專利名稱：降低淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層應(yīng)力與侵蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種處理淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層與致密化氧化層的方法，特別是一種有關(guān)降低淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層應(yīng)力與侵蝕的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)集成電路的集成度不斷地增加，半導(dǎo)體元件中有源區(qū)之間的隔離區(qū)的尺寸必須不斷地縮小。傳統(tǒng)用于隔離有源區(qū)的區(qū)域氧化法(LOCOS)是以熱氧化法形成場(chǎng)氧化層，而半導(dǎo)體元件中有源區(qū)之間有效的隔離長(zhǎng)度則受限于以熱氧化法形成的場(chǎng)氧化層，因此以熱氧化法形成的場(chǎng)氧化層隔離區(qū)的隔離效果逐漸不敷所需。此外，傳統(tǒng)的區(qū)域氧化法尚有源自于其制程本身的缺點(diǎn)，舉例來說，硅底材上擴(kuò)散層罩幕(Diffusion layer mask)之下有源區(qū)邊緣的氧化造成場(chǎng)氧化層邊緣具有一鳥嘴(Bird’s beak)的形狀。
為了避免上述區(qū)域氧化法的缺點(diǎn)，一種利用溝渠的隔離技術(shù)被發(fā)展出來。大致上溝渠隔離的制程步驟包括蝕刻硅底材以形成一溝渠，以化學(xué)氣相沉積法(CVD)沉積一氧化層以填滿所述溝渠，及以化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)平坦化所述氧化層表面，再將有源區(qū)上方的氧化層移去。
根據(jù)上述的技術(shù)，硅底材被蝕刻至一預(yù)定的深度，并提供良好隔離效果。此外，場(chǎng)氧化層是以化學(xué)氣相沈積法沉積，意味著相對(duì)于以熱氧化法形成的場(chǎng)氧化層，在后續(xù)微影制程中形成的隔離區(qū)結(jié)構(gòu)可維持一貫性。上述用于隔離元件的技術(shù)也就是著名的淺溝渠隔離(Shallow Trench Isolation)制程。
盡管如此，傳統(tǒng)的淺溝渠隔離制程仍然有幾項(xiàng)缺點(diǎn)。圖1顯示在一傳統(tǒng)的淺溝渠隔離的剖面圖。圖1中顯示一硅底材100、一二氧化硅層102、一氮化硅層104與一二氧化硅層108。一側(cè)壁氧化層106以傳統(tǒng)的氧化制程形成于溝渠內(nèi)，此氧化制程通常為干式或濕式氧化法。此側(cè)壁氧化層106是用于清除蝕刻所造成的損傷及在后續(xù)于溝渠內(nèi)以化學(xué)氣相沉積法填入二氧化硅層108時(shí)降低應(yīng)力。為了進(jìn)一步降低應(yīng)力，通常會(huì)執(zhí)行一再氧化制程。傳統(tǒng)的再氧化制程通常為一濕式氧化法，但濕式氧化法卻會(huì)進(jìn)一步增大應(yīng)力與侵蝕的問題。一侵蝕區(qū)107或鳥嘴圖示于圖1中。侵蝕區(qū)107的形成是因?yàn)樵跐袷窖趸ㄖ?，H2O與O2分子總是會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入硅底材100與二氧化硅層102的介面。應(yīng)力與侵蝕區(qū)107將使鄰近的有源區(qū)域(Active Region)產(chǎn)生缺陷(Defect)。而這些缺陷會(huì)導(dǎo)致漏電流并降低鄰近元件的可靠度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的為提供一種降低淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層應(yīng)力與侵蝕的方法，可確保有源區(qū)域電性的淺溝渠隔離、確保元件有源區(qū)域之間的隔離品質(zhì)以及致密化溝槽中的氧化物以避免后續(xù)的清洗制程造成氧化物損失。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的降低淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層應(yīng)力與侵蝕的方法，其特點(diǎn)是，至少包括下列步驟提供一底材，所述底材具有一的第一介電層于及一覆蓋所述第一介電層的第二介電層；形成一溝渠進(jìn)入所述底材；形成一側(cè)壁氧化層于所述溝渠的側(cè)壁與底部；以一介電材料填滿所述溝渠；及執(zhí)行一現(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生(ISSG)(In Situ Steam Generated)制程以再氧化所述側(cè)壁氧化層，所述現(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生制程至少包括引入氧與氫氧根。
