专利名称：高密度电浆氧化沉积物的去除方法
技术领域：
本发明涉及一种高密度电浆(HDP)氧化沉积物(oxide deposition)的去除方法，且特别涉及一种以两步骤回蚀去除高密度电浆氧化沉积物的方法。
对小尺寸的半导体元件如线宽0.25μm甚至0.18μm而言，对晶片表面进行平坦化为一重要过程，特别是对位于浅沟(shallow trench)的氧化层进行平坦化。举例来说，必须以化学机械研磨法磨平顶部氧化层(由氧化硅组成)，其中氧化硅位于元件的氮化硅层(SIN layer)上方，因而使填于浅沟内的氧化硅与两侧的氮化硅层同一水平面。然而，以高密度电浆法(high density plasma，HDP)沉积而成的氧化硅层，其厚度非常厚，因此，无法仅利用化学机械研磨法而完全地将其研磨去除。
以下即以一浅沟隔离层(shallow trench isolation，STI)的传统加工过程做说明。请参照
图1A-1C，其为以化学机械研磨法形成浅沟隔离层的一种传统制造方法。首先，于基板(substrate)100上形成一底部氧化层(bottom oxidelayer)102和一氮化硅层(silicon nitride(SIN)layer)104，再以微影技术形成浅沟106，如图1A所示。接着，形成一高密度电浆氧化层(HDP oxide layer)108于氮化硅层104上方，并填满浅沟106，如图1B所示。其中，高密度电浆氧化层108为利用高密度电浆法沉积的氧化硅(silicon oxide，SiO2)。高密度电浆氧化层108的特性是具有约8K(8000)的膜厚，且沉积膜的表面为波浪状。若直接以化学机械研磨法磨除高密度电浆氧化层108，会有部分高密度电浆氧化物残余在氮化硅层104上方，如图1C所示。此残余的高密度电浆氧化物108a会对后续加工过程造成严重影响。
为解决高密度电浆氧化层过厚的问题，则在化学机械研磨法的前先进行回蚀。请参照图2A-2D，其绘示形成浅沟隔离层的另一种传统制造方法。图2A、图2B与图1A、1B相同。首先，于基板200上形成一底部氧化层202和一氮化硅层204，再以微影技术(photolithography)形成浅沟206，如图2A所示。接着，形成一高密度电浆氧化层208于氮化硅层204上方，并填满浅沟206，如图2B所示。然后涂布光阻(photo-resist，PR)于高密度电浆氧化层208上，并以微影技术形成一光阻图案(PR mask)210，如图2C所示。接着，对未被光阻图案210遮盖的高密度电浆氧化层208进行蚀刻。此回蚀步骤可先去除部份的高密度电浆氧化层208，使之后的化学机械研磨法可容易地磨除残余的高密度电浆氧化层。
然而，以一般的蚀刻机台进行上述的回蚀过程时，有蚀刻速率不均匀的缺点。一般蚀刻机台设定为单一模式，例如内至外模式(in-side-out model)或是外至内模式(out-side-in model)。内至外模式表示晶片中心的蚀刻速率比周边的蚀刻速率快。相反的，外至内模式表示晶片周边的蚀刻速率比中心的蚀刻速率快。另外，由于机台的先天限制，会使沉积所形成的高密度电浆氧化层208在靠近晶片周边处比靠近中心处要来得薄。因此，若以一设定外至内模式的机台蚀刻此不等厚的高密度电浆氧化层208，则原本较薄的氧化层部分(靠近晶片周边处)会因快速蚀刻而相对的更薄，原本较厚的氧化层部分(靠近晶片中心处)会因缓慢蚀刻而相对的更厚，如图2D所示。
上述不均匀的残余高密度电浆氧化层208a，会导致后续以化学机械研磨法移除氮化硅的加工过程异常，而使残余在晶片周边的氮化硅层特别偏低。此点除了造成生产线CMP加工过程条件控制难度增加外，会因剩余的氮化硅层过薄而在SAMOS(Stacked Gate Avalanche iniection Metal Oxide Semiconductor)蚀刻时造成stringer，进而影响产品合格率，造成损失。
根据本发明的目的，提出一种高密度电浆氧化沉积物的去除方法，其中，提供一基板(substrate)并形成一氮化硅层(silicon nitrate layer)于其上，且以高密度电浆法(HDP)沉积一氧化硅层(silicon oxide layer)于氮化硅层上，此去除方法包括以下步骤(1)以内至外模式(in-side-out model)对氧化硅层进行蚀刻，基板中心的蚀刻速率比周边的蚀刻速率快；(2)以外至内模式(out-side-in model)对氧化硅层进行蚀刻，基板周边的蚀刻速率比中心的蚀刻速率快；及(3)以化学机械研磨法(CMP)移除残余的氧化硅层。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图作详细说明如下。
在此以半导体元件内形成浅沟隔离层的制造方法为例说明。然而，本领域普通技术人员都明白本发明的技术并不局现于此。另外，为了更加清楚了解本发明的技术，与本发明无关的熟知元件在此将不再赘述。因此，本发明所阐述的说明书及附图只是作为说明，而非限制本发明的实际应用范围。
请参照图3A-3F，其绘示依照本发明一较佳实施例的形成浅沟隔离层的制造方法。首先，于基板(substrate)300上形成一底部氧化层(bottom oxidelayer)302和一氮化硅层(SIN layer)304，再以微影技术形成浅沟(shallowtrench)306，如图3A所示。接着，利用高密度电浆法沉积氧化硅(silicon oxide，SiO2)于氮化硅层304上方，以形成一高密度电浆氧化层(HDP oxide layer)308。其中，高密度电浆氧化层308的膜厚约有8K(8000)，且沉积膜的表面为波浪状。并且，高密度电浆氧化层308也填满浅沟306。然后，涂布光阻(PR)于高密度电浆氧化层308上，并以微影技术形成一光阻图案(PR mask)310，如图3R所示。
