TWI293483B - Method of forming improved rounded corners in sti features - Google Patents

Description

1293483 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 一本發明是有關於-種半導體處理方法，且特別是有關於 一種淺溝渠隔離（Shallow Trench Is〇lati〇n ; STI)結構之製造 f法’其中此淺溝渠隔離結構包括改良之上端圓形轉角與底 部圓形轉角形狀，以避免電荷洩漏，並增進半導體元件之電 性隔離。 【先前技術】 在製作包括金氧半導場效電晶體（MOSFETS)之互補金 氧半導電晶體（CMOS)、動態隨機存取記憶體（DRAM)、靜態 存取圮憶體（SRAM)元件上，半導體元件之電性隔離以確保 適當操作的技術，已變得日益困難且重要。通常，每一個場 效電aa體元件必須與其他元件電性隔離，以確保此場效電晶 體元件可在不受來自於其他元件之電性干擾下運轉。隨著半 導體元件之高積集度，元件中不合標準之電性隔離會造成電 流沒漏、消耗大量功率並損及元件之性能。降低性能的一些 例子包括閉鎖（Latch-up)、雜訊限度下降、電壓門檻偏移、 串訊（Cross_talk)、以及過量之功率使用。 淺溝渠隔離技術係一種較佳之電性隔離技術，特別是針 對超大型積體電路（ULSI)元件。淺溝渠隔離結構可使元件彼 此更加靠近，以達到更高程度之電路積集度。淺溝渠隔離製 程通常包括在半導體基材中形成溝渠，並填入氧化矽，以電 性隔離鄰近之主動區，其中這些主動區係用以供後續形成場 1293483 效電晶體元件。 在習知製作淺溝渠隔離之技術中，各種提 供來達成圓形之、货、、兽彡巨t ^ /ίΓ ^ ^ 火溝木隔離之溝渠上部與底部， 形轉角能減少雷媼4 現Η 括各進而減少電流茂漏。習知方法已包 巍列:…“ 案化之蝕刻罩幕來乾 儀到次溝渠隔離之溝準η 、巷 德，刹用… 隔離之溝渠的乾蝕刻 後利用濕钱刻方式在淺溝準盖 火，再木隔離之溝木開口中形成圓形之 轉角。著積體電路之特徵尺寸的持續縮減，製作且有防 止電流_必需之形狀的淺溝渠隔離之溝渠圓角，：變得 =盈困難。此外，隨著元件尺寸的縮減，在淺溝渠隔離特徵 處或周圍之電μ漏對淺溝渠隔離之溝渠形狀越來越敏感。 【發明内容】 因此，在積體電路製造技術中，需發展出製作淺溝渠隔 離結構之改良方法，包括製作淺溝渠隔離之溝渠的上端轉角

以及底部轉角部分的改良方法，以避免不想要之電流浅漏問 題。 本發明之目的就是在提供一種製作淺溝渠隔離結構之 改良方法，除了克服習知技術之其他缺點外，更可避免不想 要之電流洩漏問題。此方法包括製作淺溝渠隔離之溝渠的上 端轉角以及底部轉角部分的改良方法。 為達成上述與其他目的，並根據本發明之意圖，且如同 在此所體現且明白描述的一般，本發明提供一種製作具有增 進之電性隔離性能的淺溝渠隔離結構的方法。 1293483 在第一實施例中，本發明包括：提供半導體基材，此半 導體基材包括覆蓋之氧化矽層位於半導體基材上以及硬罩 幕層位於氧化矽層上；在第一蝕刻製程中進行乾蝕刻，以形 成圖案化之硬罩幕開口，供蝕刻淺溝渠隔離開口；在第二蝕 刻製程中對半導體基材進行乾蝕刻，以形成淺溝渠隔離開口 之上部，並形成高分子聚合物層沿著淺溝渠隔離開口之側壁 部分；以及在第三蝕刻製程中對淺溝渠隔離開口進行乾餘 刻，以形成複數個圓形之底部轉角以及複數個圓形之上端轉 角。 