專利名稱：由清洗形成圓滑邊角的淺溝渠隔離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種半導(dǎo)體制造方法，特別是有關(guān)一種淺溝渠隔離(ShallowTrench Isolation；STI)制造方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制程中，傳統(tǒng)上最廣泛運用在主動區(qū)隔離的技術(shù)是局部硅氧化法(LOCOS)，然而LOCOS會產(chǎn)生鳥嘴侵入主動區(qū)，當金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)元件的通道長度微縮至0.25微米以下，LOCOS已經(jīng)難以符合元件絕緣及集成度的需求。STI是0.25微米以下的MOS制程中最普遍也最重要的隔離技術(shù)，其將二氧化硅回填在STI溝渠中，并施加化學機械研磨(ChemicalMechanical Polishing；CMP)，除了可以得到廣域的平坦化(globalplanarization)表面，更可以幾乎忽略鳥嘴現(xiàn)象，同時獲得最大的電路密度。
參照圖1，一個典型的STI制造過程是在硅基底10上成長墊氧化層12及沉積墊氮化層14，經(jīng)過微影及蝕刻制程在墊氮化層14及墊氧化層12中形成開口16以曝露硅基底10，再從開口16向下蝕刻硅基底10以形成溝渠18，在溝渠18內(nèi)填充二氧化硅，并以CMP回蝕刻該二氧化硅，再去除墊氮化層14及墊氧化層12便完成STI結(jié)構(gòu)。然而，如圖2所示，在后續(xù)沉積柵極氧化層20時，因為應(yīng)力而導(dǎo)致STI邊角22附近的氧化層薄化，造成未來完成的MOS元件的擊穿電壓降低及高漏電流，使元件的功能劣化。此問題是由于邊角22近乎直角，如圖3所示，當沉積柵極氧化層20時，位于硅基底10上的氧化物24與位于STI側(cè)面的氧化物26互相推擠，造成邊角22處的氧化物28變薄，而圓滑化邊角22可以減少STI的邊角薄化。
對STI的邊緣處理是抑制邊角效應(yīng)及維持柵極氧化層集成度的重要課題之一。白志陽等人在美國專利第6670279號中提出一種STI制程，在蝕刻STI溝渠以前先在墊氧化層及墊氮化層的側(cè)壁上形成間隔氧化物(spaceroxide)，利用該間隔氧化物作為屏蔽蝕刻STI溝渠的一部份，在去除該間隔氧化物后再蝕刻完全STI溝渠，因而在后續(xù)的內(nèi)櫬氧化制程中得到圓滑的STI邊角。此方法雖然可以減少STI邊角薄化，卻因為運用間隔氧化物而增加STI制程的步驟及時間，使得成本提高。尤其是為了形成間隔氧化物所用的氧化物沉積制程或多晶硅沉積與氧化制程費時較長，而且使得STI溝渠的蝕刻被迫分成兩道不連續(xù)的步驟，增加的制程時間及成本都很多。再者，隨著元件尺寸逐漸縮小，除了間隔氧化物制程的難度提高以外，更限制了元件微縮的尺寸及密度。
因此，一種以較少步驟、較短時間及較低成本形成圓滑邊角的STI制程，乃為所冀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種以簡單、快速且低成本的方法解決STI的邊角薄化的問題。
更具體而言，本發(fā)明的目的之一，在于提出一種具有圓滑邊角的STI制程。
在一種STI制程中，包括沉積硬屏蔽層在覆蓋有墊氧化層的硅基底上，圖案化該硬屏蔽層及墊氧化層以形成開口而曝露該硅基底，蝕刻該曝露的硅基底以形成溝渠，為該溝渠形成內(nèi)襯，填充絕緣物在該溝渠內(nèi)，回蝕刻該絕緣物，去除該硬屏蔽層及墊氧化層以形成STI結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明，在形成內(nèi)襯時的清洗過程中使用會耗損硅的溶液，因而使該溝渠的邊角在清洗過程中同時被圓滑化，進而獲得具有圓滑邊角的STI結(jié)構(gòu)。
由于利用清洗的同時使用會耗損硅的溶液圓滑化溝渠的邊角，因此不增加STI制程的步驟，不需要耗費長時間的處理程序，而且成本很低。


圖1用來說明一個典型的STI制程；圖2為STI邊角薄化的示意圖；圖3為圖2的STI邊角的局部放大；圖4為在硅基底上成長墊氧化層、沉積硬屏蔽層及涂布光阻后的示意圖；圖5為蝕刻硬屏蔽層及墊氧化層后的示意圖；圖6為蝕刻溝渠后的示意圖；圖7為拉回硬屏蔽層及墊氧化層邊緣后的示意圖；圖8為清洗后的示意圖；圖9為成長內(nèi)櫬后的示意圖；圖10為沉積絕緣物后的示意圖；圖11為回蝕刻絕緣物后的示意圖；圖12為去除硬屏蔽層后的示意圖；圖13為去除墊氧化層后的示意圖；圖14為拉回墊氧化層的邊緣的另一實施例的示意圖；以及圖15為清洗程序的另一實施例的示意圖。
元件符號10硅基底 12墊氧化層 14墊氮化層16開口 18溝渠 20柵極氧化層22STI邊角24硅基底10上的氧化物26STI側(cè)面的氧化物28邊角 22處的薄化氧化物30硅基底 32墊氧化層 34硬屏蔽層36光阻 38開口 40溝渠42尖銳的邊角 44圓滑的邊角46內(nèi)櫬
