专利名称：消除浅沟槽隔离中的边沟的方法
技术领域：
本发明有关一种形成浅沟槽隔离(shallow trench isolation)结构于半导体元件的方法，特别是有关于一种消除浅沟槽隔离中的边沟(divot)的方法。
(2)背景技术当半导体元件尺寸越趋小化、更加提升元件积集度，对于元件分隔主动区域的隔离结构制造的有效性及可靠性更形困难。在半导体元件中，最常用的隔离结构形成方法之一为硅的区域氧化法(localized oxidation of silicon，LOCOS)。然而此种标准的硅的区域氧化法有所限制，而促使发展出新的隔离制程。填充氧化物的嵌壁式浅沟槽隔离制程目前已被广泛使用，且没有鸟嘴(bird’s beaks)产生而更加平坦化，并且不会因场氧化薄层影响受到损害。但是浅沟槽隔离制程仍存在有一问题，特别是浅沟槽为嵌壁式时，在浅沟槽边缘产生边角(corner)或边沟(divot)效应，将会促使元件短路发生。
参阅图1，图中显示有关制造浅沟槽隔离结构的先前技术初始步骤，一绝缘层15形成在一底材10上，典型的绝缘层15为氧化层，通常作为垫氧化层，然而其他适合的绝缘材质也可予以使用。一氮化遮罩层20沉积在绝缘层15上，此氮化遮罩层20通常使用具有绝缘性材质(例如氮化硅)，导电材质如多晶硅和多晶硅/氮化物也被使用形成遮罩层20。
在半导体底材10中，形成主动区域26和浅沟槽区域27的初始步骤包括应用一光阻层25形成在氮遮罩层20上，在浅沟槽区域27内，蚀刻移除氮遮罩层20和绝缘层15的部份区域，更进一步蚀刻移除部份的底材10；接着移除此光阻层25。对于此浅沟槽隔离制程的蚀刻部份的氮遮罩层20、绝缘层15以及底材10，活性离子蚀刻(reactive ion etching，RIE)法是典型的蚀刻使用方法。
如图2的截面图所示，在浅沟槽隔离区域，蚀刻暴露部份的氮遮罩层20和绝缘层15后，蚀刻部份的底材10的结果是一浅沟槽开口29形成在底材10中，第一氧化层30经由快速热氧化法，可成长或沉积在浅沟槽开口29中。
另一种方法如图3所示，一氮化层35形成在第一氧化层30上，如在浅沟槽开口29侧壁和底部的内衬，使浅沟槽开口29内壁钝态化，将提升漏电的阻断力。
如图2所示，第二氧化层40沉积在浅沟槽开口29中和氮遮罩层20上。第二氧化层40的功能为绝缘体，作为不同电子元件间的隔离，其也可能形成在底材10上。第二氧化层40通常为一厚的氧化层，如四氧乙基硅(tetraethylorthosilicate，TEOS)、化学气相沉积的氧化层、硼磷硅玻璃(borophosphosilicate glass，BPSG)、氮化物、结合上述的物质或相似绝缘材质，其他等效材质也可作为浅沟槽隔离用。
依序图2的浅沟槽截面图如图4所示，接着进行一平坦化步骤。为达到平坦化目的可利用任何的适当方法，如化学机械研磨(chemical-mechanicalpolishing，CMP)法、干蚀刻或结合使用等。平坦化步骤的结果，为暴露出氮遮罩层20的上表面。
图5所示为利用湿蚀刻方式移除氮遮罩层20和绝缘层15后的示意图，图5中显示的截面图为此先前技术的浅沟槽隔离结构，包括在底材10中沉积隔离物质40形成浅沟槽，浅沟槽隔离结构具有一凹壁或边沟45形成，介于隔离物质40和浅沟槽的边缘。此暴露出的边角45为介于主动区域26的电流短路的潜藏点，此暴露的边角45造成短路和其他的影响，故称的为”边角效应”。在此先前技术中，凹壁所产生的负面影响，表现在浅沟槽隔离的电流(ID)与电压(VG)特性上，如图6所示。
(3)发明内容本发明的目的在于提供一种制造浅沟槽隔离结构的方法，并可容易地控制此制程。
简要地说，本发明提供一种消除浅沟槽隔离中的边沟的方法。首先，一绝缘层形成在一底材上；一氮遮罩层形成在此绝缘层上；此氮遮罩层和绝缘层经由图案转移并蚀刻至暴露出部份的底材，此暴露的部份底材形成为隔离结构的边界区。
其次，一内衬多晶硅层形成在浅沟槽开口的内表面及氮遮罩层上，进行一氧化步骤使多晶硅层成为内衬第一氧化层。沉积一绝缘物质层，填充覆盖在浅沟槽开口中及内衬第一氧化层上，形成第二氧化层。第二氧化层经平坦化后暴露出氮遮罩层。接着移除氮遮罩层和绝缘层，最后第二氧化层与内衬第一氧化层一起形成浅沟槽隔离结构。
本发明的浅沟槽隔离制造程序的优点，较佳于先前技术的浅沟槽隔离制造方法。本发明的制程较先前技术制程易于控制。对IC元件而言，此浅沟槽隔离避免了引起与主动区域间产生短路的凹壁。
本发明如前所述和其他目的、特点及优点，将会在最佳实施例中有详细的说明，并且配合图示说明使其更易了解。
(4)
图1至图5的截面图所示为先前技术的浅沟槽隔离结构，包括隔离物质沉积在浅沟槽中，此浅沟槽隔离结构具有一凹壁形成一边角，介于隔离物质和浅沟槽边缘之间。
