專利名稱：隔離結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，特別是涉及一種半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路工藝的不斷發(fā)展，芯片上的單元數(shù)目增加，該單元尺寸縮小，因此造成整合后單元密度提高。例如，集成電路需要的單元間距從微米等級演變至納米等級。姑且不考慮單元尺寸日益縮小的事實(shí)，各單元間需要良好的絕緣或隔離以達(dá)到 整體組件的最佳效能，此技術(shù)稱為組件隔絕技術(shù)(device isolation technology)。一良好的絕緣或隔離結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步縮小單元尺寸，確保萬無一失的絕緣環(huán)境，以及創(chuàng)造更多面積以供更多單兀整合于一芯片上。在各種不同的組件隔絕技術(shù)中，淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)最為普遍，用來電氣隔絕不同組件以避免短路以及互相干擾的情況發(fā)生。STI通常用于CMOS半導(dǎo)體工藝，凡是使用化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)將STI溝槽填滿介電材料。隨著STI溝槽的寬度縮小而深寬比(aspect ratio)加深，具有高深寬比但開口狹小的溝槽將降低填滿其中的介電材料的質(zhì)量，當(dāng)利用CVD為填充介電材料的工具時，諸如截?cái)?pinch off)或孔洞等現(xiàn)象會出現(xiàn)在接近溝槽頂部區(qū)域。有鑒于以上技術(shù)的困難，現(xiàn)有的溝槽填滿方法有許多問題亟待解決。因此，提供一種形成隔離結(jié)構(gòu)的方法與一種半導(dǎo)體組件使用該隔離結(jié)構(gòu)，有其必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包含下列步驟形成一溝槽于一基板中，其中該溝槽含有側(cè)壁和一底部表面；形成一隔絕層于該溝槽的側(cè)壁，該隔絕層曝露一部份該基板；成長一硅磊晶層于該溝槽底部表面之上；氧化該硅磊晶層，以形成一熱氧化層；以及填滿一介電材料于該熱氧化層上的一部分該溝槽。本發(fā)明另提供一種隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，包含下列步驟形成一上層于一基板上，其中該上層含有至少一具有側(cè)壁的溝槽，并且曝露一部份該基板；形成一隔絕層于該溝槽的側(cè)壁，該隔絕層曝露一部份該基板；成長一硅磊晶層于該基板之上；氧化至少一部分的該硅磊晶層，以形成一熱氧化層；填滿一介電材料于該熱氧化層上的一部分該溝槽；以及移除該上層。上文已相當(dāng)廣泛地概述本發(fā)明的技術(shù)特征及優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明下文將詳細(xì)描述以獲得較佳了解。構(gòu)成本發(fā)明的申請專利保護(hù)范圍標(biāo)的的其它技術(shù)特征及優(yōu)點(diǎn)也將描述于下文。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，可相當(dāng)容易地利用下文公開的概念與特定實(shí)施例可作為修改或設(shè)計(jì)其它結(jié)構(gòu)或過程而實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明相同的目的。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員亦應(yīng)了解，這類等效建構(gòu)無法脫離后附的申請專利保護(hù)范圍所界定的本發(fā)明的精神和范圍。


