专利名称：一种形成浅沟槽隔离结构的方法
技术领域：
本发明是有关于一种半导体制程，特别是有关于一种形成浅沟槽隔离结构的方法，以防止隔离结构的角落因过度蚀刻而形成凹陷。
图1a到1 e绘示出传统上制造浅沟槽隔离结构的剖面示意图。首先，请参照图1a，在一硅基底10表面上，依序形成一垫氧化硅层(padoxide)12，及一氮化硅层14。之后，于氮化硅层14上涂覆一光阻层16，并根据微影程序定义其图案以露出欲形成沟槽隔离区的部分。接着，利用此光阻层16当作罩幕，依序蚀刻氮化硅层14和垫氧化硅层12以形成一开口18。
接下来，请参照图1b，在剥除光阻层16后，以氮化硅层14和垫氧化硅层12当作罩幕，蚀刻开口18下方的硅基底10而形成一沟槽20，用以定义元件的主动区(active area)。
接下来，请参照图1c，施行一热氧化程序，以在沟槽20的表面生成一薄氧化硅当作衬氧化硅层(liner oxide layer)22。然而，因为在氧化生成衬氧化硅层22时，应力会集中在沟槽顶部及底部角落20a，20b，所以此处的衬氧化硅层22生成速度较慢，使其在沟槽顶部及底部角落20a，20b的厚度相当薄。接着，利用高密度电浆化学气相沉积法(highdensity plasma CVD，HDPCVD)，在氮化硅层14上形成一氧化硅层24，并填满沟槽20。
接下来，请参照图1d，施行一化学性机械研磨(CMP)程序，去除氮化硅层14上多余的氧化硅层24，以形成表面平坦的浅沟槽隔离结构24a。最后，去除氮化硅层14和垫氧化硅层12，便完成浅沟槽隔离制程，得到如图1e所示的构造。
由于浅沟槽隔离结构24a对于氢氟酸(HF)的湿蚀刻率比垫氧化硅层12及衬氧化硅层22快，因此当以氢氟酸浸泡(dip)去除垫氧化硅层12时，会侵蚀到浅沟槽隔离结构24a，而使沟槽顶部角落20a暴露出来，并在沟槽顶部角落20a旁边造成凹陷26。
此凹陷26会造成电场的集中，导致绝缘性质变差，因而造成不正常的元件性质，例如使元件的汲极电流(1d)与闸极电压(Vg)的I-V曲线中产生双峰(double hump)的颈结效应(kink effect)。另外，沟槽底部角落20b的衬氧化硅层22较薄，容易造成应力集中，同样导致绝缘性质变差而产生漏电流。
本发明的另一目的在于提供一种形成浅沟槽隔离结构的方法，其形成蚀刻速率低于用以填充沟槽的绝缘层的衬氧化硅层，以防止隔离结构的顶部角落因过度蚀刻而形成凹陷。
本发明提供一种形成浅沟槽隔离结构的方法，至少包括下列步骤提供一基底30，其上形成有一罩幕层35；蚀刻该罩幕层35以形成至少一开口38并露出该基底30表面；蚀刻该开口38下方的基底30，以在该基底30中形成一沟槽40；在该罩幕层35上及该沟槽40的表面顺应性形成一硅层42；氧化该硅层42以在该罩幕层35上及该沟槽40表面形成一衬氧化硅层42a；在该罩幕层35上方形成一绝缘层44并填满该沟槽40；去除该罩幕层35上方的该绝缘层44及该衬氧化硅层42a；以及去除该罩幕层35。
所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其中该基底30是一硅基底。
所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其中该罩幕层35包含一氮化硅层34。
所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其中使用低压化学气相沉积法及单一反应室化学气相沉积法的任一种来形成该硅层42。
所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其中该硅层是一复晶硅层及非晶质硅层的任一种。
所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其中该硅层42的厚度在50到300埃的范围。
所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其中该硅层42的厚度约为150埃。
所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其中藉由高温炉管氧化法形成该衬氧化硅层。
