淺槽隔離結構的形成方法
2023-06-10 07:37:21 3
專利名稱：淺槽隔離結構的形成方法
技術領域：
本發明涉及一種淺槽隔離(Shallow Trench Isolation；STI)結構的形成方法，特別是涉及一種利用溼式蝕刻(Wet Etch)形成淺槽隔離結構的方法。
背景技術：
在超大規模集成電路(Very Large Scale Integration；VLSI)的製造過程中，一個集成電路通常是由無數個金屬氧化半導體(Metal-OxideSemiconductor；MOS)電晶體所組成。MOS電晶體有N信道MOS(N-channel MOS；NMOS)電晶體、P信道MOS(P-channel MOS；PMOS)電晶體、以及互補式MOS(Complementary MOS；CMOS)電晶體三種類型，其中CMOS電晶體是由一個NMOS電晶體與一個PMOS電晶體所組成。隨著半導體組件集成度(Integration)的日益增加，能量消耗較小的CMOS電晶體逐漸取代NMOS電晶體與PMOS電晶體，成為最常使用的MOS電晶體組件。
在CMOS電晶體的使用上，為了防止CMOS電晶體電路的功能暫時或永久消失，即產生所謂的閂鎖(Latch Up)現象，必須將CMOS電晶體組件內的NMOS電晶體與PMOS電晶體予以隔離(Isolation)。在目前的半導體製造工藝中，溝槽隔離為廣泛應用的一種CMOS電晶體的隔離技術。
請參照圖1至圖5，其為現有在基材上形成淺槽隔離結構的剖面示意圖。首先，以爐管工藝在基材100上形成一層厚約數百由二氧化矽(Silicon Dioxide；SiO2)所組成的熱氧化層(Thermal Oxide)102為組件氧化層。其中，此熱氧化層102又稱作墊氧化層(Pad Oxide)，由於氮化矽(Silicon Nitride；Si3N4)對矽的附著力不強，因此在沉積氮化矽前會先在矽基材上形成一層二氧化矽來幫助氮化矽沉積。隨後在熱氧化層102上沉積，例如以低壓化學氣相沉積(Low Pressure Chemical VaporDeposition；LPCVD)法形成氮化矽層104，如圖1所示。
接著，例如以光刻(Photolithography)與乾式蝕刻(Dry Etch)方式在基材100上定義出主動區域與淺溝槽106，形成如圖2所示的結構。請參照圖3，完成淺溝槽106的定義後，再以化學氣相沉積方式沉積一層氧化層108覆蓋淺溝槽106與氮化矽層104。
請參照圖4，隨後以化學機械研磨法(Chemical MechanicalPolishing；CMP)研磨氧化層108直至約暴露出底下的氮化矽層104後，即停止研磨步驟。最後以溼式潔淨臺(Clean Bench)的方式，利用熱磷酸(Phosphoric Acid；H3PO4)的高選擇性(Selectivity)，將氮化矽層104剝除，再以氫氟酸(Hydrofluoric Acid；HF)當蝕刻液進行溼式蝕刻去除熱氧化層102，而形成完整的淺槽隔離結構110，如圖5所示的結構。
在上述的淺槽隔離結構的製造過程中，所運用的CMP工藝不僅費用成本高，且必須利用化學溶液(Chemical Solution)的研磨漿(Slurry)與層的表面之間的反應物(Reaction)，而研磨漿的粒子會使淺槽隔離結構的表面形成許多微痕(Micro-scratch)，造成主動區域的傷害。另外，厚度較厚的氮化矽層所產生的應力(Stress)對於薄的熱氧化層與快擦寫(Flash)內存的氧化層有極大的傷害，然而，現有CMP工藝卻無法有效地降低或控制氮化矽層與淺槽隔離結構中氧化層的厚度。
因此，上述現有淺槽隔離結構的形成方法中，所運用的CMP工藝不但費用成本高，且所使用的研磨漿會在淺槽隔離結構的表面上形成許多微痕而造成主動區域的傷害。另一方面，CMP工藝亦無法有效地降低或控制氮化矽層與氧化層的厚度，進而抑制由氮化矽層所引發的應力問題。
