專利名稱：淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種淺溝隔離(shallow trench isolation，STI)技術(shù)，特別是有關(guān)于一種于淺溝隔離區(qū)域的渠溝側(cè)壁與底部制作含有氮元素的氧化硅襯層的方法，即一種淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法。
參閱

圖1-圖7，其顯示傳統(tǒng)淺溝隔離制程的剖面示意圖。如圖1所示，一硅基底10的表面上包含有一墊氧化層12、一墊氮化層14、一SiON層16以及一光阻層18。然后，如圖2所示，進行微影制程，以于光阻層18上形成多數(shù)個開口20，而開口20的寬度是相當于預(yù)定制作渠溝的寬度。
跟著，如圖3所示，以光阻層18作為罩幕進行非等向性干蝕刻制程，將開口20下方的SiON層16、墊氮化層14、墊氧化層12以及硅基底10去除，直至于硅基底10內(nèi)形成多數(shù)條深度2000-8000的渠溝22。
隨后，如圖4所示，將光阻層18去除。
如圖5所示，進行熱氧化制程，于渠溝22的側(cè)壁與底部長成一氧化硅襯層(oxide liner)24，則經(jīng)過干蝕刻后所產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，通過此氧化硅襯層24獲得釋放。
然后，如圖6所示，在硅基底10的整個表面上沉積一絕緣層26，且使絕緣層26填滿渠溝22，再以化學(xué)機械研磨(hemical mechanical polishing，CMP)方式將絕緣層26的表面平坦化，直至使絕緣層26與墊氮化層14的表面高度切齊。最后，將墊氮化層14去除，則存留在渠溝22內(nèi)的絕緣層26可供作為一淺溝隔離區(qū)域。其主要缺陷在于1、然而，在使用干蝕刻制程形成渠溝22之后，會在渠溝22的側(cè)壁處產(chǎn)生應(yīng)力，而在高功率操作元件的情況下，這個殘存應(yīng)力會導(dǎo)致電流漏電現(xiàn)象，進而縮短元件的使用壽命。
2、參閱圖7所示，為了要釋放渠溝22的側(cè)壁處的殘留應(yīng)力，傳統(tǒng)技術(shù)是在氧化硅襯層24的表面上額外沉積一氮化硅襯層25，不過在后續(xù)的CMP制程中，氮化硅襯層25很容易在區(qū)域A處產(chǎn)生剝離的問題，進而衍生出微粒問題。而且，這道額外制作氮化硅襯層25的步驟，會增加整個淺溝隔離制程的制作成本、制程的復(fù)雜性以及制程控制的困難度，并會降低產(chǎn)率。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，其特征是它包括下列步驟(1)于硅基底上形成多數(shù)個渠溝；(2)于該渠溝的側(cè)壁與底部上形成氧化硅襯層；(1)于含氮氣氛中進行熱退火處理，于該氧化硅襯層內(nèi)摻雜氮元素，并于該氧化硅襯層與該硅基底的接口處形成富含氮層。
該含氮氣氛中包含有N2、NH3、N2O、NOx或是其它含氮化合物。該熱退火處理的條件選自溫度范圍為650-850℃，熱退火壓力范圍為100-250mtorr，熱退火時間范圍為1-30分鐘。該氧化硅襯層是由熱氧化法所形成。該渠溝是由非等向性干蝕刻制程所形成。
本發(fā)明的方法還包含有如下步驟于該硅基底的整個表面上沉積絕緣層，以填滿該渠溝；以及進行化學(xué)機械研磨制程，將該絕緣層的表面平坦化，直至使該絕緣層與該硅基底的表面高度切齊。
下面結(jié)合較佳實施例和附圖進一步說明。
圖7為傳統(tǒng)制作氮化硅襯層的剖面示意圖。
圖8-圖14為本發(fā)明的淺溝隔離制程的剖面示意圖。
然后，如圖9所示，進行微影制程，于光阻層38上定義形成多數(shù)個開口40，其中每個開口40的寬度是相當于預(yù)定制作渠溝的寬度。
接著，如圖10所示，以光阻層38作為罩幕進行非等向性干蝕刻制程，將開口40下方的SiON層36、墊氮化層34、墊氧化層32以及硅基底30去除，直至于硅基底30內(nèi)形成多數(shù)個深度約2000-8000的渠溝42。
隨后，如圖11所示，將光阻層38去除。
接下來，如圖12所示，進行熱氧化處理，于渠溝42的側(cè)壁與底部上長成一氧化硅襯層44，則經(jīng)過干蝕刻后所產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，通過氧化硅襯層44獲得釋放。
