專利名稱：柵氧化層的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件的制造方法，特別是涉及一種柵氧化層的制造方法。
背景技術(shù)：
在元件集成度日趨緊密的今日，元件之間的隔離變得十分重要，為防止此相鄰的晶體管發(fā)生短路(Short Circuit)，通常會在其間加入一隔離結(jié)構(gòu)。元件隔離普遍的技術(shù)為硅局部氧化技術(shù)(LOCOS)。然而，LOCOS仍具有多項缺點，包括已知應(yīng)力產(chǎn)生的相關(guān)問題與LOCOS場隔離結(jié)構(gòu)周圍鳥嘴區(qū)(bird’sbeak)的形成等。而特別是鳥嘴區(qū)所造成的問題，使得在小型元件上的LOCOS場隔離結(jié)構(gòu)不能有效地隔離。
有鑒于此，在工藝中以有其它元件隔離方法持續(xù)被發(fā)展出來，其中以淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation，STI)最被廣泛應(yīng)用，以加強(qiáng)隔離MOS晶體管。
現(xiàn)有的淺溝槽隔離的制造流程為在基底上依序形成墊氧化層和氮化硅掩模層。然后進(jìn)行微影步驟，定義出欲形成溝槽的區(qū)域，再依序以干蝕刻法來蝕刻氮化硅掩模層、墊氧化層和基底，在基底中形成溝槽。而溝槽所圍繞著的區(qū)域為有源區(qū)，供后續(xù)工藝在此形成各種有源元件之用。
接著在溝槽的表面以熱氧化法形成襯氧化層，隨后在常壓下以化學(xué)氣相沉積法沉積氧化硅層于溝槽之中及氮化硅掩模層之上。然后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨法，將高于氮化硅掩模層的氧化硅層去除掉，以形成溝槽中的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。最后再使用熱磷酸溶液去除氮化硅掩模層，以及使用氫氟酸溶液去除墊氧化層。
但是在制作淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的工藝中，以等向性蝕刻移除墊氧化層與掩模層時，會在淺溝槽隔離頂角(Top Edge Corner)周圍部分形成凹陷。此凹陷會在集成電路中造成元件的次臨界漏電流(Sub-threshold Leakage Current)，即所謂的頸結(jié)效應(yīng)(Kink Effect)。不正常的頸結(jié)效應(yīng)將會降低元件的品質(zhì)，導(dǎo)致工藝的成品率減少。且后續(xù)形成柵氧化層時，因在淺溝槽隔離頂角周圍部分的凹陷處會影響氧化速率，所以在淺溝槽隔離頂角周圍部分所形成的柵氧化層的厚度會較薄于有源區(qū)所形成的柵氧化層的厚度，其造成厚度不均的問題，亦即所謂的柵氧化層薄化(gate oxide thinning)，其會造成元件電性問題，故為半導(dǎo)體工藝中所不樂見。
而且，當(dāng)此柵氧化層應(yīng)用于作為內(nèi)存元件的穿隧氧化層(tunneling oxide)時，因為內(nèi)存元件對穿隧氧化層的品質(zhì)要求較高，所以如果柵氧化層出現(xiàn)薄化現(xiàn)象時，則會造成內(nèi)存元件的可靠性降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是在提供一種柵氧化層的制造方法，藉由在基底上注入摻雜劑以降低基底上形成柵氧化層的氧化速率，以防止柵氧化層薄化而提升元件可靠性。
本發(fā)明的再一目的是提供一種柵氧化層的制造方法，能夠在基底與淺溝槽結(jié)構(gòu)的邊緣形成一厚度均勻的柵氧化層，以防止元件的漏電流產(chǎn)生。
