專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，特別是關(guān)于一種可提升效能的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體科技的進(jìn)展，塊硅(bulk silicon；傳統(tǒng)批次硅元件)以外的半導(dǎo)體基底的使用逐漸增加。常見的基底包含硅-鍺合金半導(dǎo)體基底、化合物半導(dǎo)體基底(包括砷化鎵半導(dǎo)體基底)、與絕緣層上覆硅(silicon on insulator；SOI)半導(dǎo)體基底。當(dāng)使用上述半導(dǎo)體基底制造半導(dǎo)體裝置時(shí)，其內(nèi)的半導(dǎo)體元件的效能都能有所提升，達(dá)到令人滿意的電性品質(zhì)。
雖然如此，使用上述半導(dǎo)體基底制造半導(dǎo)體裝置時(shí)，仍會發(fā)生一些缺陷，而對半導(dǎo)體裝置的效能與良率造成不良影響，因此需要解決上述缺陷的方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其是使用非塊硅的基底來制造半導(dǎo)體裝置，可減少制程中所發(fā)生的缺陷。
為達(dá)成本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明是提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含提供非塊硅(bulk silicon)的一半導(dǎo)體基底；蝕刻上述半導(dǎo)體基底，以在上述半導(dǎo)體基底中的一主動(dòng)區(qū)旁，形成一隔離溝槽；以及在上述主動(dòng)區(qū)形成一半導(dǎo)體元件之前，對已蝕刻的上述半導(dǎo)體基底進(jìn)行退火。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，更包含在該隔離溝槽內(nèi)形成一隔離區(qū)之前，對已蝕刻的該半導(dǎo)體基底進(jìn)行退火。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，該退火處理為爐內(nèi)退火(furnace thermal annealing)或快速熱退火。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，該退火處理是在氮?dú)?、氧氣或混合的反?yīng)性氣體的氣氛下進(jìn)行。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，在制造該半導(dǎo)體裝置的單一制程步驟中，重復(fù)地循環(huán)進(jìn)行該退火處理。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，該非塊硅的半導(dǎo)體基底是擇自硅-鍺合金半導(dǎo)體材料、化合物半導(dǎo)體材料或絕緣層上覆半導(dǎo)體。
本發(fā)明是又提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含提供一絕緣層上覆半導(dǎo)體(semiconductor on insulator)的半導(dǎo)體基底；蝕刻上述半導(dǎo)體基底，以在上述半導(dǎo)體基底中的一主動(dòng)區(qū)旁，形成一隔離溝槽；以及在上述主動(dòng)區(qū)形成一半導(dǎo)體元件之前，對已蝕刻的上述半導(dǎo)體基底進(jìn)行退火。
本發(fā)明是又提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含在一主動(dòng)層放置一掩膜層；圖形化上述掩膜層以曝露部分上述主動(dòng)層；蝕刻已曝露的上述主動(dòng)層；以及對已曝露的上述主動(dòng)層進(jìn)行退火。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，該主動(dòng)層是擇自一絕緣層上覆硅的晶圓、硅、硅鍺、砷化鎵或上述的組合。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，已曝露的該主動(dòng)層的退火溫度為400～1500℃。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，已曝露的該主動(dòng)層的退火氣氛包含氮、氧、水蒸氣、一氧化氮、一氧化二氮或上述的組合。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，通過該退火步驟形成厚度為20～300的一氧化物層。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，通過至少一次的熱處理程序，對主動(dòng)區(qū)旁具有一隔離溝槽的半導(dǎo)體裝置而言，其效能能夠有所提升。上述退火處理能夠減少隔離溝槽內(nèi)的缺陷與粗糙度(特別是隔離溝槽的側(cè)壁與角落)，而能夠提升半導(dǎo)體裝置的效能。


圖1為一剖面圖，是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的步驟；圖2為一剖面圖，是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的步驟；圖3為一剖面圖，是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的步驟；圖4為一剖面圖，是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的步驟；圖5為一剖面圖，是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的步驟；圖6為一剖面圖，是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的步驟；圖7為一剖面圖，是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的步驟；圖8為一剖面圖，是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的步驟。
