沟渠绝缘工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种沟渠绝缘工艺。首先提供一基底，其上设有一垫层以及一硬掩膜层；于所述硬掩膜层上形成至少一开口、经由所述开口刻蚀基底，以形成一第一沟渠、于所述第一沟渠的侧壁上形成一侧壁子；经所述第一沟渠刻蚀基底，于所述第一沟渠下方形成一第二沟渠、进行一热氧化工艺，以利用所述侧壁子作为一保护层来氧化所述第二沟渠内的基底，直到第二沟渠被一氧化层填满、移除所述侧壁子以裸露出第一沟渠的侧壁；于裸露出来的所述第一沟渠侧壁上形成一衬层、以及进行一化学气相沉积工艺来沉积一介电层，以填满所述第一沟渠。
【专利说明】沟渠绝缘工艺
【技术领域】
[0001]本发明大体上关于一种半导体工艺【技术领域】，特别是一种沟渠绝缘工艺，其利用侧壁子工艺及/或热氧化技术来达到无孔隙的沟渠充填效果。
【背景技术】
[0002]在集成电路的应用中，不同的功能元件常被建构于单一芯片上，为了确保每个独立的元件可以不被周围其它元件所干扰，因此元件之间的电性隔绝显得特别重要。
[0003]区域性娃氧化(local oxidation of silicon, L0C0S)技术是早期半导体工艺中常见的隔绝方法，其具有工艺简单以及低成本的优点，但随着工艺能力的进步以及元件的微缩，因L0C0S工艺造成的鸟嘴状结构以及场氧化层变薄等问题变得更为严重，因此，业界后续发展出浅沟渠绝缘(shallow trench isolation, STI)工艺來解决上述LOCOS工艺所造成的问题。
[0004]STI工艺作法是挖出沟渠后填入绝缘材料来隔绝有源区域，其虽可克服L0C0S的缺点，但也会有抛光浅碟凹陷(dishing)以及次启始电压突增(sub-threshold kink)等固有问题要克服，且随着元件尺寸不断微缩，要做到无孔隙的沟渠填入品质变得更加困难。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的目的即在于提供一种改良的沟渠绝缘工艺，其配合侧壁子工艺及/或热氧化工艺来达成沟渠填入的功效，而不会增加整体工艺的复杂度。
[0006]根据本发明一实施例，其提供了一种沟渠绝缘工艺，其步骤包含有:提供一基底，其上设有一垫层以及一硬掩膜层、于所述硬掩膜层形成至少一开口、经由所述开口刻蚀基底，以形成一第一沟渠、于所述第一沟渠的侧壁上形成一侧壁子、经所述第一沟渠刻蚀基底，以于所述第一沟渠下方形成一第二沟渠、进行一热氧化工艺，以利用所述侧壁子作为一保护层来氧化所述第二沟渠内的基底，直到所述第二沟渠被一氧化层填满、移除所述侧壁子，以裸露出第一沟渠的侧壁、于裸露出来的第一沟渠侧壁上形成一衬层、以及进行一化学气相沉积工艺来沉积一介电层，以填满所述第一沟渠。
[0007]根据本发明另一实施例，其提供了一种沟渠绝缘工艺，其步骤包含有:提供一基底，其上设有一垫层以及一硬掩膜层、于所述硬掩膜层形成至少一开口、于所述开口的侧壁上形成一侧壁子、经由所述开口刻蚀基底，以形成一沟渠、以及进行一热氧化工艺，以利用所述侧壁子作为一保护层来氧化所述沟渠内的基底，直到沟渠被一氧化层填满。
[0008]根据本发明又一实施例，其提供了一种沟渠绝缘工艺，包含有:提供一基底，其上设有一垫层以及一硬掩膜层、于所述硬掩膜层形成至少一开口、经由所述开口刻蚀基底直至一预定深度，以形成一凹陷区域、于所述开口的侧壁上形成一侧壁子、经由所述开口以及所述凹陷区域刻蚀基底，以形成一沟渠、以及进行一热氧化工艺，以利用所述侧壁子作为一保护层来氧化所述沟渠内的基底，直到所述沟渠被一氧化层填满。
[0009]为让本发明的上述目的、特征及优点能更为明显易懂，下文中特举数个优选实施方式，并配合附图作详细说明如下。然而如下的优选实施方式与附图仅供参考与说明之用，其并非是用来对本发明加以限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1至图4为依据本发明一实施例所绘示的沟渠绝缘工艺示意图。
[0011]图5至图7为依据本发明另一实施例所绘示的沟渠绝缘工艺的示意图。
[0012]图8至图10为依据本发明又一实施例所绘示的沟渠绝缘工艺的示意图。
[0013]其中，附图标记说明如下:
[0014]10 基底20 氧化衬层
[0015]12 硅氧垫层22 介电层
[0016]14 硬掩膜层102 第一沟渠
[0017]14a 开口104 第二沟渠
[0018]16 侦_子114 沟渠
[0019]18 氧化层122 凹陷区域
[0020]18a 楔形凹陷结构 124 沟渠
[0021]18b 鸟嘴状结构AA 有源区域
【具体实施方式】
