專利名稱:利用氧原子植入以制作自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的場(chǎng)氧化層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種制作場(chǎng)氧化層的方法，特別是有關(guān)于一種利用氧原子植入以制作自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的場(chǎng)氧化層的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路的制造技術(shù)已經(jīng)不斷改進(jìn)，當(dāng)個(gè)別元件的尺寸已經(jīng)顯著地縮小時(shí)，安裝在半導(dǎo)體晶片上的元件數(shù)量已經(jīng)大量地增加。在現(xiàn)今的制造程序中，半導(dǎo)體元件的尺寸已經(jīng)縮小到次微米(sub-micron)的領(lǐng)域。在如此高密度的晶片上，為了要獲得良好的電性，每一個(gè)元件必須被適當(dāng)?shù)馗綦x。元件隔離技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成已能符合上述的要求，在元件之間提供良好的絕緣層的主要目的為利用較小的絕緣層面積以增加空間來制作更多的元件。
在傳統(tǒng)技術(shù)中，一項(xiàng)所謂的硅區(qū)域場(chǎng)氧化法(LOCal Oxidation of Silicon；LOCOS)的技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在集成電路晶片上元件隔離的部分。根據(jù)此項(xiàng)方法，一層厚氧化層將會(huì)形成在晶片上作為隔離的區(qū)域。參照?qǐng)D1所示，首先提供一至少包含底材10的晶片，并形成一墊氧化層(pad oxide layer)20于底材10的表面。接下來再形成一層氮化物層30于墊氧化層20的表面。
參照?qǐng)D2所示，在氮化物層30上限定高電壓區(qū)域所需的場(chǎng)氧化層的位置，并形成一第一遮罩層42于部分氮化物層30上。在高電壓區(qū)域所需的場(chǎng)氧化層位置露出氮化物層30。參照?qǐng)D3所示，蝕刻部分的氮化物層30以在晶片上形成一第一渠溝52，并移除第一遮罩層42。此第一渠溝52的底部為墊氧化層20。參照?qǐng)D4所示，將晶片送入爐管中進(jìn)行熱氧化的制程，以在第一渠溝52底部形成一第一場(chǎng)氧化層62。
參照?qǐng)D5所示，在氮化物層30上限定低電壓區(qū)域所需的場(chǎng)氧化層的位置，并形成一第二遮罩層44于部分氮化物層30與第一場(chǎng)氧化層62上。在低電壓區(qū)域所需的場(chǎng)氧化層位置露出氮化物層30。參照?qǐng)D6所示，蝕刻部分的氮化物層30以在晶片上形成一第二渠溝54，并移除第二遮罩層44。此第二渠溝54的底部為墊氧化層20。參照?qǐng)D7所示，將晶片送入爐管中再進(jìn)行熱氧化制程，以在第二渠溝54底部形成一第二場(chǎng)氧化層64。在第一渠溝52底部所形成的第一場(chǎng)氧化層62由于經(jīng)過二次的熱氧化制程，因此厚度會(huì)比第二場(chǎng)氧化層64厚，因而達(dá)到在高電壓區(qū)域上有較厚的場(chǎng)氧化層，而在低電壓區(qū)域上有較薄的場(chǎng)氧化層。
利用傳統(tǒng)制程在高電壓區(qū)域形成較厚的場(chǎng)氧化層而在低電壓區(qū)域形成較薄的氧化層的方法，必須經(jīng)過兩次的熱氧化爐管制程，而熱氧化爐管制程所需要的時(shí)間較久，若使用較多次的熱氧化爐管制程則會(huì)降低整體制程運(yùn)作的效率，提高生產(chǎn)的成本。
