TW439194B - Manufacturing method of shallow trench isolation region - Google Patents

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Description

91 9 4'^' A? 5545twf.doc/008 B7 五、發明説明（（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明是有關於一種淺渠溝隔離區之製造方法，且 特別是有關於一種用以解決晶片表面刮傷及矽基材晶格位 置差排之問題。 ' 欲使矽晶片上之電子電路產生功能，牽涉到多個獨立 元件須經由一定的電子線路使其相連接，製作積體電路 時，因此就必須先在矽晶片上製作彼此相互獨立的元件， 而各獨立元件間必須有一隔離區加以隔開。在習知技藝 .中：有關於在矽基材上之非主動區域製作半凹陷氧化層 (semirecessed oxide)的方法，稱爲區域氧化法，其目的爲 防止閉鎖現象之發生。 當元件尺寸縮小至微米的程度，在習知技藝中以區域 氧化法製作隔離區的技術已不符合需求，取而代之且較新 的製程如淺渠溝隔離法，以再塡充的淺渠溝來作爲獨立元 件間的隔離區，此技術已被應用於微米尺寸之元件上，用 以克服區域氧化法應用於微米尺寸之缺點。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 第1A圖及第1B圖繪示二個習知的淺渠溝隔離區塡 充不同氧化層的結構之剖面略圖。請參照第1A圖顯示採 用埋陷氧化層(buried-oxide)技術以形成一習知的淺渠溝隔 離區，此淺渠溝隔離區之製作係提供一矽基材，在矽 基材100a上依序形成一'層墊氧化層102a及氮化矽層 104a，墊氧化層l〇ia是作爲矽基材l〇〇a與氮化矽層l〇4a 之間應力傳遞的緩衝層。然後進行微影步驟在矽基材 上定義出主動區域（未顯示在圖面上），接著進行蝕刻去 除—部份的墊氧化層l〇2a及氮化砂層l〇4a，以形成一開 _. 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨0'乂29?公釐） A7 B7 經濟部智慧財產局員4消費合作社印製 5545twf.doc/008 五、發明説明（V ) 口（未顯示在圖面上）。此矽基材l〇〇a上之開口再繼續 進行蝕刻以形成一淺渠溝106a，然後形成一層氧化矽層 l〇8a於氮化矽層l〇4a上及塡充一層氧化矽層l〇8a於淺渠 • 溝l〇6a中。氧化矽層l〇8a之形成方法包括化學氣相沈積 法，形成氧化矽層108a後再以化學機械硏磨法將其磨平， 以去除氮化矽層104a上之氧化矽層l〇8a。然而，化擧機 械硏磨法中所使用之硏漿易造成氧化矽層l〇8a之表面磨 ，損，而產生細微之刮傷.，此外，在化學機械硏磨製程之後, 的淸潔步驟中，亦會有一部份的氧化矽層l〇8a流失掉， 造成淺渠溝106a之輪廓形狀不易控制之問題。 一種使氧化矽層緻密化之方法於是被發展出來，用以 解決上述問題，茲以圖示說明，請參照第1B圖，此方法 主要是將習知技藝中形成氧化矽層之方法加以修改，以解 決化學機械硏磨製程所造成之細微刮傷的問題，如第1B 圖所示，對氧化矽層施以熱處理，如回火熱處理，使氧化 矽層變硬，如108b所示。然而，採用回火硬化技術時， 將會造成淺渠溝底部產生應力之問題，當矽基材之晶格 100b遭遇到壓縮或擴張時，此應力將會造成晶格之差排， 導致晶格與晶格間產生相互作用，進而影響淺渠溝之機械 及電子特性。 本發明提—種淺渠溝之製造方法，此方法包括一矽 基材及矽基材上之第一氧化層與氧化層上之氮化矽層，首 先將第一氧化層與氮化矽層圖案化以定義出主動區域並同 時形成緊鄰於一主動區域與另一主動區域間之開口，對開 4
Js° f請先閲讀背面之注意事項再填^本頁j
