淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年07月08日、申請(qǐng)?zhí)枮?01010228334.6、發(fā)明名稱為“淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及于其內(nèi)形成底部孔洞的方法”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體裝置，且特別是關(guān)于一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0003]間隙與溝槽(例如在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的間隙與溝槽)通常用于半導(dǎo)體裝置上的電性隔離組件。淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)可包含形成于半導(dǎo)體基板的隔離區(qū)內(nèi)的溝槽或間隙，半導(dǎo)體基板的隔離區(qū)是由介電材料填滿以防止附近組件結(jié)構(gòu)(例如:晶體管、二極管…等)的電性耦合。隨著集成電路上組件密度的持續(xù)提升，組件結(jié)構(gòu)間的距離與大小逐漸縮減。然而，淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的垂直高度的縮減速度通常較其水平寬度為慢，導(dǎo)致間隙與溝槽具有較大的高度與寬度比(例如:較高的高寬比)。
[0004]雖然具有制造更高的高寬比組件結(jié)構(gòu)的能力，而能于半導(dǎo)體芯片基板的同一表面上容納更多用以封裝的結(jié)構(gòu)(晶體管、電容、二極管…等)，但亦會(huì)產(chǎn)生若干制造上的問題。舉例而言，難以在不產(chǎn)生隨機(jī)空洞或縫隙的狀況下，完成充填間隙與溝槽結(jié)構(gòu)的充填制程。為了盡量減低電噪聲與漏電流，有必要使用介電材料(例如:氧化硅)來充填間隙與溝槽，以使鄰近的組件結(jié)構(gòu)間得以彼此電性隔離。隨著高寬比的提升，越加難以在充填深而窄的溝槽時(shí)，不在用以充填溝槽的介電材料內(nèi)產(chǎn)生空洞或縫隙。
[0005]然而，由淺溝槽隔離沉積制程與絕緣效果的觀點(diǎn)來看，形成在鄰近溝槽底部的多個(gè)孔洞是可被接受且具有良好絕緣效果，因?yàn)榭锥此目諝獾慕殡姵?shù)僅為I。然而，最近用以形成鄰近溝槽底部的孔洞的制程可能具有問題。舉例而言，前述這些孔洞的大小、形狀、位置以及密度并非完全一致，這會(huì)導(dǎo)致無法預(yù)測(cè)且不一致的介電層后沉積制程，例如非均勻蝕刻、研磨、退火…等。形成于成品組件內(nèi)的孔洞，亦會(huì)造成組件結(jié)構(gòu)中間隙與溝槽的介電質(zhì)量的差異。由于電串?dāng)_、電荷泄漏，甚至是裝置中的短路，會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定且劣質(zhì)的組件效能。
[0006]基于前述與后續(xù)實(shí)施方式中所顯現(xiàn)的原因，亟待業(yè)界改進(jìn)于溝槽和間隙中形成底部孔洞的制程，以避免已知技術(shù)中所出現(xiàn)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，可以避免已知技術(shù)中所出現(xiàn)的問題。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，本發(fā)明關(guān)于一種淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其包含半導(dǎo)體基板、溝槽、第一突出絕緣材料以及第二突出絕緣材料。溝槽具有第一側(cè)壁以及相對(duì)于第一側(cè)壁的第二側(cè)壁，第一側(cè)壁與第二側(cè)壁向下延伸至溝槽的底部。第一突出絕緣材料沉積于第一側(cè)壁上。第二突出絕緣材料沉積于第二側(cè)壁上。其中第一突出絕緣材料與第二突出絕緣材料鄰接，并形成鄰近溝槽底部的孔洞。