48絕緣物 50絕緣物 52STI結(jié)構(gòu)54圓滑的STI邊角 56覆蓋物具體實施方式
圖4至13是本發(fā)明的一個實施例。在進行STI制程時，先將晶圓放入清洗槽中，利用化學或物理的方法將晶圓表面的塵?；螂s質(zhì)去除，例如使用RCA清洗或其改良制程，以防止這些塵?；螂s質(zhì)對后續(xù)的制程造成影響而使得元件無法正常工作。
在晶圓清洗后，如圖4所示，在硅基底30上成長墊氧化層32、形成硬屏蔽層34及涂布光阻36。墊氧化層32的形成，可以在含有氧氣或水氣的高溫環(huán)境中利用熱氧化法成長100-300的二氧化硅，以充作硅基底30與硬屏蔽層34之間的緩沖層。硬屏蔽層34可以使用氮化物或硅氮化物，例如在650-800℃下以低壓化學氣相沉積法(Liquid Phase Chemical VaporDeposition；LPCVD)或在250-400℃下以離子促進化學氣相沉積法(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition；PECVD)沉積800-2500的氮化硅。
如圖5所示，對光阻36曝光及顯影以定義出STI溝渠的圖案，再以圖案化的光阻36為屏蔽蝕刻硬屏蔽層34及墊氧化層32以形成開38而曝露出硅基底30。硬屏蔽層34及墊氧化層32的圖案化，可以使用干式蝕刻法停止在硅基底30的表面。
如圖6所示，從開口38向下蝕刻硅基底30以形成溝渠40。如果使用離子蝕刻，圖5及圖6的蝕刻可以在同一個反應(yīng)室中完成，例如以光阻36為屏蔽蝕刻硬屏蔽層34、墊氧化層32及硅基底30，直到完成溝渠40。
如圖7所示，以臭氧燒化(ozone ashing)及硫酸沖泡去除光阻36，再利用蝕刻拉回硬屏蔽層34及墊氧化層32的邊緣，以曝露溝渠40的邊角42；或浸泡高溫磷酸以剝除光阻36，同時以氮化硅制作的硬屏蔽層34的邊緣也被蝕刻，再浸泡氫氟酸以蝕刻墊氧化層32的邊緣，邊角42因為硬屏蔽層34及墊氧化層32的邊緣被拉回而曝露出來。
也可以使用干蝕刻法拉回硬屏蔽層34及墊氧化層32的邊緣而成為圖7所示的結(jié)構(gòu)，例如參考陶宏遠等人在美國專利第6828248號中提出的STI后退制程。
如圖8所示，在內(nèi)櫬制程的清洗過程中使用會耗損硅的溶液，例如溫度大于65℃的標準清洗一(Standard Clean 1；SC1)溶液、氨水濃度高于過氧化氫濃度的SC1溶液、臭氧與氫氟酸的混合溶液(FPM)、含有會腐蝕硅的酸、或其它可以侵蝕硅的溶液，例如含有氫氧化鉀(KOH)的溶液，此等會耗損硅的溶液使得邊角42在清洗過程中同時也被圓滑化，成為圓滑邊角44。
如圖9所示，在高溫氧化爐管中成長150-700的二氧化硅作為內(nèi)櫬46，也可以跟著在該二氧化硅46上沉積一層氮化物。
如圖10所示，沉積絕緣物48以填充溝渠40。例如使用高密度離子氣相沉積法(HDP CVD)，將二氧化硅沉積至完全充滿溝渠40和開口38。
如圖11所示，使用例如CMP回蝕刻絕緣物48，此回蝕刻停止在硬屏蔽層34，得到平坦化的表面，并留下絕緣物50至硬屏蔽層34的表面。
如圖12所示，去除硬屏蔽層34。例如，硬屏蔽層34是氮化硅時，使用180℃的熱磷酸溶液或使用磷酸和過氧化氫的混合溶液(HPO)蝕刻氮化硅，以二氧化硅32及50為阻擋層。
如圖13所示，去除墊氧化層32，例如使用稀釋的氫氟酸溶液蝕刻，也可以添加氟化銨作為緩沖劑。在完成的STI結(jié)構(gòu)52中，先前的內(nèi)櫬46和HDP氧化物50已經(jīng)結(jié)合在一起，而且具有圓滑邊角54。較佳者，再經(jīng)過一道快速熱處理(RTP)，讓氧化物52更致密。
變化地，圖14拉回墊氧化層32的邊緣的另一實施例，先以覆蓋物56遮蔽曝露的硅基底30，再使用干蝕刻或濕蝕刻使墊氧化層32的邊緣后退，去除覆蓋物56后進行清洗程序，同時使得邊角42圓滑化。
變化地，圖15清洗程序的另一實施例，在完成圖4至6的步驟后，使用對二氧化硅的蝕刻率大于對硅的蝕刻率的溶液進行清洗，例如硝酸和氫氟酸的混合溶液，也可以添加醋酸作為緩沖劑，在此過程中，墊氧化層32被蝕刻的較硅基底30多，因此同時得到圓滑的邊角44。也可以先使用氫氟酸使墊氧化層32的邊緣后退，以曝露邊角42，再使用溫度大于65℃的SC1溶液、氨水濃度高于過氧化氫濃度的SC1溶液、FPM溶液或其它會損耗硅的溶液使邊角42圓滑化為邊角44。
根據(jù)本發(fā)明的原理，在內(nèi)櫬制程的清洗過程中使用會耗損硅的溶液，使得溝渠的邊角在清洗程序中也同時被圓滑化，因此不必再增加其它額外的步驟，達到以簡單、快速且低成本的方式解決STI邊角薄化的問題。
權(quán)利要求