一般微影制程均以第一層遮罩層為基準(zhǔn)點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)行后續(xù)的微影制程，以縮小微影制程所造成元件位置的誤差。在傳統(tǒng)制作場(chǎng)氧化層的技術(shù)中，均是以制作高壓區(qū)域所需的場(chǎng)氧化層的第一遮罩層為基準(zhǔn)，以進(jìn)行后續(xù)的微影制程，因此制作低壓區(qū)域所需的第二遮罩層是以第一遮罩層為基準(zhǔn)而定位。而第一渠溝與第二渠溝均在氮化物層內(nèi)，但分別經(jīng)由第一遮罩層與第二遮罩層制作。當(dāng)在后續(xù)制程制作高電壓區(qū)域與低電壓區(qū)域上的元件時(shí)，低電壓區(qū)域上的元件會(huì)產(chǎn)生定位誤差的問題，而增加遮罩層定位的時(shí)間與困難度，甚至?xí)斐稍恢玫恼`差過大，而影響產(chǎn)品的品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種利用氧原子植入以制作一場(chǎng)氧化層的方法，以順利在晶片上制作不同厚度的場(chǎng)氧化層，以克服在后續(xù)制程中因遮罩層的定位所產(chǎn)生的誤差，提高產(chǎn)品的品質(zhì)，減少制程運(yùn)作時(shí)所需的時(shí)間，從而增加制程運(yùn)作的效率，同時(shí)順利縮小半導(dǎo)體元件的體積和增加半導(dǎo)體上元件的積集度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明一方面的利用氧原子植入以制作一場(chǎng)氧化層的方法，其特點(diǎn)是至少包括以下步驟提供一晶片，所述晶片至少包含一底材；形成一墊層于所述底材上；形成一抗氧化層于所述墊層上；去除部分所述抗氧化層以在抗氧化層內(nèi)形成一第一渠溝與一第二渠溝，所述第一渠溝的底部與所述第二渠溝的底部露出所述墊層；植入所述氧原子于所述第一渠溝的底部；及進(jìn)行一熱氧化制程以在所述第一渠溝的底部形成一第一場(chǎng)氧化層與在所述地第二渠溝的底部形成一第二氧化層。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的利用氧原子植入以制作一場(chǎng)氧化層的方法，其特點(diǎn)是至少包含提供一晶片，所述晶片至少包含一底材；形成一墊層于所述底材上；形成一抗氧化層于所述墊層上；形成一第一遮罩層于部分所述抗氧化層上；去除部分所述抗氧化層以在所述抗氧化層內(nèi)形成一數(shù)個(gè)渠溝，所述數(shù)個(gè)渠溝的底部露出所述墊層；移除所述第一遮罩層；形成一第二遮罩層于部分所述抗氧化層與部分所述墊層上；植入所述氧原子于部分所述數(shù)個(gè)渠溝的底部；移除所述第二遮罩層；以及進(jìn)行一熱氧化制程以在所述數(shù)個(gè)渠溝的底部形成一數(shù)個(gè)場(chǎng)氧化層。
采用本發(fā)明上述方案，利用同時(shí)在晶片上形成不同區(qū)域所需的隔離渠溝并采用氧原子的植入及一次熱氧化制程，可順利在晶片上制作不同厚度的場(chǎng)氧化層，使得后續(xù)制程中不會(huì)因?yàn)檎谡謱佣ㄎ坏膯栴}而產(chǎn)生主動(dòng)區(qū)元件定位誤差過大的現(xiàn)象，而影響半導(dǎo)體元件的品質(zhì)，因此利用本發(fā)明可順利縮小半導(dǎo)體元件的體積，增加元件在半導(dǎo)體上的積集度，同時(shí)可減少場(chǎng)氧化層的制程步驟，以縮短制程運(yùn)作時(shí)所需的時(shí)間，并提高制程運(yùn)作的效率及減少生產(chǎn)時(shí)所需的成本。