本發(fā)明提出一種柵氧化層的制造方法，此方法先提供一基底，此基底上包含隔離結(jié)構(gòu)，以隔離出有源區(qū)，且于隔離結(jié)構(gòu)的側(cè)壁已形成間隙壁。接著，以具有間隙壁的隔離結(jié)構(gòu)當(dāng)作掩模，于基底注入一摻雜劑，以降低基底的氧化速率。然后，移除間隙壁后，再移除墊氧化層與部分隔離結(jié)構(gòu)，以暴露出基底表面，接著，進(jìn)行一氧化工藝以于基底中形成一柵氧化層。
依照本發(fā)明實施例所述，本發(fā)明以具有間隙壁的隔離結(jié)構(gòu)當(dāng)作掩模，在基底注入氮離子，以降低其氧化硅成長速率。使溝槽頂角周圍部分的氧化速率與基底中心區(qū)域的氧化速率大致相同。因此，可在基底上形成一厚度均勻的柵氧化層，而且其可防止因柵氧化層薄化而產(chǎn)生元件的漏電流，以提升元件可靠性。
本發(fā)明又提出一種柵氧化層的制造方法，此方法先提供一基底，在基底中具有一溝槽且在基底上有一掩模層部分覆蓋溝槽所圍的一有源區(qū)。于基底上形成一絕緣層以填滿溝槽，并暴露出掩模層。移除部分掩模層后，于絕緣層側(cè)壁形成一間隙壁，并暴露部份有源區(qū)的基底表面。于暴露的部分有源區(qū)的基底中注入一摻雜劑，使部分有源區(qū)的基底的氧化速率與溝槽頂部周圍部份的基底大致相同。接著，移除間隙壁，再移除部分絕緣層，暴露溝槽頂角附近的基底。然后，在基底中進(jìn)行一氧化工藝以形成一柵氧化層。
依照本發(fā)明另一實施例所述，本發(fā)明在移除部分掩模層的工藝中，直接于絕緣層的側(cè)壁以形成間隙壁，其可降低工藝的復(fù)雜性，并減少工藝的成本。
而且，本發(fā)明以具有間隙壁的絕緣層(隔離結(jié)構(gòu))當(dāng)作掩模，在基底注入氮離子，以降低其氧化硅成長速率。使溝槽頂角附近的氧化速率與基底中心區(qū)域的氧化速率大致相同。因此，可在包括溝槽頂角附近的基底上形成一厚度均勻的柵氧化層，其可防止因柵氧化層薄化而產(chǎn)生元件的漏電流，以提升元件可靠性。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細(xì)說明。


圖1A至圖1G為本發(fā)明優(yōu)選實施例的柵氧化層的制造方法的流程剖面圖。
簡單符號說明100基底102墊氧化層104掩模層106溝槽108絕緣材料層108a絕緣層110材料層110a間隙壁112摻雜區(qū)113注入工藝114溝槽頂角附近116柵氧化層具體實施方式
圖1A至圖1G為本發(fā)明一優(yōu)選實施例的柵氧化層的制造流程剖面圖。
首先請參照圖1A，提供一基底100，例如是硅基底。在基底100上形成一墊氧化層102。墊氧化層102的材料例如是氧化硅，而形成方法包括熱氧化法(Thermal Oxidation)。此墊氧化層102將可以保護(hù)下方的基底100，避免因為后續(xù)形成的掩模層(氮化硅層)的應(yīng)力而損傷。
接著，在墊氧化層102上形成一掩模層104，此掩模層104的材料例如是氮化硅，形成方法包括化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)。然后，于基底100上覆蓋一光致抗蝕劑層(未繪示)后，對此光致抗蝕劑層進(jìn)行曝光、顯影工藝，以形成一圖案化光致抗蝕劑層。接著，以此圖案化光致抗蝕劑層為掩模，進(jìn)行一蝕刻工藝使掩模層104與墊氧化層102圖案化，之后移除圖案化光致抗蝕劑層。然后以掩模層104、墊氧化層102為掩模，進(jìn)行一蝕刻步驟，例如是干式蝕刻法，以在基底100中形成溝槽106。
接著請參照圖1B，在基底100上形成一絕緣材料層108，此絕緣材料層108的材料例如是氧化硅，絕緣材料層108的形成方法例如是以四-乙基-鄰-硅酸酯(Tetra Ethyl Ortho Silicate，TEOS)/臭氧(O3)為反應(yīng)氣體源利用化學(xué)氣相沉積法以形成之。
之后請參照圖1C，移除部分絕緣材料層108，以暴露出掩模層104，以形成填滿溝槽106的一絕緣層108a(隔離結(jié)構(gòu))。其中移除部分絕緣材料層108的方法包括化學(xué)機(jī)械研磨法。此工藝?yán)醚谀?04當(dāng)作研磨終止層進(jìn)行研磨，直至暴露掩模層104的表面。
