專(zhuān)利名稱(chēng)：淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種電絕緣(Electrically insulating)結(jié)構(gòu)的制造方法，且特別是有關(guān)于一種淺溝渠隔離(Shallow Trench Isolation，STI)結(jié)構(gòu)的制造方法。
由于高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(High Density Plasma ChemicalVapor Deposition，HDPCVD)法具備有“蝕刻”與“沉積”兩個(gè)功能，因此在進(jìn)行沉積的同時(shí)，也會(huì)進(jìn)行將沉積物剝落的蝕刻反應(yīng)，使得高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法具有良好的填溝(Gap filling)能力，也因此應(yīng)用在形成淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)中的氧化硅絕緣層。
公知形成淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的方法如下所述，請(qǐng)參照?qǐng)D1A，首先提供一個(gè)基底100，再在基底100上依次形成墊氧化層102、氮化硅罩幕層104。接著，以非等向性蝕刻除去部份的氮化硅罩幕層104、墊氧化層102以及基底100，以形成溝渠106。
其中溝渠106在基底100的頂角處形成圓角結(jié)構(gòu)108，形成圓角結(jié)構(gòu)108的原因是因?yàn)榧饨墙Y(jié)構(gòu)在后續(xù)形成柵氧化層時(shí)，在尖角部位的柵氧化層的厚度將會(huì)不夠而造成漏電。而圓角結(jié)構(gòu)108可形成厚度均勻的柵氧化層，以避免后續(xù)形成的柵氧化層發(fā)生厚度不均導(dǎo)致漏電的情況。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1B，以高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法在基底100上形成一層氧化硅絕緣層110以覆蓋整個(gè)基底100，并填滿(mǎn)溝渠106。雖然，此時(shí)氧化硅絕緣層110的形成是采用填溝能力較好的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法，由于在非等向性的蝕刻步驟中，為了達(dá)到頂角處的圓弧化(Corner rounding)，使得位于基底100上的墊氧化層102有內(nèi)縮的現(xiàn)象，此時(shí)氮化硅罩幕層104會(huì)如同屋檐一樣有遮蔽效應(yīng)，使后續(xù)沉積的氧化硅無(wú)法填入而造成了缺陷點(diǎn)(Weak spot)112的形成。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1C，以氮化硅罩幕層104為研磨終止層，以化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)法除去溝渠106外的氧化硅絕緣層110。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1D，用濕式蝕刻法依序除去氮化硅罩幕層104及墊氧化層102，以形成淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)114。然而，在沉積氧化絕緣層所形成的缺陷點(diǎn)112為無(wú)法填入氧化硅所產(chǎn)生的空洞，在經(jīng)由化學(xué)機(jī)械研磨、濕蝕刻等工藝后，由于氧化絕緣層110在缺陷點(diǎn)112位置的流失，因此所形成的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)114在原先缺陷點(diǎn)112的位置將會(huì)形成暴露出基底100頂角的凹陷116。
在上述工藝中所形成的凹陷116會(huì)在淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的頂角部位暴露出基底100，使得基底100所暴露的部份極易受到后續(xù)工藝的損壞。而且，后續(xù)工藝所形成的元件在凹陷116處將會(huì)累積電荷，繼而在集成電路中造成元件的漏電(leakage current)現(xiàn)象，使得柵氧化層的臨界啟始電壓值降低。
為了解決上述產(chǎn)生缺陷點(diǎn)的問(wèn)題，一種高蝕刻/選擇比的高密度化學(xué)氣相沉積法被提出來(lái)，并應(yīng)用在沉積淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的絕緣層，由于此方法具有再沉積(Re-deposition)的作用，能有效地填好側(cè)邊較小的間隙，因此能夠避免缺陷點(diǎn)的產(chǎn)生。
然而，以此高蝕刻/選擇比的高密度化學(xué)氣相沉積法具有沉積速率緩慢的問(wèn)題存在，因此，以此方法形成淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的絕緣層雖然能夠避免缺陷點(diǎn)的產(chǎn)生，但是卻會(huì)降低生產(chǎn)率而影響到生產(chǎn)量(Throughput)。
本發(fā)明提供一種淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，能夠避免在淺溝渠絕緣結(jié)構(gòu)的頂角形成暴露出部份硅基底的凹陷，以防止暴露的硅基底受到后續(xù)工藝的損壞。
本發(fā)明提供一種淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，能夠避免在淺溝渠絕緣結(jié)構(gòu)的頂角形成凹陷，以避免在凹陷處漏電。
本發(fā)明提供一種淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，能夠在避免產(chǎn)生缺陷點(diǎn)以及提高生產(chǎn)量之間取得平衡點(diǎn)，達(dá)到有效地利用能源。
