專利名稱：微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體制程的方法，且特別是有括于一種微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)(shallow trench isolation；STI)制備法，如此可以避免漏電(current leakage)以及寄生電晶體(parasitic transistor)的現(xiàn)象發(fā)生。
在各種元件隔離技術(shù)中，局部矽氧化方法(LOCOS)和淺溝槽隔離區(qū)(STI)制程是最常被采用的兩種技術(shù)，尤其后者因具有隔離區(qū)域小和完成后仍保持基底平坦性等優(yōu)點，更是近來頗受重視的半導(dǎo)體制造技術(shù)。
傳統(tǒng)的淺溝槽隔離區(qū)的制造方法，如圖1A至圖1I所繪示的制造流程剖面圖。
首先，請參照圖1A，在一矽基底2表面上，以熱氧化法(thermaloxidation)形成一墊氧化層(pad oxide)4，并以化學氣相沉積法(chemical vapor deposition)沉積氮化矽層6于墊氧化層4上。
接著，請參照圖1B，涂布一光阻層8于氮化矽層14上，并以微影(Photolithography)程序定義其圖案，露出欲形成元件隔離區(qū)的部分。利用光阻層8當作罩幕，依序蝕刻上述氮化矽層6和墊氧化層4，如圖1C所示。
接著，請參照圖1D，利用適當溶液去除光阻層8后以氮化矽層14和墊氧化層12當作罩幕，蝕刻矽基底2，以于其中形成復(fù)數(shù)淺溝槽10，用以定義元件的主動區(qū)(active region)。
請參照圖1E，對基底2施行熱氧化法，以在復(fù)數(shù)淺溝槽10的底部和側(cè)壁上成長一薄氧化矽當作襯氧化層(lining oxide layer)12。
接著，請參照圖1F，施行化學氣相沉積程序，例如使用O3和一種含有矽與氧的有機矽化物(tera-ethyl-ortho-silicate；TEOS)當作反應(yīng)物形成氧化層14或以高密度電漿化學氣相沉積(HDP CVD)形成氧化層14，使其填滿復(fù)數(shù)淺溝槽10并覆蓋在氮化矽層6表面上。
接下來，請參照圖1G，施行一化學性機械研磨程序(CMP)，以氮化矽層6作為終止層，去除氧化層14高出氮化矽層6表面的部分，以形成表面平坦的元件隔離區(qū)14a。之后，以適當蝕刻方法依序去除氮化矽層6和墊氧化層4，便完成淺溝槽隔離物14a制程。然而，TEOS或高密度電漿化學氣相沉積(HDP CVD)氧化物的腐蝕速率高于熱氧化法形成的氧化物，因此，在去除氮化矽層6和墊氧化層4的蝕刻程序中，淺溝槽氧化物14a鄰近氮化矽層6和墊氧化層處的側(cè)壁受蝕刻液腐蝕，在邊緣處形成凹陷，如圖1H所示。
如此一來，便衍生出寄生電晶體(parasitic transistor)的問題。
此外，上述的習知淺溝槽隔離制造方法中，是以氮化矽作為CMP的罩幕，因此在溝槽形成的蝕刻過程及后續(xù)的CMP平坦化程序中，容易引發(fā)應(yīng)力(stress)，使得半導(dǎo)體基底結(jié)構(gòu)及襯墊氧化層中產(chǎn)生缺陷，導(dǎo)致MOSFET被應(yīng)力電壓或電流發(fā)生會造成引發(fā)漏電(stress induced currentleakage；SICL)的問題。
然而，在傳統(tǒng)制程中，為解決微影制程中曝光的問題，熟悉此技藝人士利用抗反射層(anti-reflective layer)于做為CMP罩幕層(hardmask)的氮化矽層上方，用以降低駐波效應(yīng)，縮小臨界尺寸(criticaldimension)與提升解析度(resolution)。但是，用來作為化學機械研磨(CMP)的罩幕層的氮化矽層，在去除的程序中，常會有清除不乾凈的殘留問題，造成污染，影響后續(xù)的電性質(zhì)。
為獲致上述的目的，本發(fā)明提出一種微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，此方法的步驟主要是包括提供一半導(dǎo)體基底；依序形成一抗反射層、一罩幕層于上述基底表面；利用微影蝕刻制程將上述罩幕層形成一罩慕圖案；利用上述罩幕圖案為遮蔽物，蝕刻上述基底以形成復(fù)數(shù)淺溝槽區(qū)；全面性形成一絕緣層于上述基底以填滿上述復(fù)數(shù)淺溝槽區(qū)；平坦化處理，直到露出上述罩幕圖案；實施熱處理；以及依序除去上述罩慕圖案、上述抗反射層。
由此，本發(fā)明具有顯著的效果，有效地解決了縮小化的元件以及防止漏電的的問題發(fā)生。


圖1A-1H，是顯示習知的淺溝槽隔離物的制造流程剖面圖；圖2A-2F，是顯示依據(jù)本發(fā)明的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法流程剖面圖。