具體實(shí)施例方式
為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖示，作詳細(xì)說明如下
本發(fā)明是應(yīng)用在使用塊硅材以外的半導(dǎo)體基底(以下簡稱之為非塊硅的半導(dǎo)體基底)，對蝕刻后的半導(dǎo)體基底進(jìn)行退火處理，而達(dá)成本發(fā)明的上述目的。上述蝕刻后的半導(dǎo)體基底具有一隔離溝槽，形成于一主動(dòng)區(qū)旁。在上述主動(dòng)區(qū)形成一半導(dǎo)體元件之前，對已蝕刻的上述半導(dǎo)體基底進(jìn)行退火。
圖1至圖8為一剖面圖，是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的流程。
圖1是顯示一非塊硅材的半導(dǎo)體基底10。半導(dǎo)體基底10可包含多種的半導(dǎo)體材料，而非僅有單一的塊硅半導(dǎo)體材料(亦包含具有一硅外延層于其上的塊硅半導(dǎo)體材料)。上述非塊硅的半導(dǎo)體材料可包含、但不限于(1)硅-鍺合金半導(dǎo)體材料；(2)砷化鎵(與其它化合物半導(dǎo)體)材料；(3)絕緣層上覆半導(dǎo)體(例如絕緣層上覆硅(silicon on insulator；SOI)的半導(dǎo)體材料、絕緣層上覆硅鍺的半導(dǎo)體材料、或絕緣層上覆化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體材料)。
圖1更顯示半導(dǎo)體基底10為絕緣層上覆半導(dǎo)體的基底。然而，本發(fā)明并不受限于此。更具體而言，上述絕緣層上覆半導(dǎo)體的基底為SOI半導(dǎo)體基底，通常包含(1)一塊基底(bulk substrate)11；(2)一毯覆性的埋入介電層12；與(3)一毯覆性的半導(dǎo)體表層13。雖然塊基底11可包含任意的多種基底，但通常為塊硅的半導(dǎo)體基底。另外，雖然毯覆性的埋入介電層12包含任意的多種介電材料，例如但不限于氧化硅介電材料、氮化硅介電材料、與氮氧化硅介電材料，但通常為氧化硅介電材料，其厚度通常為200～200000。毯覆性的半導(dǎo)體表層13可為半導(dǎo)體材料，包含但不限于硅半導(dǎo)體材料、硅-鍺合金半導(dǎo)體材料、與化合物半導(dǎo)體材料，而最常為硅半導(dǎo)體材料，而使半導(dǎo)體基底10為SOI半導(dǎo)體基底。毯覆性的半導(dǎo)體表層13的厚度通常為50～50000。
圖1亦顯示(1)形成于毯覆性的半導(dǎo)體表層13上的一毯覆性的墊介電層14；(2)形成于毯覆性的墊介電層14上的一毯覆性的氮化硅層16；與(3)形成于毯覆性的氮化硅層16上的圖形化光致抗蝕劑層(photoresist layers)18a、18b、與18c。
當(dāng)毯覆性的半導(dǎo)體表層13為硅半導(dǎo)體材料時(shí)，毯覆性的墊介電層14通常為氧化硅材料。毯覆性的墊介電層14的厚度通常為30～500，且其形成方法通常為熱氧化法。毯覆性的墊介電層14的厚度亦可能落于上述范圍之外，并且亦可使用其它的形成方法。毯覆性的氮化硅層16為氮化硅材料，且其厚度通常為100～2000，而其形成方法為化學(xué)氣相沉積法。毯覆性的氮化硅層16的厚度亦可能落于上述范圍之外，并且亦可使用其它的形成方法。
各圖形化光致抗蝕劑層18a、18b、與18c的厚度為1000～20000，可使用的材料包含但不限于正型光致抗蝕劑材料或負(fù)型光致抗蝕劑材料。
請參考圖2，以毯覆性的埋入介電層12為蝕刻終止層，并以圖形化光致抗蝕劑層18a、18b、與18c為蝕刻掩膜，依序圖形化下列各層毯覆性的氮化硅層16、毯覆性的墊介電層14、與毯覆性的半導(dǎo)體表層13；然后，依序?qū)D形化光致抗蝕劑層18a至18c、圖形化的氮化硅層16、與圖形化的墊介電層14自圖形化的半導(dǎo)體表層13a、13b、與13c上移除后，結(jié)果如圖2所示。圖形化的半導(dǎo)體表層13a、13b、與13c用于在定義后續(xù)步驟中所用的隔離溝槽17a與17b。毯覆性的埋入介電層12則用以定義隔離溝槽17a與17b中的底面。
對圖2所示的半導(dǎo)體裝置施以第一退火處理20后，其結(jié)果如圖3所示。通過第一退火處理20，則形成經(jīng)一次退火處理的基底11’、經(jīng)一次退火處理的毯覆性埋入介電層12’、與經(jīng)一次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13a’、13b’、與13c’。
第一退火處理20可在以下的氣氛之下進(jìn)行，例如惰性氣氛(例如氬與氦)、氮化氣氛(例如氮)、氧化氣氛(例如氧與臭氧)、多重反應(yīng)性氣體的氣氛(例如水蒸氣、一氧化氮、一氧化二氮、氨、聯(lián)氨)、與上述的組合。第一退火處理20可使用數(shù)種退火方法，例如、但不限于爐內(nèi)退火、快速熱退火、瞬間退火(spike annealing)、激光退火、與同步光照退火(coherent light irradiationannealing)。上述退火方法可提供的退火溫度為400～1500℃、退火時(shí)間為1秒至1小時(shí)；但爐內(nèi)退火則例外，其可提供的退火溫度為400～1300℃、退火時(shí)間為1分鐘至24小時(shí)。上述退火方法可在次大氣壓(約10torr)、平常氣壓、與超大氣壓(約10個(gè)大氣壓)下進(jìn)行。第一退火處理20的溫度可以不固定，而以一系列的溫度循環(huán)變化的方式進(jìn)行。