[0009]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)中形成底部孔洞的方法可被廣泛地應(yīng)用，諸如應(yīng)用于需要隔離區(qū)來使某一組件區(qū)以及與其相鄰的組件區(qū)彼此隔離的狀況。本發(fā)明實(shí)施例的方法特別益于形成具有大高寬比的溝槽、間隙等的基板。形成在鄰近溝槽底部的多個(gè)孔洞具有良好絕緣效果，這是基于孔洞所包含的空氣的介電常數(shù)僅為I。
[0010]為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0011]為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下:
[0012]圖1至圖6是繪示依照本發(fā)明一實(shí)施方式的一種用以形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的不同制程步驟中的結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0013]【主要組件符號(hào)說明】
[0014]2:半導(dǎo)體基板18A:第一傾斜側(cè)壁
[0015]4:墊氧化層18B:第二傾斜側(cè)壁
[0016]6:氮化娃層20:溝槽頂端角
[0017]8:第二硬罩幕層22:溝槽底端角
[0018]10:光阻層24:氧化層
[0019]12:開口24A:第一突出部分
[0020]14:硬罩幕開口24B:第二突出部分
[0021]16:溝槽26:孔洞
【具體實(shí)施方式】
[0022]雖然本發(fā)明實(shí)施例特別針對(duì)淺溝槽隔離(shallow trench isolat1n, STI)結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明實(shí)施例所使用的技術(shù)可應(yīng)用于其它集成電路制程中的其它形式的間隙或孔洞的充填制程。此外，本發(fā)明實(shí)施例是針對(duì)具有大高寬比的溝槽、間隙…等(例如:高寬比為5比1、6比1、7比1、8比1、9比1、10比1、11比1、12比I或更大的高寬比)。
[0023]圖1至圖6是繪示依照本發(fā)明一實(shí)施方式的一種用以形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的不同制程步驟中的結(jié)構(gòu)剖面圖。然本發(fā)明的附圖僅用于例示性地繪示本發(fā)明實(shí)施例，而非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
[0024]圖1是依照本發(fā)明一實(shí)施方式繪示一種半導(dǎo)體基板2的示意圖?；?可為半導(dǎo)體制程晶圓(例如:具有直徑為200厘米、300厘米、450厘米…等的硅晶圓)且可包含于先前制程中所形成的結(jié)構(gòu)、裝置組件…等?；?可為單晶或多晶硅基板?；?可包含磊晶娃層(epi silicon layer)、埋藏層、絕緣層上覆娃(silicon on insulator, SOI)、娃化鍺或砷化鎵。由二氧化硅組成的墊氧化層4具有介于約50埃和約150埃之間的厚度，舉例而言可由已知的熱生長制程來形成或由四乙氧基硅烷低壓化學(xué)氣相沉積法(low pressurechemical vapor deposit1n, LPCVD)形成于基板2之上，以助于減少由隨后的制程步驟所致的表面應(yīng)力。氮化硅(例如=Si3N4)層6接著由已知的化學(xué)氣相沉積法來沉積(例如:低壓化學(xué)氣相沉積法)，其厚度介于約500埃和約2000埃之間。氮化硅層6作為硬罩幕，以于隨后的淺溝槽隔離氧化沉積制程中保護(hù)主動(dòng)區(qū)，并于隨后的化學(xué)機(jī)械平坦化(chemicalmechanical planarizat1n, CMP)中作為研磨終止材料。
[0025]第二硬罩幕層8可選擇性地加入作為硬罩幕以抵抗隨后的干式蝕刻，干式蝕刻例如氮氧化娃等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(plasma enhanced chemical vapordeposit1n, PECVD)、二氧化娃等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法或四乙氧基娃燒低壓化學(xué)氣相沉積法。第二硬罩幕層8可形成于氮化硅層6之上，其厚度介于約150埃和約500埃之間。此外，有機(jī)或無機(jī)抗反射涂布(ant1-reflective coating, ARC)層可形成于氮化娃層6或第二硬罩幕層8之上，若形成有機(jī)或無機(jī)抗反射涂布層，其厚度將變?yōu)榻橛诩s200埃和約1000埃之間，此厚度將視微影制程中所應(yīng)用的光波長而定。