本發(fā)明利用氧與氫氧根進(jìn)行一ISSG制程以再氧化傳統(tǒng)淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層。此ISSG制程可使減少側(cè)壁氧化層的應(yīng)力與侵蝕的問題。因此可以確保有源區(qū)域的電性與有源區(qū)域之間的隔離品質(zhì)。
為更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1是顯示一傳統(tǒng)的淺溝渠隔離的剖面圖；圖2A是顯示兩介電層依序形成于一底材上的示意圖；圖2B是顯示形成一溝渠進(jìn)入圖2A中所示的結(jié)構(gòu)與共形生成一介電層于其上并填滿所述溝渠的結(jié)果的示意圖；及圖3是顯示一制程系統(tǒng)的平面示意圖。
具體實(shí)施例方式
在此必須說明的是以下描述的制程步驟及結(jié)構(gòu)并不包括完整的制程。本發(fā)明可以通過各種集成電路制程技術(shù)來實(shí)施，在此僅提及了解本發(fā)明所需的制程技術(shù)。以下將根據(jù)本發(fā)明所附圖示進(jìn)行詳細(xì)的說明，請(qǐng)注意圖示均為簡(jiǎn)單的形式且未依照比例描繪，而尺寸均被夸大以利于了解本發(fā)明。
參考圖2A所示，圖中顯示介電層202與204依序形成于一底材200上。此底材200至少包括一具有<100>晶格方向的硅底材，但不限于具有<100>晶格方向的硅底材。底材200還可包括一絕緣層上的硅(Silicon On Insulator)底材。介電層202至少包括一以熱氧化法形成的二氧化硅層，但不限于以熱氧化法形成的二氧化硅層。介電層202的厚度為約20埃至約300埃之間。介電層204至少包括一氮化硅層，此氮化硅層可以傳統(tǒng)的方法，例如化學(xué)氣相沉積法形成，其他符合本發(fā)明精神的的材料也不應(yīng)被排除。介電層204的厚度為約100埃至約2000埃之間。
參考圖2B所示，一溝渠(Trench)經(jīng)蝕刻介電層204、介電層202與底材200而形成，而一介電層206共形生成于此溝渠上。此溝渠的深度取決于此淺溝渠隔離所隔離的元件為何種元件，舉例來說，對(duì)于快閃存儲(chǔ)(Flash Memory)而言，此溝渠的深度為約2500埃至約4500埃，而對(duì)于邏輯元件如金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管而言，此溝渠的深度為約2000埃至約4000埃。此溝渠是以非等向性蝕刻例如反應(yīng)性離子蝕刻形成較佳，但其他傳統(tǒng)的蝕刻法也可使用。介電層206至少包括一傳統(tǒng)干式或濕式氧化法形成的一二氧化硅層。介電層206的厚度為約50埃至約500埃之間。一介電層208形成填滿溝渠。介電層206至少包括一以傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積法例如高密度等離子體輔助化學(xué)氣相沉積法(HighDensity Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)形成的二氧化硅層。為了要降低介電層206的應(yīng)力與侵蝕問題，本發(fā)明執(zhí)行一現(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生(ISSG)制程。此ISSG制程雖可于一傳統(tǒng)的設(shè)備中進(jìn)行，但仍以一快速熱制程(RapidThermal Processing Chamber)室較佳，尤其是一單晶片制程室(Single WaferChamber)。半導(dǎo)體業(yè)界有許多種設(shè)備可用來進(jìn)行ISSG制程。圖3顯示一Centura5000制程平臺(tái)系統(tǒng)300，此制程平臺(tái)系統(tǒng)是由美商應(yīng)用材料公司(AppliedMaterials Corporation)生產(chǎn)銷售。一快速熱制程室320拴掛(Bolted)至一真空轉(zhuǎn)移室(Vacuum Transfer Chamber)310。另外尚有一制程室(ProcessChamber)322、一冷卻室(Cool Down Chamber)330與真空晶舟隔離室(Vacuum Cassette Loadlock)340及342拴掛至真空轉(zhuǎn)移室310。介電層206是于一至少包括氧(Oxygen)與氫氧根(Hydroxyl)的氛圍(Atmosphere)中于約700℃至約1200℃之間再氧化。氧的流量為約1立方厘米/分(sccm)(Standard Cubic Centimeter per Minute)至約30立方厘米/分(sccm)，氫氣的流量為約0.1sccm至約15sccm。此ISSG制程的反應(yīng)時(shí)間為約1分鐘至約5分鐘。
權(quán)利要求