發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種淺溝槽結構的形成方法，運用本發明可降低製造成本，避免研磨所產生的微痕，進而可提高產品合格率。
本發明的另一目的是提供一種淺溝槽結構的形成方法，其可以降低或控制氮化矽層與淺槽隔離結構中的氧化層的厚度，避免氮化矽層所引發的應力問題而造成熱氧化層與快擦寫內存的氧化層的傷害。
為了達到上述的目的，本發明提供了一種淺溝槽結構的形成方法，至少包括形成一氧化層覆蓋一基材，其中該基材上具有一第一氮化矽層，且一淺溝槽位於該基材與該第一氮化矽層中；進行一溼式蝕刻步驟蝕刻該氧化層直至約暴露出該第一氮化矽層；形成一第二氮化矽層覆蓋該氧化層及該第一氮化矽層；形成一光阻覆蓋該第二氮化矽層；定義該光阻，並蝕刻部份的該第二氮化矽層與該氧化層直至約暴露出該第一氮化矽層；以及移除該光阻、該第二氮化矽層與該第一氮化矽層。
本發明還提供一種淺槽隔離結構的形成方法，至少包括提供一基材，且該基材上具有一第一氮化矽層；以一乾式蝕刻方式在該基材中定義出一淺溝槽；以一化學氣相沉積法形成一氧化層覆蓋該第一氮化矽層與該淺溝槽；進行一溼式蝕刻步驟蝕刻該氧化層直至約暴露出該第一氮化矽層；形成一第二氮化矽層覆蓋該氧化層及該第一氮化矽層；在該第二氮化矽層上形成一已定義的光阻；蝕刻該第二氮化矽層與該氧化層直至約暴露出該第一氮化矽層；以及以一溼式潔淨臺方式去除該第二氮化矽層、該氧化層、以及該第一氮化矽層。
本發明還提供一種淺槽隔離結構的形成方法，至少包括提供一基材，且該基材上具有一第一氮化矽層；以一乾式蝕刻方式在該基材中定義出一淺溝槽；以一化學氣相沉積法形成一氧化層覆蓋該第一氮化矽層與該淺溝槽；進行一溼式蝕刻步驟蝕刻該氧化層直至約暴露出該第一氮化矽層；形成一第二氮化矽層覆蓋該氧化層及該第一氮化矽層；在該第二氮化矽層上形成一已定義的光阻；蝕刻該第二氮化矽層與該氧化層直至約暴露出該第一氮化矽層；以及以一溼式潔淨臺方式去除該第二氮化矽層、該氧化層、以及該第一氮化矽層。
換言之，本發明的方法是在集成電路製造過程中形成淺槽隔離結構時，利用溼式蝕刻方式蝕刻主動區域的第一氮化矽層上的氧化層直至約暴露出第一氮化矽層。接著，再沉積一層第二氮化矽層，隨後在此第二氮化矽層上形成一光阻，罩住整個淺溝槽區域，以光刻方式並進行乾式蝕刻去除部份的第二氮化矽層與氧化層直至約暴露出底下的第一氮化矽層，再利用溼式剝離法(Wet Strip)或乾式剝離法(Dry Strip)剝除光阻。隨後以溼式清洗的方式利用熱磷酸剝除所有的氮化矽層，再以氫氟酸當蝕刻液進行溼式蝕刻以去除熱氧化層，而形成完整的淺槽隔離結構。因此，運用本發明不需經過CMP工藝即可獲得淺槽隔離結構，不但降低製造成本且產品合格率亦獲得提高。再者，本發明亦可控制氮化矽層與氧化層的厚度且避免厚氮化矽層的應力問題。
本發明的優點為本發明的方法由於不需運用CMP工藝，因此運用本發明可降低製造成本，並可避免CMP工藝的研磨漿的粒子所在淺槽隔離結構表面上形成的微痕，而造成產品合格率降低。另一方面，本發明的方法所使用的溼式蝕刻法對氮化矽與氧化層具有高選擇性，可以降低或控制氮化矽層與淺槽隔離結構中的氧化層的厚度，進而抑制氮化矽層所引發的應力對熱氧化層與快擦寫內存的氧化層所造成的傷害。
下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明圖1為現有具有熱氧化層與氮化矽層的基材剖面圖；圖2為現有定義出淺溝槽後的結構剖面圖；圖3為現有以化學氣相沉積方式沉積氧化層後的結構剖面圖；圖4為現有經化學機械研磨後的結構剖面圖；圖5為現有形成淺槽隔離結構的結構剖面圖；圖6為本發明一較佳實施例具有熱氧化層與氮化矽層的基材剖面圖；圖7為本發明一較佳實施例定義出淺溝槽後的結構剖面圖；圖8為本發明一較佳實施例以化學氣相沉積方式沉積氧化層後的結構剖面圖；圖9為本發明一較佳實施例經溼式蝕刻後的結構剖面圖；圖10為本發明一較佳實施例再次沉積氮化矽層後的結構剖面圖；圖11為本發明一較佳實施例以光阻罩住淺槽隔離區後的結構剖面圖；圖12為本發明一較佳實施例經乾式蝕刻後的的結構剖面圖；圖13為本發明一較佳實施例光阻剝除後的結構剖面圖；圖14為本發明一較佳實施例形成淺槽隔離結構的結構剖面圖。
