浅沟槽隔离结构的形成方法技术

一种浅沟槽隔离结构的形成方法。首先，提供一具有一沟槽的基底，并使用单一晶圆制程的湿氧化法在沟槽的表面顺应性形成氧化硅层，作为衬氧化硅层；对基底及衬氧化硅层实施一临场回火处理；最后，在沟槽中完全填入一绝缘层，完成浅沟槽隔离结构的制作。具有增加每一持制晶圆的衬氧化硅层的均匀性、释放应力及防止掺杂物从元件区扩散至浅沟槽隔离结构的功效。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种半导体制程，特别是有关于一种形成浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)结构的方法。
技术介绍
在半导体积体电路中的隔离区是用以隔离与其相邻的元件区，而防止载子从基底渗透至邻近的元件当中。在各种元件隔离技术中，局部硅氧化方法(LOCOS)和浅沟槽隔离区制程是最常采用的两种技术，尤其后者，因具有隔离区域小和完成后仍保持基底平坦性等优点，更是近来颇受重视的半导体制造技术。参阅图1所示，其为传统的浅沟槽隔离结构的剖面示意图，一垫氧化硅层(pad oxide)及一氮化硅层(未绘示)是形成于一基底10上。基底10中具有一沟槽，其乃通过微影蚀刻程序图案化氮化硅层及垫氧化硅层之后，以图案化的氮化硅层作为罩幕来对基底10进行蚀刻而形成。沟槽表面的衬氧化硅层(liner oxide layer)14是利用热氧化法所形成。元件隔离结构16是先由化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)在氮化硅层上形成一氧化层并填入沟槽中，再以化学机械研磨法(cemical mechanic polishing，CMP)去除氮化硅层上方多余的氧化硅层而完成。之后，去除氮化层及垫氧化硅层，如此便完成浅沟槽隔离结构的制作。其主要缺陷在于1、由于由氧化硅所构成的元件隔离结构16的性质与垫氧化硅层及衬氧化硅层14相近，当利用蚀刻溶液在去除垫氧化硅层时，由氧化硅所构成的元件隔离结构16难免会同时被蚀刻，使得沟槽顶部角落20的衬氧化硅层14尖化，引起电场集中，而造成沟槽顶部角落20的绝缘效果变差，进而出现异常的元件特性。2、再者，于蚀刻基底10，以形成沟槽及再利用热氧化法形成衬氧化硅层14时，都会在基底10中产生应力，举例而言，应力会集中于沟槽的顶部角落20及底部角落22，而产生漏电流。3、另外，以热氧化法来形成衬氧化硅层需要较多的制程时间，因而使产能下降。4、再者，由于典型的半导体厂是以批式炉管(batch furnace)来进行上述热氧化制程，所以不易控制薄膜的均匀性，而降低元件的可靠度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，其中衬氧化硅层是在高温下通过单一晶圆制程的湿氧化法所形成，以在沟槽顶部角落获得一圆化的衬氧化硅层，达到增加每一持制晶圆的衬氧化硅层的均匀性的目的。本专利技术的另一目的是提供一种，其在形成衬氧化硅层之后，实施一临场回火处理，达到释放应力及防止掺杂物从元件区扩散至浅沟槽隔离结构的目的。本专利技术的目的是这样实现的一种。首先，提供具有一沟槽的基底；接着，使用单一晶圆制程的湿氧化法，在沟槽的表面顺应性形成一氧化硅层，以作为一衬氧化硅层；之后，对基底及衬氧化硅层实施一临场回火处理；最后，在沟槽中完全填入一绝缘层，而完成浅沟槽隔离结构的制作。其中，氧化硅层的厚度在150-250埃的范围，且其可使用氢气及氧气作为反应气体，而在1100-1200℃的温度范围下形成。再者，氢气的流量在10-16slm的范围，及氧气的流量在5-8sls的范围。临场回火处理的温度在1100-1200℃的范围，进行时间在20-60秒的范围。绝缘层是由高密度电浆所形成的氧化物。下面结合较佳实施例和附图详细说明。附图说明图1是传统的制造浅沟槽隔离结构的剖面示意图。图2-图8是本专利技术的的剖面示意图。具体实施例方式参阅图2-图8所示，本专利技术的包括如下步骤。首先，参阅图2所示，提供一基底30，例如一硅基底，在基底100表面上形成有罩幕层35，罩幕层35较佳的厚度为200-3500，其可为单层结构或多数层的堆叠结构。如图2所示，罩幕层35较佳是由一层垫氧化硅层32与一层较厚的氮化硅层34所组成。其中，形成垫氧化硅层32的方法可为热氧化法，或是以传统的常压或低压化学气相沉积法(LPCVD)沉积而成。在垫氧化硅层32之上的氮化硅层34可利用低压化学气相沉积法，以二氯硅烷与氨气为反应原料沉积而成。接着在罩幕层35表面上形成一层光阻层36。之后，通过传统微影制程，于光阻层36中形成一开口37，此开口37是用以定义浅沟槽隔离区。接下来，参阅图3所示，通过具有开037的光阻层36作为蚀刻罩幕，进行非等向性蚀刻制程，例如反应离子蚀刻(reactive ion etching，RIE)，以将光阻层36的开口37图案转移至罩幕层35中。