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      淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)及浮置柵極的制作方法

      文檔序號:7231615閱讀:263來源:國知局
      專利名稱:淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)及浮置柵極的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體工藝,且特別是涉及一種淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)及浮置 柵極的制作方法。
      背景技術(shù)
      隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步,元件的尺寸也不斷地縮小。當(dāng)元件的尺寸進(jìn)入 到深次微米的范圍中,甚至是更細(xì)微的尺寸時(shí),相鄰的元件之間發(fā)生短路的 機(jī)率會升高,因此如何有效地隔離元件與元件之間就變得相當(dāng)重要。 一般來 說,工藝中通常會在元件與元件之間加入一層隔離結(jié)構(gòu)來避免短路的發(fā)生,
      而現(xiàn)今較常使用的方法為淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)(shallowtrench isolation, STI)工藝。 由于淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)往往是影響可靠度的重要關(guān)鍵,如漏電流的發(fā)生機(jī)率, 因此淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)工藝在先進(jìn)集成電路工藝技術(shù)中具有重要的地位。
      圖1為已知方法所形成的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。請參照圖1, 已知淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法是先以形成在基底100上的圖案化墊層102 以及圖案化掩模層110作為掩模,在暴露出的基底100中形成溝渠120。然 后,在溝渠120中的基底100表面上形成襯層122。接著,利用高密度等離 子體(high density plasma, HDP)化學(xué)氣相沉積法,在基底100上形成氧化硅層 130。氧化硅層130填入溝渠120中,并覆蓋圖案化掩模層110。
      然而,在工藝不斷微縮的情況下,淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)之間的距離也必須縮 小,使得溝渠120的高寬比(aspectratio)越來越大,也就是溝渠120的深度很 深,但是其寬度很小。在已知利用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法形成氧化 硅層130時(shí),由于其溝填能力較差,因此氧化硅層130會無法完全填入溝渠 120中,而形成孔洞140。而孔洞140會包覆工藝氣體,這些氣體在晶片內(nèi) 部擴(kuò)散,而使得半導(dǎo)體元件的效能降低,甚至是導(dǎo)致短路的情況發(fā)生,影響 后續(xù)工藝。

      發(fā)明內(nèi)容
      有鑒于此,本發(fā)明提供一種淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法,能夠具有較好 的溝填能力,避免在淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生孔洞。
      本發(fā)明還提供一種浮置柵極的制作方法,可以在元件與元件之間有效地 進(jìn)行隔離,防止短路的情況發(fā)生,進(jìn)而提高工藝的可靠度。
      本發(fā)明提出一種淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法。首先,提供其上已形成有 圖案化掩模層的基底,其中圖案化掩模層中具有開口。然后,于圖案化掩模 層的側(cè)壁形成間隙壁。間隙壁在開口側(cè)的側(cè)壁與圖案化掩模層的上表面之間 具有鈍角。接著,以圖案化掩模層以及間隙壁為掩模,在基底中形成溝渠。 之后,在溝渠中填入介電層。隨之,移除圖案化掩模層與間隙壁。
      在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述在溝渠中填入介電層的方法例如是先在圖案 化掩模層上形成介電材料層。介電材料層例如是填入溝渠中。之后,進(jìn)行化 學(xué)機(jī)械研磨工藝,以移除位于溝渠之外的介電材料層。
      在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的介電材料層的形成方法例如是化學(xué)氣相沉 積法。
      在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的介電材料層的材料例如是以臭氧/四乙基硅