圖中符號說明100 基材 102 熱氧化層104 氮化矽層 106 淺溝槽108 氧化層 110 淺槽隔離結構
200 基材 202 熱氧化層204 氮化矽層 206 淺溝槽208 氧化層210 氮化矽層212 光阻 214 淺槽隔離結構具體實施方式
過去在集成電路製造過程中形成淺槽隔離結構時，都必須使用CMP工藝來將主動區域的氮化矽層(Si3N4)上的氧化層磨除。由於CMP工藝的成本費用高，且其所使用的研磨漿不穩定，使工藝不易達成一致性，因此，為了避免使用CMP工藝，本發明提供了一種運用溼式蝕刻來形成淺槽隔離結構的方法，如下所述。
請參照圖6至圖14，其為本發明一較佳實施例在基材上形成淺槽隔離結構的剖面示意圖。首先，利用爐管工藝在基材200上形成一層厚約數百由二氧化矽(SiO2)所組成的熱氧化層202為組件氧化層。其中，熱氧化層202又稱作墊氧化層，由於氮化矽對矽的附著力不強，所以於沉積氮化矽前會先在矽基材上形成一層二氧化矽來幫助氮化矽沉積。接著，例如以低壓化學氣相沉積(LPCVD)在熱氧化層202上沉積氮化矽層204，形成如圖6所示的結構。
然後，通過光刻工藝與乾式蝕刻方式在基材200上定義出主動區域與淺溝槽206，如圖7所示。請參照圖8，完成淺溝槽206的定義後，再以化學氣相沉積方式沉積一層氧化層208覆蓋淺溝槽206與氮化矽層204。
請參照圖9，利用溼式蝕刻方式將氧化層208蝕刻直至約暴露出淺溝槽206邊緣上的氮化矽層204，由於溼式蝕刻對氮化矽與氧化層具有高選擇性，所以可控制其蝕刻終點。本發明實施例即是完成溼式蝕刻步驟後，再例如使用化學氣相沉積法沉積一層氮化矽層210覆蓋住整個氧化層208、淺溝槽206、以及淺溝槽206邊緣上所暴露出的氮化矽層204，形成如圖10所示的結構。然而，值得注意的一點是，本發明在溼式蝕刻時也可以不形成氮化矽層210。形成氮化矽層210的目的僅是為了能更佳地控制淺槽隔離結構214的厚度。
本發明的一特徵在於使用溼式蝕刻製程方式即可有效地控制氧化層208的厚度，而且也不需如同現有CMP工藝般形成厚度較厚的氮化矽層。
請參照圖11，在氮化矽層210上形成光阻212覆蓋住整個淺溝槽206的區域，接著利用掩膜在光阻212上進行光刻步驟。然後再例如以乾式蝕刻方式進行蝕刻去除部份的氮化矽層210與氧化層208，一直到約暴露出底下的氮化矽層204為止，如圖12所示。
請參照圖13，完成乾式蝕刻工藝後，再利用溼式剝離法或乾式剝離法將光阻212去除，並暴露出氮化矽層210。隨後，以溼式清洗中的熱磷酸，將氮化矽層204與氮化矽層210剝除。另外，氮化矽層204與氮化矽層210之間的氧化層208亦隨之剝離。再以氫氟酸當蝕刻液進行溼式蝕刻去除熱氧化層202，而形成完整的淺槽隔離結構214，如圖14所示的結構。
如本領域技術人員所了解的，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明的專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種淺槽隔離結構的形成方法，至少包括形成一氧化層覆蓋一基材，其中該基材上具有一第一氮化矽層，且一淺溝槽位於該基材與該第一氮化矽層中；進行一溼式蝕刻步驟蝕刻該氧化層直至約暴露出該第一氮化矽層；形成一第二氮化矽層覆蓋該氧化層及該第一氮化矽層；形成一光阻覆蓋該第二氮化矽層；定義該光阻，並蝕刻部份的該第二氮化矽層與該氧化層直至約暴露出該第一氮化矽層；以及移除該光阻、該第二氮化矽層與該第一氮化矽層。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在該氧化層的形成步驟中，該氧化層覆蓋該第一氮化矽層與該淺溝槽，並填滿該淺溝槽。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於形成該氧化層的步驟是利用化學氣相沉積法。