圖1為在晶片底材上形成墊層與抗氧化層的示意圖；圖2為形成一第一遮罩層于部分抗氧化層上的示意圖；圖3為在抗氧化層上形成第一渠溝的示意圖；圖4為在第一渠溝底部形成第一場(chǎng)氧化層的示意圖；圖5為形成一第二遮罩層于第一場(chǎng)氧化層與部分抗氧化層上的示意圖；圖6為在抗氧化層上形成第二渠溝的示意圖；圖7為在第一渠溝與第二渠溝底部形成不同厚度的第一場(chǎng)氧化層與第二場(chǎng)氧化層的示意圖；圖8為在晶片底材上形墊層與抗氧化層的示意圖；圖9為形成一第一遮罩層于部分抗氧化層上的示意圖；圖10為在抗氧化層上形成第一渠溝與第二渠溝的示意圖；圖11為移除第一遮罩層并在抗氧化層上形成第一渠溝與第二渠溝的示意圖；圖12為形成一第二遮罩層于部分抗氧化層與部分墊層，并將氧原子植入部分渠溝的底部；及圖13為在第一渠溝與第二渠溝底部形成不同厚度的第一場(chǎng)氧化層與第二場(chǎng)氧化層的示意圖。
具體實(shí)施方式
在高密度的集成電路制程中，通過一氧化隔離區(qū)域的裝置將個(gè)別元件的結(jié)構(gòu)及電性隔離。此隔離區(qū)域主要是通過將硅晶片送入大氣的環(huán)境中進(jìn)行氧化作用，并且使用氧化作用遮罩層，以防止不需要氧化的區(qū)域受到氧化作用的影響。這些沒有受到氧化作用的區(qū)域?qū)⒆鳛橹鲃?dòng)元件結(jié)構(gòu)的位置。一項(xiàng)廣泛被應(yīng)用來制作隔離區(qū)域的技術(shù)為硅區(qū)域場(chǎng)氧化法。
參照?qǐng)D8所示，首先提供一至少包含底材100的晶片，并形成一墊層(padlayer)200于底材100的表面，此底材100大部分使用硅底材而墊層200的厚度大約為150至350埃。接下來再通過化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition；CVD)形成一層抗氧化層(oxide resist layer)300于墊層200的表面，此抗氧化層300可為一氮化物層，而此抗氧化層的厚度大約為1200至1700埃。墊層200的功用為用來減少在氧化作用時(shí)底材與隨后沉積的抗氧化層300間的應(yīng)力。
參照?qǐng)D9所示，在抗氧化層300上限定場(chǎng)氧區(qū)的位置后，形成一第一遮罩層420于抗氧化層300上，并位于非場(chǎng)氧區(qū)的位置。參照?qǐng)D10所示，利用蝕刻的方式蝕刻部分的抗氧化層300，以在抗氧化層300上形成第一渠溝520與第二渠溝540。通常在蝕刻的制程中采用干蝕刻的方法。當(dāng)結(jié)束蝕刻的制程后，第一渠溝520與第二渠溝540的底部均露出墊層200。參照?qǐng)D11所示，移除第一遮罩層420以在主動(dòng)區(qū)上露出抗氧化層300。
參照?qǐng)D12所示，在晶片上限定高電壓區(qū)域與低電壓區(qū)域的位置后，在低電壓區(qū)域上形成一第二遮罩層440，以使此低電壓區(qū)域上的場(chǎng)氧化層位置不會(huì)受到后續(xù)制程的影響。此第二遮罩層440在部分抗氧化層300與部分墊層200之上。接下來將晶片送入反應(yīng)室中并通入氧氣，以使氧原子700能穿過第一渠溝520底部的墊層200而植入到底材100內(nèi)，換言之，即為將氧原子植入高電壓區(qū)域的場(chǎng)氧化層位置上的底材100內(nèi)。部分未受第二遮罩層440所保護(hù)的抗氧化層300雖然也受到氧原子植入的影響，但因?yàn)榭寡趸瘜拥挠捕容^硬，氧原子不易植入，所以不會(huì)對(duì)元件的品質(zhì)及效能造成影響。植入氧原子時(shí)所使用的能量大約為30000至150000電子伏特，而氧原子的劑量大約為每平方公分有1E14至1E17個(gè)氧原子。
參照?qǐng)D13所示，當(dāng)完成氧原子700植入的制程后，移除第二遮罩層440，并且將晶片進(jìn)行熱氧化制程。通常采用爐管來進(jìn)行熱氧化制程。在氧化作用時(shí)，有植入氧原子700的區(qū)域因?yàn)橛醒踉?00參與反應(yīng)，因此氧化作用較快。當(dāng)結(jié)束爐管的氧化制程后，即可在第一渠溝520底部與第二渠溝540底部得到第一場(chǎng)氧化層620與第二場(chǎng)氧化層640。有植入氧原子700的區(qū)域可得到較厚的第一場(chǎng)氧化層620，而未植入氧原子700的區(qū)域可得到較薄的第二場(chǎng)氧化層640，也即高電壓區(qū)域上可得較厚的場(chǎng)氧區(qū)，而低電壓區(qū)域尚可得到較薄的場(chǎng)氧區(qū)。