      酸鹽(0/TEOS)為氣體源所形成的氧化硅。
      在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的鈍角例如是大于93。。
      在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的間隙壁的形成方法例如是先在圖案化掩模 層上形成間隙壁材料層。接著,進(jìn)行各向異性蝕刻工藝,以移除部分間隙壁 材料層。
      在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的間隙壁材料層的形成方法例如是原位蒸汽 生成法或熱氧化法。
      在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的間隙壁的材料例如是氧化硅。 在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的圖案化掩^f莫層的材料例如是氮化硅。 本發(fā)明還提出一種浮置柵極的制作方法。首先,提供基底,基底上已依 次形成有柵極介電層、第一導(dǎo)體層以及圖案化掩模層,其中圖案化掩模層中 具有開口。接著,在圖案化掩模層的側(cè)壁形成間隙壁。間隙壁在開口側(cè)的側(cè) 壁與圖案化掩模層的上表面之間具有鈍角。然后,移除未被圖案化掩模層與 間隙壁覆蓋的第一導(dǎo)體層、柵極介電層與部分基底,以在基底中形成溝渠。 之后,在溝渠中形成隔離結(jié)構(gòu)。接著,移除圖案化掩模層與間隙壁。然后,
      6在隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)的基底上形成第二導(dǎo)體層。
      在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的隔離結(jié)構(gòu)的形成方法例如是先在圖案化掩 模層上形成介電材料層。介電材料層例如是填入溝渠中。之后,進(jìn)行化學(xué)機(jī) 械研磨工藝,以移除位于溝渠之外的介電材料層。
      在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的介電材料層的形成方法例如是化學(xué)氣相沉 積法。
      在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的介電材料層的材料例如是以臭氧/四乙基硅 酸鹽為氣體源所形成的氧化硅。
      在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的鈍角例如是大于93。。 在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的第二導(dǎo)體層的形成方法例如是先在基底上 形成導(dǎo)體材料層。導(dǎo)體材料層例如順應(yīng)性地覆蓋隔離結(jié)構(gòu)與第一導(dǎo)體層。接
      著,進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝,移除導(dǎo)體材料層至暴露出隔離結(jié)構(gòu)的上表面。 在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的間隙壁的形成方法,例如是在圖案化掩模 層上先形成間隙壁材料層。之后,進(jìn)行各向異性蝕刻工藝,以移除部分間隙 壁材料層。
      在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的間隙壁材料層的形成方法例如是原位蒸汽 生成法或熱氧化法。
      在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的第一導(dǎo)體層的材料例如是非晶硅。 在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的第二導(dǎo)體層的材料例如是非晶硅。 在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的間隙壁的材料例如是氧化硅。 在本發(fā)明的實(shí)施例中,上述的圖案化掩模層的材料例如是氮化硅。 基于上述,在本發(fā)明的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法中,會先在圖案化掩 模層的側(cè)壁上形成間隙壁,再在溝渠中形成介電層。由于間隙壁的側(cè)壁與圖 案化掩模層上表面之間的夾角為鈍角,因此在形成介電層時(shí),可以有效地填 入溝渠中。而所制作出的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)能夠避免孔洞的產(chǎn)生,顯著地改善 隔離能力,進(jìn)而防止短路的情況出現(xiàn)。
      另 一方面,本發(fā)明的浮置柵極的制作方法先讓間隙壁的側(cè)壁與圖案化掩 模層之間具有鈍角的夾角,再在溝渠中形成隔離結(jié)構(gòu),使得隔離結(jié)構(gòu)具有較 好的填溝能力。因此,能夠有效地改善孔洞的問題,提高工藝的可靠度。