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於定義該淺溝槽的步驟是採用乾式蝕刻法。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於去除該第二氮化矽層與該氧化層的步驟是採用乾式蝕刻法。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於移除該第二氮化矽層與該第一氮化矽層的步驟是採用一溼式潔淨臺方式。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於該溼式潔淨臺是使用熱磷酸當作一清洗液。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於移除該第二氮化矽層與該第一氮化矽層時，同時亦移除該第二氮化矽層與該第一氮化矽層之間的該氧化層。
9.一種淺槽隔離結構的形成方法，至少包括形成一氧化層覆蓋一基材，其中該基材上具有一氮化矽層，且一淺溝槽位於該基材與該氮化矽層中；進行一溼式蝕刻步驟蝕刻該氧化層直至約暴露出該氮化矽層；形成一光阻覆蓋該氧化層；定義該光阻，並蝕刻部份的該氧化層直至約暴露出該氮化矽層；以及移除該光阻與該氮化矽層。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於在該氧化層的形成步驟中，該氧化層是覆蓋該氮化矽層與該淺溝槽，並填滿該淺溝槽。
11.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於形成該氧化層的步驟是利用化學氣相沉積法。
12.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於定義該淺溝槽的步驟是採用乾式蝕刻法。
13.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於去除該氧化層的步驟是採用乾式蝕刻法。
14.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於移除該氮化矽層是採用一溼式潔淨臺方式。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於該溼式潔淨臺是使用熱磷酸當作一清洗液。
16.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於移除該氮化矽層時，同時亦移除該氮化矽層上的該氧化層。
17.一種淺槽隔離結構的形成方法，至少包括提供一基材，且該基材上具有一第一氮化矽層；以一乾式蝕刻方式在該基材中定義出一淺溝槽；以一化學氣相沉積法形成一氧化層覆蓋該第一氮化矽層與該淺溝槽；進行一溼式蝕刻步驟蝕刻該氧化層直至約暴露出該第一氮化矽層；形成一第二氮化矽層覆蓋該氧化層及該第一氮化矽層；在該第二氮化矽層上形成一已定義的光阻；蝕刻該第二氮化矽層與該氧化層直至約暴露出該第一氮化矽層；以及以一溼式潔淨臺方式去除該第二氮化矽層、該氧化層、以及該第一氮化矽層。
18.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於該溼式潔淨臺是使用熱磷酸當作一清洗液。
全文摘要
一種淺槽隔離(Shallow Trench Isolation；STI)結構的形成方法。本發明的方法在形成淺槽隔離結構時利用溼式蝕刻(Wet Etch)法取代現有所使用的化學機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing；CMP)。通過溼式蝕刻的高選擇性，降低或控制氮化矽層(Silicon Nitride；Si
文檔編號H01L21/76GK1400648SQ0112381
公開日2003年3月5日 申請日期2001年7月30日 優先權日2001年7月30日
發明者王俊淇, 蘇俊聯, 遊正達 申請人:旺宏電子股份有限公司