接著請參照圖1D，移除掩模層104，其中移除掩模層104的方法包括濕式蝕刻法，例如是以熱磷酸作為蝕刻溶液。然后，于基底100上形成一材料層110，材料層110的材料包括與絕緣層108a(隔離結(jié)構(gòu))的材料具有不同蝕刻選性者，其例如是氮化硅。而此材料層110的形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。
然后請參照圖1E，移除部分材料層110以于絕緣層108a(隔離結(jié)構(gòu))的側(cè)壁形成一間隙壁110a，其中移除部分材料層110的方法例如是各向異性蝕刻法，而上述的間隙壁110a的材料例如是以化學(xué)氣相沉積法形成的氮化硅。接著，以具有間隙壁110a的絕緣層108a當(dāng)作掩模，進(jìn)行一注入工藝113，以于基底100注入一摻雜劑，在基底100(有源區(qū))形成一摻雜區(qū)112，此摻雜區(qū)112較其它未摻雜的部分氧化速率低。其中注入的摻雜劑可以減緩基底100的氧化速率，其例如是氮離子，注入的方法包括離子注入法，注入劑量為5×1011/平方厘米至1×1015/平方厘米。
接著請參照圖1F，移除間隙壁110a，直至暴露墊氧化層102的表面。移除間隙壁110a的方法包括濕式蝕刻法等，例如是以熱磷酸溶液作為蝕刻液。接著移除墊氧化層102與部分絕緣層108a(隔離結(jié)構(gòu))，以暴露出基底100表面及溝槽頂角附近114的基底，其中移除墊氧化層102與部分絕緣層108a(隔離結(jié)構(gòu))的方法包括濕式蝕刻法，例如是以氫氟酸作為蝕刻溶液。
請參照圖1G，在上述包括溝槽頂角附近114的表面以及摻雜區(qū)112的表面的基底100上形成一柵氧化層116，其中柵氧化層116材料例如是氧化硅，形成方法包括熱氧化法。
在本發(fā)明上述實施例中，于基底100(有源區(qū))注入氮離子，可降低其氧化硅成長速率，使溝槽頂角附近的氧化速率與基底中心區(qū)域的氧化速率大致相同。于是，在基底100上形成的柵氧化層，在溝槽頂角附近與基底中心區(qū)域部分的厚度較均勻，而能夠提升元件可靠性。
另外，在本發(fā)明的另一實施例的柵氧化層的工藝方法中，可以藉由移除部分的掩模層，并同時以殘留的掩模層于絕緣層側(cè)壁形成一間隙壁。其中間隙壁的形成方法包括對掩模層進(jìn)行一各向異性蝕刻，例如是干式蝕刻，以移除部分的掩模層，而于絕緣層側(cè)壁殘留的掩模層即為間隙壁。其制造方法可于工藝中直接形成間隙壁，以減少工藝的復(fù)雜性，并能降低工藝的成本。
本發(fā)明提出的柵氧化層的制造方法，因為溝槽頂角附近114未注入摻雜劑，而摻雜區(qū)112注入使氧化速率變慢的摻雜劑，所以在溝槽頂角附近114的表面氧化成長柵氧化層的速率與摻雜區(qū)112的表面氧化成長柵氧化層的速率能較一致。于是，在基底100上形成的柵氧化層，在溝槽頂角附近與基底中心區(qū)域部分的厚度較均勻，而能夠提升元件可靠性。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以后附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種柵氧化層的制造方法，該方法包括提供一基底，該基底上包含一隔離結(jié)構(gòu)，以隔離出一有源區(qū)，且于該隔離結(jié)構(gòu)的側(cè)壁已形成一間隙壁；以具有該間隙壁的該隔離結(jié)構(gòu)當(dāng)作掩模，于該基底注入一摻雜劑，以降低該基底的氧化速率；移除該間隙壁；移除該墊氧化層與部分該隔離結(jié)構(gòu)，暴露出該基底表面；以及進(jìn)行一氧化工藝在該基底中形成一柵氧化層。
2.如權(quán)利要求1所述的柵氧化層的制造方法，其中以具有該間隙壁的該隔離結(jié)構(gòu)當(dāng)作掩模，于該基底注入該摻雜劑的方法，包括離子注入法。