如圖4所示，形成一順應(yīng)性的襯墊介電層22于圖3所示的經(jīng)一次退火的基底上。順應(yīng)性的襯墊介電層22通常為氧化硅材料，其形成方法例如為退火，但其方法非本發(fā)明的必要步驟。順應(yīng)性的襯墊介電層22的厚度通常為20～300。
對圖4所示的半導(dǎo)體裝置施以第二退火處理24后，其結(jié)果如圖5所示。通過第二退火處理24，則形成經(jīng)二次退火處理的基底11”、經(jīng)二次退火處理的毯覆性埋入介電層12”、經(jīng)二次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13a”、13b”、與13c”、與經(jīng)一次退火處理的順應(yīng)性襯墊介電層22’。
第二退火處理24的所有施行條件，均等效或類似于前述第一退火處理20，在此便予以省略。
分別于隔離溝槽17a、17b內(nèi)形成一隔離區(qū)26a、26b，其結(jié)果如圖6所示。隔離區(qū)26a、26b除了分別形成于隔離溝槽17a、17b內(nèi)，亦分別形成于圖形化的經(jīng)一次退火處理的順應(yīng)性襯墊介電層22a’、22b’上。上述隔離區(qū)的形成與襯墊介電層的圖形化，通常是使用平坦化的方法，例如化學(xué)機(jī)械研磨。
對圖6所示的半導(dǎo)體裝置施以第三退火處理28后，其結(jié)果如圖7所示。通過第三退火處理28，則形成經(jīng)三次退火處理的基底11、經(jīng)三次退火處理的毯覆性埋入介電層12、經(jīng)三次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13a、13b、與13c、經(jīng)二次退火處理的圖形化順應(yīng)性襯墊介電層22a”、22b”、與經(jīng)一次退火處理的隔離區(qū)26a’、26b’。
第三退火處理28的所有施行條件，均等效或類似于前述第一退火處理20與第二退火處理24，在此便予以省略。
在圖7的經(jīng)三次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13b的主動(dòng)區(qū)內(nèi)形成一場效應(yīng)晶體管，其結(jié)果如圖8所示。上述場效應(yīng)晶體管包含(1)形成于經(jīng)三次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13b上的柵介電層30b；(2)形成于柵介電層30b上的柵極32；與(3)形成于經(jīng)三次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13b內(nèi)、且因柵極32而相互分離的源極/漏極34b與34c。圖8亦顯示經(jīng)三次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13a與13c的上分別形成有柵介電層30a與30c，而源極/漏極34a與34d亦可以分別形成于經(jīng)三次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13a與13c之內(nèi)。
圖8是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置是使用非塊硅的半導(dǎo)體基底。而后在該半導(dǎo)體基底中的一主動(dòng)區(qū)旁形成一隔離溝槽，而成為已蝕刻的半導(dǎo)體基底。在形成上述隔離溝槽之后、在上述主動(dòng)區(qū)形成一半導(dǎo)體裝置之前，對上述已蝕刻的半導(dǎo)體基底進(jìn)行退火處理。本發(fā)明較佳實(shí)施例已繪示其制程中三次不同的退火處理(形成隔離溝槽之后、于上述隔離溝槽形成襯墊介電層之后、以及于上述隔離溝槽形成隔離區(qū)之后)。本發(fā)明并不限于實(shí)施上述所有的退火處理步驟，亦可以僅實(shí)施上述三者其中之一、其中之二、或三者全部實(shí)施；較好為僅實(shí)施第一退火處理與第二退火處理，而省略第三退火處理，其原因是對隔離溝槽的側(cè)壁與底面作退火處理，可避免在其內(nèi)形成隔離區(qū)時(shí)發(fā)生阻礙。通過本發(fā)明的至少一次的熱處理程序，對主動(dòng)區(qū)旁具有一隔離溝槽的半導(dǎo)體裝置而言，其效能能夠有所提升。上述退火處理能夠減少隔離溝槽內(nèi)的缺陷與粗糙度(特別是隔離溝槽的側(cè)壁與角落)，而能夠提升半導(dǎo)體裝置的效能。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項(xiàng)技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)和變化，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以本申請的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號的簡單說明如下10非塊硅的半導(dǎo)體基底11塊基底11’經(jīng)一次退火處理的基底11”經(jīng)二次退火處理的基底11經(jīng)三次退火處理的基底12毯覆性的埋入介電層12’經(jīng)一次退火處理的毯覆性埋入介電層12”經(jīng)二次退火處理的毯覆性埋入介電層12經(jīng)三次退火處理的毯覆性埋入介電層13毯覆性的半導(dǎo)體表層13a圖形化的半導(dǎo)體表層13a’經(jīng)一次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13a”經(jīng)二次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13a經(jīng)三次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13b圖形化的半導(dǎo)體表層13b’經(jīng)一次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層