1.一種降低淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層應(yīng)力與侵蝕的方法，其特征在于，至少包括下列步驟提供一底材，所述底材具有一的第一介電層于及一覆蓋所述第一介電層的第二介電層；形成一溝渠進(jìn)入所述底材；形成一側(cè)壁氧化層于所述溝渠的側(cè)壁與底部；以一介電材料填滿所述溝渠；及執(zhí)行一現(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生制程以再氧化所述側(cè)壁氧化層，所述現(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生制程至少包括引入氧與氫氧根。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的現(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生制程于約700℃至約1200℃之間執(zhí)行。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氧的流量為約1sccm至約30sccm。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氫氣的流量為約0.1sccm至約15sccm。
5.一種降低淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層應(yīng)力與侵蝕的方法，其特征在于，至少包括下列步驟提供一底材，所述底材具有一其上第一介電層于及一覆蓋所述第一介電層的第二介電層；形成一溝渠進(jìn)入所述底材；形成一側(cè)壁氧化層于所述溝渠的側(cè)壁與底部；以一介電材料填滿所述溝渠；及執(zhí)行一現(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生制程于約700℃至約1200℃之間以再氧化所述側(cè)壁氧化層，所述現(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生制程至少包括引入氧與氫氧根。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的氧的流量為約1sccm至約30sccm。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的氫氣的流量為約0.1sccm至約15sccm。
8.一種降低淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層應(yīng)力與侵蝕的方法，其特征在于，至少包括下列步驟提供一底材，所述底材具有一其上第一介電層于及一覆蓋所述第一介電層的第二介電層；以一干式蝕刻法形成一溝渠進(jìn)入所述底材；形成一側(cè)壁氧化層于所述溝渠的側(cè)壁與底部；以一介電材料填滿所述溝渠；及執(zhí)行一現(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生制程于約700℃至約1200℃之間且于一快速熱制程室中以再氧化所述側(cè)壁氧化層，所述現(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生制程至少包括引入氧與氫氧根。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的氧的流量為約1sccm至約30sccm。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的氫氣的流量為約0.1sccm至約15sccm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種降低淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層應(yīng)力與侵蝕的方法，它至少包括下列步驟提供一底材，所述底材具有一的第一介電層于及一覆蓋所述第一介電層的第二介電層；形成一溝渠進(jìn)入所述底材；形成一側(cè)壁氧化層于所述溝渠的側(cè)壁與底部；以一介電材料填滿所述溝渠；及執(zhí)行一現(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生制程以再氧化所述側(cè)壁氧化層，所述現(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生制程至少包括引入氧與氫氧根。本發(fā)明利用氧與氫氧根進(jìn)行一現(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生制程以再氧化傳統(tǒng)淺溝渠隔離側(cè)壁氧化層及致密化溝槽中的氧化物，因此可減少側(cè)壁氧化層的應(yīng)力與侵蝕的問題，可以確保有源區(qū)域的電性與有源區(qū)域之間的隔離品質(zhì)，還可避免后續(xù)的清洗制程造成氧化物損失。
文檔編號(hào)H01L21/76GK1404130SQ0113268
公開日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2001年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月6日
發(fā)明者許淑雅 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司