專(zhuān)利名稱(chēng)：溝槽隔離區(qū)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種半導(dǎo)體制作，特別是有關(guān)一種可應(yīng)用于所有次微米半導(dǎo)體制作中分隔各組件的溝槽隔離區(qū)的制作方法。
由于ULSI制造技術(shù)的發(fā)展，使得半導(dǎo)體制作可提升至制造相當(dāng)高密度集成電路的技術(shù)層次。為了使集成電路上各半導(dǎo)體組件之間不至于受到互相干擾，必須在各半導(dǎo)體組件之間建立有效的隔離區(qū)，以避免產(chǎn)生短路。但當(dāng)半導(dǎo)體組件逐漸縮小，集成電路的密度提高，欲建立有效及可靠的隔離區(qū)以隔離建立各半導(dǎo)體組件的各主動(dòng)區(qū)域變得愈來(lái)愈困難。傳統(tǒng)上使用的區(qū)域氧化法(LOCOS)面臨許多的問(wèn)題，例如鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)的形成，此一鳥(niǎo)嘴結(jié)構(gòu)會(huì)使得場(chǎng)氧化層大大侵蝕各主動(dòng)區(qū)域。另外，使用區(qū)域氧化法所建立的場(chǎng)氧化層所造成表面分布(surface topography)平坦度亦不適于次微米微影技術(shù)的要求。
因此，隨著集成電路密集度的增加，已愈來(lái)愈普遍使用溝槽隔離法如淺溝槽隔離法(shallow trench isolation)以形成與基材上各主動(dòng)區(qū)域共平面的溝槽隔離區(qū)。通常在基材上進(jìn)行非等向性蝕刻，以形成一溝槽，接著使用化學(xué)沉積方式將介電材質(zhì)填入該溝槽，再以化學(xué)機(jī)械研磨法將填入溝槽中的介電材質(zhì)磨平坦，以形成與相鄰的主動(dòng)區(qū)域共平面的溝槽隔離區(qū)。
但是如

圖1所示，此種溝槽隔離法會(huì)在溝槽隔離區(qū)與基材上的主動(dòng)區(qū)域之間形成尖銳的交界角(sharp corner)1，此一尖銳的交界角會(huì)使后續(xù)的閘極多晶硅層沉積后，由于多晶硅層蝕刻無(wú)法到達(dá)該尖銳的交界角而極容易在該處留下多晶硅殘留物，從而造成各個(gè)閘極之間的短路。
本發(fā)明的主要目的在于提供一種溝槽隔離區(qū)的制作方法，它可減緩一溝槽隔離區(qū)與基材上的一相鄰的主動(dòng)區(qū)域之間尖銳的交界角，以減少或消除閘極多晶硅在該交界角殘留的機(jī)會(huì)，以避免各閘極間發(fā)生短路現(xiàn)象。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種溝槽隔離區(qū)的制作方法，它可減緩一溝槽隔離區(qū)與基材上的一相鄰的主動(dòng)區(qū)域的間尖銳的交界角，以利于進(jìn)行后續(xù)的閘極多晶硅層的沉積蝕刻，進(jìn)而提高閘極多晶硅的蝕刻制作空間(process window)。
根據(jù)上述的目的，本發(fā)明的溝槽隔離區(qū)的制作方法至少包括以下步驟提供一硅基材；沉積一第一介電材質(zhì)層在硅基材上；以微影及蝕刻技術(shù)在硅基材上限定一隔離區(qū)(an isolation region)；沉積一絕緣材質(zhì)層在具有此隔離區(qū)的硅基材上，并進(jìn)行非等向性蝕刻，以在此隔離區(qū)兩側(cè)形成一間隔壁；沉積一墊氧化層在具有含間隔壁的此隔離區(qū)的硅基材上；沉積一氮化硅層在墊氧化層上；覆蓋一光罩在此氮化硅層上，在經(jīng)限定的隔離區(qū)上進(jìn)行非等向性蝕刻，以形成一溝槽隔離區(qū)(a trenchisolation)；沉積一第二介電材質(zhì)層在整個(gè)硅基材上，以將此第二介電材質(zhì)填入此溝槽隔離區(qū)內(nèi)，以作為溝槽隔離區(qū)內(nèi)的絕緣材質(zhì)；使用化學(xué)機(jī)械研磨法將第二介電材質(zhì)層磨平坦；除去氮化硅層及墊氧化層，而形成在溝槽隔離區(qū)與一相鄰的主動(dòng)區(qū)域上具有和緩交界角的溝槽隔離區(qū)結(jié)構(gòu)。