在晶片上作為隔離主動(dòng)區(qū)的場(chǎng)氧化層厚度越厚，所產(chǎn)生的鳥嘴(bird’s beak)缺陷也越嚴(yán)重，因此如果不是必要的情形，應(yīng)盡量避免使用厚場(chǎng)氧化層。但是就目前的技術(shù)而言，晶片上有各種不同的元件需要各種不同的電壓以達(dá)到其功能，若是通通采用較薄的場(chǎng)氧化層，則在高電壓區(qū)域的場(chǎng)氧化層容易發(fā)生漏電流的情況，導(dǎo)致元件的功能受損進(jìn)而影響半導(dǎo)體的品質(zhì)。而利用傳統(tǒng)的方法在晶片上制作不同厚度的場(chǎng)氧化層時(shí)，因?yàn)樾枰獌纱挝⒂?蝕刻的制程以在抗氧化層上限定高電壓元件與低電壓元件的位置，因此容易造成后續(xù)制程中若以第一遮罩層的定位點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，則以第二遮罩層所限定的元件位置將會(huì)造成較大的誤差。而在后續(xù)制程中若以第二遮罩層的定位點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，則以第一遮罩層所限定的元件位置將會(huì)造成較大的誤差。因此運(yùn)用傳統(tǒng)方法制作場(chǎng)氧化層較容易降低半導(dǎo)體的品質(zhì)。本發(fā)明利用一次微影/蝕刻的制程，在抗氧化層上同時(shí)限定高電壓元件與低電壓元件的位置，也即在后續(xù)的制程中均以第一遮罩層的定位點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，可減少后續(xù)制程中因定位問題所造成的誤差，可提高產(chǎn)品的品質(zhì)且降低不良率以順利縮小半導(dǎo)體元件的體積，增加元件在半導(dǎo)體上的積集度。本發(fā)明還因?yàn)闇p少了場(chǎng)氧化層的制程步驟而增加制程運(yùn)作的效率，減少生產(chǎn)所需的成本。
綜合上述，本發(fā)明提供了一項(xiàng)方法，利用同時(shí)在晶片上形成不同區(qū)域所需的隔離渠溝，并通過氧原子的植入及一次熱氧化制程的方法，以順利在晶片上制作不同厚度的場(chǎng)氧化層。在高電壓區(qū)域制作出厚度較厚的場(chǎng)氧化層而在低電壓區(qū)域制作出厚度較薄的氧化層。并通過一次微影/蝕刻的制程使得后續(xù)制程中不會(huì)因?yàn)槎ㄎ坏膯栴}而產(chǎn)生主動(dòng)區(qū)元件位置誤差過大的現(xiàn)象，而影響半導(dǎo)體元件的品質(zhì)，因此利用本發(fā)明可順利縮小半導(dǎo)體元件的體積，增加元件在半導(dǎo)體上的積集度并提高半導(dǎo)體的品質(zhì)。本發(fā)明還可減少場(chǎng)氧化層的制程步驟，以縮短制程運(yùn)作時(shí)所需的時(shí)間，并提高制程運(yùn)作的效率及減少生產(chǎn)時(shí)所需的成本。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，此實(shí)施例僅用來說明而非用以限定本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍。在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的范圍內(nèi)仍可予以變化而加以實(shí)施，所述種種變化應(yīng)仍屬本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍是由以下的權(quán)利要求
