溝槽隔離結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法。在一基板上形成一硬式掩模層，其中硬式掩模層包括至少三層，且具有至少一開(kāi)口以局部暴露出基板的一表面。經(jīng)由開(kāi)口蝕刻基板的表面，以在基板中形成具有一第一深度的一溝槽。在溝槽中形成一第一絕緣層。回蝕刻第一絕緣層，使第一絕緣層低于基板表面至一第二深度。在第一絕緣層上方形成一第二絕緣層，以填滿溝槽。移除硬式掩模層。本發(fā)明所形成的溝槽隔離結(jié)構(gòu)不具空隙或縫隙。
【專利說(shuō)明】溝槽隔離結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，特別是涉及一種溝槽隔離結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體裝置中，經(jīng)常需要電性隔離不同元件或界定有源區(qū)?？赏ㄟ^(guò)使用各類隔離方法達(dá)成電性隔離，例如使用溝槽隔離(trench isolation)等。一般來(lái)說(shuō),形成溝槽隔離包括以下步驟:沉積一掩模層于半導(dǎo)體基板上，并沉積一光致抗蝕劑層于掩模層上且圖案化光致抗蝕劑層，接著通過(guò)圖案化的光致抗蝕劑層移除特定區(qū)域的掩模層以暴露部分的半導(dǎo)體基板，再蝕刻暴露的半導(dǎo)體基板至一合適深度以形成一溝槽。最后，以一絕緣層填入上述溝槽并進(jìn)行表面平坦化，借此完成溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作。
[0003]然而，隨著半導(dǎo)體裝置的集成度持續(xù)提高，半導(dǎo)體裝置中各類元件的特征尺寸(feature size)持續(xù)下降，因此溝槽隔離結(jié)構(gòu)的寬度需要變得更窄，使其深寬比(aspectratio, AR)大幅提高，因而增加溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造困難度。對(duì)于具有高深寬比的溝槽來(lái)說(shuō)，會(huì)在填入溝槽的絕緣層中形成空隙(void)或縫隙(seam)，降低半導(dǎo)體裝置的可靠度?？障缎纬傻脑蚴怯捎谠谔钊虢^緣層時(shí)，絕緣層沉積于溝槽上部側(cè)壁的速度較其下部側(cè)壁的速度快，因此在絕緣層未完全填滿溝槽之前，溝槽上部的開(kāi)口就已經(jīng)閉合。而縫隙則是在絕緣層從溝槽的側(cè)壁往中心持續(xù)沉積到一定厚度時(shí)，溝槽中兩相對(duì)側(cè)的絕緣層接觸而形成。這些空隙或縫隙可能全部都位于半導(dǎo)體基板的表面下，造成溝槽隔離及絕緣層的電性隔離效果下降?；蛘撸@些空隙或縫隙可能部分延伸到半導(dǎo)體基板表面上方，因此在表面平坦化之后溝槽隔離表面可能會(huì)有空隙或縫隙使后續(xù)可能形成于其上的導(dǎo)電層得以填入，造成元件之間的電性短路。
[0004]因此，亟需一種改良的溝槽隔離工藝以解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明通過(guò)回蝕刻已形成于溝槽內(nèi)的絕緣層，以移除形成于溝槽中的絕緣層中的空隙或縫隙，且在之后第二次填入絕緣層。因此所形成的溝槽隔離結(jié)構(gòu)不具空隙或縫隙。
[0006]根據(jù)上述的目的，本發(fā)明提供一種溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，包括下列步驟:在一基板上形成一硬式掩模層，其中硬式掩模層包括至少三層，且具有至少一開(kāi)口以局部暴露出基板的表面；經(jīng)由開(kāi)口蝕刻基板的表面，以在基板中形成具有一第一深度的一溝槽；在溝槽中形成一第一絕緣層；回蝕刻第一絕緣層，使第一絕緣層低于基板表面至一第二深度；在第一絕緣層上方形成一第二絕緣層，以填滿溝槽；及移除硬式掩模層。
[0007]又根據(jù)上述的目的，本發(fā)明提供一種溝槽隔離結(jié)構(gòu)，包括:一基板，其內(nèi)具有至少一溝槽；一第一絕緣層，形成于溝槽下部；及一第二絕緣層，填入溝槽中且位于第一絕緣層上，其中第一絕緣層及第二絕緣層之間存在一界面。[0008]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1-圖5是示出圖6中溝槽隔離結(jié)構(gòu)100的制造方法流程剖面示意圖。
[0010]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溝槽隔離結(jié)構(gòu)100的剖面示意圖。
[0011]【主要附圖標(biāo)記說(shuō)明】
[0012]10~基板
[0013]1Oa~表面
[0014]30-硬式掩模層
[0015]30a~開(kāi)口
[0016]77~界面
[0017]99~空隙或裂縫
[0018]100~溝槽隔離結(jié)構(gòu)
[0019]101~溝槽
[0020]150、170~第一襯層
[0021]160~第一絕緣層
[0022]180~第二絕緣層
[0023]301、302、303~層
[0024]Η1第一深度
[0025]H2~第二深度