所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其中形成该衬氧化硅层42a的温度在800℃-1200℃的范围。
所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其中该绝缘层44是一高密度电浆氧化层。
因为沟槽顶部角落40a中的衬氧化硅层42a蚀刻速率较沟槽隔离结构44a低，所以不会造成凹陷，可避免已知技术所述的颈结效应。另外，根据本发明的方法可在沟槽底部角落40b形成圆化的衬氧化硅层42a，因此可防止因应力集中所造成的漏电流。
符号说明10、30基底 12、32 垫氧化硅层14、34氮化硅层 16、36 光阻层18、38开口 20、40 沟槽20a、40a 沟槽顶部角落 20b、40b沟槽底部角落22、42a 衬氧化硅层 24 氧化硅层24a、44a 浅沟槽隔离结构 26 凹陷35罩幕层 42 硅层44绝缘层首先，请参照图2a，提供一基底30，例如一硅基底，在基底100表面上形成一罩幕层35，罩幕层35较佳的厚度为200-3500埃，其可为单层结构或数层的堆叠结构。
如图中所示，罩幕层35较佳是由一层垫氧化硅层32与一层较厚的氮化硅层34所组成。其中，形成垫氧化硅层32的方法可为热氧化法或是以公知的常压(atmospheric)或低压化学气相沉积法(low pressurechemical vapor deposition，LPCVD)沉积而成。在垫氧化硅层32之上的氮化硅层34可利用低压化学气相沉积法，以二氯硅烷(SiCl2H2)与氨气(NH3)为反应原料沉积而成。
接着，在罩幕层35表面上形成一层光阻层36。之后，根据公知的微影制程于光阻层36中形成一开口，此开口是用以定义沟槽隔离区。
接下来，由具有开口的光阻层36作为蚀刻罩幕，进行非等向性地蚀刻制程，例如反应离子蚀刻(reactivetion etching，RIE)，以将光阻层36的开口图案转移至罩幕层35中并于其中形成一开口38。
接下来，请参照图2b，以适当蚀刻溶液或灰化处理来去除光阻层36之后，由罩幕层35作为蚀刻罩幕，进行非等向性蚀刻制程，例如反应离子蚀刻，以将开口38下方的基底30蚀刻至一预定深度而形成深度约为3000-6000埃的沟槽40。
接下来，请参照图2c及图2d，进行本发明的关键步骤，由公知沉积技术，例如低压化学气相沉积法(LPCVD)或单一反应式化学气相沉积法(single-chamber CVD)于氮化硅层34上及沟槽40的表面顺应性地沉积一硅层42，例如一复晶硅层或非晶质硅层。在本具体实施方案中，沉积复晶硅层所需的制程温度约为580℃-630℃左右，且所需的制程压力在0.2到0.5Torr的范围，而较佳的温度及压力分别为600℃及0.25Torr。另外，沉积非晶质硅层所需的制程温度约为500℃-550℃左右，且所需的制程压力在0.25到1Torr的范围，而较佳的温度及压力分别为520℃及1Torr。另外，硅层42的厚度在50到300埃的范围，而较佳的厚度约为150埃。
接下来，请参照图2d，由高温炉管氧化法(high temperatureoxidation)并通入氧气(O2)或其他氧化气体，例如臭氧(O3)，来氧化硅层42而在氮化硅层34上及沟槽40的表面形成一层衬氧化硅层42a。其特征在于，形成衬氧化硅层42a所需的制程温度约为800℃-1200℃左右而较佳的温度为1050℃，且所需的制程压力约为1atm左右。另外，所生成的衬氧化硅层42a的厚度约为100-300埃左右。
接着，于罩幕层35上方形成一层绝缘层44，并填入沟槽40中。前述的绝缘层44的材质可为未掺杂的氧化硅。未掺杂的氧化硅包含由四乙基硅酸盐(TEOS)所构成的氧化硅、或是高密度电浆氧化硅(HDPoxide)。在本实施例中，所使用的绝缘层44的材质为高密度电浆氧化硅，其沉积方法是高密度电浆化学气相沉积法(HDPCVD)法。之后，再进行回火程序或快速热制程(rapid thermal process，RTP)，以使绝缘层44致密化。
