避免气泡缺陷的浅沟绝缘结构工艺及浅沟底部表面的处理制造技术

本发明专利技术揭示一种避免产生气泡缺陷的浅沟绝缘结构工艺，是在蚀刻形成浅沟后，对浅沟底部表面进行含碳或氧的物质的移除，再继续完成此浅沟绝缘结构工艺。另外，亦可在浅沟的表面上形成氧化物衬垫层及氮化硅衬垫层之后，才进行浅沟底部表面的含碳或氧的物质的移除。本发明专利技术亦揭示一种浅沟底部表面处理的方法。经过对浅沟表面的处理，可避免因为氮化硅衬垫层的使用所导致的气泡缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体工艺，尤其涉及一种浅沟绝缘结构(STI)工艺及 浅沟底部表面的处理，可有效避免由于形成于浅沟底部表面的氮化硅衬垫 层所引发的气泡缺陷。
技术介绍
在半导体工艺中，浅沟绝缘结构(shallow trench isolation, STI)工艺是用 来在基底的有源区域的周围形成嵌入基底中的绝缘结构，藉此使后续形成 在基底上的电子元件，如晶体管或存储器元件之间得以互相电性隔离。前 述的浅沟绝缘结构工艺属于半导体工艺的前段工艺，其通常是在形成晶体 管等元件前即已完成制作。现有技艺的浅沟绝缘结构工艺是先在基底上形成垫氧化层(pad oxide) 以及垫氮化层(pad nitride)。然后以现有的光刻及蚀刻工艺在垫氧化层以及 垫氮化层中先形成开口，此步骤又称为有源区域定义，此开口仅暴露出将 形成浅沟绝缘结构的区域，而保护住有源区域。前述的垫氮化层可在后续 的步骤中作为硬掩模，而垫氧化层则主要用来将垫氮化层的应力释放分散， 二者可以合称为硬掩模层(hard mask layer)。接着，利用干蚀刻工艺经由前述的开口在基底中蚀刻出浅沟结构，随 后再进行化学气相沉积工艺，例如高密度等离子体加强化学气相沉积 (HDPCVD)工艺，在浅沟中沉积并填满介电层做为电绝缘之用，接着再利用 前述的垫氮化层做为抛光停止层，进行化学机械抛光(CMP)工艺，将浅沟外 的介电层抛光掉。最后，再将垫氮化层去除。为了达到更好的绝缘效果，会在蚀刻出浅沟结构后，进行一热氧化工 艺，以在浅沟的壁上及底部形成一厚度约为150A的氧化物衬垫层，并且可 同时消除蚀刻损害(etching damage)。而在将浅沟中填满介电层之前一般会再 沉积一薄的化学气相沉积所形成的氮化硅膜，形成双层衬垫层结构，以有 效阻挡氧气的扩散，作为氧气扩散阻障层，并降低形成在硅基底中的晶格缺陷。然而，在进行HDPCVD工艺于浅沟中填入介电层后，往往发现到氧 化物衬垫层与硅基底之间产生许多气泡缺陷(bubble type defect),此是氧化 物衬垫层与硅基底之间产生层离(delamination)的现象，影响品质。因此，对于浅沟绝缘结构工艺仍有需要改良的地方，以防止气泡缺陷。
技术实现思路
本专利技术的主要目的即在提供一种改良的浅沟绝缘结构工艺，并涵括一 种浅沟底部表面的处理，以避免如前述的气泡缺陷。本专利技术的避免产生气泡缺陷的浅沟绝缘结构工艺，包括有下列步骤。 提供一半导体基底，其上形成有一垫氧化层以及一垫氮化层。形成一光致 抗蚀剂层于垫氮化层上，及进行一光刻工艺以将光致抗蚀剂层图案化而部 分曝露出垫氮化层。蚀刻曝露的垫氮化层及其下方的垫氧化层，形成一开 口；经由开口蚀刻半导体基底，形成一浅沟。移除光致抗蚀剂层，而于浅 沟的底部表面留有含碳或氧的物质。移除浅沟的底部表面所留有的含碳或 氧的物质。于浅沟的表面上形成一氧化物村垫层。于氧化物衬垫层上形成 一氮化硅村垫层。进行一化学气相沉积工艺，在浅沟内沉积并填满一介电层。本专利技术的避免产生气泡缺陷的浅沟绝缘结构工艺，依据另 一 实施态样， 包括有下列步骤。