圖號說明2、22-半導(dǎo)體基底；4、24-墊氧化層；24a-墊氧化層圖案；6、26-抗反射層；26a-抗反射層圖案；28-罩慕層；28a-罩幕層圖案； 10、30-復(fù)數(shù)淺溝槽區(qū)；12、32-襯墊氧化層； 14、34-絕緣氧化層；14a、34a-復(fù)數(shù)淺溝槽隔離物；I-淺溝槽絕緣物表面與基底表面的高度差。
首先，請先參照圖2A，提供一半導(dǎo)體基底22，并且依序形成一墊氧化層(pad oxide)24、一抗反射層(ARC)26及一罩幕層28于上述基底22表面。其中墊氧化層24例如以熱氧化法形成，而抗反射層26例如為矽氧氮化合物(SixOyNz)，其形成方法例如為化學氣相沉積法(CVD)，并且罩幕層28例如是以化學氣相沉積法形成的氮化物。
接著，請參照圖2B，利用微影蝕刻制程，形成復(fù)數(shù)淺溝槽區(qū)30。其中在定義復(fù)數(shù)淺溝槽圖案時，以矽氧氨化合物(SixOyNz)為材質(zhì)的抗反射層26可以消除于曝光時非預(yù)期的反射光，以增加微影的解析度。
接著，請參照圖2C，實施熱氧化法程序，大約在1000℃的溫度下進行氧化反應(yīng)，以形成一襯墊氧化層(liner layer)32，來修補因溝槽蝕刻所造成的表面損傷。
接著，請參照圖2D，施行化學氣相沉積程序，全面性形成一絕緣氧化層34于基底22，例如腐蝕速率較TEOS氧化物接近熱氧化法氧化物的高密度電漿化學氣相沉積(HDP CVD)氧化物，以填滿復(fù)數(shù)淺溝槽區(qū)30，并且預(yù)先形成的襯墊氧化層32，可以確?；?2與絕緣氧化層34的界面品質(zhì)。
接著，請參照圖2E，實施化學機械研磨法(CMP)程序，平坦化絕緣氧化層34，直到露出罩幕圖案28a，以形成復(fù)數(shù)淺溝槽隔離物34a。
最后，請參照圖2F，實施蝕刻程序，依序以熱磷酸去除罩幕圖案28a、以蝕刻劑未飽和電漿化學法(etchant un-saturate plasma chemistryEUPC)去除矽氧氮化物(SixOyNz)層圖案26a及以氫氟酸去除墊氧化層圖案24a，其中蝕刻劑未飽和電漿化學法(EUPC)的環(huán)境氣氛例如為10-3torr的氬氣(argon gas)，并且例如以大約700瓦(watt)輻射頻率功率(radiofrequency power)施行。矽氧氮化合物(SixOyNz)層圖案26a及墊氧化層圖案24a去除后，淺溝槽絕緣物34a并未因蝕刻造成邊緣凹陷的現(xiàn)象其表面仍與基底22表面維持一高度差I(lǐng)。
如前所述，其中抗反射層26可做為一高度控制層，亦即借由將抗反射層26的厚度控制在所預(yù)期的最終絕緣層34a與基底22的表面高度差I(lǐng)的范圍內(nèi)，例如為10-100μm。換言之，借由改變抗反射層26的厚度可以控制最終絕緣層34與基底22的表面高度差。增加其高度差，可以避免寄生電晶體的產(chǎn)生。
如前所述，實施化學機械研磨程序后，更包括全面性實施熱處理。在環(huán)境溫度為900-1300℃下，可以使得各層材質(zhì)致密化，以釋放制程中所引發(fā)的內(nèi)應(yīng)力，減少各村料界面的損傷。
綜合上述，本發(fā)明照少提供下優(yōu)點
1.根據(jù)本發(fā)明于化學機械研磨后，實施熱處理程序，如此可以使材料致密化，并且釋放于制程中所引發(fā)的內(nèi)應(yīng)力，以避免MOSFET被應(yīng)力電壓或電流時引發(fā)漏電流(SICL)的問題發(fā)生2.根據(jù)本發(fā)明是將抗反射層置于氮化矽層底部，可以消除于曝光時非預(yù)期的反射光，增加微影制程的解析度，可適用于元件尺寸的縮小化，再利用蝕刻劑未飽和電漿化學法(EUPC)以除去底部抗反射層(BARC)，如此一來，可以將去除氮化矽層后，仍殘留于抗反射層上的細微顆粒一并清除乾凈，避免造成污染。
3.根據(jù)本發(fā)明是同時利用底部抗反射層(BARC)做為一高度控制層。可以借由控制底部抗反射層(BARC)的厚度在預(yù)期淺溝槽絕緣物與基底表面的高度差的范圍內(nèi)，以達到避免寄生電晶體的問題產(chǎn)生。
本發(fā)明雖以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可做些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權(quán)利要求范圍所界定的為準。
權(quán)利要求