      此外,本發(fā)明利用筒單的步驟,即可達(dá)到有效地進(jìn)行隔離的目的,因此 可節(jié)省工藝所需的成本。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂,下文特舉優(yōu)選實(shí)施例,并 結(jié)合附圖,作詳細(xì)說明如下。


      圖1為已知方法所形成的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
      圖2A至圖2F所繪示為本發(fā)明實(shí)施例的浮置柵極的制作流程剖面圖。
      簡單符號說明100、 200:基底102圖案化墊層
      110、 206:圖案化掩模層120、 210:溝渠122襯層
      130氧化硅層
      140孑L洞
      202介電層
      204、 216:導(dǎo)體層206a:開口208間隙壁
      212介電層
      214.隔離結(jié)構(gòu)
      218.凹陷
      220:浮置柵極
      6 :夾角
      具體實(shí)施例方式
      圖2A至圖2F所繪示為本發(fā)明實(shí)施例的浮置柵極的制作流程剖面圖。 首先,請參照圖2A,提供基底200,基底200例如是硅基底?;?00 中例如已形成有導(dǎo)電區(qū)(未繪示)或一般熟知的半導(dǎo)體元件(未繪示),然而本 發(fā)明于此不作任何限定。之后,在基底200上依次形成介電層202、導(dǎo)體層 204與圖案化掩模層206。介電層202的材料例如是氧化硅,其形成方法例 如是化學(xué)氣相沉積法或熱氧化法。導(dǎo)體層204的材料例如是摻雜或未摻雜的單晶硅,其形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。圖案化掩模層206中具有開口 206a,暴露出圖案化掩模層206下方的導(dǎo)體層204。圖案化掩模層206的材 料例如是氮化硅,其形成方法例如是先利用^學(xué)氣相沉積法在導(dǎo)體層204上 形成掩模層(未繪示)。接著,再進(jìn)行光刻工藝與蝕刻工藝,移除部分掩模層。
      然后,請參照圖2B,在基底200上方形成間隙壁材料層(未繪示),且間 隙壁材料層覆蓋住圖案化掩模層206與導(dǎo)體層204。此間隙壁材料層與圖案 化掩模層206、導(dǎo)體層204例如是具有不同的蝕刻選擇性。間隙壁材料層的 材料例如是氧化珪,其形成方法例如是原位蒸汽生成法(in-situ steam generation, ISSG)或是熱氧化法。接著,進(jìn)行各向異性蝕刻工藝,移除部分間 隙壁材料層。而殘留于圖案化掩模層206側(cè)壁的剩余間隙壁材料層即形成間 隙壁208。由于進(jìn)行各向異性蝕刻工藝時(shí),會對垂直方向的間隙壁材料層造 成些許損耗,使得間隙壁208的上部會有圓化現(xiàn)象(rounding)的產(chǎn)生。此外, 各向異性蝕刻工藝也會造成間隙壁208在開口 206a那側(cè)的側(cè)壁具有斜面, 且此斜面與圖案化掩模層206上表面之間的夾角6為鈍角。在本實(shí)施例中, 夾角6例如是大于93°。
      請參照圖2C,以圖案化掩模層206與間隙壁208為掩模,進(jìn)行蝕刻工 藝,移除暴露出的導(dǎo)體層204、介電層202與部分基底200,以在基底200 中形成溝渠210。而所形成的溝渠210的上部的寬度例如大于溝渠210的底 部的寬度。接著,在基底200上形成介電層212。介電層212覆蓋住圖案化 掩模層206、間隙壁208,且填入溝渠210中。介電層212的材料例如是氧 化硅。介電層212的形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法,其所使用的氣體源例 如是臭氧/四乙基硅酸鹽。
      值得注意的是,間隙壁208的上部具有圓化現(xiàn)象,且間隙壁208位于開 口 206a的側(cè)壁與圖案化掩模層206之間的夾角6為鈍角。因此,介電層212 具有較好的階梯覆蓋能力,能夠有效地填入溝渠210中,避免溝渠210中形 成孔洞,進(jìn)而防止元件之間發(fā)生短路的情形。
      之后,請參照圖2D,移除部分介電層212,以在溝渠210中形成隔離結(jié) 構(gòu)214。移除部分介電層212的方法例如是進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝。在移除 部分介電層212的步驟中,例如是以圖案化掩模層206作為研磨終止層。
      接下來,請參照圖2E,移除掩模層206。移除掩模層206的方法例如是 進(jìn)行濕式蝕刻工藝或干式蝕刻工藝。之后,再進(jìn)行濕式蝕刻工藝,以將間隙壁208移除。濕式蝕刻工藝?yán)缡鞘褂糜蓺浞?HF)與氟化氨(NH4F)組成的 混合液來進(jìn)行的緩沖氧化物蝕刻(buffer oxide etch, BOE)工藝。由于間隙壁 208與隔離結(jié)構(gòu)214的材料都是氧化硅,因此,在移除間隙壁208時(shí),部分 未被間隙壁208覆蓋的隔離結(jié)構(gòu)208同時(shí)也會被侵蝕。