式 方 施 實 本發明之方法係以有關包括製作淺溝渠隔離結構的處 理步驟來加以說明。可了解的一點是，本發明之方法特別適 :但不限於具有特徵尺寸小於約〇·25微米，包括小於約〇13 微米，之積體電路的製作。此外，可了解的一點是，本發明 已實現之優勢包括避免後續完成之半導體元件的電性電流 (電荷）洩漏，而改善後續元件之性能與可靠度，.包括互補金 乳半導電晶體、動態隨機存取記憶體、靜態隨機存取記憶 體以及金氧半導場效電晶體元件之元件性能。 一一在本發明之一示範實施例中，請參照第1Α圖，其係繪 示半導體之基材12，&半導體之基材12 為矽、曰 +導體、複合半導體、多重半導體層或上述材料之組合。基 材12可包括矽、絕緣層上有矽（s〇I)、鍺化矽、砷化鎵^ 1293483 述材料之組合。接下來，先利用傳統製程熱成長、或利用低 壓化學氣相沉積（LPCVD)四乙氧基矽烷（TE〇s)的方式，形成 由厚度約50A至約150A之二氧化矽所構成之墊氧化層l2B 於矽所組成之基材1 2上，以利保護半導體基材，以及降低 在後續處理步驟中所引發之表面應力。接著，利用化學氣相 沉積法，例如低壓化學氣相沉積法，沉積一層或多層硬罩幕 層舉例而s，例如由厚度約為500A至約3000A之氮化矽 (如Si#4)及/或氮氧化矽（如Si〇N)所組成之硬罩幕層14入。 再次參照第1A圖’較佳於硬罩幕層14A上形成有機或 無機之抗反射覆蓋層（ARC)14B，其中抗反射覆蓋層i4B較 佳係一無機層，例如氮氧化矽，且厚度較佳是約至約 1000A之間，以在後續之微影製程中降低光反射。 請參照第1B圖，接著形成厚度例如為1〇〇〇A至6〇〇〇a 之光阻層於抗反射覆蓋| 14B上，並對此光阻層^進 ::微影圖案化步驟’以形成開口，而暴露出部分之抗反射覆 蓋層14B。依照圖案化之光阻層16，乾蝕刻出開口 16八達 部分之硬罩幕m以形成後續㈣淺㈣隔離之溝渠 (開口 )的乾蝕刻轉。利用電漿辅助之蝕刻製程，例如反應 性離子钱刻（RIE)製程，來姓刻開口 16A，使開口 i6A延伸 穿過硬罩幕層MA與墊氧化| 12B，且較佳是暴露出部分 之基材…舉例而言，此電聚辅助之蝕刻製程包括碳氟化 合物蝕刻化學物’例如四氟化碳。非等向性乾蝕刻穿過抗反 射覆蓋層與由氮化料構成之硬罩幕層i4A，而達包 括墊氧化層，以形成開口 16A，而暴露出基材12之表 1293483 :12C。第一次餘刻製程後’暴露之表面以較佳 向上凸面，其中此向上凸面古 匕 邻八/ 凸面之回點約位在開口 16Α的中央 #刀’且最低（凹陷）部分12D* 的？央 壁處。可了解的-胃” -咖則生成在鄰近於開口側 入L 進行第，刻製程時，m 王移除開口 16A底部之中央部分的塾氧化層i2B。…、而凡 =照第1(：圖’在本發明之重要部分中， :::或乾式灰化製程’移除光阻層16，接下來進行過度 二製程’以完全暴露出開σ 16A底部之半導體(例 基材12,並定義出淺溝渠隔離開口之上 刻製程包括在ΐ亜夕戈、装：巨- /、甲此過度# 八 火溝朱隔離之溝渠蝕刻步驟前，形成高 :子聚合物層16Β，而填滿開口側壁之凹陷…2d與凹 二分咖進行過度㈣製料，較佳是碳氫敦化合 =Flu〇r〇hydr〇carbon)钱刻化學#，此碳氫氟化合物餘刻化 :物較佳是具有碳/氣(C/F)原子比大於或等於約1/3，更佳 :大於約1/2。