1.一種微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，至少包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基底；依序形成一抗反射層、一罩幕層于上述基底表面；利用微影蝕刻制程將上述罩幕層形成一罩幕圖案；利用上述罩幕圖案為遮蔽物，依序蝕刻上述抗反射層、上述基底，以形成復(fù)數(shù)淺溝槽區(qū)；全面性形成一絕緣層于上述基底，以填滿上述復(fù)數(shù)淺溝槽區(qū)；平坦化處理，直到露出上述罩幕圖案；以及依序除去上述罩幕圖案、上述抗反射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述抗反射層是矽氧氮化合物(SixOyNz)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述矽氧氮層(SixOyNz)是利用化學氣相沉積法形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述罩幕層是為氮化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述罩幕層是利用化學氣相沉積法形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述抗反射層形成之前更包括形成一墊氧化層(pad oxide)于上述基底表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述墊氧化層是利用熱氧化法形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述絕緣層是為氧化層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述氧化層是利用高密度電漿化學氣相沉積法形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述氧化層形成之前更包括形成一襯墊氧化層(liner oxide)于上述復(fù)數(shù)淺溝槽側(cè)壁與底部。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述襯墊氧化層是利用熱氧化法形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述平坦化處理是為化學機械研磨法。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述抗反射層可做為平坦化時的高度控制層，使得除去上述抗反射層后，上述絕緣層與上述基底的表面至少維持一與上述抗反射層厚度相當?shù)母叨炔睢?br> 14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于可以借由改變上述抗反射層的厚度，以控制上述絕緣層與上述基底的表面高度差。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于除去上述抗反射層是利用蝕刻劑未飽和電漿化學法(EUPC)。
16.一種微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，至少包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基底；依序形成一罩幕層于上述基底表面；利用微影蝕刻制程將上述罩幕層形成一罩幕圖案；利用上述罩幕圖案為遮蔽物，蝕刻上述基底，以形成復(fù)數(shù)淺溝槽區(qū)；全面性形成一絕緣層于上述基底，以填滿上述復(fù)數(shù)淺溝槽區(qū)；平坦化處理，直到露出上述罩幕圖案；施行熱處理程序；以及除去上述罩幕圖案。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述罩幕層是為氮化物。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述罩幕層是利用化學氣相沉積法形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述罩幕層形成之前更包括形成一墊氧化層(pad oxide)于上述基底表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述墊氧化層是利用熱氧化法形成。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述絕緣層是為氧化層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述氧化層是利用高密度電漿化學氣相沉積法形成。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述氧化層形成之前更包括形成一襯墊氧化層(liner oxide)于上述復(fù)數(shù)淺溝槽側(cè)壁與底部。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述襯墊氧化層是利用熱氧化法形成。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述平坦化處理是化學機械研磨法。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述熱處理的溫度是為900-1300℃。