提供一半导体基底，其上形成有一垫氧化层以及一垫氮 化层。形成一光致抗蚀剂层于垫氮化层上，及进行一光刻工艺以将光致抗 蚀剂层图案化而部分曝露出垫氮化层。蚀刻曝露的垫氮化层及其下方的垫 氧化层，形成一开口。经由开口蚀刻半导体基底，形成一浅沟。移除光致 抗蚀剂层，而于浅沟的底部表面留有含碳或氧的物质。于浅沟的表面上形 成一氧化物衬垫层。于氧化物衬垫层上形成一氮化硅衬垫层。在形成氮化 硅村垫层之后，藉由将浅沟的底部加热以移除含碳或氧的物质。在将浅沟 的底部加热以移除含碳或氧的物质之后，进行一化学气相沉积工艺，以在 '浅沟内沉积并填满一介电层。本专利技术的浅沟绝缘结构的浅沟底部表面处理以避免产生气泡缺陷的方 法，包括有下列步骤。提供一半导体基底，其包括一经蚀刻而形成的浅沟， 并且其工艺中所利用的 一光致抗蚀剂层已被移除，浅沟的底部表面具有含 碳或氧的物质；以及移除浅沟的底部表面所具有的含碳或氧的物质。附图说明图1显示一位于现有技术所制得的浅沟底部的气泡缺陷的扫描式电子显微照片；图2显示一利用现有蚀刻方法形成的浅沟底部的俄歇电子能谱术 (Auger Electron Spectroscopy, AES)测i式结果；的俄歇电子能谱术(Auger Electron Spectroscopy, AES)测试结果；图4显示依据本专利技术的一具体实施例浅沟绝缘结构工艺在完成垫氧化 层、垫氮化层、及光致抗蚀剂层之后的剖面示意图；图5显示依据本专利技术的一具体实施例浅沟绝缘结构工艺在完成蚀刻垫 氧化层以及垫氮化层中的开口之后的剖面示意图；图6显示依据本专利技术的一具体实施例浅沟绝缘结构工艺在去除光致抗 蚀剂层及完成蚀刻浅沟之后的剖面示意图；图7显示依据本专利技术的一具体实施例浅沟绝缘结构工艺中使用一惰性 气体(inert gas)对浅沟底部表面进行轰击步骤的示意图；图8显示依据本专利技术的另一具体实施例浅沟绝缘结构工艺中对浅沟底 部表面进行加热步骤的示意图；图9显示依据本专利技术的一具体实施例浅沟绝缘结构工艺形成热氧化物 衬垫层及氮化硅衬垫层之后的剖面示意图；图10显示依据本专利技术的 一具体实施例浅沟绝缘结构工艺完成介电层沉 积之后的剖面示意图；图11显示依据本专利技术的一具体实施例浅沟绝缘结构工艺完成介电层化 学机械抛光之后的剖面示意图；图12显示依据本专利技术的 一具体实施例浅沟绝缘结构工艺在去除垫氮化 层之后的剖面示意图；图13显示依据本专利技术的又一具体实施例'浅沟绝缘结构工艺中在形成热氧 化物衬垫层及氮化硅衬垫层之后才对浅沟底部表面进行力口热步骤的示意图。主要元件符号说明10半导体基底 13垫氧化层15垫氮化层 16开口17光致抗蚀剂层 19 浅沟19a 浅沟侧壁20 热氧化衬垫层31 轰击处理19b底部25 氮化硅衬垫层 33 加热处理42 介电层具体实施方式专利技术人研究而发现上述气泡缺陷产生的原因是因为浅沟的基底表面的 非晶质硅层含有碳及氧，使得硅基底与后续形成的氧化物衬垫层之间教着 不良。而在形成氮化硅衬垫层之后，应力效应使得此种私着不良更加剧烈， 产生脊状物(ridge)现象，如图1所示，进而影响到后续的工艺步骤以及良率。 详言之，在蚀刻形成浅沟之后，发现在浅沟底部的非晶硅层含有若干物质， 此等物质在后续的工艺中会影响浅沟隔离结构的制造。专利技术人使用俄歇电 子能讀4义(Auger Electron Spectroscopy, AES)对蚀刻后的浅沟表面测定，测 出有碳及氧的存在，其测定结果如图2所示，显示硅、碳、及氧均存在于 硅层表面中。此层无法藉由一般的RCA清洗法去除。