圖I為剖面圖，顯不本發(fā)明一實(shí)施例的具有溝槽的一基板；圖2為剖面圖，顯示本發(fā)明一實(shí)施例的形成于任一溝槽側(cè)壁的絕緣層；圖3為剖面圖，顯示本發(fā)明一實(shí)施例的形成于任一溝槽側(cè)壁以及底部表面的絕緣層；圖4及圖5為剖面圖,顯不本發(fā)明一實(shí)施例的形成于任一溝槽底部表面的娃嘉晶層；圖6及圖7為剖面圖，顯示本發(fā)明一實(shí)施例的形成于任一溝槽下半部的熱氧化 層；圖8及圖9為剖面圖，顯示本發(fā)明一實(shí)施例的填滿溝槽的介電材料；圖10及圖11為剖面圖，顯示本發(fā)明一實(shí)施例的隔離結(jié)構(gòu)在各基板上；圖12為剖面圖，顯示本發(fā)明一實(shí)施例的形成于一基板上且具有溝槽的一上層；圖13為剖面圖，顯示本發(fā)明一實(shí)施例的形成于任一溝槽側(cè)壁的絕緣層；圖14為剖面圖,顯不本發(fā)明一實(shí)施例的形成于任一溝槽底部表面的娃嘉晶層；圖15為剖面圖，顯示本發(fā)明一實(shí)施例的形成于任一溝槽下半部的熱氧化層；圖16為剖面圖，顯示本發(fā)明一實(shí)施例的填滿溝槽的介電材料；圖17為剖面圖，顯示本發(fā)明一實(shí)施例的移除不需要的介電材料；及圖18為剖面圖，顯示本發(fā)明一實(shí)施例的隔離結(jié)構(gòu)在一基板上。其中，附圖標(biāo)記說明如下I完整隔離結(jié)構(gòu)3完整隔離結(jié)構(gòu)10 基板11 硅層12薄氧化層14硬式屏蔽16 溝槽18絕緣層22硅磊晶層23熱氧化層24介電材料層26 界面161 側(cè)壁162底部表面30 基板31 上層32硅磊晶層33熱氧化層34介電材料層
36 界面38絕緣層361 側(cè)壁
具體實(shí)施例方式圖I至圖11為剖面圖，示例本發(fā)明一實(shí)施例的隔離結(jié)構(gòu)的形成方法。參見圖1，一基板10包含一娃層11，一薄氧化層12,以及一硬式屏蔽14。該薄氧化層12形成于該娃層11之上，而該硬式屏蔽14形成于該薄氧化層12之上，并具有一厚度介于200至500埃之間。該硬式屏蔽14的材料可為由化學(xué)氣相沉積形成的氮化硅，并作為化學(xué)機(jī)械式研磨(CMP)的一停止層。一光阻層(未顯示)可用以在該基板10中蝕刻出溝槽16。該光阻層以一般現(xiàn)有的蝕刻工藝形成，在該溝槽16形成之后，該光阻層于一現(xiàn)有的光阻移除程序中選擇性地被 移除。參見圖2,在此實(shí)施例中，一絕緣層18于該溝槽16的側(cè)壁161通過一原子層沉積(ALD)工藝形成，而曝露該基板10的一部份。值得注意的是，該絕緣層18可以形成于該側(cè)壁161與該溝槽16的底部表面162,但曝露該側(cè)壁161的一部份(詳見圖3)。該絕緣層18可以修補(bǔ)由反應(yīng)式離子蝕刻形成的該溝槽16的側(cè)壁161。參見圖4, 一娃嘉晶層22形成于該溝槽16的底部表面162之上,與該絕緣層18之間。在此實(shí)施例中，娃嘉晶層22成長于各溝槽16的底部表面162,嘉晶成長僅發(fā)生在曝露的該娃層11。在各溝槽16內(nèi)，該絕緣層18形成于該溝槽16的側(cè)壁161,而曝露出該溝槽16的底部表面162,因此,該娃嘉晶層22成長于該底部表面162。圖5顯不另一實(shí)施例,娃磊晶層22成長于各溝槽16的底部表面162及側(cè)壁161上。由于該絕緣層18能夠防止硅磊晶層22成長，在此實(shí)施例中成長的硅磊晶層22將可避免截?cái)?pinch off)的發(fā)生。再者，該溝槽16中的硅磊晶層22亦具有較小的深寬比。具體而言，該硅磊晶層22可由一氣相沉積形成。該硅磊晶可包含氯，故微量的氯將會于形成后的該硅磊晶層22中留下。該硅磊晶層22形成后，該層將經(jīng)由一熱氧化步驟轉(zhuǎn)變成一熱氧化層23 (氧化硅)，如圖6及圖7所示。較佳地，一溫度約介于攝氏800至1000的熱氧化步驟將被使用進(jìn)行此轉(zhuǎn)化。該熱氧化層23比一般傳統(tǒng)的沉積氧化層更致密。該熱氧化步驟將至少氧化一部份該娃嘉晶層22,或完全氧化娃嘉晶層22。繼續(xù)于該熱氧化步驟之后，該溝槽16的下半部被熱氧化層23填滿，因此，未填滿區(qū)域的深度以及該溝槽16的深寬比都將降低。該熱氧化層23的高度取決于不同的實(shí)施例。在一實(shí)施例中，該熱氧化層23膨脹的程度為，該溝槽16剩余未填滿的部分，亦即在該熱氧化層23上的部分的深寬比將減低。如圖8及圖9中所示，該熱氧化層23形成之后，一介電材料層24，例如氧化硅，將沉積以填滿該溝槽16剩余的部分。一般現(xiàn)有的工藝將接續(xù)其后以形成各種半導(dǎo)體組件諸如內(nèi)存、微處理器、以及模擬電路等。該介電材料層24亦可由一旋涂沉積工藝替換，接續(xù)固化及致密化的處理。除了上述的沉積方式外，其它填滿溝槽的方式亦可被使用。值得注意的是，當(dāng)溝槽16被填滿后，一化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝或其它適合的工藝將被使用以移除多余的介電材料層24。