接着，以适当蚀刻溶液或灰化处理，来去除光阻层36之后，通过罩幕层35作为蚀刻罩幕，进行非等向性蚀刻制程，例如反应离子蚀刻，以将罩幕层35的开口38下方的基底30蚀刻至一预定深度，而形成深度约为3000-6000的沟槽88。接下来，参阅图4-图5所示，进行本专利技术的关键步骤，参阅图4所示，在沟槽38的表面顺应性形成一氧化硅层40，以作为一衬氧化硅层，其厚度在150-250埃的范围。在本实施例中，为了使得沟槽38的顶部角落38a的氧化硅层40圆化(rounder)，氧化硅层40形成的方式，并不采用传统上利用批式炉管进行热氧化的方式，而是通过单一晶圆制程(single wafer process)的湿氧化法来形成。举例而言，可通过应材公司所提供的沉积设备(Thermal Process CommonCentura，TPCC)来进行单一晶圆制程的湿氧化。其中，是利用氢气及氧气作为湿氧化的反应气体。氢气的流量在10-16slm的范围，而氧气的流量在5-8slm的范围。较佳的氢气及氧气流量则分别为12及6slm。再者，湿氧化的工作压力在7-12 Torr的范围，而较佳的工作压力则在9-10 Torr的范围。再者，氧化硅层40的成长时间约在60-70秒之间。另外，TPCC所使用的成长温度(1000-1200℃)高于传统高温炉管的成长温度(800-900℃)。例如，本实施例中，较佳的成长温度为1150℃。同时，TPCC具有较高的升温速率及成长速率，因此可有效地缩短制程时间。接下来，参阅图5所示，在氮气(N2)或一氧化二氮(N2O)的氛围中，对基底30及氧化硅层40实施一临场(in-situ)回火处理41。进行的时间约在20-60秒的范围。此处，临场所指的是基底30从形成氧化硅层40到进行回火处理均在同一反应室，且没有破真空。在本实施例中，临场回火处理41的温度是与上述成长温度相同。亦即，回火温度在1000-1200℃的范围，而较佳的回火温度为1150℃。此处，在形成衬氧化硅层40之后进行临场回火处理41的目的有三第一，经由来自基底30的硅原子与来自氧化硅层40的氧原子完全键结，来修补沟槽38表面与氧化硅层40之间的粗糙界面，以加强衬氧化硅层40的绝缘特性；第二，释放在蚀刻沟槽38及形成衬氧化硅层40期间，形成于沟槽38的顶部角落38a及底部角落38b的应力，以防止元件操作时，在这些地方产生电场集中；第三，将氮原子扩散至氧化硅层40，并与其中的硅原子及氧原子产生键结。此Si-O-N键结可在后续的制程中，阻挡元件区的掺杂物(未绘示)扩散进入浅沟槽隔离结构，而增加元件的可靠度。另外，实施回火处理41，亦可在衬氧化硅层40上形成一密封层39，例如一氮氧化硅(SiON)层，以加强扩散阻障效果。接下来，参阅图6所示，一绝缘层42是形成于罩幕层35的上方，并完全填入沟槽38中。举例而言，前述的绝缘层4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征是：它至少包括下列步骤：　　　　（１）提供一基底，其上覆盖有一罩幕层；　　　　（２）蚀刻该罩幕层，以形成至少一开口，而露出该基底；　　　　（３）蚀刻该开口下方的基底，以在其中形成一沟槽；　　　　（４）于一既定温度下，通过单一晶圆制程的湿氧化法，在该沟槽表面顺应性形成一氧化硅层，以作为一衬氧化硅层；　　　　（５）于该既定温度下，对该基底及该氧化硅层实施一临场回火处理；　　　　（６）在该罩幕层上形成一绝缘层，并填入该沟槽；　　　　（７）去除该罩幕层上方的该绝缘层；　　　　（８）去除该罩幕层。

【技术特征摘要】
1.一种浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征是它至少包括下列步骤(1)提供一基底，其上覆盖有一罩幕层；(2)蚀刻该罩幕层，以形成至少一开口，而露出该基底；(3)蚀刻该开口下方的基底，以在其中形成一沟槽；(4)于一既定温度下，通过单一晶圆制程的湿氧化法，在该沟槽表面顺应性形成一氧化硅层，以作为一衬氧化硅层；(5)于该既定温度下，对该基底及该氧化硅层实施一临场回火处理；(6)在该罩幕层上形成一绝缘层，并填入该沟槽；(7)去除该罩幕层上方的该绝缘层；(8)去除该罩幕层。2.根据权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征是该湿氧化的反应气体是氢气及氧气。3.根据权利要求2所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征是该氢气的流量在10-16slm的范围，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建恺，郑丰绪，李瑞评，
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]