接箸於頂表而上澱積一個其材料是扮演箸氧離子 衝擊的绳衝屑目.终將用來將氣離子選擇性地棺人將要形 成之溝渠内的層膜1 7。多晶矽是特別適用於這個目的的 材料。像非結晶矽或緒之類能防止氣離子穿透之其他型 式的材料也是很有用的。層膜U的有利厚度應該是使之 能於加熱步驟中有效地完全氣化並能於稍後的製程中用 來使植入的氧離子進行退火。 接下來，由第2圖可以看出利用習知的徹影技術可以 例如形成具有阻體的遮罩層19並將之製作成圖案以定義 出一値欲蝕刻的溝渠。然後有利地於將要形成溝渠的區 域内選擇性地蝕刻掉多+晶矽層1 7、氮化矽層、15、以及PAD | 氣化矽層]1而暴露出裸露的矽表面13A。通常，這種蝕刻 步驟可以利用能作異向性蝕刻的反應離子蝕刻（R I E )法而 完成。阻體層].9是在蝕刻步驟之後去除的。 現在參照第3圖，於將要形成溝渠處裸露出晶片表面 i 3 A之後，以習知形式異向性蝕刻基Η 1 3以便於其内形成 其靠上邊部分21Α具有基本上呈鉛垂之側壁的溝渠21。這 痼部分的高度是有利地大約與溝渠的寬度相同，而溝渠 的寬度可能大約是最小特性尺寸的等级，目前這傾等级 大約是0 . 1 7 5撤米。不過，在某些情況下一個更淺的深度 例如溝渠寛度的一半也能適用。任何已知用來蝕刻基本 上具有鉛垂側壁之溝渠的反應離子蝕刻（RI Ε )技術都可以 用於這痼目的。 接下來，蝕刻出溝渠2 1的一個靠下邊逐漸變小部分2 1 Β 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） . . ^ f - ^ ^ I. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 ____^________ 五、發明砵明（r ) 。部分2 1 A和部分2 1 B的聯合寬度是足夠扮演淺溝渠隔離 的角色。通常，部分2 1 B的高度是有利地介於溝渠2 1寬度 的四分之一處到四分之三處之間。任何已知用來蝕刻基 本上具有鉛垂側壁之溝渠的反應離子蝕刻（R I E )技術都可 以用於這個步驟。 經"部中央標车局K工消资合竹社印5;ί (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 接下來，由第4圖可以看出在將用來定義溝渠區域以 供蝕刻的遮罩1 9去除之後，能有利地澱積氮化矽薄層2 5 使之覆蓋於基片13上。良化物為後缠的氧離子植入步驟 扮演箸屏蔽層的角色。能選擇性地對氣化物扮演屏蔽植 入層之角色的其他材料也是很有用的。另外，氣化物和 氮化物層的組合也是很有用的。在氮化矽層就定位之後 ，矽晶Η 13接受氣離子的衝擊以進行植入。因為層膜17 的遮罩效應，基本上氧離子是選擇性地植入溝渠部分21Β 逐漸變小的側壁及底壁内。完成氧離子植入的優黏是說 明於例如 A..Auberton等人發表於 Nuclear Instrument and Methods in Physics Research B96(1995)pp 402-424檫 題為「SIM0X-離子植人的一項新挑戰（SIMOX-a new challenge for i. on implantation)」的論文中，以下在 所有目的下將之列為本發明的參考文獻。例如當使用的 劑量是大約4x〗0i8 0 + /c 111¾ lxlOis oyfcm2之間而具有的 能鼉是大約1 2 0 K e V時可以得到令人滿意的結果。於第4 _中，氣離子穿透而延伸進入溝渠壁的範圍是以虛線27 標示出。氧離子也會植入扮演遮罩角色的多晶矽層1 7内 而這也會轉換成氣化矽。圖中並未標示出如是植入的氧 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 經濟部中央標卑局兵工消费合作社印^· A7 B7五、發明説明（fc ) 離子以保持圃表的簡潔。 在棺入氣離子之後，令基Η 1 3接受加熱。加熱基片所 達的溫度是足以因退火而去除植入所導致的損隳，同時 使榷入的氧離子與矽反應而沿溝渠部分2 1 Β逐漸變小的側 壁及底壁形成氣化矽，並將層膜〗7轉換成氧化矽膜（仍標 示為層膜U ) β 於一値啻施例中，是將基Μ加熱到大約1 1 5 0 - 1 3 0 (TC的 溫度。退火時間是足夠長以確保於植入氣離子位置形成 ：9 預期的氧化矽。通常，退火時間會持續幾値小時。此外 ，當矽和氧離子結合成氧化矽時會發生腫脹的現象。這 種腫脹現象會因填充溝渠21底部的尖銳角落而有圖鈍化 的傾向，且使得更容易於後鑲步驟中澱積氧化矽以填充 到溝渠2 1。另外，當溝渠2 1底部接受植入的矽區域轉化 成氧化物時，氯化物的添加有效地加深了溝渠2 1的隔離 角色。 於第5圖所示，如區域2 8俗由加熱步驟於溝渠2 1底部 所産生的氧化矽層。這同時包含有矽晶片13上已轉化成 氣化物的一部分以及原始溝渠2 1中由腫脹所填充的一部 分。圖中還顯示了澱積於晶片頂表面的介電層3 0。於一 痼實施例中，此介電層包括了氣化矽。首先去除氮化矽 層25之後才澱積這個層膜3 0以允許這値澱積層與層膜28 合併。必要時可將溝渠的底部和側壁氣化。