專利名稱：形成具有低應(yīng)力無侵蝕區(qū)的淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種形成淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層的方法，特別是一種有關(guān)于形成低應(yīng)力淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層同時不會造成侵蝕區(qū)(Encroachment)的方法。
(2)背景技術(shù)當(dāng)集成電路的集成度不斷地增加，半導(dǎo)體元件中主動區(qū)之間的隔離區(qū)的尺寸必須不斷地縮小。傳統(tǒng)的用于隔離主動區(qū)的區(qū)域氧化法(LOCOS)是以熱氧化法形成場氧化層，而半導(dǎo)體元件中主動區(qū)之間有效的隔離長度則受限于以熱氧化法形成的場氧化層，因此以熱氧化法形成的場氧化層隔離區(qū)的隔離效果逐漸不敷所需。此外，傳統(tǒng)的區(qū)域氧化法尚有源自于其制程本身的缺點，舉例來說，硅底材上擴(kuò)散層罩幕(Diffusion layer mask)的下主動區(qū)邊緣的氧化造成場氧化層邊緣具有一鳥嘴(Bird’s beak)的形狀。
為了避免上述區(qū)域氧化法的缺點，一種利用溝渠的隔離技術(shù)被發(fā)展出來。大致上溝渠隔離的制程步驟包含蝕刻硅底材以形成一溝渠，以化學(xué)氣相沉積法(CVD)沉積一氧化層以填滿該溝渠，及以化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)平坦化該氧化層表面，再將主動區(qū)上方的氧化層移去。
根據(jù)上述的技術(shù)，硅底材被蝕刻至一預(yù)定的深度，并提供良好隔離效果。此外，場氧化層是以化學(xué)氣相沈積法沉積，意味著相對于以熱氧化法形成的場氧化層在后續(xù)微影制程中形成的隔離區(qū)結(jié)構(gòu)可維持一貫性。上述用于隔離元件的技術(shù)也就是著名的淺溝渠隔離(Shallow Trench Isolation)制程。
盡管如此，傳統(tǒng)的淺溝渠隔離制程仍然有幾項缺點。圖1顯示一傳統(tǒng)的淺溝渠隔離的剖面圖。圖1中顯示一硅底材100、一二氧化硅層102與一氮化硅層104。一側(cè)壁氧化層106以傳統(tǒng)的氧化制程形成于溝渠內(nèi)，此氧化制程通常為爐管干式或濕式氧化法。此側(cè)壁氧化層106是用于消除蝕刻所造成的損壞及降低后續(xù)的二氧化硅填入時產(chǎn)生的應(yīng)力。但此側(cè)壁氧化層106本身在形成時即具有大應(yīng)力。這是因為用來形成側(cè)壁氧化層106的傳統(tǒng)氧化制程，特別是濕式氧化法，總是形成大應(yīng)力的氧化層。側(cè)壁氧化層106的應(yīng)力將使鄰近的主動區(qū)域(Active Region)產(chǎn)生缺陷(Defect)。而這些缺陷會導(dǎo)致漏電流并降低鄰近元件的可靠度。此外，為了形成側(cè)壁氧化層106，傳統(tǒng)的氧化制程總是需耗費數(shù)小時之久。因此傳統(tǒng)的氧化制程將逐漸無法滿足現(xiàn)代半導(dǎo)體制程的要求。
有鑒于上述傳統(tǒng)制程的缺點，因此有必要發(fā)展出一種新穎進(jìn)步的制程以克服傳統(tǒng)制程的缺點，而本發(fā)明正能符合這樣的需求。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一目的為提供一種形成低應(yīng)力淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層的方法。
本發(fā)明的另一目的為提供一種成本較低且制程時間較短的淺溝渠隔離制程。
本發(fā)明的又一目的為提供一種可靠的淺溝渠隔離制程，此制程可以確保元件主動區(qū)域之間的隔離品質(zhì)。
為了實現(xiàn)上述的目的，根據(jù)本發(fā)明一方面提供一種形成淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層的方法，其特點是，至少包含下列步驟提供一底材，該底材具有一于其上的第一介電層及一覆蓋該第一介電層的第二介電層；形成一溝渠進(jìn)入該底材；及執(zhí)行一原位蒸汽發(fā)生制程以氧化該溝渠的曝露表面，該原位蒸汽發(fā)生制程至少包含引入氧與氫氧根。
