TW413883B - Method for using nitride hard mask for local reversed back-etching and CMP to solve the dishing effect encountered during CMP plantarization process - Google Patents

Description

修正 號881〇a^j_红年g月托日 ^ -·* ··ίτ *·ν-* 、發明 修正鱼 化層24於基底表面’並且該些溝渠填滿。此氧化 為4000〜8000埃。 没 為了想平坦化此氧化層而又不會在寬溝渠區域形成碟 狀結構，故本發明乃藉由增加製程窗口來降低碟狀效應的 發生。 如第4圖所示’沉積一氮化矽層26於氧化層24上，1 厚度為500〜3000埃。 〃 然後，如第5圖所示，以氧化層24為研磨終點，利用 化學機械研磨法來研磨氮化矽層26，僅在寬溝渠2〇内留下 氮化矽層26。留下來的氮化矽層26便在寬溝渠内形成一反 向回蝕刻的硬罩幕。氮化矽由於其CMp的速率比氧化矽 慢，故才被選作硬罩幕的材料，因此可確定硬罩幕材料持 續覆蓋整個寬溝渠區域。 接著，使用氮化矽層26作為罩幕，對氧化層24進行回 蝕刻例如，二氣甲烷、四氟化碳和氧氣等化合物均可用 來回蝕刻氧化層。此氧化層之回蝕刻是以時間模式進行。 如第6圖所示，有將近1 000〜2〇0〇埃的氧化層在此步驟中 被回飯刻掉。 請繼續參照第7圖，利用濕式化學製程，例如熱磷 酸，將氮化矽層26去除。此硬罩幕的濕式化學去除，可防 止氧化物的損失’此氧化物損失將會在利用CMp去除此硬 罩幕時發生》 接下來’如第8圖所示’以氮化矽層i 4為研磨終點， 利用化學機械研磨法研磨殘餘的氧化層24。

2000. 08. 24. 〇〇8 413883 五、發明說明（l) . 發明領域： / 本發明是有關於一種積體電路元件之製造，且特別是. 有關於一種在積體電路製造時形成平坦化淺接面溝渠隔離 (ST I)的方法。 習知技術之描述： 隨著次微米的元件尺寸縮小化，習知所使用的區域氧 -化石夕（LOOCOS)將受到於較小通道寬度侵害的限制（鳥嘴效 應）淺溝渠％離（S TI )可被用來排除此類侵害，且特別是 在超大型積體電路（ULSI)元件。為了在STI後達到較佳的 平坦度，化學機械研磨是經常被使用的。然而，由於墊層 ’ 的變形，溝渠開口區容易在寬溝渠表面產生氧化層變薄的 碟狀結構。 在許多習知技藝中便記載了許多CMP平坦化法的缺 失。Hanske 11等人的美國專利第4, 962, 064號以及其習知 技藝，Yano等人的美國專利第5, 721，173號，均教導在平 坦化淺接面溝渠隔離（STI )通道時使用複晶矽硬罩幕層。 Burke等人之美國專利第5, 356, 513號，則揭示依序更換" 硬''和"軟"研磨機來平坦化一覆蓋於金屬圖案上的氧化 層。Schoenborn等人之美國專利第5,290,396號以及？&5(；[1 之美國專利第5, 441，094號，則揭示一種使用氮化矽硬罩 丨 幕和一階段CMP製程。Mu rase之美國專利第5, 575, 886號， 則揭示一種使用CMP的全面性平坦化製程。 發明概要： 因此，本發明之主要特徵是揭示一種可在製造積體電