書所限定的范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種利用氧原子植入以制作一場(chǎng)氧化層的方法，其特征在于至少包括以下步驟提供一晶片，所述晶片至少包含一底材；形成一墊層于所述底材上；形成一抗氧化層于所述墊層上；去除部分所述抗氧化層以在抗氧化層內(nèi)形成一第一渠溝與一第二渠溝，所述第一渠溝的底部與所述第二渠溝的底部露出所述墊層；植入所述氧原子于所述第一渠溝的底部；及進(jìn)行一熱氧化制程以在所述第一渠溝的底部形成一第一場(chǎng)氧化層與在所述第二渠溝的底部形成一第二場(chǎng)氧化層。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述的抗氧化層可為一氮化物層。
3.一種利用氧原子植入以制作一場(chǎng)氧化層的方法，其特征在于，至少包含提供一晶片，所述晶片至少包含一底材；形成一墊層子所述底材上；形成一抗氧化層于所述墊層上；形成一第一遮罩層于部分所述抗氧化層上；去除部分所述抗氧化層以在所述抗氧化層內(nèi)形成一數(shù)個(gè)渠溝，所述數(shù)個(gè)渠溝的底部露出所述墊層；移除所述第一遮罩層；形成一第二遮罩層于部分所述抗氧化層與部分所述墊層上；植入所述氧原子于部分所述數(shù)個(gè)渠溝的底部；移除所述第二遮罩層；進(jìn)行一熱氧化制程以在所述數(shù)個(gè)渠溝的底部形成一數(shù)個(gè)場(chǎng)氧化層。
4.如權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于，所述的抗氧化層為一氮化硅層。
5.如權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于，所述的墊層的厚度為150至350埃。
6.如權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于，所述的抗氧化層的厚度為1200至1700埃。
7.如權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于，所述的氧原子的能量為30000至150000電子伏特。
8.如權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于，所述的氧離子的劑量為每平方公分有1E14至1E17個(gè)氧原子。
9.如權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于，所述的第一遮罩層的一定位點(diǎn)為一后續(xù)微影制程中的定位基準(zhǔn)點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于，所述的數(shù)個(gè)場(chǎng)氧化層的厚度并不全部相同。
專利摘要
本發(fā)明有關(guān)一種制作場(chǎng)氧化層的方法，特別是有關(guān)于一種利用氧原子植入以制作自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的場(chǎng)氧化層的方法。本發(fā)明利用在部分底材內(nèi)預(yù)先植入氧原子的方式，在制作場(chǎng)氧化層的制程中，能同時(shí)在晶片上依照高電壓區(qū)域與低電壓區(qū)域的需求，在高電壓區(qū)域上形成較厚的場(chǎng)氧化層，而在低電壓區(qū)域上形成較薄的場(chǎng)氧化層。本發(fā)明還利用同時(shí)在晶片上形成高電壓區(qū)域與低電壓區(qū)域所需的渠溝的方式，以在高電壓區(qū)域與低電壓區(qū)域上制作自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的場(chǎng)氧化層。
文檔編號(hào)H01L21/02GKCN1197143SQ01137498
公開日2005年4月13日 申請(qǐng)日期2001年11月19日
發(fā)明者劉建宏, 黃守偉, 潘錫樹 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan