专利名称：在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法
技术领域：
本发明涉及集成电路(Integrated circuits；ICs)的制作技术，特别是有关于一种在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物(shallow trenchisolation；STI)的方法，并藉此降低因蚀刻浅沟槽而产生的应力。
背景技术：
在集成电路产业，浅沟槽隔离物已渐渐取代传统的局部硅氧化物(localsilicon oxidation；LOCOS)以当作改良的场隔离结构。通常浅沟槽隔离物制程技术，包括蚀刻半导体基底以形成浅沟槽，然后将绝缘物质填入上述浅沟槽之中，接下来利用化学机械研磨法(chemical mechanical polishing；CMP)以平坦化上述绝缘物质并形成浅沟槽隔离物。上述形成浅沟槽隔离物的步骤会在半导体基底的主动区域引起机械应力(mechanical stress)或热应力(thermal stress)，进而导致半导体基底的主动区域的差排或是缺陷位置。因此，将引起后续形成于半导体基底的晶体管等元件的源极/漏极区域产生高漏电路径(high leakage current path)，而降低半导体产品良率。
Thei等人的美国专利第6,350,662号揭露一种浅沟槽隔离物的形成方法，用来降低浅沟槽附近的缺陷，该方法是在蚀刻半导体基底以形成浅沟槽之后采用氮气回火方式进行大约30分至150分钟。藉此降低半导体基底内的缺陷、差排、半导体与氧化层之间界面补捉电荷的能力(Interface trap)、与应力。
然而，在上述对半导体基底进行氮气回火的步骤中很容易在半导体基底产生一层薄薄的氮化物，致使后续井区和源极/漏极区的离子植入的进行受到阻挡。
因此，需要提供一种在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的改良方法，藉以消除或降低在通过反应离子蚀刻的轰击而形成浅沟槽隔物的制程时所产生的应力。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，此方法能够消除或降低在形成浅沟槽隔物的制程所产生的应力。
此外，本发明的另一目的在于改善半导体元件的效能。
再者，本发明又一目的在于避免由上述的氮回火所导致的半导体基底上的氮化硅的形成。
根据上述目的，本发明提供一种在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，其方法如下所述首先，在上述半导体基底表面形成一具有开口的硬罩幕，并经由上述开口蚀刻上述半导体基底以形成一浅沟槽；然后，在含氩气的环境在温度约1150至1200℃下对半导体基底回火1至2小时；接着，在上述硬罩幕表面形成一绝缘物质，以填入上述浅沟槽；其次，利用上述硬罩幕当作停止层，并且平坦化上述绝缘物质后，去除上述硬罩幕，以露出上述半导体基底的上表面。
较佳的是，在依序利用标准清洗液和去离子水进行预清洗上述的半导体基底后，再进行回火程序，所使用的标准清洗液例如为稀释的NH4OH/H2O2溶液(即SC1)或稀释的NH4OH/HCl溶液(即SC2)。
再者，较佳的是将上述的半导体基底在温度约1150至的1200℃下在含氩气的环境中回火约1至2小时。
再者，上述硬罩幕较佳的是包括形成于半导体基底上表面的垫氧化层以及形成于上述垫氧化层表面的垫氮化层。
再者，上述浅沟槽的形成较佳的是利用非等向性蚀刻法，并且以含有HBr、Cl、CF4为反应气体而完成。
再者，上述绝缘物质较佳的是利用高密度等离子化学气相沉积法(HDPCVD)沉积氧化硅以完成。若需要，可在通过高密度等离子化学气相沉积法形成绝缘物质前，在浅沟槽的内侧表面顺应性地形成一层衬氧化层和/或衬氮化层。
再者，上述绝缘物质是采用化学机械研磨法或回蚀刻直至半导体基底的上表面和硬罩幕层大致共平面，以完成平坦化。
根据本发明的方法，浅沟槽附近的半导体基底没有氮化硅的形成，因而得以改善半导体元件的效能。
图1至图5是根据本发明实施例在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的制程剖面图。
具体实施例方式
请参照图1，提供一由单晶硅构成的半导体基底100。接着，在含氧的高温(800℃至1000℃)环境下，于上述半导体基底100表面成长厚度大约200埃至400埃的垫氧化层102。此垫氧化层102是用来加强后续形成的垫氮化层104与半导体基底100之间的黏着能力。接着，利用低压化学气相沉积法(lowpressure chemical vapor deposition；LPCVD)，并且导入SiH2Cl2与NH3等混合气体当作沉积反应源，以在上述垫氧化层102表面形成厚度大约1000埃至2 000埃的垫氮化层104，上述沉积压力大约为0.1托尔(Torr)至1.0托尔，而沉积温度大约为700℃至800℃。