本發(fā)明提出一種淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，此方法提供一個(gè)基底，再在基底上形成墊氧化層，接著，在墊氧化層上形成罩幕層后，定義此基底，以在基底中形成溝渠。然后，進(jìn)行一高密度等離子體化學(xué)工藝，以在基底上形成覆蓋罩幕層且填滿(mǎn)溝渠的絕緣層，其中此高密度等離子體化學(xué)工藝分為兩階段，第一階段的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝具有較高的蝕刻/沉積比，能夠避免缺陷點(diǎn)的產(chǎn)生。第二階段的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝具有較低的蝕刻/沉積比，因此沉積速率高于第一階段，能使生產(chǎn)量不致降低太多，以在避免產(chǎn)生缺陷點(diǎn)以及提高生產(chǎn)量之間取得平衡點(diǎn)。然后，在除去溝渠外的絕緣層后，依序除去罩幕層以及墊氧化層，以形成淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)。
依照本發(fā)明的實(shí)施例所述，本發(fā)明的特征為以一個(gè)分為兩階段進(jìn)行沉積的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝在基底上形成絕緣層。由于第一階段的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝具有較高蝕刻/沉積比，且具備十分良好的填溝能力，因此在第一階段所形成的絕緣層能夠防止缺陷點(diǎn)的產(chǎn)生。
而且，由于在第一階段的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝中已解決缺陷點(diǎn)的問(wèn)題，因此能夠用具有較低蝕刻/沉積比、沉積速率較高的第二階段高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝形成絕緣層，以使形成絕緣層的工藝能夠在避免產(chǎn)生缺陷點(diǎn)以及提高生產(chǎn)量之間取得平衡點(diǎn)，以達(dá)成有效能源的良好利用。
并且，此兩階段的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝在同一反應(yīng)室中連續(xù)完成，因此并不會(huì)增加工藝的復(fù)雜度及困難度。
而且，由于在形成絕緣層時(shí)不會(huì)產(chǎn)生缺陷點(diǎn)，因此后續(xù)形成淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的工藝不會(huì)形成暴露出部份基底的凹陷，而能夠避免凹陷處所暴露出的部份基底受到后續(xù)工藝的損壞。
由于后續(xù)形成的淺溝渠結(jié)構(gòu)能夠避免形成凹陷而能夠保持完整，因此在后續(xù)形成柵氧化層的工藝中，能夠避免在凹陷處因產(chǎn)生電荷的累積而在凹陷處產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，進(jìn)而避免柵氧化層的臨界啟始電壓值的降低。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下


圖1A至圖1D為公知一種淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造工藝的剖面示意圖；以及圖2A至圖2F為依照本發(fā)明實(shí)施例的一種淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造工藝的剖面示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明100、200基底102、202墊氧化層104、204罩幕層106、206溝渠108、208圓角結(jié)構(gòu)110、210、212絕緣層112缺陷點(diǎn)114、214淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)116凹陷212a氧化填充物首先，請(qǐng)參照?qǐng)D2A，提供一基底200，并在基底200上形成墊氧化層202，其中墊氧化層202的材料，例如是氧化硅；形成的方法，例如用熱氧化法。接著，在墊氧化層202上形成罩幕層204。其中罩幕層204的材料，例如氮化硅；形成罩幕層204的方法，例如是化學(xué)氣相沉積法。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2B，除去部份的罩幕層204、墊氧化層202及基底200以形成溝渠206。其中形成溝渠206的方法，例如在罩幕層204上形成圖案化的光阻層(未標(biāo)示)。再以光阻層為罩幕，以非等向性蝕刻法除去罩幕層204、墊氧化層202以及基底200，以形成溝渠206。并且在溝渠206中，在基底200的頂角處形成圓角結(jié)構(gòu)208。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2C，以第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝，在基底200上至少形成填入溝渠206中的絕緣層210，其中絕緣層210至少薄薄的覆蓋在整個(gè)溝渠206的表面。絕緣層210的材料，例如氧化硅，且第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法具有0.15至0.6左右的較高蝕刻/沉積比，達(dá)到此較高蝕刻/沉積選擇比的方法，例如降低氧氣、硅甲烷的流量比率以及提升高頻射頻(High Frequency Radio Frequency，HFRF)的操作功率。其操作條件例如是用2700W至4500W左右的低頻射頻(Low Frequency Radio Frequency，LFRF)，2700W至4000W左右的高頻射頻，通入流量為80sccm至150sccm左右的硅甲烷、流量為120sccm至210sccm左右的氧氣以及流量為180sccm至280sccm左右的氦氣作為反應(yīng)氣體源。