[0026]如圖1所示，光阻層10具有約1000埃和6000埃之間的厚度。舉例而言，光阻層10隨后沉積于第二硬罩幕層8之上，并微影圖案化以形成開口 12，暴露出部分第二硬罩幕層8的開口 12透過分別對(duì)第二與氮化硅硬罩幕層(例如:硬罩幕層8與氮化硅層6)的厚度部分進(jìn)行干式蝕刻，以形成干式蝕刻硬罩幕層。
[0027]如圖2所示，第二硬罩幕層8與氮化硅層6接著通過已知的制程根據(jù)圖案化光阻層開口 12來蝕刻，以暴露出部分基板2并根據(jù)已知的反應(yīng)離子蝕刻(reactive 1netch, RIE)制程(例如:氟碳化合物化學(xué)蝕刻，氟碳化合物可為例如:四氟化碳)或感應(yīng)耦合等離子(inductively coupled plasma, ICP)蝕刻制程來形成硬罩幕開口 14。舉例而言，氮化硅層6可根據(jù)終點(diǎn)偵測(cè)采用非等向性干式蝕刻，穿透其厚度與墊氧化層4以暴露出部分基板2的表面。
[0028]如圖3所示，接著通過例如濕式剝除法或干式灰化制程來移除光阻層10，然后采用干式蝕刻法在硅基板形成深度介于約100埃和約5000埃之間的STI溝槽16，并形成第一傾斜側(cè)壁18A與第二傾斜側(cè)壁18B，第一傾斜側(cè)壁18A與第二傾斜側(cè)壁18B向下延伸至溝槽16的底部。第一傾斜側(cè)壁18A例示性地具有角度α，此角度α是由基板的主要表面(制程表面)所在的平面算起，在一實(shí)施中此角度介于約80度和約89度之間，而使溝槽16的頂部較其底部為寬。
[0029]已知的化學(xué)蝕刻例示性地包含氯氣、溴化氫以及氧氣用以干式蝕刻出溝槽16直到基板2，以形成STI開口(溝槽開口)16。在本發(fā)明一實(shí)施例中，在溝槽蝕刻制程中所形成的溝槽頂端角(例如標(biāo)號(hào)20的部分)與溝槽底端角(例如標(biāo)號(hào)22的部分)，使得溝槽開口角在溝槽的頂端角及/或底端角部分為圓弧形，換言之，溝槽開口角具有曲率半徑。前述STI圓角有益于避免非必要的電性行為，例如互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體組件中的高電場(chǎng)致電壓閥値(Vt)。
[0030]接著，蝕刻基板2以形成溝槽16，采用SC-1與SC-2清洗溶液的清洗制程例示性地執(zhí)行以清洗包含STI溝槽所暴露的部分在內(nèi)的基板表面。在本發(fā)明另一實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)溝槽襯墊層(圖中未示)由沉積制程于溝槽開口形成。舉例而言，在一實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)襯墊層包含熱氧化層(二氧化硅)、氮化硅(例如:SiN、Si3N4)以及氮氧化硅(例如:Si0N)之中的至少一者，且包含二氧化硅/氮化硅、二氧化硅/氮氧化硅、二氧化硅/氮化硅/氮氧化硅以及二氧化硅/氮氧化硅/氮化硅堆疊之中的一者，此堆疊的總厚度是介于約30埃和約200埃之間。舉例而言，在本實(shí)施例中的硅基板，熱氧化層的單層可通過已知的熱制程以形成于溝槽暴露部分的硅之上，以形成具有介于約30埃和約200埃厚度的共形層。
[0031]在本發(fā)明另一實(shí)施例中，采用低壓化學(xué)氣相沉積、等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積或原子層化學(xué)氣相沉積(atomic layer deposit1n chemical vapor deposit1n, ALDCVD)于熱氧化層之上毯覆式沉積氮化硅或氮氧化硅層，以形成溝槽襯墊層。在本發(fā)明再一實(shí)施例中，溝槽襯墊層可由單層或多層氮化硅與氮氧化硅來形成，且在未形成熱氧化層的狀況下進(jìn)行沉積制程。然而，在采用硅基板的實(shí)施例中，形成前述熱氧化物層更佳，這是基于其有更佳的修復(fù)能力來修復(fù)任何由蝕刻所產(chǎn)生的損壞，且其易于緩和在溝槽