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下將詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的制作與使用方式。然應(yīng)注意的是，本發(fā)明提供許多可供應(yīng)用的發(fā)明概念，其可以多種特定型式實(shí)施。文中所舉例討論的特定實(shí)施例僅為制造與使用本發(fā)明的特定方式，非用以限制本發(fā)明的范圍。此外，在不同實(shí)施例中可能使用重復(fù)的標(biāo)號(hào)或標(biāo)示。這些重復(fù)僅為了簡(jiǎn)單清楚地?cái)⑹霰景l(fā)明，不代表所討論的不同實(shí)施例及/或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)連性。再者，當(dāng)述及一第一材料層位于一第二材料層上或之上時(shí)，包括第一材料層與第二材料層直接接觸或間隔有一或更多其他材料層的情形。在附圖中，實(shí)施例的形狀或是厚度可擴(kuò)大，以簡(jiǎn)化或是方便標(biāo)示。再者，圖中未示出或描述的元件，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員所知的形式。
[0027]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溝槽隔離結(jié)構(gòu)100的剖面示意圖。在本實(shí)施例中，溝槽隔離結(jié)構(gòu)100可包括一基板10，例如一硅基板或其他半導(dǎo)體基板?；?0內(nèi)可具有至少一溝槽101。在每一個(gè)溝槽101中，具有一第一絕緣層160形成于溝槽101下部以及一第二絕緣層180填入溝槽101中且位于第一絕緣層160上，其中第一絕緣層160及第二絕緣層180之間存在一界面77。第一絕緣層160及第二絕緣層180可分別包括氮化硅、氮氧化硅、氧化硅、或上述的任意組合。
[0028]在一些實(shí)施例中，溝槽隔離結(jié)構(gòu)100還包括一襯層150形成于溝槽101的側(cè)壁與第一絕緣層160之間，以及一襯層170形成于溝槽101的側(cè)壁與第二絕緣層180之間。[0029]圖1-圖5是示出圖6中溝槽隔離結(jié)構(gòu)100的制造方法流程剖面示意圖。參見(jiàn)圖1，提供一基板10，其可包括一硅基板或其他半導(dǎo)體基板，且在基板10上形成一硬式掩模層30。在本實(shí)施例中，硬式掩模層30可包括至少三層，且具有至少一開(kāi)口 30a以局部暴露出基板10的一表面10a。使用包括至少三層的硬式掩模層30的優(yōu)點(diǎn)在于可增加蝕刻工藝的時(shí)間，使所形成的溝槽比起使用單層硬式掩模層所形成的溝槽具有更高的深寬比。在本實(shí)施例中，硬式掩模層30可為三層結(jié)構(gòu)，包括膜層301、302及303。在一實(shí)施例中，膜層301、302及303由下而上可依序包括一硅外延層、一氮化硅層及一硅硼玻璃(borosilicateglass, BSG)層。在另一實(shí)施例中，膜層301、302及303由下而上可依序包括一氧化層、一氮化硅層、及一硅硼玻璃層。然而膜層301、302及303的材料不限于上述的材料且可包括其他合適材料。需注意的是，硬式掩模層30的層數(shù)不限于圖1所示的三層。在替代實(shí)施例中，硬式掩模層30可包括更多層，例如四層等。舉例來(lái)說(shuō)，這些層由下而上可依序包括一氧化層、一硅外延層、一氮化硅層及一硅硼玻璃層。雖然增加硬式掩模層30中的層數(shù)可使所形成的溝槽隔離結(jié)構(gòu)具有更高的深寬比，然而，隨著硬式掩模層30所包括的層數(shù)增加，可能會(huì)提高工藝復(fù)雜度及/或?qū)ξg刻品質(zhì)造成不良影響，因此需視實(shí)際需求調(diào)整硬式掩模層30所包括的層數(shù)及各層的厚度。
[0030]接著，如圖2所示，經(jīng)由開(kāi)口 30a蝕刻基板10的表面IOa以在基板10中形成具有一第一深度Hl的溝槽101。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)各種非等向性干蝕刻工藝進(jìn)行蝕刻以形成溝槽101，例如一反應(yīng)性離子蝕刻(reactive ion etching, RIE)工藝。
[0031]之后，如圖3所示，在溝槽101中形成第一絕緣層160。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或旋轉(zhuǎn)涂布工藝在硬式掩模層30上形成第一絕緣層160，并填入開(kāi)口 30a及溝槽101中，然不限于此。再者，第一絕緣層160可包括氮化硅、氮氧化硅、氧化硅、或上述的任意組合。另外，在形成第一絕緣層160之前，可在溝槽101的側(cè)壁及底部順應(yīng)性形成一襯層150，接著去除位于底部的襯層150。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)一化學(xué)氣相沉積工藝形成襯層150?；蛘?，可通過(guò)一熱氧化工藝在溝槽101的側(cè)壁形成氧化層以作為襯層150。在形成襯層150之后，可選擇性地實(shí)施一熱處理，例如回火處理，以消除襯層150與第一溝槽101之間可能存在的應(yīng)力。然而，由于第一絕緣層160的填入深度為溝槽101的第一深度Hl與硬式掩模層30的高度的總和，因此第一絕緣層160難以完全填滿具有如此高深寬比的開(kāi)口(含開(kāi)口 30a及下方的溝槽101)，容易在其中形成空隙99a與縫隙99b,如圖3所示。