本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規^ ( 210X297公釐） 4 391 9 4 5545twf.doc/〇〇8 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（4) 口進行蝕刻以形成一淺渠溝，然後按淺渠溝之形狀於其中 形成第二氧化矽層，之後形成第三氧化矽層覆蓋於第二氧 化矽層、第一氧化層之側壁及氮化矽層上。完成上述步驟 後，對第三氧化矽層之頂層部份施以熱處理，使之緻密化， 如此第三氧化矽層之頂層部份將比底層部份較硬。然後以 化學機械硏磨法將氮化矽層上多餘的第三氧化矽層去除掉 並磨平。 如上所述.，本,發明提供一種淺渠溝之製造方法， 按此方法製造之淺渠溝，其第三氧化矽層之頂層部份較 硬，而其底層部份較軟。第三氧化矽層之製造方法包括首 先以常壓化學氣相沈積法形成第三氧化矽層，然後施以回 火熱處理，之後再將第三氧化矽餍磨平。此處定義第二氧 化矽層之所在位置之上方爲第三氧化矽層之頂層部份，而 低於第一氧化矽層之位置爲第三氧化矽層之底層部份。因 爲第三氧化矽層爲雙層結構，且具有不同之密度，較硬的 頂層部份能夠抵抗化學機械硏磨製程中之硏發對第三氧化 矽層之表面造成刮傷，而較軟之底層部份則避免淺渠溝之 底部產生應力。因此按本發明所形成之淺渠溝不會產生晶 格差排之問題，所以亦不會對淺渠溝之機械及電子特性造 成影響。 爲ii本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更 明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式s，作 詳細說明如下： 圖式之簡單說明： 5 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 . -裝· 訂 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4 3 91 9 4 A7 5545twf.doc/008 B7 五、發明説明（…） 第iA圖及第1B圖繪示二個習知技藝所形成的淺渠 溝隔離區塡充不同氧化層之剖面略圖。 第2A圖至第2E圖繪示按本發明實施例所形成的淺 ' 渠溝隔離區之製程剖面略圖。 圖式之標示說明： 100a, 100b矽基材 102a, 102b墊氧化層 104a, 10,4b氮化矽層 , 106a, 106b淺渠溝 108a，108b氧化ίΐ夕層 200矽基材 202墊氧化層 203主動區域 204氮化矽層 205 開口 206襯氧化層 208氧化層 208a頂層氧化層 208b底層氧化層 實施例 以下按圖式說明，請參照第2A圖至第2E圖，其繪 示按本發明實施例所形成的淺渠溝隔離區之製程剖面略_ 圖，而習知的部份將不在此重複敘述。 請參照第2A圖，其繪示一墊氧化層202形成於一砂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- -17 經濟部智慧財產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（210 X 297公釐） 4391 94 A7 5545 twf.doc/008_B7^ —__ 五、發明説明（t) 基材200上，墊氧化層2〇2之材質例如二氧化矽，其形成 之方法例如化學氣相沈積法，而其在砍基材200上之厚度 約爲100-200A。如第2A圖所示，在墊氧化層202上另形 • 成一氮化矽層204，而氮化矽餍2〇4之厚度約爲1000-2000A ° 請參照第2B圖及第2C圖，其繪示以圖案化製程在 墊氧化層202及氮化矽層204中定義出主動區域203，並 同時形成緊鄰於一主動區域203與另一主動區域203間之 開口 205，使一部份在開口內之矽基材200暴露出來。利 用氮化矽層204作爲罩幕，對開口內暴露出來之矽基材200 餓刻以形成一淺渠溝205a ’其深度約爲5000-7000人’之 後經熱氧化製程在淺渠溝205a內部形成一層與淺渠溝205a 形狀相符之襯氧化層206，其厚度約爲2〇〇_5〇〇A。襯氧化 層206主要是作爲改善淺渠溝205a底部之應力且其與矽 基材之黏著性良好，同時襯氧化層206亦可作爲一良好的 隔離區。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 請參照第2D圖’其繪示在襯氧化層2〇6 '墊氧化層 202之側壁及氮化矽層204上形成一層氧化層208，其厚 度約爲5000-10000A，氧化層208形成之方法可爲常壓化 學氣相沈積法。之後對一部份的氧化層208進行熱處理使 ‘其硬化，熱處理之方式例如熱回火’其熱源例如採用雷射 光，雷射光可將氧化層208之頂層表面加熱>至約500-15〇0 ’使氧化層208之頂層部份較其底層部份爲硬。