3.如權(quán)利要求2所述的柵氧化層的制造方法，其中注入的該摻雜劑，包括氮離子。
4.如權(quán)利要求2所述的柵氧化層的制造方法，其中該離子注入的劑量約5×1011/平方厘米至1×1015/平方厘米。
5.如權(quán)利要求1所述的柵氧化層的制造方法，其中于該隔離結(jié)構(gòu)的側(cè)壁形成該間隙壁的方法，包括于該基底上形成一材料層；以及以各向異性蝕刻法移除部分該材料層。
6.如權(quán)利要求1所述的柵氧化層的制造方法，其中該間隙壁的材料包括以化學(xué)氣相沉積法形成的氮化硅。
7.如權(quán)利要求1所述的柵氧化層的制造方法，其中移除該間隙壁的方法，包括濕式蝕刻法。
8.如權(quán)利要求7所述的柵氧化層的制造方法，其中移除該間隙壁，包括使用熱磷酸溶液作為蝕刻劑。
9.如權(quán)利要求1所述的柵氧化層的制造方法，其中移除該墊氧化層與部分該隔離結(jié)構(gòu)，暴露出該基底表面的方法包括濕式蝕刻法。
10.如權(quán)利要求1所述的柵氧化層的制造方法，其中形成該柵氧化層的方法包括熱氧化法。
11.一種柵氧化層的制造方法，包括；提供一基底，該基底中具有一溝槽且該基底上有一掩模層部分覆蓋該溝槽所圍的一有源區(qū)；在該基底上形成一絕緣層填滿該溝槽，并暴露出該掩模層；移除部分該掩模層，俾以于該絕緣層側(cè)壁形成一間隙壁，并暴露該基底表面的部份該有源區(qū)；于暴露的部分該有源區(qū)的該基底中注入一摻雜劑，該摻雜劑用以降低該基底的氧化速率；移除該間隙壁；移除部分該絕緣層，暴露該溝槽頂角附近的該基底；以及進(jìn)行一氧化工藝在該基底中形成一柵氧化層。
12.如權(quán)利要求11所述的柵氧化層的制造方法，其中于暴露的部分該有源區(qū)的該基底中注入該摻雜劑的方法包括離子注入法。
13.如權(quán)利要求12所述的柵氧化層的制造方法，其中注入的該摻雜劑包括氮離子。
14.如權(quán)利要求13所述的柵氧化層的制造方法，其中該摻雜劑的注入劑量控制在使該有源區(qū)的氧化速率與該溝槽頂角附近的該基底的氧化速率大致上相同。
15.如權(quán)利要求13所述的柵氧化層的制造方法，其中該離子注入的劑量約5×1011/平方厘米至1×1015/平方厘米。
16.如權(quán)利要求11所述的柵氧化層的制造方法，其中形成該絕緣層的方法包括于該基底上形成一絕緣材料層；以及移除部分該絕緣材料層，暴露出該掩模層，以形成填滿該溝槽的該絕緣層。
17.如權(quán)利要求16所述的柵氧化層的制造方法，其中形成該絕緣材料層的方法包括化學(xué)氣相沉積法。
18.如權(quán)利要求17所述的柵氧化層的制造方法，其中以化學(xué)氣相沉積法形成該絕緣材料層的方法包括以四-乙基-鄰-硅酸酯/臭氧為反應(yīng)氣體來源。
19.如權(quán)利要求11所述的柵氧化層的制造方法，其中形成該柵氧化層的方法包括熱氧化法。
20.如權(quán)利要求11所述的柵氧化層的制造方法，其中該間隙壁的材料包括以化學(xué)氣相沉積法形成的氮化硅。
全文摘要
一種柵氧化層的制造方法，首先提供一基底，此基底上包含隔離結(jié)構(gòu)，以隔離出有源區(qū)，且于隔離結(jié)構(gòu)的側(cè)壁已形成間隙壁。接著，以具有間隙壁的隔離結(jié)構(gòu)當(dāng)作掩模，于基底注入一摻雜劑，以降低基底的氧化速率。之后，移除間隙壁，并移除墊氧化層與部分隔離結(jié)構(gòu)，以暴露出基底表面，接著，進(jìn)行一氧化工藝以于基底中形成一厚度均勻的柵氧化層。
文檔編號H01L21/70GK1770402SQ20041008972
公開日2006年5月10日 申請日期2004年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者陳東波 申請人:力晶半導(dǎo)體股份有限公司