[0032]接著，為了消除空隙99a與縫隙9%，如圖4所示，回蝕刻第一絕緣層160，使第一絕緣層160低于基板表面IOa至一第二深度H2，借此在回蝕刻之后完全移除空隙99a與縫隙 99b。
[0033]之后，如圖5所示，在第一絕緣層160上方形成一第二絕緣層180，以填滿溝槽101。由于第二絕緣層180的填入深度為第二深度Hl與硬式掩模層30的高度的總和，因此填入的第二絕緣層180不易在其中形成空隙99a或縫隙99b。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或旋轉(zhuǎn)涂布工藝在硬式掩模層30上形成第二絕緣層180，并填入開(kāi)口 30a及溝槽101中，然不限于此。相似地，第二絕緣層180可包括氮化硅、氮氧化硅、氧化硅、或上述的任意組合。第二絕緣層180與第一絕緣層160可包括相同或相似的材料，或者包括不同材料。另外，在形成第二絕緣層180之前，也可在溝槽101的側(cè)壁上順應(yīng)性形成一襯層170。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)與形成襯層150相似的工藝形成襯層170。在形成襯層170之后，可選擇性地實(shí)施一熱處理以消除襯層170與第一溝槽101之間可能存在的應(yīng)力。
[0034]最后，可通過(guò)一化學(xué)機(jī)械研磨(chemical mechanical polishing, CMP)工藝，以移除多余的第二絕緣層160及下方的硬式掩模層30，借此形成圖6所示的溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
[0035]根據(jù)上述實(shí)施例，可通過(guò)回蝕刻已形成于溝槽內(nèi)的絕緣層，以移除形成于溝槽中的絕緣層中的空隙或縫隙，且在之后第二次填入絕緣層。因此所形成的溝槽隔離結(jié)構(gòu)不具空隙或縫隙，進(jìn)而具有良好的特性及電性隔離效果，而減少元件之間的電性短路。
[0036]雖然本發(fā)明已以多個(gè)較佳實(shí)施例發(fā)明如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作任意的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，包括下列步驟: 在一基板上形成一硬式掩模層，其中該硬式掩模層包括至少三層，且具有至少一開(kāi)口以局部暴露出該基板的一表面； 經(jīng)由該開(kāi)口蝕刻該基板的該表面，以在該基板中形成具有一第一深度的一溝槽； 在該溝槽中形成一第一絕緣層； 回蝕刻該第一絕緣層，使該第一絕緣層低于該基板表面至一第二深度； 在該第一絕緣層上方形成一第二絕緣層，以填滿該溝槽 '及 移除該硬式掩模層。
2.如權(quán)利要求1所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該硬式掩模層由下而上依序包括一硅外延層、一氮化硅層、及一硅硼玻璃層。
3.如權(quán)利要求1所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該硬式掩模層由下而上依序包括一氧化層、一氮化娃層、及一娃硼玻璃層。
4.如權(quán)利要求1所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其中使用一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或旋轉(zhuǎn)涂布工藝形成該第一絕緣層。
5.如權(quán)利要求1所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，其中使用一高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝或旋轉(zhuǎn)涂布工藝形成該第二絕緣層。
6.如權(quán)利要求1所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，還包括在形成該第一絕緣層或該第二絕緣層之前，在該溝槽的側(cè)壁上形成一襯層。
7.如權(quán)利要求6所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制造方法，還包括在形成該襯層之后實(shí)施一熱處理。
8.—種溝槽隔離結(jié)構(gòu)，包括: 一基板，其內(nèi)具有至少一溝槽； 一第一絕緣層，形成于該溝槽下部 '及 一第二絕緣層，填入該溝槽中且位于該第一絕緣層上，其中該第一絕緣層及該第二絕緣層之間存在一界面。
9.如權(quán)利要求8所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中該第一絕緣層及第二絕緣層分別包括氮化硅、氮氧化硅、氧化硅、或上述的任意組合。
10.如權(quán)利要求8所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)，還包括一襯層形成于該溝槽的側(cè)壁與該第一或該第二絕緣層之間。
【文檔編號(hào)】H01L21/762GK103515284SQ201210215520
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月27日
【發(fā)明者】陳逸男, 徐文吉, 葉紹文, 劉獻(xiàn)文 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司