27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于除去上述犧牲層是利用蝕刻劑未飽和電漿化學法(EUPC)。
28.一種微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，至少包括下列步驟提供一半導(dǎo)體基底；依序形成一抗反射層、一罩幕層于上述基底表面；利用微影蝕刻制程將上述罩幕層形成一罩慕圖案；利用上述罩幕圖案為遮蔽物，依序蝕刻上述抗反射層、上述基底，以形成復(fù)數(shù)淺溝槽區(qū)；全面性形成一絕緣層于上述基底，以填滿上述復(fù)數(shù)淺溝槽區(qū)；平坦化處理，直到露出上述罩幕圖案；實施熱處理程序；以及依序除去上述罩幕圖案、上述抗反射層。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述抗反射層是矽氧氮化合物(SixOyNz)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述矽氧氮層(SixOyNz)是利用化學氣相沉積法形成。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述罩幕層是氮化物。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述罩幕層是利用化學氣相沉積法形成。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述抗反射層形成之前更包括形成一墊氧化層(pad oxide)于上述基底表面。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述墊氧化層是利用熱氧化法形成。
35.根據(jù)權(quán)利要求28所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述絕緣層是氧化層。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述氧化層是利用高密度電漿化學氣相沉積法形成。
37.根據(jù)權(quán)利要求28所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述氧化層形成之前更包括形成一襯墊氧化層(liner oxide)于上述復(fù)數(shù)淺溝槽側(cè)壁與底部。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述襯墊氧化層是利用熱氧化法形成。
39.根據(jù)權(quán)利要求28所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述平坦化處理是化學機械研磨法。
40.根據(jù)權(quán)利要求28所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述抗反射層可做為平坦化時的高度控制層，使得除去上述抗反射層后，上述絕緣層與上述基底的表面至少維持一與上述抗反射層厚度相當?shù)母叨炔睢?br> 41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于可以借由改變上述抗反射層的厚度，以控制上述絕緣層與上述基底的表面高度差。
42.根據(jù)權(quán)利要求28所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于上述熱處理的溫度是為900-1300℃。
43.根據(jù)權(quán)利要求28所述的微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，其特征在于除去上述抗反射層是利用蝕刻劑未飽和電漿化學法(EUPC)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種微淺絕緣溝槽結(jié)構(gòu)制備法，是揭露利用一控制層(control layer)除了做為控制DUV微影時的反射強度外(即抗反射層)，并同時可做微淺溝槽/淺絕緣溝槽氧化拴(filled oxide plug)的高度控制層，使得此淺絕緣溝槽氧化拴制備完成后，絕緣層的凸緣表面與是基底的表面至少維持一與控制層厚度相當?shù)母叨炔?，以有效降低角落的電場；此外，平坦化后的熱處理可有效降低基底的晶格缺陷及差層，并致密化套襯和絕緣填充氧化層以控制漏電流現(xiàn)象發(fā)生。
文檔編號H01L21/76GK1444264SQ0210711
公開日2003年9月24日 申請日期2002年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月8日
發(fā)明者張世輝, 陶君儒, 黃怡仁, 陳怡如, 顏振彬 申請人:矽統(tǒng)科技股份有限公司