413883 五、發明說明（2) '一· 路時形成平坦化隔離結構之製程。 本發明之另一特徵是提供—種可避免產生碟狀氧化物 之平坦化隔離結構的製程。 本發明之另一特徵是提供—種使用一氮化物罩幕和兩‘ 個CMP步驟的平坦化隔離結構的製程。 本發明之另一特徵是揭示一種使用一氮化物罩幕和兩 個CMPy步驟的平坦化隔離結構的製程，其步驟包括：沉積 一塾氧化層於一半導體基底表面；沉積一第一氮化層覆蓋 於該塾氧化層表面；蝕刻穿透未被一罩幕遮蔽的該第一氮 化層以及該墊氧化層’用以提供露由該半導體基底表面之（ 開口 ’其中至少有一寬開口和至少一窄開口；蝕刻該窄開 口所露出之該半導體基底’而形成一窄溝渠，並且蝕刻該 寬開口所露出之該半導體基底，而形成一寬溝渠；沉積一 氧化層覆蓋該第一氮化層，並且溝填該窄溝渠和該寬溝 渠’其中該窄溝渠完全被填滿，面該氧化層則形成一凹槽 覆蓋該見溝渠；沉積一第二氮化層覆蓋於該氧化層上；研 磨去除該第二氮化層至該墊氧化層為止’使得除了位在該 凹槽内的氮化層均被去除；回蝕刻未被該第二氮化層覆蓋 的該氧化層’其中除了位在該第二氮化層底下的氧化層 外’其他的該氧化層均被平坦化；去除位在該凹槽内的該（ 第二氮化層’其中形成該凹槽之氧化尖角是由該平坦化的 氧化物表面垂直往上延伸；以該第一氮化層為研磨終點， 研磨去除該氧化層，並將該氧化尖角去除；以及去除該第 一氮化層和該墊氧化層，完成在該積體電路元件上形成該

413883 五、發明說明（3) 淺溝渠隔離結構的製作。 圖式之簡單說明： 為使本發明之優點和特徵更清楚可見，茲將以根據本 發明之較佳實施例’並配合相關圖式，詳細說明如下。 第1〜9圖顯示的是根據本發明之較佳實施例的剖面製 程。 第10圖顯示的是根據本發明之製程所製造出來的完整 積體電路元件之剖面圖。 圖式之簡單說明： 首先’請參照第1圖’其顯示的是—半導體基底10， 且有一厚度50〜500埃之墊氧化層12成長於半導體基底10 上。其次，形成一厚度1000〜3000埃之氮化石夕層Η於墊氧 化層1 2上。 ' 然後’形成一光阻罩幕（未顯示）於氮化物層表面，其 中開口是未在隔離區預定形成處。接著，使用習知的微影 製程和餘刻技術定義氮化矽層和墊氧化層，使得隔離區預 定處之半導體基底表面裸露出來。這些隔離區包括窄區 域’例如1 5 ’以及寬區域’例如1 9。窄區域之寬度可為小 於〇.15/zm至約10#m，而寬區域之寬度則可大於1〇〇〇" m 〇 接著’請參照第2圖’餘刻去除該些開口所裸露的半 導體基底’蝕刻掉的深度為1 500〜4000埃，以形成窄溝渠 然後’請參照第3圖’利用化學氣相沉積法沉積一氧

第7頁 修正 號881〇a^j_红年g月托日 ^ -·* ··ίτ *·ν-* 、發明 修正鱼 化層24於基底表面’並且該些溝渠填滿。此氧化 為4000〜8000埃。 没 為了想平坦化此氧化層而又不會在寬溝渠區域形成碟 狀結構，故本發明乃藉由增加製程窗口來降低碟狀效應的 發生。 如第4圖所示’沉積一氮化矽層26於氧化層24上，1 厚度為500〜3000埃。 〃 然後，如第5圖所示，以氧化層24為研磨終點，利用 化學機械研磨法來研磨氮化矽層26，僅在寬溝渠2〇内留下 氮化矽層26。留下來的氮化矽層26便在寬溝渠内形成一反 向回蝕刻的硬罩幕。氮化矽由於其CMp的速率比氧化矽 慢，故才被選作硬罩幕的材料，因此可確定硬罩幕材料持 續覆蓋整個寬溝渠區域。 接著，使用氮化矽層26作為罩幕，對氧化層24進行回 蝕刻例如，二氣甲烷、四氟化碳和氧氣等化合物均可用 來回蝕刻氧化層。此氧化層之回蝕刻是以時間模式進行。 如第6圖所示，有將近1 000〜2〇0〇埃的氧化層在此步驟中 被回飯刻掉。 請繼續參照第7圖，利用濕式化學製程，例如熱磷 酸，將氮化矽層26去除。此硬罩幕的濕式化學去除，可防 止氧化物的損失’此氧化物損失將會在利用CMp去除此硬 罩幕時發生》 接下來’如第8圖所示’以氮化矽層i 4為研磨終點， 利用化學機械研磨法研磨殘餘的氧化層24。