[0022]请参阅图1至图4，其为依据本发明一实施例所绘示的沟渠绝缘工艺的示意图。首先,如图1所不，提供一基底10,如一半导体基底,接着于基底10表面形成一娃氧垫层12以及一硬掩膜层14，如一氮化硅层。硬掩膜层14也可以是一多层结构，如一氮化硅层加上一硅氧层。然后利用光刻工艺于硬掩膜层14形成开口 14a，图案化厚的硬掩膜层14以定义出有源区域AA的位置。再以硬掩膜层14为刻蚀掩膜，经由开口 14a刻蚀硅氧垫层12以及基底10直到一第一预定深度，以形成一第一沟渠102。
[0023]如图2所示，接着于第一沟渠102的侧壁上形成侧壁子16，如一氮化硅侧壁子。形成侧壁子16方法，如先沉积一均厚的氮化硅层覆盖住硬掩膜层16，并顺应地覆盖住第一沟渠102的侧壁及底部，再以各向异性刻蚀工艺回刻蚀所述氮化硅层。接下来再进行一干刻蚀工艺，以利用侧壁子16作为刻蚀掩膜来继续经由第一沟渠102刻蚀基底10至一第二预定深度，如此会在第一沟渠102下方形成一第二沟渠104。第二沟渠104的开口宽度大小可以借由侧壁子16的厚度來控制。
[0024]如图3所示，接着进行一热氧化工艺，例如在温度介于800-1200°C，以水蒸气、氧气，或内含少量氯化氢或氮气的水蒸气或氧气，以及工艺压力介于600-760托(torr)的条件下，利用侧壁子16作为保护层来氧化第二沟渠104内的基底10，直到第二沟渠104最后被氧化层18填满，而在氧化层18表面上留下楔形凹陷结构18a。
[0025]如图4所示，接着移除侧壁子16以裸露出第一沟渠102的侧壁，再进行一氧化工艺于裸露出来的第一沟渠102侧壁上形成一氧化衬层20。随后，再进行一化学气相沉积(CVD)工艺全面性地沉积一介电层22,如一娃氧层,使介电层22填满第一沟渠102。由于第二沟渠104已为氧化层18所填满而降低了其深宽比，故后续以CVD工艺填充第一沟渠102、时的工艺裕度较高，进而达到高质量、无孔隙的沟渠充填。[0026]请参阅图5至图7，其为依据本发明另一实施例所绘示的沟渠绝缘工艺的示意图。首先，如图5所不，同样提供一基底10,如一半导体基底,接着于基底10表面形成一娃氧垫层12以及一硬掩膜层14,如一氮化娃层。硬掩膜层14也可以是一多层结构,如一氮化娃层加上一娃氧层。然后利用光刻工艺于硬掩膜层14上形成开口 14a。
[0027]如图6所示，接着于开口 14a的侧壁上形成侧壁子16，如一氮化硅侧壁子。形成侧壁子16方法，如先沉积一均厚的氮化硅层覆盖住硬屏蔽层16，并顺应地覆盖住开口 14a的侧壁及底部，再以各向异性刻蚀工艺回刻蚀所述氮化硅层。接下来再进行一干刻蚀工艺，利用侧壁子16作为刻蚀掩膜来继续经由开口 14a刻蚀基底10至一预定深度，如此会在开口14a下方形成一沟渠114，其开口宽度大小可以借由侧壁子16的厚度来控制，例如，侧壁子16的厚度可以小于开口 14a宽度的四分之一。
[0028]如图7所示，进行一热氧化工艺，例如，在温度介于800-1200°C，以水蒸气、氧气，或内含少量氯化氢或氮气的水蒸汽或氧气，以及工艺压力介于600-760托的条件下，利用侧壁子16作为保护层来氧化基底10，直到沟渠114最后被氧化层18填满，而在氧化层18表面上留下楔形凹陷结构18a，同时产生轻微的鸟嘴状结构18b。此实施例是利用氮化硅侧壁子的厚度来缩减绝缘沟渠的宽度，以提高电路集成度。
[0029]请参阅图8至图10，其为依据本发明又一实施例所绘示的沟渠绝缘工艺的示意图。首先，如图8所示，同样提供一基底10，如一半导体基底，接着再于基底10表面形成一硅氧垫层12以及一硬掩膜层14，如一氮化硅层。硬掩膜层14也可以是一多层结构，如一氮化娃层加上一娃氧层。然后利用光刻工艺于硬掩膜层14形成开口 14a,继而经由开口 14a刻蚀基底10至一第一预定深度(小于0.2微米)，如此以形成一凹陷区域122。
[0030]如图9所示，接着于开口 14a的侧壁上形成侧壁子16，如氮化硅侧壁子。形成侧壁子16方法为，例如先沉积一均厚的氮化硅层覆盖住硬掩膜层16，并顺应地覆盖住开口 14a的侧壁及底部，再以各向异性刻蚀工艺回刻蚀所述氮化硅层。接下来再进行一干刻蚀工艺，以利用侧壁子16作为刻蚀掩膜来继续经由开口 14a以及凹陷区域122刻蚀基底10至一第二预定深度，如此以形成一沟渠124，其开口宽度大小可以借由侧壁子16的厚度来控制。
[0031]如图10所示，接着进行一热氧化工艺，例如在温度介于800-1200°C，以水蒸气、氧气，或内含少量氯化氢或氮气的水蒸气或氧气，以及工艺压力介于600-760托的条件下，利用侧壁子16作为保护层来氧化基底10，直到沟渠124最后被氧化层18填满，而在氧化层18表面上留下楔形凹陷结构18a，同时产生轻微的鸟嘴状结构18b。相较于图7，由于有凹陷区域122的存在，使得侧壁子16可以保护住有源区域的转角处，故图10中的鸟嘴状结构18b较不明显，也较不易伸入有源区域，因此更能有效的利用有源区域的面积。