然而，专利技术人发现使用惰性气体对上述蚀刻后的表面进行轰击以移除 表面的非晶形硅层，此时，非晶形硅层表面上吸附或结合的含碳或氧的物 质，可一并去除，经过这样的处理，可有效避免气泡缺陷。图3显示如图2 的非晶硅层表面经过氩气等离子体溅射处理以移除一薄层后，所得的俄歇 电子能谱仪测试结果，测得硅存在，而碳及氧的量已被大致去除。可知经 过移除一薄层的硅层，可一并去除含碳或氧的物质。并且，在经过氧化物 沉积填满浅沟后，未发现气泡状缺陷，可知经过含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种避免产生气泡缺陷的浅沟绝缘结构工艺，包括：提供半导体基底，其上形成有垫氧化层以及垫氮化层；形成光致抗蚀剂层于该垫氮化层上，及进行光刻工艺以将该光致抗蚀剂层图案化而部分曝露出该垫氮化层；蚀刻该曝露的垫氮化层及其下方的垫氧化层，形成开口；经由该开口蚀刻该半导体基底，形成浅沟；移除该光致抗蚀剂层，而于该浅沟的底部表面留有含碳或氧的物质；移除该浅沟的底部表面所留有的该含碳或氧的物质；于该浅沟的表面上形成氧化物衬垫层；于该氧化物衬垫层上形成氮化硅衬垫层；以及进行化学气相沉积工艺，在该浅沟内沉积并填满介电层。

【技术特征摘要】
1. 一种避免产生气泡缺陷的浅沟绝缘结构工艺，包括提供半导体基底，其上形成有垫氧化层以及垫氮化层；形成光致抗蚀剂层于该垫氮化层上，及进行光刻工艺以将该光致抗蚀剂层图案化而部分曝露出该垫氮化层；蚀刻该曝露的垫氮化层及其下方的垫氧化层，形成开口；经由该开口蚀刻该半导体基底，形成浅沟；移除该光致抗蚀剂层，而于该浅沟的底部表面留有含碳或氧的物质；移除该浅沟的底部表面所留有的该含碳或氧的物质；于该浅沟的表面上形成氧化物衬垫层；于该氧化物衬垫层上形成氮化硅衬垫层；以及进行化学气相沉积工艺，在该浅沟内沉积并填满介电层。2. 如权利要求1所述的浅沟绝缘结构工艺，其中移除该浅沟的底部表 面所留有的该含碳或氧的物质的步骤是藉由使用惰性气体对该浅沟的底部 表面轰击以移除表层而进行。3. 如权利要求2所述的浅沟绝缘结构工艺，其中该惰性气体是择自氩 与氦所组成的组群。4. 如权利要求2所述的浅沟绝缘结构工艺，其中该移除的表层具有数 A至100A的厚度。5. 如权利要求2所述的浅沟绝缘结构工艺，其中对该浅沟的底部表面 轰击是使用等离子体溅射的方式进行。6. 如权利要求1所述的浅沟绝缘结构工艺，其中该半导体基底包括硅。7. 如权利要求1所述的浅沟绝缘结构工艺，其中移除该浅沟的底部表 面所留有的该含碳或氧的物质的步骤是藉由将该浅沟的底部加热以释出该 含碳或氧的物质而进行。8. 如权利要求7所述的浅沟绝缘结构工艺，其中将该浅沟的底部加热 是使用射频加热的方式进行。9. 如权利要求7所述的浅沟绝缘结构工艺，其中蚀刻该垫氮化层、垫 氧化层、及该半导体基底、移除该光致抗蚀剂层、及将该浅沟的底部加热 是在同 一反应室中原位进行。10. 如权利要求7所述的浅沟绝缘结构工艺，其中将该浅沟的底部加热 与蚀刻该半导体基底是在不相同的反应室中进行。11. 如权利要求7所述的浅沟绝缘结构工艺，其中将该浅沟的底部加热 与形成该氧化物衬垫层、形成该氮化硅衬垫层、以及在该浅沟内沉积并填 满该介电层是在同一反应室中进行。12. —种避免产生气泡缺陷的浅沟绝缘结构工艺，包括 提供半导体基底，其上形成有垫氧化层以及垫氮化层；形成光致抗蚀剂层于该垫氮化层上，及进行光刻工艺以将该光致抗蚀 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴欣昌，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]