2000. 08. 24. 〇〇8 413883 五、發明說明（5) 因為本發明降低了氧化物的C Μ P時間，故可排除寬溝 渠20表面出現碟狀結構，也就是降低CMP的時間導致碟狀 結構的降低。如第7圖所示之尖角狀氧化物將在CMP步驟中 迅速地被去除。 最後’請參照第9圖’利用習知的濕蝕刻法去除氮化 碎層14和塾氧化層12 ’完成淺接面溝渠隔離區24的形成。 接下來，便可依照習知技術繼續進行半導體製程’例 如包括閘電極32和源極/汲極區34等半導體元件結構，可 如習知技藝般形成於隔離區之間的主動區上。導電接觸開 口 38則可如第1〇圖所示般貫穿介電隔離層“而形成。 本發明之製程乃利用反向的回蝕刻氮化矽罩幕 顯製程步驟，形成一平坦化的隔離區而不會軍在幕較和寬兩： 狀結構：硬罩幕和溝填溝渠用的氧化物溝填材 本發明乃U二驟被研磨’一個時間研磨一種材料。因此 窗口。 J m +回蝕刻+CMP的製程來提洪較大的製程 限定本發以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 和範圍：所=習此技藝者，在不脫離本發明之精神 内因此本種更動與潤飾均落在本發明之範圍 所界定者為之利保濩範圍當視後附之申請專利範圍

Claims (1)

1. 413883 六、申請專利範圍 1. 一種在積體電路元件上形成淺接面溝渠隔離結構的 製造方法，其步驟包括： 沉積一墊氧化層於一半導體基底表面； 沉積一第一氮化層覆蓋於該墊氧化層表面； 蝕刻穿透未被一罩幕遮蔽的該第一氮化廣以及該墊氧 化層，用以提供露出該半導體基底表面之開口，其中至少 有一寬開口和至少一窄開口； 蝕刻該窄開口所露出之該半導體基底，而形成一窄溝 渠，並且蝕刻該寬開口所露出之該半導體基底，而形成一 寬溝渠； 沉積一氧化層覆蓋該第一I化廣，並且溝填該窄溝渠 和該寬溝渠，其中該窄溝渠完全被填滿，而該氧化層則形 成一凹槽覆蓋該寬溝渠； 沉積一第二氮化層覆蓋於該氧化層上； 研磨去除該第二氮化層至該墊氧化層為止，使得除了 位在該凹槽内的氮化層均被去除； 回蝕刻未被該第二氮化層覆蓋的該氧化層，其中除了 位在該第二氮化層底下的氧化層外，其他的該氧化層均被 平坦化； 去除位在該凹槽内的該第二氮化層，其中形成該凹槽 之氧化尖角是由該平坦化的氧化物表面垂直往上延伸； 以該第一氮化層為研磨終點，研磨去除該氧化層，並 將該氧化尖肖去除；以及 去除該第一氮化層和該墊氧化層，完成在該積體電路 第10頁 413883 六、申請專利範圍 元件上形成該淺溝渠隔離結構的製作。 2.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該塾氧化 層之厚度為50埃〜5 0 0埃。 3·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一氮 化層之沉積厚度為1〇〇〇埃〜3000埃。 4·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該窄開口 之寬度為0.15〜10 Am，而該寬開口之寬度則大於iooq μ m 〇 5·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該溝渠之 深度為1500〜4000埃》 6‘如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該氧化層 之是利用低壓化學氣相沉積法形成’其厚度為4〇〇〇〜8〇〇〇 埃。 7，如申請專利範圍第:^述之方法，其中該第二氮 化席之積厚及為5〇〇〜3〇〇〇埃。 8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該研磨去 除該第二氮化層之步驟包括化學機械研磨法。 9, 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該蝕刻去 除該氧化層之步驟是使用三氟甲烷、四氟化碳或氧氣，蝕 刻去除厚度1〇〇〇〜2000埃之該氧化膜。 10_如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該研磨去 除該氧化層之步驟包括化學機械研磨法。 11，如申請專利範圍第丨項所述之方法，其更包括在該 淺接面溝渠隔離結構間之半導體基底内和表面製造半導體