图6所示为有边沟的浅沟槽隔离结构引起电流和电压的差异性。
图7到图11所示的截面图为本发明的消除浅沟槽隔离中的边沟的步骤方法。
(5)具体实施方式
图7到图11所示的截面图为本发明的消除浅沟槽隔离中的边沟的方法。本发明将配合图示作详细说明，并且使用参考数字是为了更加清楚表明元件。
首先，参照图7所示，一绝缘层105形成于一底材100上，此为本发明有关制造浅沟槽隔离结构的初始步骤。此绝缘层105通常为氧化物，典型的绝缘层为垫氧化层，然其他适合的绝缘物质也可被使用。
一氮遮罩层110形成在绝缘层105上，虽然氮遮罩层110通常使用非活性物质如氧化物或氢氧化物，任何其他相似特性的物质也可被使用成为氮遮罩层110。此外氮遮罩层110也可使用具有绝缘性的材质(如氮化硅)，也可使用导电材质如多晶硅和多晶硅/氮化物，本实施例中的氮遮罩层110为氮化硅。在此步骤中，利用一光阻层115形成在氮遮罩层110上，在半导体底材100上形成出主动区域114和浅沟槽区域116。
参阅图8所示，接下来制造浅沟槽隔离结构的步骤包括使用活性离子蚀刻法移除氮遮罩层110、底材100上的绝缘层105的部份区域，以及底材100的部份区域以形成一浅沟槽开口117在底材100中。
利用化学气相沉积法成长或沉积一内衬多晶硅层在浅沟槽开口117中，此内衬多晶硅层包括在浅沟槽开口117内表面的侧壁118和底部119，以及覆盖在氮遮罩层110上，内衬多晶硅层的厚度大约为100埃。接着进行一氧化步骤以形成内衬第一氧化层120厚度约为300埃。内衬第一氧化层120提供较佳的短路阻断力，并使浅沟槽开口117侧壁118为一绝缘钝态。内衬第一氧化层120的形成方法是使用快速热氧化法或置于炉管内。
参照图9，一绝缘材质如第二氧化层125填充在浅沟槽开口117中及覆盖在第一氧化层120上。第二氧化层125的功能作为一绝缘体，提供不同电子元件的隔离，其也可制造在底材100上。任何适当的具有绝缘性的材质，皆可被利用成为第二氧化层125。此步骤沉积第二氧化层125最佳方法为化学气相沉积法，化学气相沉积法包括有低压化学气相沉积法、等离子体化学气相沉积法、高密度等离子体化学气相沉积法或互相结合使用之。
延续图9的浅沟槽隔离结构截面图如图10所示，经由一平坦化步骤后，移除部份的第二氧化层125，并暴露出氮遮罩层110。此平坦化步骤可使用任何适当方法，如化学机械研磨法、干蚀刻法或结合使用之。本实施例中化学机械研磨法为较佳选择。
之后，利用湿蚀刻步骤移除氮遮罩层110和绝缘层105的结果如图11所示，第二氧化层125形成一浅沟槽隔离结构。隔离物质的第二氧化层125与内衬第一氧化层120形成在浅沟槽中，延长的内衬第一氧化层120于浅沟槽的外围边缘，实质地消除了”边角和边沟”效应130，可确实减少在底材100上主动区域间的电流短路。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或替换，均应包含在下述的申请专利范围内。
权利要求
1.一种形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，至少包含提供一底材，该底材中具有一浅沟槽开口；沉积一内衬多晶硅层在该浅沟槽开口中以及该底材上；氧化该内衬多晶硅层以形成一内衬第一氧化层；以及填入一第二氧化层于该浅沟槽开口中。
2.如权利要求1所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，该形成该内衬多晶硅层为化学气相沉积法。
3.如权利要求1所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，该氧化步骤可选择快速热氧化法或是炉管内加热。
4.如权利要求1所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，该填入该第二氧化层方法可选择包括低压化学气相沉积法、等离子体化学气相沉积法和高密度等离子体化学气相沉积法。
5.一种形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，包括形成一氮遮罩层在一底材上；蚀刻该氮遮罩层及暴露出部份的该底材，以形成一浅沟槽开口；形成一内衬多晶硅层在该浅沟槽开口上和该氮遮罩层上；以及对该内衬多晶硅层进行一氧化步骤以形成一内衬第一氧化层；沉积一第二氧化层在该内衬第一氧化层上，并填满该浅沟槽开口；平坦化该第二氧化层以暴露出该氮遮罩层；以及移除该氮遮罩层。