采用本發(fā)明的上述技術(shù)方案，它是以微影及蝕刻技術(shù)限定一溝槽隔離區(qū)，并以一次間隔壁制作在此溝槽隔離區(qū)兩側(cè)形成一間隔壁，以消除此溝槽隔離區(qū)與一相鄰的主動(dòng)區(qū)域的間尖銳的交界角，這樣，可增加后續(xù)閘極多晶硅的蝕刻制作空間和減少多晶硅在此交界角殘留的機(jī)會(huì)，從而降低閘極短路的危險(xiǎn)。
通過(guò)下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明可以更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
如圖2所示，本發(fā)明的溝槽隔離區(qū)的制作方法為首先提供一硅基材2，沉積一墊氧化層3在硅基材2的上面，其厚度約50~500埃。此墊氧化層3的溫度可為約800~1100℃以下，在含氧氣的環(huán)境中，以熱氧化法形成二氧化硅層。接著，沉積一第一氮化硅層4在墊氧化層3上面，其厚度約500~2000埃。此第一氮化硅層4可使用SiH4、NH3、N2及N2O或SiH2Cl2、NH3、N2及N2O作為反應(yīng)氣體，在溫度400~800℃下，采用低壓CVD方法、電漿CVD方法、或高密度電漿CVD(HDPCVD)方法形成。若采用CVD方法，溫度較佳在400~500℃，若采用LPCVD方法，溫度較佳在500~800℃。墊氧化層3是作為硅基材2與第一氮化硅層4之間的緩沖層，以降低此兩層之間的應(yīng)力。
如圖3所示，以微影及蝕刻技術(shù)限定一隔離區(qū)41，例如可在硅基材2上覆蓋一與硅基材2的擴(kuò)散層光罩相反的(reverse tone)反擴(kuò)散層光罩(anti-diffusionlayer mask)。如圖4所示，接下來(lái)，沉積一第一介電材質(zhì)層5在整個(gè)硅基材2上。此第一介電材質(zhì)層5可為T(mén)EOS、含TEOS的氮化硅、硼磷硅玻璃(BPSG)或經(jīng)氧化的多晶硅所形成的氧化層。較佳是使用CVD方法所形成的氧化層，例如是以TEOS作為反應(yīng)氣體的LPCVD-SiO2。
如圖5所示，接著進(jìn)行非等向性蝕刻，以在此經(jīng)限定的隔離區(qū)兩側(cè)形成一間隔壁6，此時(shí)隔離區(qū)具有類(lèi)似MOS結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。較佳采用部份間隔壁干蝕刻法(partialspacer dry etch)，以確保硅基材2上的主動(dòng)區(qū)域不被破壞。如圖6所示，然后，沉積一第二墊氧化層7在具有含間隔壁的此隔離區(qū)的硅基材上，其厚度約50~500埃，可為電漿CVD方法所形成的二氧化硅層。接著，沉積一第二氮化硅層8在第二墊氧化層7的上面，其厚度約500~2000埃。此第二氮化硅層8可使用SiH4、NH3、N2及N2O或SiH2Cl2、NH3、N2及N2O作為反應(yīng)氣體，在溫度400~800℃下，采用低壓CVD方法、電漿CVD方法、或高密度電漿CVD(HDPCVD)方法形成。若采用CVD方法，溫度較佳在400~500℃，若采用LPCVD方法，溫度較佳在500~800℃。第二墊氧化層7是作為硅基材2與第二氮化硅層8之間的緩沖層，以降低此兩層之間的應(yīng)力。而第二氮化硅層8是作為后續(xù)第二介電材質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)的阻絕層(stoplayer)。