跟著，如圖13所示，于一含氮的氣氛中進行熱退火處理，將氮元素摻雜至氧化硅襯層44中，則可在氧化硅襯層44的表面上提供一第一富含氮(nitrogen-rich)層451。
另外，依據(jù)實驗驗證結(jié)果可知氮元素亦會存留于氧化硅襯層44與硅基底30的接口上，而成為一第二富含氮層45。在最佳實施例中，含氮氣氛中的熱退火處理條件為含氮氣氛中可包含有N2、NH3、N2O、NOx或是其它含氮化合物，熱退火溫度范圍為650-850℃，熱退火壓力范圍為100-250mtorr，熱退火時間范圍為1-30分鐘。由于熱退火處理是在含氮氣氛中進行，因此氮元素可與二氧化硅中的氧元素產(chǎn)生反應(yīng)，而且Si-N鍵結(jié)比Si-O鍵結(jié)具有彈性，所以Si-N懸空鍵(dangling bond)可以釋放掉渠溝42側(cè)壁處的殘留應(yīng)力。也就是說Si-N鍵結(jié)的應(yīng)力可以補償Si-O鍵結(jié)的應(yīng)力其后，如圖14所示，使用LPCVD、HDPCVD或是其它熟知的沉積技術(shù)，于硅基底30的整個表面上沉積一絕緣層46，并使絕緣層46填滿渠溝42。然后，以化學(xué)機械研磨(CMP)方式將絕緣層46的表面平坦化，直至使絕緣層46與墊氮化層34的表面高度切齊。最后，將墊氮化層34去除，則存留在渠溝42內(nèi)的絕緣層46可供作為一淺溝隔離區(qū)域。
相較于傳統(tǒng)淺溝隔離制程，本發(fā)明提供一道于含氮氣氛中進行熱退火處理的步驟，可于氧化硅襯層44與硅基底30的接口處形成富含氮層4511，其中氮元素可與二氧化硅的氧元素反應(yīng)，以提供Si-N懸空鍵來釋放掉渠溝42側(cè)壁處的殘留應(yīng)力。
本發(fā)明的淺溝隔離制程的成本低廉且制程簡易，并可有效解決電流漏電的問題。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所作些許的更動與潤飾，都屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，其特征是它包括下列步驟(1)于硅基底上形成多數(shù)個渠溝；(2)于該渠溝的側(cè)壁與底部上形成氧化硅襯層；(1)于含氮氣氛中進行熱退火處理，于該氧化硅襯層內(nèi)摻雜氮元素，并于該氧化硅襯層與該硅基底的接口處形成富含氮層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，其特征是該含氮氣氛中包含有N2、NH3、N2O、NOx或是其它含氮化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，其特征是該熱退火處理的條件選自溫度范圍為650-850℃，熱退火壓力范圍為100-250mtorr，熱退火時間范圍為1-30分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，其特征是該氧化硅襯層是由熱氧化法所形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，其特征是該渠溝是由非等向性干蝕刻制程所形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，其特征是它還包含有如下步驟于該硅基底的整個表面上沉積絕緣層，以填滿該渠溝；以及進行化學(xué)機械研磨制程，將該絕緣層的表面平坦化，直至使該絕緣層與該硅基底的表面高度切齊。
全文摘要
一種淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，通過先于硅基底上形成多數(shù)個渠溝，再于渠溝的側(cè)壁與底部上形成氧化硅襯層，然后，于含氮氣氛中進行熱退火處理，于氯化硅襯層內(nèi)摻雜氮元素，并于氧化硅襯層與硅基底的接口處形成富含氮層，具有提供Si－N懸空鍵來釋放掉渠溝側(cè)壁處的殘留應(yīng)力，制程的成本低廉且制程簡易，有效解決電流漏電的問題。
文檔編號H01L21/762GK1430259SQ02123329
公開日2003年7月16日 申請日期2002年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月4日
發(fā)明者李世達, 鄭豐緒 申請人:矽統(tǒng)科技股份有限公司