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淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法

文檔序號:6925140閱讀:300來源:國知局
專利名稱:淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是有關(guān)于一種淺溝隔離(shallow trench isolation,STI)技術(shù),特別是有關(guān)于一種于淺溝隔離區(qū)域的渠溝側(cè)壁與底部制作含有氮元素的氧化硅襯層的方法,即一種淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法。
參閱

圖1-圖7,其顯示傳統(tǒng)淺溝隔離制程的剖面示意圖。如圖1所示,一硅基底10的表面上包含有一墊氧化層12、一墊氮化層14、一SiON層16以及一光阻層18。然后,如圖2所示,進行微影制程,以于光阻層18上形成多數(shù)個開口20,而開口20的寬度是相當(dāng)于預(yù)定制作渠溝的寬度。
跟著,如圖3所示,以光阻層18作為罩幕進行非等向性干蝕刻制程,將開口20下方的SiON層16、墊氮化層14、墊氧化層12以及硅基底10去除,直至于硅基底10內(nèi)形成多數(shù)條深度2000-8000的渠溝22。
隨后,如圖4所示,將光阻層18去除。
如圖5所示,進行熱氧化制程,于渠溝22的側(cè)壁與底部長成一氧化硅襯層(oxide liner)24,則經(jīng)過干蝕刻后所產(chǎn)生的殘留應(yīng)力,通過此氧化硅襯層24獲得釋放。
然后,如圖6所示,在硅基底10的整個表面上沉積一絕緣層26,且使絕緣層26填滿渠溝22,再以化學(xué)機械研磨(hemical mechanical polishing,CMP)方式將絕緣層26的表面平坦化,直至使絕緣層26與墊氮化層14的表面高度切齊。最后,將墊氮化層14去除,則存留在渠溝22內(nèi)的絕緣層26可供作為一淺溝隔離區(qū)域。其主要缺陷在于1、然而,在使用干蝕刻制程形成渠溝22之后,會在渠溝22的側(cè)壁處產(chǎn)生應(yīng)力,而在高功率操作元件的情況下,這個殘存應(yīng)力會導(dǎo)致電流漏電現(xiàn)象,進而縮短元件的使用壽命。
2、參閱圖7所示,為了要釋放渠溝22的側(cè)壁處的殘留應(yīng)力,傳統(tǒng)技術(shù)是在氧化硅襯層24的表面上額外沉積一氮化硅襯層25,不過在后續(xù)的CMP制程中,氮化硅襯層25很容易在區(qū)域A處產(chǎn)生剝離的問題,進而衍生出微粒問題。而且,這道額外制作氮化硅襯層25的步驟,會增加整個淺溝隔離制程的制作成本、制程的復(fù)雜性以及制程控制的困難度,并會降低產(chǎn)率。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法,其特征是它包括下列步驟(1)于硅基底上形成多數(shù)個渠溝;(2)于該渠溝的側(cè)壁與底部上形成氧化硅襯層;(1)于含氮氣氛中進行熱退火處理,于該氧化硅襯層內(nèi)摻雜氮元素,并于該氧化硅襯層與該硅基底的接口處形成富含氮層。
該含氮氣氛中包含有N2、NH3、N2O、NOx或是其它含氮化合物。該熱退火處理的條件選自溫度范圍為650-850℃,熱退火壓力范圍為100-250mtorr,熱退火時間范圍為1-30分鐘。該氧化硅襯層是由熱氧化法所形成。該渠溝是由非等向性干蝕刻制程所形成。
本發(fā)明的方法還包含有如下步驟于該硅基底的整個表面上沉積絕緣層,以填滿該渠溝;以及進行化學(xué)機械研磨制程,將該絕緣層的表面平坦化,直至使該絕緣層與該硅基底的表面高度切齊。
下面結(jié)合較佳實施例和附圖進一步說明。
圖7為傳統(tǒng)制作氮化硅襯層的剖面示意圖。
圖8-圖14為本發(fā)明的淺溝隔離制程的剖面示意圖。
然后,如圖9所示,進行微影制程,于光阻層38上定義形成多數(shù)個開口40,其中每個開口40的寬度是相當(dāng)于預(yù)定制作渠溝的寬度。
接著,如圖10所示,以光阻層38作為罩幕進行非等向性干蝕刻制程,將開口40下方的SiON層36、墊氮化層34、墊氧化層32以及硅基底30去除,直至于硅基底30內(nèi)形成多數(shù)個深度約2000-8000的渠溝42。
隨后,如圖11所示,將光阻層38去除。
接下來,如圖12所示,進行熱氧化處理,于渠溝42的側(cè)壁與底部上長成一氧化硅襯層44,則經(jīng)過干蝕刻后所產(chǎn)生的殘留應(yīng)力,通過氧化硅襯層44獲得釋放。