如圖7所示，接下來(lái)，覆蓋一層光罩在第二氮化硅層8上，在經(jīng)限定的隔離區(qū)41上進(jìn)行非等向性蝕刻，以形成一溝槽隔離區(qū)。例如可覆蓋一擴(kuò)散層光罩在第二氮化硅層8上，并進(jìn)行隔離區(qū)41的非等向性干蝕刻，以形成一未含絕緣材質(zhì)的溝槽隔離區(qū)9。例如可使用CHF3、C2F6、C3F8或CF4作為反應(yīng)氣體，進(jìn)行隔離區(qū)的濺擊蝕刻或反應(yīng)性離子蝕刻，以形成一溝槽隔離區(qū)9。較佳地，溝槽隔離區(qū)9的寬度約大于0.3μm，深度約為3000至5000埃。
如圖8所示，接下來(lái)，沉積一第二介電材質(zhì)層10在具有溝槽隔離區(qū)9的硅基材2上，以將第二介電材質(zhì)填入溝槽隔離區(qū)9內(nèi)，形成已填入絕緣材質(zhì)的溝槽隔離區(qū)12。此第二介電材質(zhì)層10可為電漿CVD或低壓CVD方法所形成的氧化層，例如是TEOS、硼磷硅玻璃(BPSG)、含TEOS的氮化硅或經(jīng)氧化的多晶硅層。較佳是在溫度400至800℃下形成O3-TEOS層，并在溫度約950至1050℃下進(jìn)行熱處理約30~130分鐘，以增密(density)溝槽隔離區(qū)12的絕緣材質(zhì)。接著，使用化學(xué)機(jī)械研磨法將第二介電材質(zhì)層10磨平坦，此化學(xué)機(jī)械研磨動(dòng)作至第二氮化硅層8即停止。
如圖9所示，依次除去第二氮化硅層8及第二墊氧化層7，而得到硅基材2上的溝槽隔離區(qū)9與一相鄰的主動(dòng)區(qū)域的交界角11減緩的溝槽隔離區(qū)12的結(jié)構(gòu)?？墒褂眉訜嶂?80℃的磷酸進(jìn)行第二氮化硅層8的濕蝕刻，以及使用氫氟酸/氟化銨(HF/NH4F)的混合溶液進(jìn)行第二墊氧化層7的濕蝕刻。或者使用CHF3、C2F6、C3F8或CF4作為反應(yīng)氣體，以濺擊蝕刻或反應(yīng)性離子蝕刻方式除去第二氮化硅層8及第二墊氧化層7。
在本發(fā)明的另一具體實(shí)施例中，首先沉積一第一介電材質(zhì)層在硅基材上，以微影及蝕刻技術(shù)限定一隔離區(qū)，例如覆蓋一與擴(kuò)散層光罩相反的(reverse tone)反擴(kuò)散層光罩(anti-diffusion layer mask)在硅基材上。接著，沉積一絕緣材質(zhì)層在具有隔離區(qū)的硅基材上。此絕緣材質(zhì)層可為T(mén)EOS、含TEOS的氮化硅、硼磷硅玻璃(BPSG)或經(jīng)氧化的多晶硅所形成的氧化層。較佳是使用CVD方法所形成的氧化層，例如是以TEOS做為反應(yīng)氣體的LPCVD-SiO2。然后進(jìn)行非等向性蝕刻，以在此經(jīng)限定的隔離區(qū)兩側(cè)形成一間隔壁。較佳采用部份間隔壁干蝕刻法(partial spacer dryetch)，以確保硅基材上的主動(dòng)區(qū)域不被破壞。
接下來(lái)，沉積一墊氧化層在具有包含間隔壁的此隔離區(qū)的硅基材上，其可為電漿CVD方法所形成的二氧化硅層；之后，沉積一氮化硅層在此一墊氧化層上，此氮化硅層可使用SiH4、NH3、N2及N2O或SiH2Cl2、NH3、N2及N2O作為反應(yīng)氣體，在溫度400~800℃下，采用低壓CVD方法、電漿CVD方法、或高密度電漿CVD(HDPCVD)方法形成。若采用CVD方法，溫度較佳在400~500℃，若采用LPCVD方法，溫度較佳在500~800℃。此墊氧化層是作為硅基材與此氮化硅層之間的緩沖層，以降低此兩層之間的應(yīng)力。而此氮化硅層是作為后續(xù)第二介電材質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)的阻絕層(stop layer)。
接著，覆蓋一光罩在此氮化硅層上，并在經(jīng)限定的隔離區(qū)進(jìn)行非等向性干蝕刻，以形成一溝槽隔離區(qū)。例如可使用CHF3、C2F6、C3F8或CF4作為反應(yīng)氣體，進(jìn)行隔離區(qū)的濺擊蝕刻或反應(yīng)性離子蝕刻，以形成一溝槽隔離區(qū)。較佳地，溝槽隔離區(qū)的寬度約大于0.3μm，深度約為3000至5000埃。