優點是，選 擇這個層糢3 0的厚度使之足以確保其填充溝渠時的澱積 結果而致層膜3 Π能與二氧化矽層區域2 8合併。已知的各 - I - i i I I 1..11 —ii- n^i -- -- --，一SN —Ί·. —j —i - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 393722 &'-把部中次枒卑^6工消价合作"05;; 五、發明説明 ( 7 ) 1 種 形 成 介 電 層 的 技 術 都 可 以 適 用 於 這 個 巨 的 0 例 如 介 I 電 層 的 m 積 技 術 包 含 TEOS (正矽酸乙酯） 或 HD Ρ〇 1 1 接 下 來 > 令 氣 化 矽 層 30接 受 化 學 機 械 磨 光 法 (CMP)的磨 請 1 先 Γ-. 光 使 其 表 面 平 坦 化 成 大 約 是 能 扮 演 蝕 刻 阻 斷 層 的 m 始 PAD 閱 J 背 丨· 氮 化 矽 層 1 5的 位 準 如 第 6 圖 所 示 〇 層 膜 30 中 ^7 保 留 - 部 1¾ 之 Γ 分 3 2以 填 充 溝 渠 2 1 〇 任 何 己 知 的 技 術 都 可 以 用 於 這 値 步 意 1 1 事 1 驟 〇 項 再 1 在 去 除 該 氣 化 矽 層 30之 後 ， 造 -> 成 一 晶 Η 13 9 如 第 6 圖 寫 本 1 所 示 9 其 頂 部 (活化） 表 面 含 有 一 氣 化 矽 充 填 之 溝 渠 3 2 頁 1 I 此 溝 渠 將 晶 片 靠 上 邊 部 分 分 割 成 許 多 呈 電 氣 隔 離 的 區 域 1 j 3 3和 3 4 9 然 後 每 一 個 區 域 都 可 以 用 來 容 3S 期 積 體 電 路 1 中 的 —‘ 痼 或 更 多 個 元 件 〇 如 同 所 預 期 的 9 隨 後 依 習 知 的 I 訂 形 式 將 一 層 或 更 多 層 的 導 電 圖 案 (未標示）覆 蓋 於 晶 Η 13 .1 的 頂 表 面 上 而 令 這 元 件 連 接 在 一 起 0 於 某 情 況 下 9 \ 1 可 以 證 明 最 奸 為 一 些 元 件 透 過 背 後 的 表 面 提 供 到 電 壓 源 1 | 端 子 的 連 接 如 接 地 〇 1 值 得 鑑 賞 的 是 已 說 明 了 依 所 附 實 施 例 而 作 的 各 種 改 變 \ Γ 可 以 在 不 偏 離 本 發 明 所 附 申 請 專 利 範 圍 之 精 神 及 架 構 下 1 I •=f=* 兀 成 〇 持 別 是 ， 所 提 及 的 恃 定 尺 寸 僅 屬 百 前 的 較 佳 條 件 1 ί 而 其 他 尺 寸 也 能 適 用 〇 外 任 何 適 用 的 技 術 都 可 以 用 來 形 成 本 發 明 中 至 少 具 有 値 逐 漸 變 小 靠 下 邊 部 分 的 有 1 I 用 溝 m Ο 同 樣 地 * 相 信 對 用 於 上 述 各 層 之 材 料 的 說 明 是 1 1 很 重 要 的 ， 而 具 有 類 似 性 質 的 才 料 也 能 適 用 於 本 發 明 〇 1 t 此 外 ♦ 於 某 些 情 況 下 可 -9 能 - 最 好 在 加 熱 晶 片 之 前 於 氣 離 子 1 I 1 1 1 本紙張尺度遶川中闽囚家標呤（（’NS ) ΛΊ规格（2丨0X 297公釐） 393722 Λ 7 Β7 五、發明弟明（ί ) -棺入的溝渠内《充以澱稽的氣化矽，以便使棺入的氧 離子與矽晶Η發生反應。在完成製程之後，可能證明這 種方法是能使溝渠靠下邊部分的缺陷最小化的一種較好 方法。 - · —Μ. - I n 一 土衣 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 393722 at B7 五、發明辱明（？） 參考符號說明 11.....P A D氣化物層 1 3.....基片 1 3 A.....活件表而 1 5.....氣化矽層 17.....矽晶片層 19.....阻體（遮罩）層 2 1,32.....溝渠 21 A.....溝渠的靠上邊部份 2 1 R.....溝渠的靠下邊部份 25.....氮化矽層 2 8.....二氣化的層區域 3 0.....介電層 3 3,3 4 .....溝渠的分割區域 --r.ll· I------『--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）

Claims (1)

1. 公告本3骑 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 渠 溝 及 離 以 隔 ； 成 矽 形 化 有 氣 含 成 而 形 置 處 裝 .，子 體 渠；離 導 溝内氣 C 半..成渠入渠 造括形溝植溝 製包内該於該 於驟片入便充 用步基植以填 係些體子片層 程造導離基電 製，半氣熱介 種驟於將加以 一 步 — hu) _1 ΊΊ ----裝---..----Γ 訂-.-----^泉 (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨Ο X 29'/公釐>