在本实施例中，由于使用高温炉管氧化法所形成的衬氧化硅层42a的蚀刻速率较绝缘层44(高密度电浆氧化硅)的蚀刻速率低，因此在后续去除罩幕层35，及其它湿式处理程序65，可以避免衬氧化硅层42a被过蚀刻而于沟槽顶部角落40a产生深度较深的凹陷。
另外，沟槽底部角落40b的衬氧化硅层42a并非直接藉由氧化硅基底30所形成，而是藉由氧化硅层42所形成。因此，可在沟槽底部角落40b形成圆化的衬氧化硅层42a。接下来，请参照图2e，可利用回蚀刻或化学机械研磨法(CMP)将罩幕层35上方多余的绝缘层44及衬氧化硅层42a去除，以形成浅沟槽隔离结构44a。
最后，请参照图2f，将罩幕层35剥除。其特征在于，剥除氮化硅层34的方法为湿式蚀刻法，例如是以热磷酸为蚀刻液来浸泡而将其去除；剥除垫氧化硅层32的方法为湿式蚀刻法，其例如是以氢氟酸为蚀刻液来浸泡。
在剥除垫氧化硅层32的同时，部分的浅沟槽隔离结构44a亦会被部分剥除。然而，如先前所述，因为沟槽顶部角落40a中的衬氧化硅层42a蚀刻速率较沟槽隔离结构44a低，所以不会造成凹陷，可避免已知技术所述的颈结效应。另外，根据本发明的方法可在沟槽底部角落40b形成圆化的衬氧化硅层42a，因此可防止因应力集中所造成的漏电流。
以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人，在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种形成浅沟槽隔离结构的方法，其特征在于至少包括下列步骤提供一基底，其上形成有一罩幕层；蚀刻该罩幕层以形成至少一开口并露出该基底表面；蚀刻该开口下方的基底，以在该基底中形成一沟槽；在该罩幕层上及该沟槽的表面顺应性形成一硅层；氧化该硅层以在该罩幕层上及该沟槽表面形成一衬氧化硅层；在该罩幕层上方形成一绝缘层并填满该沟槽；去除该罩幕层上方的该绝缘层及该衬氧化硅层；以及去除该罩幕层。
2.如权利要求1所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其特征在于该基底是一硅基底。
3.如权利要求1所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其特征在于该罩幕层包含一氮化硅层。
4.如权利要求1所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其特征在于藉由低压化学气相沉积法及单一反应室化学气相沉积法的任一种以形成该硅层。
5.如权利要求1所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其特征在于该硅层是一复晶硅层及非晶质硅层的任一种。
6.如权利要求1所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其特征在于该硅层的厚度在50到300埃的范围。
7.如权利要求1所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其特征在于该硅层的厚度约为150埃。
8.如权利要求1所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其特征在于藉由高温炉管氧化法形成该衬氧化硅层。
9.如权利要求8所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其特征在于形成该衬氧化硅层的温度在800℃-1200℃的范围。
10.如权利要求1所述的形成浅沟槽隔离结构的方法，其特征在于该绝缘层是一高密度电浆氧化层。
全文摘要
本发明揭示一种形成浅沟槽隔离结构的方法。首先，提供一具有至少一沟槽的基底。接着，藉由低压化学气相沉积法或单一反应室化学气相沉积法在沟槽的表面顺应性形成一复晶硅层或非晶质硅层。然后，利用高温炉管氧化法将复晶硅层或非晶质硅层氧化而在沟槽表面形成一衬氧化硅层。最后，在沟槽内填入绝缘层。
文档编号H01L21/76GK1479362SQ0214225
公开日2004年3月3日 申请日期2002年8月28日 优先权日2002年8月28日
发明者林平伟, 郭国权, 曾彦昌 申请人:矽统科技股份有限公司