1.一種由清洗形成圓滑邊角的淺溝渠隔離方法，其特征在于，包括下列步驟沉積硬屏蔽層在覆蓋有墊氧化層的硅基底上；圖案化該硬屏蔽層及墊氧化層以形成開口曝露該硅基底；蝕刻該曝露的硅基底以形成溝渠；拉回該墊氧化層的邊緣以曝露該溝渠的邊角；以及施予清洗，使該曝露的邊角同時被圓滑化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，更包括下列步驟為該溝渠形成內(nèi)襯，包含覆蓋在該圓滑邊角上；填充絕緣物在該溝渠內(nèi)；回蝕刻該絕緣物；以及去除該硬屏蔽層及墊氧化層以形成淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該拉回該墊氧化層的邊緣的步驟包括使用對該墊氧化層具有高蝕刻率的溶液蝕刻該墊氧化層的邊緣。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該溶液包括氫氟酸。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該拉回該墊氧化層的邊緣的步驟包括覆蓋該淺溝渠被曝露的表面；以及蝕刻該墊氧化層的邊緣。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該施予清洗的步驟包括使用會耗損硅的溶液清洗。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該溶液包括溫度大于65℃的SC1溶液。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該溶液包括氨水濃度高于過氧化氫濃度的SC1溶液。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該溶液包括臭氧與氫氟酸的混合溶液。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該回蝕刻該絕緣物的步驟包括化學機械研磨。
11.一種由清洗形成圓滑邊角的淺溝渠隔離方法，其特征在于，包括下列步驟沉積硬屏蔽層在覆蓋有墊氧化層之硅基底上；圖案化該硬屏蔽層及墊氧化層以形成開口曝露該硅基底；蝕刻該曝露的硅基底以形成溝渠；以及施予清洗，使該溝渠的邊角圓滑化。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，更包括下列步驟為該溝渠形成內(nèi)襯，包含覆蓋在該圓滑邊角上；填充絕緣物在該溝渠內(nèi)；回蝕刻該絕緣物；以及去除該硬屏蔽層及墊氧化層以形成淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該施予清洗的步驟包括使用對該墊氧化層具有高蝕刻率的第一溶液清洗；以及使用會耗損硅的第二溶液清洗。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該第一溶液包括氫氟酸。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該第二溶液包括溫度大于65℃的SC1溶液。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該第二溶液包括氨水濃度高于過氧化氫濃度的SC1溶液。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該第二溶液包括臭氧與氫氟酸的混合溶液。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該施予清洗的步驟包括使用溶液清洗該墊氧化層的邊緣及該溝渠，該溶液對該墊氧化層具有第一蝕刻率，對該硅基底具有第二蝕刻率，該第一蝕刻率大于該第二蝕刻率。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，該溶液包括硝酸和氫氟酸的混合溶液。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，該回蝕刻該絕緣物的步驟包括化學機械研磨該絕緣物。
全文摘要
本發(fā)明為一種由清洗形成圓滑邊角的淺溝渠隔離方法，包括沉積硬屏蔽層在覆蓋有墊氧化層的硅基底上，圖案化該硬屏蔽層及墊氧化層以形成開口而曝露該硅基底，蝕刻該曝露的硅基底以形成溝渠，為該溝渠形成內(nèi)襯，填充絕緣物在該溝渠內(nèi)，回蝕刻該絕緣物，去除該硬屏蔽層及墊氧化層以形成淺溝渠隔離結(jié)構(gòu)，其中，在形成內(nèi)襯以前的清洗過程中使用會耗損硅的溶液，因而使該溝渠的邊角在清洗過程中同時被圓滑化，達到以簡單、快速且低成本的方式解決淺溝渠隔離的邊角薄化的問題。
文檔編號H01L21/76GK1808705SQ20051000187
公開日2006年7月26日 申請日期2005年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月18日
發(fā)明者吳家偉, 陳政順, 謝榮裕, 楊令武 申請人:旺宏電子股份有限公司