   413883 六、申請專利範圍 元件結構。 12. —種在積體電路元件上形成淺接面溝渠隔離結構 的製造方法，其步驟包括： 沉積一墊氧化層於一半導體基底表面； 沉積一第一氮化層覆蓋於該墊氧化層表面； 蝕刻穿透未被一罩幕遮蔽的該第一氮化層以及該塾氧 化層’用以提供露出該半導體基底表面之開口，其中至少 有一寬開口和至少一窄開口； 蝕刻該窄開σ所露出之該半導體基底，而形成一窄溝 渠’並且姓刻該寬開口所露出之該半導體基底，而形成一 寬溝渠； 沉積一氧化層覆蓋該第一氮化層，並且溝填該窄溝渠 和該寬溝渠，其中該窄溝渠完全被填滿，而該氧化層則形 成一凹槽覆蓋該寬溝渠； 沉積一第二氮化層覆蓋於該氧化層上； 利用化學機械研磨法’研磨去除該第二氮化層至該塾 氧化層為止，使得除了位在該凹槽内的氮化層均被去除； 回蝕刻未被該第二氮化層覆蓋的該氧化層，其中除了 位在該第二氮化層底下的氧化層外，其他的該氧化層均被 平坦化； ~ 去除位在該凹槽内的該第二氤化層，其中形成該凹槽 之氧化尖角是由該平坦化的氧化物表面垂直往上延伸； 以該第一氮化層為研磨終點，利用化學機械研磨法將 該氧化層研磨去除，其中該氧化尖角被去除，並且不會在

   第12頁 413883 六、申請專利範圍 該寬溝渠内發生碟狀結構；以及 去除該第一氮化層和該塾氧化唐’完成在該積體電路 元件上形成該淺溝渠隔離結構的製作。 13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該墊氧 化層之厚度為50埃〜500埃。 14. 如申請專利範圍第12項所述之方法’其中該第一 氮化層之沉積厚度為1〇〇〇埃〜3000埃。 1 5.如申請專利範圍第1 2項所述之方法’其中該窄開 口之寬度為0.15〜10 //m，而該寬開口之寬度則大於 U m 。 16. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該溝渠 之深度為1 500〜4000埃。 17. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該氧化 層之是利用低壓化學氣相沉積法形成，其厚度為4 0 〇 〇〜 ο υ Ο ι; ^ ° 18. 如申請專利範圍第12項所述之方法’其中該第二 氮化層之沉積厚度為500〜3000埃。 19. 如申請專利範圍第12項所述之方法’其中該蝕刻 去除該氧化層之步驟是使用三氟甲烷、四氟化碳或氧氣’ 蝕刻去除厚度1000〜2000埃之該氧化膜。 20. —種在積體電路元件上形成淺接面溝渠隔離結構 的製造方法，其步驟包括： 沉積一墊氧化層於一半導體基底表面； 沉積一第一氮化層覆蓋於該墊氧化層表面；

   第13頁 413883 六'申請專利範圍 蝕刻穿透未被一罩幕遮蔽的該第一氮化層以及該墊氧 化層’用以提供露出該半導體基底表面之開口，其中至少 有一寬開口和至少一窄開口； 蝕刻該窄開口所露出之該半導體基底，而形成一窄溝 渠’並且蝕刻該寬開口所露出之該半導體基底，而形成— 寬溝渠； 沉積一硬罩幕層覆蓋該第一氮化層其中該硬罩罩幕層 之化學機械研磨蝕刻速率低於該氧化層之化學機械研磨迷 率； 利用化學機械研磨法’研磨去除該硬罩幕層至該氧化 層為止，使得除了位在該凹槽内的硬罩幕層均被去除； 回蝕刻未被該硬罩幕層覆蓋的該氧化層，其中除了位 在該第一氮化層底下的氧化層外，其他的該氧化層均被平 坦化； 去除位在該凹槽内的該硬罩幕層； 以該硬罩幕層為研磨终點，利用化學機械研磨法將該 氧化層研磨去除’其中該氧化層被去除，並且不會在該寬 溝渠内發生碟狀結構；以及 去除該第一氮化層和該墊氧化層’完成在該積體電路 元件上形成該淺溝渠隔離結構的製作。 21·如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該硬罩 幕層包括有氮化石夕。