由于在此步驟中，形成絕緣層210所使用的第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝具有較高蝕刻/沉積比，即是具有較高的蝕刻能力，因此在進(jìn)行絕緣層210的沉積時(shí)，能夠?qū)⑿纬稍跍锨?06側(cè)壁頂端的沉積物剝落，而不會(huì)因側(cè)壁沉積物的存在而妨礙沉積。所以，此第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝具有十分良好的填溝能力。在另一方面，由于絕緣層210具有較高的蝕刻/沉積比所導(dǎo)致的再沉積(Re-deposition)效應(yīng)，能有效幫助氧化硅填入罩幕層204下方的小空洞，因此，用第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝所形成的絕緣層210層能夠避免缺陷點(diǎn)的產(chǎn)生。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2D，在同一沉積反應(yīng)室中，用第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝，在基底200上形成一層絕緣層212覆蓋罩幕層204并填滿(mǎn)溝渠206。其中絕緣層212的材料，例如氧化硅，且此第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝具有0.02至0.15左右的較低蝕刻/沉積比，因此具有較高的沉積速率。達(dá)到此較低蝕刻/沉積比的方法，例如提高低頻射頻的操作功率以及降低高頻射頻的操作功率。其操作條件例如是用3700W至5000W左右的低頻射頻，1400W至2700W左右的高頻射頻，通入流量為100sccm至200sccm左右的硅甲烷、流量為180sccm至280sccm左右的氧氣以及流量為350sccm至460sccm左右的氦氣作為反應(yīng)氣體。
由于在第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝中已解決缺陷點(diǎn)的問(wèn)題，因此在此步驟中，能夠以較低蝕刻/沉積比而具有較高沉積速率的第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝形成絕緣層212，以使形成絕緣層212的工藝能夠在避免產(chǎn)生缺陷點(diǎn)以及提高生產(chǎn)量之間取得平衡點(diǎn)，以達(dá)到能源的良好利用。并且，此第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝以及第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝是在同一反應(yīng)室中連續(xù)完成，因此并不會(huì)增加工藝的復(fù)雜度及困難度。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2E，除去溝渠206外的絕緣層212，以在溝渠206中形成氧化填塞物212a。其中除去絕緣層208的方法，例如是以罩幕層204為研磨終止層，用化學(xué)機(jī)械研磨法對(duì)絕緣層212進(jìn)行研磨，直至露出罩幕層204的表面。
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D2F，依序除去罩幕層204以及墊氧化層202，以形成淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)214。其中，除去罩幕層204的方法，例如使用熱磷酸浸蝕的濕式蝕刻法。除去墊氧化層202的方法，例如是用氫氟酸(HF)浸蝕的濕式蝕刻法。
綜上所述，本發(fā)明的重要特征為用一個(gè)分為兩階段進(jìn)行沉積的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝在基底上形成絕緣層。其中由于第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝具有較高蝕刻/沉積比，且具備十分良好的填溝能力，因此由第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝所形成的絕緣層能夠防止缺陷點(diǎn)的產(chǎn)生。
而且，由于在第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝中已解決缺陷點(diǎn)的問(wèn)題，因此能夠以較低蝕刻/沉積比而具有較高沉積速率的第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝形成絕緣層，以使形成絕緣層的工藝能夠在避免產(chǎn)生缺陷點(diǎn)以及提高生產(chǎn)量之間取得平衡點(diǎn)，以達(dá)到能源的良好利用。
并且，由于第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝以及第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝此兩階段的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝是在同一反應(yīng)室中連續(xù)完成，因此并不會(huì)增加工藝的復(fù)雜度及困難度。
而且，由于在形成絕緣層時(shí)不會(huì)產(chǎn)生缺陷點(diǎn)，因此后續(xù)形成淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的工藝不會(huì)形成暴露出部份基底的凹陷，而能夠避免凹陷處所暴露出的部份基底受到后續(xù)工藝的損壞。
由于后續(xù)形成的淺溝渠結(jié)構(gòu)能夠避免形成凹陷而能夠保持完整，因此在后續(xù)形成柵氧化層的工藝中，能夠避免在凹陷處因產(chǎn)生電荷的累積而在凹陷處產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，進(jìn)而避免柵氧化層的臨界啟始電壓值的降低。
雖然本發(fā)明已以一實(shí)施例說(shuō)明如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的改動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征為包括下列步驟提供一基底；在該基底上形成一墊氧化層；在該墊氧化層上形成一罩幕層；在該基底中形成一溝渠，該溝渠的一頂角已被圓角化；進(jìn)行一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝，以在該基底上形成一絕緣層，該絕緣層覆蓋該罩幕層并且填滿(mǎn)該溝渠，并且該高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝區(qū)分為一第一階段以及一第二階段，其中，該第二階段的蝕刻/沉積比低于該第一階段的蝕刻/沉積比；除去該溝渠外的該絕緣層；除去該罩幕層；以及除去該墊氧化層，以形成淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征為該第一階段的蝕刻/沉積比為0.15至0.6左右，該第二階段的蝕刻/沉積比為0.02至0.15左右。