接下來(lái)，沉積一第二介電材質(zhì)層在具有此溝槽隔離區(qū)的硅基材上，以將第二介電材質(zhì)填入此溝槽隔離區(qū)內(nèi)作為其絕緣材質(zhì)。此第二介電材質(zhì)層可為電漿CVD或低壓CVD方法所形成的氧化層，例如是TEOS、硼磷硅玻璃(BPSG)、含TEOS的氮化硅或經(jīng)氧化的多晶硅層。較佳是在溫度400至800℃下形成O3-TEOS層，并在溫度約950至1050℃下進(jìn)行熱處理約30~130分鐘，以增密(density)此溝槽隔離區(qū)的絕緣材質(zhì)。接著，使用化學(xué)機(jī)械研磨法將第二介電材質(zhì)層磨平坦，此化學(xué)機(jī)械研磨動(dòng)作至氮化硅層即停止。
接著，依次除去此氮化硅層及墊氧化層，而得到硅基材上此溝槽隔離區(qū)與一相鄰的主動(dòng)區(qū)域的交界角減緩的溝槽隔離區(qū)結(jié)構(gòu)?？墒褂眉訜嶂?80℃的磷酸進(jìn)行此氮化硅層的濕蝕刻，以及使用氫氟酸/氟化銨(HF/NH4F)的混合溶液進(jìn)行此墊氧化層的濕蝕刻。或者使用CHF3、C2F6、C3F8或CF4作為反應(yīng)氣體，以濺擊蝕刻或反應(yīng)性離子蝕刻方式除去此氮化硅層及墊氧化層。
綜上所述，本發(fā)明系以微影及蝕刻技術(shù)限定一溝槽隔離區(qū)，并以一次間隔壁制作在此溝槽隔離區(qū)兩側(cè)形成一間隔壁，以消除此溝槽隔離區(qū)與一相鄰的主動(dòng)區(qū)域的間尖銳的交界角，進(jìn)而增加后續(xù)閘極多晶硅的蝕刻制作空間，減少多晶硅在此交界角殘留的機(jī)會(huì)，降低閘極短路的危險(xiǎn)。
以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神所完成的等效改變或替換，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種溝槽隔離區(qū)的制作方法，其特征在于，它至少包括提供一硅基材；沉積一第一介電材質(zhì)層在該硅基材上；以微影及蝕刻技術(shù)限定一隔離區(qū)；沉積一第一絕緣材質(zhì)層在具有該隔離區(qū)的該硅基材上；進(jìn)行非等向性蝕刻，以在該隔離區(qū)兩側(cè)形成一間隔壁；沉積一墊氧化層在具有含該間隔壁的該隔離區(qū)的該硅基材上；沉積一氮化硅層在該墊氧化層上；覆蓋一光罩在該氮化硅層上，進(jìn)行該隔離區(qū)的非等向性蝕刻，以形成一溝槽隔離區(qū)；沉積一第二介電材質(zhì)層在該整個(gè)硅基材上，借此將該第二介電材質(zhì)填入該溝槽隔離區(qū)內(nèi)，以作為該溝槽隔離區(qū)內(nèi)的一絕緣材質(zhì)；使用化學(xué)機(jī)械研磨法將該第二介電材質(zhì)層磨平坦；及除去該墊氧化層及該氮化硅層，而形成一具有緩和交界角的溝槽隔離區(qū)結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第一介電材質(zhì)層選自下列的材質(zhì)TEOS、具有TEOS的氮化硅、硼磷硅玻璃或經(jīng)氧化的多晶硅。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第二介電材質(zhì)層選自下列的材質(zhì)TEOS、具有TEOS的氮化硅、硼磷硅玻璃及經(jīng)氧化的多晶硅。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第二介電材質(zhì)層包含O3-TEOS。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的第二介電材質(zhì)層的O3-TEOS是在溫度400至480℃下形成，并在溫度950至1050℃下進(jìn)行熱處理步驟約30至130分鐘。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的間隔壁是采用部份間隔壁干蝕刻法形成。