      在本實(shí)施例中,完全移除間隙壁208之后,還可以更進(jìn)一步繼續(xù)移除部 分隔離結(jié)構(gòu)214,以于隔離結(jié)構(gòu)214的側(cè)壁形成凹陷218。在后續(xù)預(yù)形成的 浮置柵極的步驟中,位于隔離結(jié)構(gòu)214側(cè)壁的凹陷218,可以加大浮置柵極 的橫向尺寸,有助于增加?xùn)艠O耦合率(gate-coupling ratio, GCR),進(jìn)而提高元 件效能。
      然后,請參照圖2F,在基底200上形成導(dǎo)體材料層(未繪示)。導(dǎo)體材料 層覆蓋住導(dǎo)體層204與隔離結(jié)構(gòu)214 ,且填入隔離結(jié)構(gòu)214側(cè)壁的凹陷218 。 導(dǎo)體材料層的材料例如是摻雜或未摻雜的單晶硅,其形成方法例如是化學(xué)氣 相沉積法。接著,移除部分導(dǎo)體材料層至暴露出隔離結(jié)構(gòu)214的上表面,以 形成導(dǎo)體層216。移除部分導(dǎo)體材料層的方法例如是進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝, 而隔離結(jié)構(gòu)214則例如是作為研磨終止層。完成上述步驟后,導(dǎo)體層204與 導(dǎo)體層216即為本發(fā)明的浮置柵極220,且相鄰兩浮置柵極220之間具有一 個(gè)隔離結(jié)構(gòu)214。
      在實(shí)施例中,之后還可以繼續(xù)在浮置柵極220上方形成柵間介電層(未 繪示)以及控制柵極(未繪示)。然而,后續(xù)工藝為此領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所熟 知,故在此不再贅述。
      上述實(shí)施例中,采用先在圖案化掩模層206的側(cè)壁上形成間隙壁208, 之后再以臭氧/四乙基硅酸鹽為氣體源在基底200上形成介電層212。由于間 隙壁208位于開口 206a的側(cè)壁與圖案化掩模層206的上表面之間的夾角6 為鈍角,因此,在形成介電層212時(shí)能夠具有較好的填溝能力,可以有效地 填入溝渠210中,而不會在介電層212中形成已知的孔洞。
      而且,移除部分隔離結(jié)構(gòu)214,使隔離結(jié)構(gòu)214的側(cè)壁形成凹陷218, 可以加大浮置柵極220的橫向尺寸。由于浮置柵極220與控制柵極(未繪示) 之間的電容接觸面積增加,因此也可提高柵極耦合率,使得元件的操作電壓 降低,進(jìn)而提高元件效能。
      綜上所述,本發(fā)明的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法通過形成在圖案化掩模 層側(cè)壁上的間隙壁與圖案化掩模層上表面之間的夾角為鈍角,有利于提高介
      10電層的填溝能力,改善發(fā)生孔洞的情況。
      再者,利用本發(fā)明所制作出的浮置4冊極由于隔離結(jié)構(gòu)中不會有孔洞的產(chǎn) 生,而具有較好的隔離能力,能夠防止元件與元件之間發(fā)生短路的情況,進(jìn) 而提高加工的成品率及可靠度。
      此外,在進(jìn)行移除間隙壁的同時(shí),也會移除部分隔離結(jié)構(gòu),從而在隔離 結(jié)構(gòu)的側(cè)壁形成凹陷,因此,可以讓之后形成的浮置柵極具有較大的橫向尺 寸。通過增加浮置柵極與控制柵極之間的電容接觸面積,將有助于增加?xùn)艠O 耦合率,進(jìn)而使得元件的操作電壓降低,而達(dá)到提高元件效能的功效。
      雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例揭示如上,然而其并非用以限定本發(fā)明,任 何所屬技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),當(dāng)可 作些許的更動與修改,因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以所附權(quán)利要求所界定者為 準(zhǔn)。
      權(quán)利要求
      1. 一種淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法,包括提供基底,該基底上已形成有圖案化掩模層,該圖案化掩模層中具有開口 ;在該圖案化掩模層的側(cè)壁形成間隙壁,其中該間隙壁在該開口側(cè)的側(cè)壁 與該圖案化掩模層的上表面之間具有鈍角;以該圖案化掩模層以及該間隙壁為掩模,在該基底中形成溝渠; 在該溝渠中填入介電層;以及 移除該圖案化掩模層與該間隙壁。
      2. 如權(quán)利要求1所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法,其中在該溝渠中填 入該介電層的方法包括在該圖案化掩模層上形成介電材料層,該介電材料層填入該溝渠中;以及進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝,以移除位于該溝渠之外的該介電材料層。
      3. 如權(quán)利要求2所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法,其中該介電材料層 的形成方法包括化學(xué)氣相沉積法。