接着，如图3C所示，以内至外模式(in-side-out model)对高密度电浆氧化层308进行蚀刻。其中，内至外模式代表晶片中心的蚀刻速率比周边的蚀刻速率快。未被光阻图案310遮盖的高密度电浆氧化层308被蚀刻，而留在氮化硅层304上的残余高密度电浆氧化层是记为308a。
然后，如图3D所示，以外至内模式(out-side-in model)对高密度电浆氧化层308a再进行蚀刻。其中，外至内模式表示晶片周边的蚀刻速率比中心的蚀刻速率快。未被光阻图案310遮盖的高密度电浆氧化层308a再被蚀刻，而留在氮化硅层304上的残余高密度电浆氧化层是记为308b。
接着，去除光阻图案310，如图3E所示。与原先沉积的高密度电浆氧化层308(图3A)相较，可看出残余的高密度电浆氧化层308b不但厚度较薄且更均匀。
最后，如图3F所示，利用化学机械研磨法将残余的高密度电浆氧化层308b完全磨除，以完成浅沟隔离层的加工过程。
发明效果根据以上所述，本发明所应用的两步骤蚀刻加工过程(two-step etchingprocess)，其特征和优点包括(1)先以内至外模式，再以外至内模式对波浪状的高密度电浆氧化沉积物(HDP oxide deposition)进行蚀刻。利用两步骤蚀刻加工过程的补偿原理，使蚀刻后的残余高密度电浆氧化物更均匀。
(2)高密度电浆氧化沉积物较厚的部分，是经过两次蚀刻而变薄，而使残余的高密度电浆氧化物更容易被化学机械研磨法完全地磨除。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用于限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作一些等效变化和变动，因此本发明的保护范围以权利要求为准。
权利要求
1.一种高密度电浆氧化沉积物的去除方法，其特征在于，提供一基板(substrate)并形成一氮化硅层(silicon nitrate layer)于其上，且以高密度电浆法(high density plasma，HDP)沉积-氧化硅层(silicon oxide layer)于该氮化硅层上，该去除方法包括以下步骤以内至外模式(in-side-out model)对氧化硅层进行蚀刻，该基板中心的蚀刻速率比周边的蚀刻速率快；以外至内模式(out-side-in model)蚀刻对氧化硅层进行蚀刻，该基板周边的蚀刻速率比中心的蚀刻速率快；及移除残余的该氧化硅层。
2.如权利要求1所述的高密度电浆氧化沉积物的去除方法，其特征在于所述的以高密度电浆法(HDP)沉积的该氧化硅层(silicon oxide layer)厚度约8000。
3.如权利要求1所述的高密度电浆氧化沉积物的去除方法，其特征在于所述的基板和该氧化硅层之间还有一底部氧化层。
4.如权利要求1所述的高密度电浆氧化沉积物的去除方法，其特征在于所述的残余的该氧化硅层是以化学机械研磨法(chemical-mechanicalpolishing，CMP)磨除。
5.一种高密度电浆氧化沉积物的去除方法，其特征在于，包括以下步骤提供一基板，并形成一氮化硅层(silicon nitrate layer)于其上；定义数个浅沟(shallow trench)于该基板上；以高密度电浆法(HDP)形成一氧化硅层于该氮化硅层上，且该氧化硅层填满该些浅沟；以内至外模式(in-side-out model)对氧化硅层进行蚀刻，该基板中心的蚀刻速率比周边的蚀刻速率快；以外至内模式(out-side-in model)蚀刻对氧化硅层进行蚀刻，该基板周边的蚀刻速率比中心的蚀刻速率快；及对残余的该氧化硅层进行平坦化，直至该浅沟内的氧化硅与该氮化硅层达同一水平。
6.如权利要求5所述的高密度电浆氧化沉积物的去除方法，其特征在于所述的基板和该氧化硅层之间还有一底部氧化层。
7.如权利要求5所述的高密度电浆氧化沉积物的去除方法，其特征在于所述的以高密度电浆法(HDP)沉积的该氧化硅层(silicon oxide layer)厚度约8000。
8.如权利要求5所述的高密度电浆氧化沉积物的去除方法，其特征在于所述的残余的该氧化硅层是利用化学机械研磨法(Ghcmical-mechanicalpolishing，CMP)磨除，以达到平坦化。
全文摘要
本发明涉及一种高密度电浆氧化沉积物的去除方法，其中，提供一基板并形成氮化硅层于其上，且以高密度电浆法(HDP)沉积氧化硅层于氮化硅层上，此去除方法包括步骤(1)以内至外模式(in－side－out model)对氧化硅层进行蚀刻，基板中心的蚀刻速率比周边的蚀刻速率快；(2)以外至内模式(out－side－inmodel)对氧化硅层进行蚀刻，基板周边的蚀刻速率比中心的蚀刻速率快；及(3)以化学机械研磨法(CMP)移除残余的氧化硅层。本发明的两步骤回蚀可使残余的高密度电浆氧化物具有较佳的均匀度，且可完全地被平坦化。
文档编号H01L21/304GK1477683SQ0213042
公开日2004年2月25日 申请日期2002年8月19日 优先权日2002年8月19日
发明者李宏文, 吴敬斌, 张汉茂, 马嘉淇, 连楠梓, 刘信成 申请人:旺宏电子股份有限公司