然后，利用传统的微影技术(lihthography)在上述垫氮化层104表面形成具有开口的光阻图案(photoresist pattern)(图中未绘示)，其次，利用反应性离子蚀刻法(reactive ion etching；RIE)经由上述光阻图案的开口，非等向性地(anisotropically)蚀刻上述垫氮化层104与上述垫氧化层102，以露出上述半导体基底100的上表面，并且形成具有开口108的硬罩幕106(hard mask)，此硬罩幕106如图1所示，由残留的垫氧化层102与垫氮化层104构成。接下来，去除上述光阻图案。
接着，请参照图2，利用含有HBr、Cl、CF4的蚀刻气体，并且采用适当的蚀刻机台经由上述硬罩幕108的开口106对上述半导体基底100进行蚀刻。在此步骤，可形成深度大约为3000埃至5000埃的浅沟槽110，却也因此在上述浅沟槽110的侧壁附近造成了因蚀刻步骤的等离子轰击所造成的机械应力。接着利用标准清洗液(standard clearn solutions)，例如稀释的NH4OH/H2O2溶液(即SC1)或稀释的NH4OH/HCl溶液(即SC2)与去离子水结合，对半导体基底100进行清洗。
接着，在含氩气的环境中在温度约115℃至120℃下，对半导体基底100回火约1至2小时。此回火制程可用以降低或移除因蚀刻浅沟槽110而于半导体基底100引起的应力。氩气不会与半导体基底100反应，是故传统技术中的氮化硅的问题得以解决。
之后，请参照图3，利用高密度等离子化学气相沉积法(high densityplasma pressure chemical vapor deposition；HDPCVD)，并且采用四乙基硅酸盐(tetra-ethyl-ortho-silicate)与臭氧(ozone)为反应气体以在上述浅沟槽110形成由二氧化硅材料构成的绝缘物质112。另一方面，也可以采用硅烷与氧气的混合气体取代上述四乙基硅酸盐与臭氧的混合气体。为了降低高密度等离子而于半导体基底100引起的应力，较佳的是在形成绝缘物质112之前，于浅沟槽110形成衬氧化层111和/或衬氮化层。
然后，请参照图4，利用上述硬罩幕106当作研磨停止层(polishing stoplayer)，并且利用化学机械研磨法平坦化上述绝缘物质112，以留下上表面与上述硬罩幕106略为等高的绝缘物质112a。
接着，请参照图5，利用氢氟酸溶液(hydrofluoric acid solution)以去除垫氧化层102，再以热磷酸溶液去除垫氮化层104，直到露出上述半导体基底100的上表面为止。在此湿蚀刻步骤，上述绝缘物质112a亦会有所损耗而留下绝缘物质112b。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明之保护范围当视权利要求书范围所界定者为准。
权利要求
1.一种在半导体基底之中形成浅沟棹隔离物的方法，其特征是至少包括下列步骤在上述半导体基底表面形成一具有开口的硬罩幕；经由上述开口蚀刻上述半导体基底以形成一浅沟槽；在含有氩气的环境下对上述半导体基底进行回火；在上述硬罩幕表面形成一绝缘物质，以填入上述浅沟槽；利用上述硬罩幕当作研磨停止层，并且平坦化上述绝缘物质；以及去除上述硬罩幕，以露出上述半导体基底的上表面并留下一浅沟槽隔离物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是上述浅沟槽的形成是利用非等向性蚀刻法，并且以含有HBr、Cl、CF4为反应气体而完成。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是上述绝缘物质的形成方法包括于上述浅沟槽的表面形成一衬氧化层；以及利用高密度等离子化学气相沉积法(HDPCVD)在上述浅沟槽中沉积一氮化硅层。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是上述绝缘物质采用化学机械研磨法完成。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是上述硬罩幕的去除步骤采用磷酸溶液完成。
6.如权利要求1所述的方法，其特征是上述半导体基底在含氩气的环境下回火1至2小时。
7.如权利要求1所述的方法，其特征是对上述半导体基底进行回火以移除上述浅沟槽附近的应力。
8.如权利要求1所述的方法，其特征是上述半导体基底是在含氩气的环境下在温度约1150至1200℃下进行回火。
9.如权利要求1所述的方法，其特征是包括在蚀刻上述半导体基底以形成上述浅沟槽后，进行清洗具有上述浅沟槽的上述半导体基底的步骤。
10.如权利要求11所述的方法，其特征是上述半导体基底是通过一标准清洗液进行清洗。
全文摘要
一种在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法；首先，在上述半导体基底表面形成一具有开口的硬罩幕，并经由上述开口蚀刻上述半导体基底以形成一浅沟槽；然后，在含氩气的环境在温度约1150至1200℃下对半导体基底回火1至2小时；接着，在上述硬罩幕表面形成一绝缘物质，以填入上述浅沟槽；其次，利用上述硬罩幕当作停止层，并且平坦化上述绝缘物质后，去除上述硬罩幕，以露出上述半导体基底的上表面；根据本发明的方法，浅沟槽附近的半导体基底没有氮化硅的形成，因而得以改善半导体元件的效能。
文档编号H01L21/70GK1501469SQ02148739
公开日2004年6月2日 申请日期2002年11月15日 优先权日2002年11月15日
发明者顾子琨, 黄建恺 申请人:矽统科技股份有限公司