跟著,如圖13所示,于一含氮的氣氛中進行熱退火處理,將氮元素?fù)诫s至氧化硅襯層44中,則可在氧化硅襯層44的表面上提供一第一富含氮(nitrogen-rich)層451。
另外,依據(jù)實驗驗證結(jié)果可知氮元素亦會存留于氧化硅襯層44與硅基底30的接口上,而成為一第二富含氮層45。在最佳實施例中,含氮氣氛中的熱退火處理條件為含氮氣氛中可包含有N2、NH3、N2O、NOx或是其它含氮化合物,熱退火溫度范圍為650-850℃,熱退火壓力范圍為100-250mtorr,熱退火時間范圍為1-30分鐘。由于熱退火處理是在含氮氣氛中進行,因此氮元素可與二氧化硅中的氧元素產(chǎn)生反應(yīng),而且Si-N鍵結(jié)比Si-O鍵結(jié)具有彈性,所以Si-N懸空鍵(dangling bond)可以釋放掉渠溝42側(cè)壁處的殘留應(yīng)力。也就是說Si-N鍵結(jié)的應(yīng)力可以補償Si-O鍵結(jié)的應(yīng)力其后,如圖14所示,使用LPCVD、HDPCVD或是其它熟知的沉積技術(shù),于硅基底30的整個表面上沉積一絕緣層46,并使絕緣層46填滿渠溝42。然后,以化學(xué)機械研磨(CMP)方式將絕緣層46的表面平坦化,直至使絕緣層46與墊氮化層34的表面高度切齊。最后,將墊氮化層34去除,則存留在渠溝42內(nèi)的絕緣層46可供作為一淺溝隔離區(qū)域。
相較于傳統(tǒng)淺溝隔離制程,本發(fā)明提供一道于含氮氣氛中進行熱退火處理的步驟,可于氧化硅襯層44與硅基底30的接口處形成富含氮層4511,其中氮元素可與二氧化硅的氧元素反應(yīng),以提供Si-N懸空鍵來釋放掉渠溝42側(cè)壁處的殘留應(yīng)力。
本發(fā)明的淺溝隔離制程的成本低廉且制程簡易,并可有效解決電流漏電的問題。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上,然其并非用以限定本發(fā)明,任何熟習(xí)此技藝者,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),所作些許的更動與潤飾,都屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法,其特征是它包括下列步驟(1)于硅基底上形成多數(shù)個渠溝;(2)于該渠溝的側(cè)壁與底部上形成氧化硅襯層;(1)于含氮氣氛中進行熱退火處理,于該氧化硅襯層內(nèi)摻雜氮元素,并于該氧化硅襯層與該硅基底的接口處形成富含氮層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法,其特征是該含氮氣氛中包含有N2、NH3、N2O、NOx或是其它含氮化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法,其特征是該熱退火處理的條件選自溫度范圍為650-850℃,熱退火壓力范圍為100-250mtorr,熱退火時間范圍為1-30分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法,其特征是該氧化硅襯層是由熱氧化法所形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法,其特征是該渠溝是由非等向性干蝕刻制程所形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法,其特征是它還包含有如下步驟于該硅基底的整個表面上沉積絕緣層,以填滿該渠溝;以及進行化學(xué)機械研磨制程,將該絕緣層的表面平坦化,直至使該絕緣層與該硅基底的表面高度切齊。
全文摘要
一種淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法,通過先于硅基底上形成多數(shù)個渠溝,再于渠溝的側(cè)壁與底部上形成氧化硅襯層,然后,于含氮氣氛中進行熱退火處理,于氯化硅襯層內(nèi)摻雜氮元素,并于氧化硅襯層與硅基底的接口處形成富含氮層,具有提供Si-N懸空鍵來釋放掉渠溝側(cè)壁處的殘留應(yīng)力,制程的成本低廉且制程簡易,有效解決電流漏電的問題。
文檔編號H01L21/762GK1430259SQ02123329
公開日2003年7月16日 申請日期2002年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月4日
發(fā)明者李世達, 鄭豐緒 申請人:矽統(tǒng)科技股份有限公司
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