接著，一完整的隔離結(jié)構(gòu)I即完成(如圖10及圖11所示)。該溝槽16由兩個不同的填充工藝形成該隔離結(jié)構(gòu)I。該溝槽16的下半部由氧化硅磊晶以形成一熱氧化層23，而位于該熱氧化層23上的介電材料層24通過一化學(xué)氣相沉積或一旋涂沉積工藝形成。如此一來，該熱氧化層23將比該介電材料層24致密，且上述兩層由一接口 26分開。圖12至圖18為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例形成一隔離結(jié)構(gòu)的方法的剖面圖。在此實(shí)施例中，如圖12所示，一上層31形成于一基板30上(例如一硅基板)，其中該上層31包含至少一溝槽36,該至少一溝槽36具有側(cè)壁361并曝露該基板30的一部份。如圖13所不,一絕緣層38形成于該溝槽36的側(cè)壁361,而曝露出該基板30的一部份。如圖14所不,一娃嘉晶層32由該基板30成長。如圖15所不,該娃嘉晶層32經(jīng)一氧化步驟轉(zhuǎn)化成一熱氧化層33。如圖15及圖16所示，該溝槽36中熱氧化層33上的未填滿部分將被一介電材料層34填滿。值得注意的是，一化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝或其它適合 的工藝將被使用以移除多余的介電材料層34，如圖17所示。如圖17及圖18所示，該上層31被移除而曝露出該絕緣層38于熱氧化層33及該介電材料層34的側(cè)壁。如此一來,位于該基板30上的一完整隔離結(jié)構(gòu)3即完成,一般現(xiàn)有技術(shù)的工藝將接續(xù)其后以形成各種半導(dǎo)體組件諸如內(nèi)存、微處理器、以及模擬電路等。該硅磊晶層32、該熱氧化層33、以及該介電材料層34的材料及制作方法可參考該硅磊晶層22、該熱氧化層23、以及該介電材料層24，于此不再贅述。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已公開如上，然而熟悉本技術(shù)的人士仍可能基于本發(fā)明的公開和教導(dǎo)而作種種不脫離本發(fā)明精神的調(diào)整和變更。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所公開的范圍，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的調(diào)整和變更，并為以下的申請專利權(quán)利要求保護(hù)范圍所涵蓋。此外，本案的權(quán)利范圍并不局限于上文公開的特定實(shí)施例的工藝、設(shè)備、制造、物質(zhì)的成份、裝置、方法或步驟。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，基于本發(fā)明公開及教導(dǎo)的工藝、設(shè)備、制造、物質(zhì)的成份、裝置、方法或步驟，無論現(xiàn)在已存在或日后開發(fā)者，其與本案實(shí)施例公開內(nèi)容以實(shí)質(zhì)相同的方式執(zhí)行實(shí)質(zhì)相同的功能，而達(dá)到實(shí)質(zhì)相同的結(jié)果，皆屬于本發(fā)明所涵蓋的保護(hù)范圍。因此，以下的申請專利權(quán)利要求保護(hù)范圍系用以涵蓋用以此類工藝、設(shè)備、制造、物質(zhì)的成份、裝置、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種隔離結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于包含下列步驟 形成一溝槽(16)于一基板(10)中，該溝槽含有側(cè)壁(161)和一底部表面(162)； 形成一隔絕層(18)于該溝槽的側(cè)壁，該隔絕層(18)曝露一部份該基板(10)； 成長一娃嘉晶層(22)于該溝槽底部表面之上(162)； 氧化該硅磊晶層(22)，以形成一熱氧化層(23);以及 沉積一介電材料(24)于該溝槽(16)中以填滿該溝槽(16)的剩余部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于該硅磊晶層(22)位于該該溝槽(16)兩側(cè)壁(161)的隔絕層(18)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于該氧化步驟氧化至少一部份該硅磊晶層(22)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成方法，其特征在于該氧化步驟完全氧化該硅磊晶層(22)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于該氧化步驟于一高溫蒸氣環(huán)境下完成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于該硅磊晶層(22)氧化于一溫度介于攝氏800至1000度之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于位于該熱氧化層(23)上的一部分該溝槽(16)通過一旋涂工藝填滿。