根據(jù)本發(fā)明另一方面提供一種形成淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層的方法，其特點是，至少包括下列步驟提供一底材，該底材具有于其上的一第一介電層及一覆蓋該第一介電層的第二介電層；形成一溝渠進(jìn)入該底材；及執(zhí)行一原位蒸汽發(fā)生制程于約700℃至約1200℃之間以氧化該溝渠的曝露表面，該原位蒸汽發(fā)生制程至少包含引入氧與氫氧根。
根據(jù)本發(fā)明又一方面提供一種形成淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層的方法，其特點是，至少包括下列步驟提供一底材，該底材具有一于其上的第一介電層及一覆蓋該第一介電層的第二介電層；以一干式蝕刻法形成一溝渠進(jìn)入該底材；及執(zhí)行一原位蒸汽發(fā)生制程于約700℃至約1200℃之間且于一快速熱制程室中以氧化該溝渠的曝露表面，該原位蒸汽發(fā)生制程至少包含引入氧與氫氧根。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)特點和效果，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
(4)


圖1是顯示一傳統(tǒng)的淺溝渠隔離的剖面圖；圖2A是顯示兩介電層依序形成于一底材上的示意圖；圖2是顯示形成一溝渠進(jìn)入圖2A中所示的結(jié)構(gòu)與共形生成一介電層于其上的結(jié)果示意圖；及圖3是顯示一制程系統(tǒng)的示意圖。
(5)具體實施方式
在此必須說明的是以下描述的制程步驟及結(jié)構(gòu)并不包含完整的制程。本發(fā)明可以借助各種集成電路制程技術(shù)來實施，在此僅提及了解本發(fā)明所需的制程技術(shù)。以下將根據(jù)本發(fā)明所附圖示進(jìn)行詳細(xì)的說明，請注意圖示均為簡單的形式且未依照比例描繪，而尺寸均被夸大以利于了解本發(fā)明。
參考圖2A所示，圖中顯示介電層202與204依序形成于一底材200上。此底材200至少包含一具有<100>晶格方向的硅底材，但不限于具有<100>晶格方向的硅底材。底材200亦可包含一絕緣層上有硅(Silicon OnInsulator)底材。介電層202至少包含一以熱氧化法形成的二氧化硅層或硅氧化氮層，但不限于以熱氧化法形成的二氧化硅層或硅氧化氮層。介電層202的厚度為約20埃至約300埃之間。介電層204至少包含一氮化硅層，此氮化硅層可以傳統(tǒng)的方法形成，例如化學(xué)氣相沉積法，其他符合本發(fā)明精神的的材料亦不應(yīng)被排除。介電層204的厚度為約100埃至約2000埃之間。
參考圖2B所示，一溝渠(Trench)經(jīng)蝕刻介電層204、介電層202與底材200而形成，而一介電層206共形生成于此溝渠上。此溝渠的深度取決于此淺溝渠隔離所隔離的元件為何種元件，舉例來說，對于快閃存儲器(FlashMemory)而言，此溝渠的深度為約2500埃至約4500埃，而對于邏輯元件如金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管而言，此溝渠的深度為約2000埃至約4000埃。此溝渠是以非等向性蝕刻例如反應(yīng)性離子蝕刻形成較佳，但其他傳統(tǒng)的蝕刻法亦可使用。介電層206至少包含一以原位蒸汽發(fā)生(ISSG)(In Situ SteamGenerated)制程形成的二氧化硅層。介電層206的厚度為約50埃至約500埃之間。此ISSG制程雖可于一傳統(tǒng)的設(shè)備中進(jìn)行，但仍以在一快速熱制程室(Rapid Thermal Processing Chamber)中進(jìn)行較佳，尤其是一單晶片制程室(Single Wafer Chamber)。半導(dǎo)體業(yè)界有許多種設(shè)備可用來進(jìn)行ISSG制程。圖3顯示一Centura5000型制程平臺系統(tǒng)300，此制程平臺系統(tǒng)是由美商應(yīng)用材料公司(Applied Materials Corporation)生產(chǎn)銷售。一快速熱制程室320拴掛(Bolted)至一真空轉(zhuǎn)移室(Vacuum Transfer Chamber)310。另外尚有一制程室(Process Chamber)322、一冷卻室(Cool Down Chamber)330與真空晶舟隔離室(Vacuum Cassette Loadlock)340及342拴掛至真空轉(zhuǎn)移室310。