[0032]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种沟渠绝缘工艺，其特征在于，包含: 提供一基底，其上设有一垫层以及一硬掩膜层； 于所述硬掩膜层形成至少一开口； 经由所述开口刻蚀所述基底，以形成一第一沟渠； 于所述第一沟渠的侧壁上形成一侧壁子； 经所述第一沟渠刻蚀所述基底，以于所述第一沟渠下方形成一第二沟渠； 进行一热氧化工艺，以利用所述侧壁子作为一保护层来氧化所述第二沟渠内的所述基底，直到所述第二沟渠被一氧化层填满； 移除所述侧壁子，以裸露出所述第一沟渠的侧壁； 于裸露出來的所述第一沟渠侧壁上形成一衬层；以及 进行一化学气相沉积工艺来沉积一介电层，以填满所述第一沟渠。
2.根据权利要求1所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述垫层是一硅氧垫层。
3.根据权利要求1所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述侧壁子是一氮化硅层。
4.根据权利要求1所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述热氧化工艺是在温度介于800-1200 °C,以水蒸气、氧气，或内含氯化氢或氮气的水蒸气或氧气，在工艺压力介于600-760托的条件下进行。
5.根据权利要求1所述的沟渠绝缘`工艺，其特征在于，所述第二沟渠的开口宽度大小是借由所述侧壁子的厚度来控制。`
6.根据权利要求1所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述衬层是一氧化衬层。
7.根据权利要求1所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述氧化层表面具有一楔形凹陷结构。
8.一种沟渠绝缘工艺，其特征在于，包含: 提供一基底，其上设有一垫层以及一硬掩膜层； 于所述硬掩膜层形成至少一开口； 于所述开口的侧壁上形成一侧壁子； 经由所述开口刻蚀所述基底，以形成一沟渠；以及 进行一热氧化工艺，以利用所述侧壁子作为一保护层来氧化所述沟渠内的所述基底，直到所述沟渠被一氧化层填满。
9.根据权利要求8所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述垫层是一硅氧垫层。
10.根据权利要求8所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述侧壁子是一氮化硅层。
11.根据权利要求8所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述热氧化工艺是在温度介于800-1200°C,以水蒸气、氧气，或内含氯化氢或氮气的水蒸气或氧气，在工艺压力介于600-760托的条件下进行。
12.根据权利要求8所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述侧壁子的厚度小于所述开口的宽度的四分之一。
13.根据权利要求8所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述氧化层表面具有一楔形凹陷结构。
14.一种沟渠绝缘工艺，其特征在于，包含: 提供一基底，其上设有一垫层以及一硬掩膜层；于所述硬掩膜层形成至少一开口； 经由所述开口刻蚀所述基底直至一预定深度，以形成一凹陷区域； 于所述开口的侧壁上形成一侧壁子； 经由所述开口以及所述凹陷区域刻蚀所述基底，以形成一沟渠；以及进行一热氧化工艺，以利用所述侧壁子作为一保护层来氧化所述沟渠内的所述基底，直到所述沟渠被一氧化层填满。
15.根据权利要求14所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述预定深度小于0.2微米。
16.根据权利要求14所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述垫层是一硅氧垫层。
17.根据权利要求14所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述侧壁子是一氮化硅层。
18.根据权利要求14所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述热氧化工艺是在温度介于800-1200°C,以水蒸气、氧气,或内含氯化氢或氮气的水蒸气或氧气,在工艺压力介于600-760托的条件下进行。
19.根据权利要求14所述的沟渠绝缘工艺，其特征在于，所述氧化层表面具有一楔形凹陷结构。
【文档编号】H01L21/762GK103681452SQ201210378608
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年10月9日 优先权日:2012年8月28日
【发明者】林永发, 张家豪 申请人:茂达电子股份有限公司