7.一種溝槽隔離區(qū)的制作方法，它至少包括提供一硅基材；沉積一第一墊氧化層在該硅基材上；沉積一第一氮化硅層在該一墊氧化層上；以微影及蝕刻技術(shù)限定一隔離區(qū)；沉積一第一介電材質(zhì)層在具有該隔離區(qū)的該硅基材上；進(jìn)行非等向性蝕刻，以在該隔離區(qū)兩側(cè)形成一間隔壁；沉積一第二墊氧化層在具有含該間隔壁的該隔離區(qū)的該硅基材上；沉積一第二氮化硅層在該第二墊氧化層上；覆蓋一光罩在該第二氮化硅層上，進(jìn)行該隔離區(qū)的非等向性蝕刻，以形成一溝槽隔離區(qū)；沉積一第二介電材質(zhì)層在該整個(gè)硅基材上，借此將該第二介電材質(zhì)填入該溝槽隔離區(qū)內(nèi)，以作為該溝槽隔離區(qū)的一絕緣材質(zhì)；及使用化學(xué)機(jī)械研磨法將該第二介電材質(zhì)層平坦化；除去該第二墊氧化層及第二氮化硅層，而形成一具有緩和交界角的溝槽隔離區(qū)結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的第一墊氧化層包含二氧化硅。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的第一墊氧化層是在溫度約800~1100℃下，在含氧氣體環(huán)境中，以熱氧化法形成。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的間隔壁是采用部份間隔壁干蝕刻法形成。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的二墊氧化層包含二氧化硅。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述的二墊氧化層是在溫度約800~1100℃下，在含氧氣體環(huán)境中，以熱氧化法形成。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的第一介電材質(zhì)層選自下列的材質(zhì)TEOS、具有TEOS的氮化硅、硼磷硅玻璃或經(jīng)氧化的多晶硅。
14.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的第二介電材質(zhì)層選自下列的材質(zhì)TEOS、具有TEOS的氮化硅、硼磷硅玻璃或經(jīng)氧化的多晶硅。
15.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的第二介電材質(zhì)層包含O3-TEOS。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述的第二介電材質(zhì)層的O3-TEOS是在溫度400至480℃下形成，并在溫度950至1050℃下，進(jìn)行熱處理步驟約30至130分鐘。
全文摘要
一種溝槽隔離區(qū)的制作方法,是以微影及蝕刻技術(shù)限定出一溝槽隔離區(qū),并通過(guò)一次間隔壁的制作在此溝槽隔離區(qū)兩側(cè)形成一間隔壁,以消除硅基材上的此溝槽隔離區(qū)與一相鄰的主動(dòng)區(qū)域之間尖銳的交界角,進(jìn)而增加后續(xù)閘極多晶硅的蝕刻制作空間(process window),減少多晶硅在此交界角的殘留機(jī)會(huì),從而降低閘極短路的危險(xiǎn)。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1362734SQ01101210
公開(kāi)日2002年8月7日 申請(qǐng)日期2001年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月5日
發(fā)明者任柏翰, 盧澤一, 洪雅玲, 曹立武 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司