介電層206是于一至少包含氧(Oxygen)與氫氧根(Hydroxyl)的氛圍(Atmosphere)中于約700℃至約1200℃之間生成。氧的流量為約1厘米3/秒(sccm)(Standard Cubic Centimeter per Minute)至約30厘米3/秒，氫氣的流量為約0.1厘米3/秒至約15厘米3/秒。此ISSG制程的反應(yīng)時間為約1分鐘至約5分鐘。ISSG制程的反應(yīng)時間取決于所需介電層206的厚度。本發(fā)明利用氧與氫氧根進(jìn)行一ISSG制程以在淺溝渠隔離中形成一側(cè)壁氧化層。以本發(fā)明的方法形成的側(cè)壁氧化層具有低應(yīng)力同時不會造成侵蝕區(qū)(Encroachment)且反應(yīng)時間也遠(yuǎn)比往往必須耗去三至五小時的傳統(tǒng)熱氧化制程短。
當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種形成淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層的方法，其特征在于，至少包含下列步驟提供一底材，該底材具有一于其上的第一介電層及一覆蓋該第一介電層的第二介電層；形成一溝渠進(jìn)入該底材；及執(zhí)行一原位蒸汽發(fā)生制程以氧化該溝渠的曝露表面，該原位蒸汽發(fā)生制程至少包含引入氧與氫氧根。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一介電層至少包含一二氧化硅層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一介電層至少包含一硅氧化氮層。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第二介電層至少包含一氮化硅層。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第二介電層至少包含一硅氧化氮層。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該原位蒸汽發(fā)生制程是于一快速熱制程室中進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該氧的流量為約1厘米3/秒至約30厘米3/秒。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的該氫氣的流量為約0.1厘米3/秒至約15厘米3/秒。
9.一種形成淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層的方法，其特征在于，至少包括下列步驟提供一底材，該底材具有于其上的一第一介電層及一覆蓋該第一介電層的第二介電層；形成一溝渠進(jìn)入該底材；及執(zhí)行一原位蒸汽發(fā)生制程于約700℃至約1200℃之間以氧化該溝渠的曝露表面，該原位蒸汽發(fā)生制程至少包含引入氧與氫氧根。
10.一種形成淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層的方法，其特征在于，至少包括下列步驟提供一底材，該底材具有一于其上的第一介電層及一覆蓋該第一介電層的第二介電層；以一干式蝕刻法形成一溝渠進(jìn)入該底材；及執(zhí)行一原位蒸汽發(fā)生制程于約700℃至約1200℃之間且于一快速熱制程室中以氧化該溝渠的曝露表面，該原位蒸汽發(fā)生制程至少包含引入氧與氫氧根。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種形成具有低應(yīng)力無侵蝕區(qū)的淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層的方法。本發(fā)明利用氧與氫氧根進(jìn)行一原位蒸汽發(fā)生制程以在淺溝渠隔離中形成一側(cè)壁氧化層。以本發(fā)明的方法形成的側(cè)壁氧化層具有低應(yīng)力、不會有侵蝕區(qū)的現(xiàn)象且反應(yīng)時間也遠(yuǎn)比傳統(tǒng)熱氧化制程短。
文檔編號H01L21/70GK1450622SQ0210609
公開日2003年10月22日 申請日期2002年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月10日
發(fā)明者許淑雅 申請人:旺宏電子股份有限公司