舉例而言’碳氫氟化合物蝕刻化學物可包括 三氟甲燒（Chf3)、二氣甲院（CH2F2)以及二氟乙烧（C2H4F2) 之者或夕者，較佳疋至少包括三氣甲燒。在過度餘刻製 程期間，臨場（In_situ)形成高分子聚合物層i6B，其中形成 高分子聚合物@ 16B時優先沉積在開口側壁，並填滿凹陷 P刀12D與凹陷部分i2E直至約與表面12C等高。舉例而 "填充側壁與底部之凹陷部分12D與凹陷部分丨2β的至 夕邛分時，表面12C之向上凸的中央部分遭受蝕刻（例如 降低曲率半徑），較佳是達到平整之開口底部。 明參妝第1D圖，接著將淺溝渠隔離之溝渠開口〗8乾 1293483 蝕刻至矽基材φ，古 至深度達約10〇Α至5000Α夕Ρ1，梦社 是形成與基材主5000A之間，較佳 之主要表面（製程表面）之孚呈古& ㈣的斜侧壁18A，此角 ）千面之I有角 間。溝渠開口 18之最二豕界於約85度與89度之 之蝕刻化與物勺紅 p分較底部寬。較佳是使用傳統 之敍刻化予物包括例如氯氣、以及 渠開口 18至基妯山 久乳乱不乾蝕刻溝 口）18。 中，以形成淺溝渠隔離開口（溝渠開

曲率t溝t:刻製程期間，形成溝渠底部轉角18B(例如負 曲率丰徑或相對於溝渠開口之凹面）以渠 18C(例如正曲盎主他+丄 工&轉角 …對於溝渠開口之凸面），藉由在過 =/ 、程期間向分子聚合物沉積在開d l6A之側壁部 分，有利於使溝渠底部轉角18B與溝渠之上端轉角wc具 有r遍之圓形轉角。舉例而言，已發現在過度餘刻期間 之同刀子聚合物的沉積，可做為防止上端轉角UC在主 刻製程期間變尖銳，並有助於使溝渠底部轉角18B更趨圓 形。例如，與習知技術相較之下，可避免沿著開〇側壁之微 溝渠，特別在上端轉角部分與底部轉角部分。 請參照第1E圖，接著進行傳統製程，以完成淺溝渠隔 離之溝渠的製作。例如，在形成溝渠襯層（未繪示）以及=入 化學氣相沉積氧化矽之前或之後，可利用磷酸濕蝕刻掣程移 除硬罩幕層14A。溝渠開口丨8可例如襯以一層或 ,^ _ 又續襯層 (禾1示），例如氮化物及/或氧化物，隨後以一層或多層淺 溝渠隔離氧化層22(氧化矽），例如利用化學氣相沉積製=所 形成之未摻雜矽玻璃（USG)，填入溝渠開口 18。接了來，進 1293483 行平坦化製程，以移除過多之淺溝渠隔離氧化物，且終止於 氮化層’例如硬罩幕層14A’的最上方。接著，利用傳統濕 蝕刻製程並以例如熱磷酸來移除硬罩幕層丨4 A，例如氮化矽 層，再利用稀釋之氫氟酸濕浸泡來移除墊氧化層12b，較佳 是使淺溝渠隔離之氧化物部分突出於基材12之表面上。土 因此，根據本淺溝渠隔離之溝渠的方法，可產生頂部與 底部之圓形轉角，具有改良之圓形形狀，而有利於降低轉角 之電場強度，進而降低電流（電荷）洩漏及元件性能下降。因 此，鄰近於利用較佳實施例所製成之淺溝渠隔離結構旁，主 動區上所形成之完整金氧半導場效電晶體元件的電性特 性，包括啟始電壓穩定度以及關閉狀態之電流的平穩度，可 獲得增進。本發明之方法對形成低電壓與低功率元件特別L 其效用。 