氧化層 2〇8之頂層部份208b定義爲在襯氧化層206之位置之上 7 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX297公釐〉 4 3 91 9 4 A7 5545twf.doc/008 B7 五、發明説明（c ) 方，而低於墊氧化層部份則定義爲氧化層208之底層部份 208a。 請參照第2E圖，其繪示淺渠溝205a以外的一部份頂 ， 層部份208b被去除至氮化矽層204的地方，其去除方法 包括化學機械硏磨法，然後進行淸潔製程，以去除在頂層 部份208b上面之任何殘留物及硏漿。在此製程中，較硬 的頂層部份208b能夠抵抗化學機械硏磨製程中之硏漿對 第三氧.化砂層之表面造成刮傷，而較軟之底層部份2〇8a 則可避免淺渠溝之底部產生應力。因此，按本發明所形成 之淺渠溝可避免產生晶格差排之問題，亦不會對淺渠溝之 機械及電子特性產生任何影響。 綜觀上述，按本發明所形成之淺渠溝隔離區，其一部 份氧化層乃是利用雷射光進行熱回火處理使之緻密化，如 此所形成之氧化層其頂層部份將比其底層部份較硬，即上 下兩層之氧化層具有不同之密度。其氧化層較硬的頂層部 份能夠抵抗化學機械硏磨製程中之硏漿對氧化層之表面造 成刮傷，而其氧化層較軟之底層部份則可避免淺渠溝之底 部產生應力，故亦不會造成晶格差排及對淺渠溝之機械及 電子特性產生任何影響。因此按本發明所形成之淺渠溝可 避免晶格差排及表面刮傷等問題，且可輕易的爲習知之製 程設備所採行。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明，任何熟習此技藝者’在不脫離本發明之 精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. -6 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 43 9194 ^ A7 5545twf,doc/〇〇8 B7 五、發明説明（9 ) 保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（2】0X29?公釐）

Claims (1)

  1. A8 B8 C8 D8 材 六、申請專利範圍 ^〜種淺渠溝隔離區之製造方」g，該方法包括： 提供已依序形成第一氧化層及一氮化矽層之一矽基 將該第一氧化層及該氮化矽層圖案化以定義出一主 動區域’其中一部份的該第一氧化層及該氮化矽層被去除 掉以形成〜開口； r 以已圖案化之該氮化矽層爲罩幕，蝕刻該開口，使在 該&動區域與另一主動區域間形成一淺渠溝； . 〜第二氧化層覆蓋於該淺渠溝； 形成〜第三氧化層覆蓋於已圖案化之該氮化矽層、已 圖案化之該第一氧化層之側壁以及該第二氧化層； 進行—熱回火處理，使一部份的該第三氧化層硬化， 而其它部份的該第三氧化層則維持於較軟的狀態；以及 將該第三氧化層平坦化至該氮化矽層裸露出來以完成 淺渠溝隔離區之製作。 ^ 、2·如申請專利範圍第1項所述之淺渠溝隔離區之製 坦方法’其中該第一氧化層包括氧化矽。 、 3·如申請專利範圍第1項所述之淺蕖溝隔離區之製 法’其中形成該第一氧化層之方法包括化學氣相沈積 法。 4. 如申請專利範圍第1項所述之淺渠溝隔離區之製 造方法’其中該淺渠溝隔離‘區之厚度約爲5000_7000人。 5. 如申請專利範圍第i項所述之淺渠溝隔離區之製 造方法’其中形成該第二氧化層之方法包括熱氧化法。 10 請 先 閱 讀 背 意 事 項 再 填 窝 本 頁 濟 啷 智 慧 財 產 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（210 X 297公釐） A8 B8 C8 D8 4 3 ^ 1 9 4 5545twf.doc/008 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第5項所述之淺渠溝隔離區之製 造方法，其中該第二氧化層之厚度約爲200-500A。 7. 如申請專利範圍第1項所述之淺渠溝隔離區之製 '造方法，其中形成該第三氧化層之方法包括常壓化學氣相 沈積法。 8. 如申請專利範圍第7項所述之淺渠溝隔離區之製 造方法，其中該第三氧化層之厚度約爲5000-10000A。 9. 如申請專利範圍第1項所述之淺渠溝隔離區之製; 造方法，其中該熱回火處理之方法包括以一熱源照射該第 三氧化層。 10. 