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于位于該熱氧化層(23)上的一部分該溝槽(16)通過一化學(xué)氣相沉積工藝填滿。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于該隔絕層(18)形成于該溝槽側(cè)壁(161),而曝露該溝槽(16)的該底部表面(162) ο
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于該溝槽側(cè)壁(161)上的該隔絕層(18)通過一原子層沉積工藝形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于該隔絕層(18)形成于該溝槽側(cè)壁(161)以及該溝槽(16)的該底部表面(162),而曝露該溝槽側(cè)壁(161)的一部份。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形成方法，其特征在于該溝槽側(cè)壁(161)上的該隔絕層(18)通過一化學(xué)氣相沉積工藝形成。
13.一種隔離結(jié)構(gòu)的的形成方法，其特征在于包含下列步驟 形成一上層(31)于一基板(30)上，該上層(31)含有至少一具有側(cè)壁(361)的溝槽(36),并且曝露一部份該基板(30)； 形成一隔絕層(38)于該溝槽(36)的側(cè)壁(361)，該隔絕層(38)曝露一部份該基板(30)； 成長一硅磊晶層(32)于該基板(30)之上； 氧化至少一部分的該硅磊晶層(32)，以形成一熱氧化層(33)； 沉積一介電材料(34)于該溝槽(36)中以填滿該溝槽(36)的剩余部分。；以及 移除該上層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的形成方法，其特征在于該硅磊晶層(32)位于該溝槽(36)兩側(cè)壁(361)的隔絕層(38)之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的形成方法，其特征在于該氧化步驟氧化至少一部份該硅磊晶層(32) ο
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的形成方法，其特征在于該氧化步驟完全氧化該硅磊晶層(32)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的形成方法，其特征在于該氧化步驟于一高溫蒸氣環(huán)境下完成。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的形成方法，其特征在于該硅磊晶層(32)氧化于一溫度介于攝氏800至1000度之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的形成方法，其特征在于位于該熱氧化層(33)上的一部分該溝槽(36)通過一旋涂工藝填滿。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的形成方法，其特征在于位于該熱氧化層(33)上的一部分該溝槽(36)通過一化學(xué)氣相沉積工藝填滿。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，包含下列步驟形成一絕緣層于一溝槽側(cè)壁，該溝槽置于一半導(dǎo)體基板中；曝露該基板的一部份；成長一硅磊晶層于該溝槽底部；氧化該硅磊晶層以形成一熱氧化層；以及將該溝槽的一部份填滿一介電材料，該介電材料置于該熱氧化層上。
文檔編號H01L21/762GK102881627SQ20111035065
公開日2013年1月16日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者鍾瑞萱 申請人:南亞科技股份有限公司