      4. 如權(quán)利要求2所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法,其中該介電材料層 的材料包括以臭氧/四乙基硅酸鹽為氣體源所形成的氧化硅。
      5. 如權(quán)利要求1所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法,其中該鈍角大于930。
      6. 如權(quán)利要求1所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法,其中該間隙壁的形 成方法包4舌在該圖案化掩模層上形成間隙壁材料層;以及 進(jìn)行各向異性蝕刻工藝,以移除部分該間隙壁材料層。
      7. 如權(quán)利要求6所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法,其中該間隙壁材料 層的形成方法包括原位蒸汽生成法或熱氧化法。
      8. 如權(quán)利要求1所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法,其中該間隙壁的材 料包括氧化硅。
      9. 如權(quán)利要求1所述的淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法,其中該圖案化掩模 層的材料包括氮化硅。
      10. —種浮置柵極的制作方法,包括提供基底,該基底上已依次形成有柵極介電層、第一導(dǎo)體層以及圖案化掩模層,該圖案化掩模層中具有開口;在該圖案化掩模層的側(cè)壁形成間隙壁,其中該間隙壁在該開口側(cè)的側(cè)壁 與該圖案化掩模層的上表面之間具有鈍角;移除未被該圖案化掩模層與該間隙壁覆蓋的該第一導(dǎo)體層、該柵極介電 層與部分該基底,以在該基底中形成溝渠;在該溝渠中形成隔離結(jié)構(gòu);移除該圖案化掩模層與該間隙壁;以及在該隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)的該基底上形成第二導(dǎo)體層。
      11. 如權(quán)利要求IO所述的浮置柵極的制作方法,其中該隔離結(jié)構(gòu)的形成 方法包括在該圖案化掩模層上形成介電材料層,該介電材料層填入該溝渠中;以及進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝,以移除位于該溝渠之外的該介電材料層。
      12. 如權(quán)利要求11所述的浮置柵極的制作方法,其中該介電材料層的形 成方法包括化學(xué)氣相沉積法。
      13. 如權(quán)利要求11所述的浮置柵極的制作方法,其中該介電材料層的材 料包括以臭氧/四乙基硅酸鹽為氣體源所形成的氧化硅。
      14. 如權(quán)利要求10所述的浮置柵極的制作方法,其中該鈍角大于93。。
      15. 如權(quán)利要求10所述的浮置柵極的制作方法,其中該第二導(dǎo)體層的形 成方法包括在該基底上形成導(dǎo)體材料層,該導(dǎo)體材料層順應(yīng)性地覆蓋該隔離結(jié)構(gòu)與 該第一導(dǎo)體層;以及進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝,以移除部分導(dǎo)體材料層,至暴露出該隔離結(jié)構(gòu) 的上表面。
      16. 如權(quán)利要求10所述的浮置柵極的制作方法,其中該間隙壁的形成方 法,包括在該圖案化掩模層上形成間隙壁材料層;以及 進(jìn)行各向異性蝕刻工藝,以移除部分該間隙壁材料層。
      17. 如權(quán)利要求16所述的浮置柵極的制作方法,其中該間隙壁材料層的形成方法包括原位蒸汽生成法或熱氧化法。
      18. 如權(quán)利要求10所述的浮置柵極的制作方法料包括非晶硅。
      19. 如權(quán)利要求10所述的浮置柵極的制作方法 料包括非晶硅。
      20. 如權(quán)利要求10所述的浮置柵極的制作方法 括氧化硅。
      21. 如權(quán)利要求10所述的浮置柵極的制作方法 材料包括氮化硅。其中該第一導(dǎo)體層的材 其中該第二導(dǎo)體層的材 其中該間隙壁的材料包 其中該圖案化掩模層的
      全文摘要
      一種淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)的制作方法。首先,提供其上已形成有圖案化掩模層的基底,其中圖案化掩模層中具有開口。然后,于圖案化掩模層的側(cè)壁形成間隙壁。間隙壁在開口側(cè)的側(cè)壁與圖案化掩模層的上表面之間具有鈍角。接著,以圖案化掩模層以及間隙壁為掩模,在基底中形成溝渠。之后,在溝渠中填入介電層。隨之,移除圖案化掩模層與間隙壁。
      文檔編號H01L21/82GK101312148SQ20071010505
      公開日2008年11月26日 申請日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月22日
      發(fā)明者何青原, 蕭國坤 申請人:力晶半導(dǎo)體股份有限公司
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