6.如权利要求5所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，该氮遮罩层为氮化硅层。
7.如权利要求5所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，蚀刻该氮遮罩层为活性离子蚀刻法。
8.如权利要求5所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，形成该内衬多晶硅层步骤包含化学气相沉积法。
9.如权利要求5所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，该氧化步骤可选择快速热氧化法或是炉管内加热。
10.如权利要求5所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，沉积该第二氧化层方法可选择包括低压化学气相沉积法、等离子体化学气相沉积法和高密度等离子体化学气相沉积法。
11.如权利要求5所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，平坦化该第二氧化层可选择包括化学机械研磨法和干蚀刻法。
12.如权利要求5所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，该移除该氮遮罩层为湿蚀刻法。
13.一种形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，包括提供一底材；形成一绝缘层在该底材上；形成一氮遮罩层在该绝缘层上；形成一光阻层在该氮遮罩层上，其中，该光阻层具有一浅沟槽开孔图案；利用该光阻层为罩幕，蚀刻该氮遮罩层、该绝缘层以暴露部份的该底材以形成一浅沟槽开口；形成一内衬多晶硅层在该浅沟槽开口上和该氮遮罩层上；对该内衬多晶硅层进行一氧化步骤以形成一内衬第一氧化层；沉积一绝缘物质填充该浅沟槽开口和覆盖该内衬第一氧化层上，以形成第二氧化层；平坦化该第二氧化层至暴露出该氮遮罩层；移除该氮遮罩层；以及移除该绝缘层。
14.如权利要求13所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，该绝缘层为垫氧化层。
15.如权利要求13所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，该氮遮罩层为氮化硅层。
16.如权利要求13所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，蚀刻该氮遮罩层及该绝缘层为活性离子蚀刻法。
17.如权利要求13所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，形成该内衬多晶硅层为化学气相沉积法。
18.如权利要求13所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，该氧化步骤可选择快速热氧化法或是炉管内加热。
19.如权利要求13所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，沉积该第二氧化层方法可选择包括低压化学气相沉积法、等离子体化学气相沉积法和高密度等离子体化学气相沉积法。
20.如权利要求13所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，平坦化该第二氧化层可选择化学机械研磨法和干蚀刻法。
21.如权利要求13所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，移除该氮遮罩层为湿蚀刻法。
22.如权利要求13所述的形成浅沟槽隔离的方法，其特征在于，移除该绝缘层为湿蚀刻。
全文摘要
一种消除边沟的浅沟槽隔离方法，包括一绝缘层形成在一底材上；一氮遮罩层形成在此绝缘层上；此氮遮罩层和绝缘层经由图案转移并蚀刻至暴露出部分的底材上，此暴露的部分底材形成为隔离结构的边界区；其次，一多晶硅层形成在此沟槽的内表面及在氮遮罩层上，进行一氧化步骤使多晶硅层成为第一氧化层；沉积一绝缘物质层，填充覆盖在沟槽中及第一氧化层上形成第二氧化层；第二氧化层经平坦化后暴露出氮遮罩层；接着移除氮遮罩层和绝缘层，最后第二氧化层与第一氧化层一起形成浅沟槽隔离结构。
文档编号H01L21/76GK1438690SQ0310297
公开日2003年8月27日 申请日期2003年1月23日 优先权日2002年2月1日
发明者陈海清, 黄昌琪, 徐世杰, 黄正同, 盛义忠 申请人:联华电子股份有限公司