凊參照第2圖，其係繪示本發明形成淺溝渠隔離結構之 數個實施例之製程圖。在製程2〇1中，形成墊氧化層於半導 f基材上以及包括最上方之抗反射覆蓋層之硬罩幕層於鸯 氧化層上。在製程2〇3中，形成光阻層於硬罩幕層上，並永 Μ圖案化以供蝕刻淺溝渠隔離之溝渠開口。在製程2〇5中 進仃第一蝕刻製程，以蝕刻穿過抗反射覆蓋層、硬罩幕層以 及墊氧化層之至少一部分。在製程207中，移除光阻芦。 製程 209Φ，ι” ^ ^ Τ 以昌含碳之蝕刻化學物進行過度蝕刻製程，^ :王暴路出矽基材，而定義出底部開口形狀，並沉積高分子 聚:物層於開口之侧壁與底部部分。在製程2 11中，蝕刻幾 溝渠隔離之開口，藉以形成圓形之底部轉角與上端轉角。^ 1293483 中’利用包括填入氧化石夕之傳統製程，完成淺溝渠 w離結構。 孰習ΓΓΓ較佳實施例、目的以及特徵已描述於前，任何 專、者，在不脫離前述本發明之精神以及後 專利觀圍内，當可作各種之更動、潤飾與取代。 【圖式簡單說明】 發明.tic 7广:及其他實施例、目的及特徵可從上述本 佳了解，二輔以下列圖形所做更詳細的闡述獲得較 :iA圖至第1E圖騎示依照本發 製造淺溝渠隔離結構各土 ^ 的剖面圖。 各㉟&時之部分半導體基材 例之ί程2圖圖料示本發明形成淺溝渠隔離結構之數個實施

12C 12E 14B 16A 主要元件符號說明】 u :基材 表面 凹陷部分 抗反射覆蓋層 開π 1 8 :溝渠開口 18B :溝渠底部轉角 12B :墊氧化層 12D :凹陷部分 14A :硬罩幕層 16 :光阻層 16B :高分子聚合物層 18A :斜側壁 1 8C :上端轉角 12 1293483 22 :淺溝渠隔離氧化層 201 ： 203 :製程 205 ： 207 :製程 209 ： 2 11 :製程 213 ： 製程 製程 製程 製程 13

Claims (1)

1293483 申請專利範圍 1 · 一種淺溝渠隔離結構之製造方法，至少包括： 提供一半導體基材，該半導體基材至少包括覆蓋之一氧 化矽層位於該半導體基材上以及一硬罩幕層位於該氧化矽層 上； 在一第一蝕刻製程中進行乾蝕刻，以形成圖案化之一硬 罩幕開口，供蝕刻一淺溝渠隔離開口，其中在該第一蝕刻製 程中之該乾蝕刻步驟至少包括暴露該半導體基材之至少一部 分，以形成一上凸面於該硬罩幕開口之底面以及複數個凹陷 區沿著該淺溝渠隔離開口之複數個侧壁部分； 在一第二蝕刻製程中對該半導體基材進行乾蝕刻，以形 士該淺溝渠隔_開口《一上冑’並形成一高>子聚合物層沿 著該淺溝渠隔離開口之該些側壁部分；以及 在一第三蝕刻製程中對該淺溝渠隔離開口進行乾蝕刻， 以形成複數個圓形之底部轉角以及複數個圓形之上端轉角^。 、2.如中請專利範圍第i項所述之淺溝渠隔離結構之製造 方法，其中在該第刻製程中之該乾#刻步驟至少包括圖 案化位於該硬罩幕層上之一光阻層。 方法，i+ · 〜〜成得呆隔離結構之$ 嗲古八工取人 心邊乾蝕刻步驟至少包招 邊N /刀子聚合物層填入該些凹陷區之至少一部分。 14 1293483 •申❺專利範圍第1項所述之淺溝渠隔離結構之製造 /，其中在該第二蝕刻製程中之該乾蝕 移除覆蓋在該硬罩幕層上之一光阻層。 