3.如權(quán)利要求2所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征為該第一階段的操作功率為2700W至4500W左右的低頻射頻以及2700W至4000W左右的高頻射頻，且反應(yīng)氣體源為硅甲烷、氧氣以及氮?dú)狻?br> 4.如權(quán)利要求3所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征為該第一階段的硅甲烷的流量為80sccm至150sccm左右，氧氣的流量為120sccm至210sccm左右，以及氦氣的流量為180sccm至280sccm左右。
5.如權(quán)利要求2所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征為該第二階段的操作功率為3700W至5000W左右的低頻射頻以及1400W至2700W左右的高頻射頻，且反應(yīng)氣體源為硅甲烷、氧氣以及氮?dú)狻?br> 6.如權(quán)利要求5所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征為該第二階段的硅甲烷的流量為100sccm至200sccm左右，氧氣的流量為180sccm至280sccm左右，以及氦氣的流量為350sccm至460sccm左右。
7.一種淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征為包括下列步驟提供一基底；在該基底上形成一墊氧化層；在該墊氧化層上形成一罩幕層；在該基底中形成一溝渠；以一第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝，至少在該溝渠中形成一第一絕緣層，其中該第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝的蝕刻/沉積比為0.15至0.6左右；以一第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝，在該基底上形成一第二絕緣層以覆蓋該基底，并填滿(mǎn)該溝渠，其中該第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝的蝕刻/沉積比為0.02至0.15左右；除去該溝渠外的該第二絕緣層；除去該罩幕層；以及除去該墊氧化層，以形成淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征為在進(jìn)行該第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝之前還包括一將該溝渠的頂角圓角化的步驟。
9.如權(quán)利要求7所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征為該第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝的操作功率為2700W至4500W左右的低頻射頻以及2700W至4000W左右的高頻射頻，且反應(yīng)氣體源為硅甲烷、氧氣以及氮?dú)狻?br> 10.如權(quán)利要求9所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征為該第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝中，硅甲烷的流量為80sccm至150sccm左右，氧氣的流量為120sccm至210sccm左右，以及氦氣的流量為180sccm至280sccm左右。
11.如權(quán)利要求7所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征為該第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝的操作功率為3700W至5000W左右的低頻射頻以及1400W至2700W左右的高頻射頻，且反應(yīng)氣體源為硅甲烷、氧氣以及氮?dú)狻?br> 12.如權(quán)利要求11所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征為該第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝中，硅甲烷的流量為100sccm至200sccm左右，氧氣的流量為180sccm至280sccm左右，以及氦氣的流量為350sccm至460sccm左右。
13.如權(quán)利要求7所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征為該第一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝以及該第二高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝是在同一沉積反應(yīng)室中連續(xù)進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，此方法提供一個(gè)基底，首先在基底上依序形成墊氧化層、罩幕層，再除去部份墊氧化層、罩幕層以及基底，以在基底中形成溝渠。接著，以具有較高蝕刻/沉積比的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝，進(jìn)行第一階段的絕緣層沉積。然后，用具有較低蝕刻/沉積比的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝，進(jìn)行第二階段的絕緣層沉積，以在該基底上形成填滿(mǎn)溝渠的絕緣層。在除去溝渠外的絕緣層后，再依序除去罩幕層以及墊氧化層，以形成淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1396643SQ0112041
公開(kāi)日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2001年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月12日
發(fā)明者劉婉懿, 張炳一 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司