如申請專利範圍第9項所述之淺渠溝隔離區之製 造方法，其中該熱源包括一雷射光源。 11. 如申請專利範圍第9項所述之淺渠溝隔離區之製 造方法，其中該熱回火處理之操作溫度約爲500-1500°C。 12. 如申請專利範圍第1項所述之淺渠溝隔離區之製 造方法，其中該第三氧化層中之較硬的部份位於該第二氧 化層之上方。 如申請專利範圍第1項所述之淺渠溝隔離區之製 造方法，其中該第三氧化層中之較軟的部份位於該第一氧 化層之下方。 14.如申請專利範圍第1項所述之淺渠溝隔離區之製 ，造方法，其中將該第兰氧化層中之較硬的部份平坦化之方 法包括化學機械硏磨法。 15_ —種淺渠溝隔離區之製造方法，該方法是用以改 --------^----.!裝--------訂 i (請先閲讀背面之注景華項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局'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（210 X 297公釐） A8 B8 C8 m 4 3 h# 19 4 43 91 9 4 4· 3 b 3 94^' 5545twf.ci〇c/nnR 六、申請專利範圍 善晶片表面刮傷及矽基材晶格位置差排等問題，該方法包 括： 提供已依序形成一圖案化之氧化矽層及一圖案化之 ’.氮化砂層之矽基材’使得在矽基材上形成由主動區域所定 義的一開口； 以已圖案化之該氮化矽層爲罩幕，蝕刻該開口，以 形成一隔離的淺渠溝； 按該淺渠溝之形狀，於該淺渠溝上形成二熱氧化層； 形成一常壓氣相化學沈積法所沈積的氧化層覆蓋於已 圖案化之該氮化矽層、已圖案化之該氧化矽層之側壁以及 該熱氧化層； 進行一熱處理製程，使該常壓氣相化學沈積法所沈積 的氧化層的頂層部份硬化，而該常壓氣相化學沈稹法所沈 積的氧化層的底層部份維持於較軟的狀態；以及 將該常壓氣相化學沈積法所沈積的氧化層的頂層部 份’胃由化學機械硏磨法將其平坦化至該氮化矽層裸露出 來，以完成淺渠溝隔離區之製作^ 16·如申請專利範圍第15.項所述之淺渠溝隔離區之 '法’該方法是用以改善晶片表面刮傷及矽基材晶格 位置差排等問題’其中該淺渠溝隔離區之厚度約爲5000_ 7000A。 17_如申請專利範圍第15項所述之淺渠溝隔離區之 ^造方法’該方法是用以改善晶片表面刮傷及矽基材晶格 k置差排等問題，其中形成該熱氧化層之厚度約爲2〇〇_ 本紙張以洲㈣⑽辭@s^^(21〇x297公楚） ---------Γ-----裝- - -----訂·! 1----線 ιί、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 — I43 9^4^ 5545twf.dQc/008 六、申請專利範圍 500 人。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 18. 如申請專利範圍第15項所述之淺渠溝隔離區之 製造方法，該方法是用以改善晶片表面刮傷及矽基材晶格 位置差排等問題，其中該常壓氣相化學沈積法所沈積的氧 化層之厚度約爲5000-10000A。 19. 如申請專利範圍第15項所述之淺渠溝隔離區之 製造方法，該方法是用以改善晶片表面刮傷及矽基材晶格 位置差排等問題，其中該熱處理製程之操作之方法包括以 一熱源照射該常壓氣相化學沈積法所沈積的氧化層，使得 該常壓氣相化學沈積法所沈積的氧化層之頂層部份緻密 化。 20. 如申請專利範圍第19項所述之淺渠溝隔離區之 製造方法，該方法是用以改善晶片表面刮傷及矽基材晶格 位置差排等問題，其中該熱源包括一雷射光源。 21. 如申請專利範圍第20項所述之淺渠溝隔離區之 製造方法，該方法是用以改善晶片表面刮傷及矽基材晶格 位置差排等問題，其中以該雷射光源進行該熱處理製程之 操作溫度約爲500-1500°C。_ 22. 如申請專利範圍第15項所述之淺渠溝隔離區之製 造方法，該方法是用以改善晶片表面刮傷及砂基材晶格位 置差排等問題，該方法更包括在該化學機械平坦化製程後 進行一淸潔製程，以去除任何在該常壓氣相化學沈積法所 沈積的氧化層表面之殘留物及硏漿。 先 閱 讀 背 項 再 填 1 I裝 頁 訂 線 1 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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