驟至八括先 巾請專㈣圍第丨項所狀離結構之製造 二机”中在該第二_製程中之該㈣刻步驟至少包括提 將 =數個碳氫氟化合物電聚來源氣體，該些碳氫氣化合物電 :’一源耽體係選自於由三氣甲烷(CHF3)、二氣甲烷(ch2f2)以 —氟乙烷（C2H4F2)所組成之一族群。 、、6·如中請專利範圍第"項所述之淺溝渠隔離結構之製造 法’其中該半導體基材至少包括複數個材料，且該些材料 =選自於切、絕緣層上㈣（則）、錯切以及石中化嫁所組 成之一族群。 7.如申哨專利範圍第i項所述之淺溝渠隔離結構之製造 方法，其中該硬罩幕層之材料係選自於由氮氧化矽以及氮化 石夕所組成之一族群。 申s專利範圍第1項所述之淺溝渠隔離結構之製造 去，更至少包括一抗反射覆蓋層形成於該硬罩幕層上。 9·如申明專利範圍第1項所述之淺溝渠隔離結構之製造 15 1293483 方法，其中該淺溝渠隔離開口具有複數個斜侧壁，且該些 側2與該半導體基材之一主要表面之間具有一角度，而該角 度貫質介於85度至89度之間。 10 · —種淺溝渠隔離結構之製造方法，至少包括· 提供一半導體基材，該半導體基材至少包括覆蓋之一氧 化石夕層位於該半導體基材上以及—硬罩幕層位於該氧化碎層 在-第-蝕刻製程中進行乾蝕刻，以形成圖案化之一硬 罩幕開口，供蝕刻一淺溝渠隔離開口； 在一第二蝕刻製程中對該半導體基材進行乾蝕刻，以形 成該淺溝渠隔離開口之—上部，並形成—高分子聚合物層 著該淺溝渠隔離開口之複數個侧壁部分，其中該第二二 程至少包括-碳氫氟化合物_化學物，該碳氫氟化合 刻化學物具有一碳對氟之比大於約i比3 :以及 在一第三_製程中對該淺溝渠隔離開π進行乾钱刻， 以形成複數個圓形之底部轉角以及複數個圓形之上端轉角。 …L如:中二專利範圍第1〇項所述之淺溝渠隔離結構之製 &方法’其中在該第—餘刻製程中之該乾餘刻步驟至少包括 形成-上凸面於該硬罩幕開口之底面以及複 該些側壁部分。 & &〜者 12·如申請專利範圍第 11項所述之淺溝渠隔離結構之製 16 1293483 造方法， 四陷區令 底部。 /、 x而分子聚合物層沿箸該些侧 以形成該淺溝渠隔離開口之該上 壁部分填入該些 部之一實質平整 造方法，其巾在^域第ig項所述之淺㈣隔離結構之絮 提供複數個碳氫氟^則製程中之該乾钕刻步驟至少包招 電漿來源氣體係選自於…末源乳體’該些碳氫氟化合物 所組成之一族群。、二氟甲烷、二氟甲烷以及二氟乙娱 10項所述之淺溝渠隔離結構之製 至少包括複數個材料，且該些材 有矽、鍺化矽以及砷化鎵所組成 14.如申請專利範圍第 仏方法，其中該半導體基材 料係選自於由矽、絕緣層上 之—族群。 15 ·如申請專利範園第 造方法，#中該硬罩幕層項所述之淺溝渠隔離結構之製 化妙所組成之—族群。θ材料係選自於由氮氧切以及氮 16·如申請專利範 造方法，更至少包括一 園第 1 丄 0項所述之淺溝渠隔離結構之製 抗反射覆蓋層形成於該硬罩幕層上。 17. 造方法 如申凊專利範圍第I 〇 其中該淺溝渠隔離開 項所述之淺溝渠隔離結構之製 口具有複數個斜側壁，且該些 17 1293483 斜侧壁與該半導體基材之一主要表面之間具有一角度，而該 角度實質介於85度至89度之間。 18.如申請專利範圍第10項所述之淺溝渠隔離結構之製 造方法，更至少包括： 以一氧化矽回填該淺溝渠隔離開口； 移除該硬罩幕層上之該氧化矽；以及 移除該硬罩幕層以及該氧化矽層。 18