13b”經(jīng)二次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13b經(jīng)三次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13c圖形化的半導(dǎo)體表層13c’經(jīng)一次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13c”經(jīng)二次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層13c經(jīng)三次退火處理的圖形化半導(dǎo)體表層14毯覆性的墊介電層16毯覆性的氮化硅層17a隔離溝槽17b隔離溝槽18a圖形化光致抗蝕劑層18b圖形化光致抗蝕劑層18c圖形化光致抗蝕劑層20第一退火處理22順應(yīng)性的襯墊介電層22’經(jīng)一次退火處理的順應(yīng)性襯墊介電層22a’圖形化的經(jīng)一次退火處理的順應(yīng)性襯墊介電層22b’圖形化的經(jīng)一次退火處理的順應(yīng)性襯墊介電層24第二退火處理26a隔離區(qū)26a’經(jīng)一次退火處理的隔離區(qū)26b隔離區(qū)26b’經(jīng)一次退火處理的隔離區(qū)28第三退火處理30a柵介電層30b柵介電層30c柵介電層
32柵極34a源極/漏極34b源極/漏極34c源極/漏極34d源極/漏極
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述半導(dǎo)體裝置的制造方法包含提供非塊硅的一半導(dǎo)體基底；蝕刻該半導(dǎo)體基底，以在該半導(dǎo)體基底中的一主動(dòng)區(qū)旁，形成一隔離溝槽；以及在該主動(dòng)區(qū)形成一半導(dǎo)體元件之前，對已蝕刻的該半導(dǎo)體基底進(jìn)行退火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于更包含在該隔離溝槽內(nèi)形成一隔離區(qū)之前，對已蝕刻的該半導(dǎo)體基底進(jìn)行退火。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于該退火處理為爐內(nèi)退火或快速熱退火。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于該退火處理是在氮?dú)?、氧氣或混合的反?yīng)性氣體的氣氛下進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于在制造該半導(dǎo)體裝置的單一制程步驟中，重復(fù)地循環(huán)進(jìn)行該退火處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于該非塊硅的半導(dǎo)體基底是擇自硅-鍺合金半導(dǎo)體材料、化合物半導(dǎo)體材料或絕緣層上覆半導(dǎo)體。
7.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述半導(dǎo)體裝置的制造方法包含在一主動(dòng)層放置一掩膜層；圖形化該掩膜層以曝露部分該主動(dòng)層；蝕刻已曝露的該主動(dòng)層；以及對已曝露的該主動(dòng)層進(jìn)行退火。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于該主動(dòng)層是擇自一絕緣層上覆硅的晶圓、硅、硅鍺、砷化鎵或上述的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于已曝露的該主動(dòng)層的退火溫度為400～1500℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于已曝露的該主動(dòng)層的退火氣氛包含氮、氧、水蒸氣、一氧化氮、一氧化二氮或上述的組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于通過該退火步驟形成厚度為20～300的一氧化物層。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其是應(yīng)用于使用塊硅以外的半導(dǎo)體基底。蝕刻上述半導(dǎo)體基底，以在上述半導(dǎo)體基底中的一主動(dòng)區(qū)旁，形成一隔離溝槽。在上述主動(dòng)區(qū)形成一半導(dǎo)體元件之前，對已蝕刻的上述半導(dǎo)體基底進(jìn)行退火。本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，通過至少一次的熱處理程序，對主動(dòng)區(qū)旁具有一隔離溝槽的半導(dǎo)體裝置而言，其效能能夠有所提升。上述退火處理能夠減少隔離溝槽內(nèi)的缺陷與粗糙度，而能夠提升半導(dǎo)體裝置的效能。
文檔編號H01L21/306GK1770406SQ20051007990
公開日2006年5月10日 申請日期2005年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月4日
發(fā)明者廖忠志 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司