TWI299519B - Method of fabricating shallow trench isolation structure - Google Patents

Description

12995AS twf.doc/g 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於1半導體 溝渠f•結構的製造方法’且特別

Ik著半導體技術的進 ^ , ^、凡件_隔_變得相t重要， ff豆路的縣。―般錢，會在元件m认-=離^件 ^而，局部矽氧化法仍具有多項缺點，包括由 =力之產生所衍生出的相關問題，以及形成於隔離結構 ，的鳥，區(bird’s beak)等。其中，鳥嘴區的形成對元件積 集度的提升最為不利。目此，現今㈣使㈣方法則為淺 溝渠隔離結構(shallow trench isolation，STI)製程。 圖1A至圖1B為習知之一種淺溝渠隔離結構的製作流 程剖面圖。首先，請參照圖1A，提供基底1〇〇。然後，於 基底100上形成圖案化墊層102。之後，以圖案化墊層1〇2 為罩幕，於基底1〇〇中形成溝渠1〇4。接著，在溝渠1〇4 表面上形成襯層106。然後，於基底100上形成絕緣層108, 並填滿溝渠104。 然後，請參照圖1B，用蝕刻的方式，將部分絕緣層 108移除，使絕緣層1〇8的高度低於基底1〇〇表面，以形 成絕緣層l〇8a。接著，以高密度電漿(high density plasma， 5 12995線 twf.doc/g 腿)化學氣相沈積法在溝渠1〇4中形成氧化層ιι〇。 然而’以姓刻方式移除部分絕緣層1〇8時，往往會同 時破壞圖案化塾層m的侧表面以及溝渠刚的角落處 ni的襯層106與基底100。當淺溝渠隔離結構完成之後， 角落處112便谷易產生漏電流而導致短路的情形發生，進 而影響元件的可靠度，並使得元件的良率降低。 另外，由於以餘刻方式所能移除絕 限，造成^出來的空間的高寬比過小，即_出 度過淺，使=後續以高密度電製化學氣相沈積法填入的 化層110因厚度不足而不容易被保留下來。、、 因此，如何使圖案化墊層102的 的角落處112的基底1⑻與襯層觸不受破=及溝渠104 ，化層U0的厚度，是本發明所要解決的r以及增加 【發明内容】 ％ ° 本發明的目的就是在提供 作方法，以避免圖案化塾層的側表面以製 底與襯層受到損害。 A角洛處的基 本兔明的另-目的是提供一種淺溝 i 作方法，从溝渠底部形成—層絕緣層，使=結構的製 變小，並二保留3有足夠的㈣以形成另-層‘:的尚寬比 ，發明提it{-錢；隔雜翻製作、ς 於基底上形成圖案化墊層。 方法，f先， 除部分基底，以於基底中形成料。:後，=層為罩幕移 化墊層與溝渠之表面上形成第一層、著基底#圖案 呀者，於第一絕 6

12995 t03twf.d〇c/g 緣層上形成第二絕緣層，並填滿部分溝渠。之後，於基底 上形成第二絕緣層，並填滿溝渠。繼之，移除圖案化墊層 上之弟二絕緣層。而後，移除圖案化墊層。 本發明另提出一種淺溝渠隔離結構的製作方法，首 先，提供基底，且基底具有溝渠。然後，於基底表面上形 成第一絕緣層，第一絕緣層並填入部分溝渠中。接著，進 仃回火處理，使第一絕緣層再熱流。隨後，移除基底表面 上之第一絕緣層。繼之，利用高密度電漿化學氣相沈積法 形成第二絕緣層於第一絕緣層上。、 、本發明因僅於溝渠的底部形成例如是以硼碟矽玻璃 為材料的絕緣層，所以不需使用蝕刻的方式移除部分的此 、、、巴緣層，便此預留有足夠的空間來填入後續以高密度電雙 化學氣相沈積法形成的絕緣層。也就是說，利用高密度$ 漿化學氣相沈積所形成的絕緣層在溝渠中可以有足夠的尸 度’而更容易被保訂來’且不會因為進行_而造成: 層二襯，麟底的财。另外，麵磷軸軌緣層开二 之則’运可以形成—層例如是以氧化石夕為材料的^ 此層絕緣層可以防止_㈣魏緣層巾的摻例^ 爛或鱗）向外擴散(out_diffusion)。因此，可以担」 疋 靠度與良_。 了叫肖元件的可 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優 二懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細以 【實施方式】 7 oc/g I29951Swfd 圖2A至圖2F是依照本發明之_电 渠隔離結構之製作&㈣_ = 1、、、W7F的淺溝 Α ^ ?ηπ 口百先，凊參照圖2Α，提供 基底施。接者，於基底上 = 層的材質例如是氮切，形成方法例如 法。然後，將塾層圖案化以形成圖案化塾層搬广 以圖案化墊層202為罩幕，進行叙列制 200，以於絲巾職鮮2 =程歸部分基底 曰趋， 其中，㈣製程例如

疋非專向性_。此外，圖案化墊層2G2除了可以作為餘 刻=中二罩幕層之外，還可以作為後續製程中化學機械 研磨裝私中的研磨終止層。之後，在溝渠綱的表面上形 成襯層205，襯| 205的材質例如是氧化石夕，形成方法例 如是熱氧化法。 繼之，請參照圖2B，在基底200、圖案化墊層2〇2與 溝渠204之表面上形成絕緣層2〇6。絕緣層2〇6的材質例 如是氧化矽、氮化矽或氮氧化矽，形成方法例如是化學氣 相沈積法。 之後’請參照圖2C，於絕緣層206上形成絕緣層208, 且填滿部分溝渠204，也就是絕緣層208大部分形成於溝 渠204底部’少部分形成於溝渠204侧壁。絕緣層208為 具流動性（reflowable)的氧化物，例如硼磷矽玻璃 (borophospho-silicate glass ，BPSG)、石粦石夕玻璃 (phospho-silicate glass，PSG)或氟化矽玻璃（fiuorinated silicate glass，FSG)，形成方法例如是化學氣相沈積法。值 得一提的是，因為在形成絕緣層208之前，已先形成有絕 8 I2995M twf.doc/g 緣層206,目此可以避免絕緣層2〇8巾的推雜向外擴散。 然而、，僅使用化學氣相沈積法所形成的絕緣層，平整度往 往杈差且容易於絕緣層中形成隙縫。因此，可以在化學氣 相沈積步驟之後，對絕緣層2G8進行回火(annealing)^、， 使絕緣層208再熱流(re-fl0W)，以消除隙縫，並使絕緣層 208表面更平整。此時，溝渠2Q4側壁上的絕緣層2⑽會 流往溝渠204底部（圖2D)。在另一實施例中，、絕緣層2〇8 的材貝也可以是旋塗式玻璃（Spin_〇n_glass，S〇G)，此種材 料是以旋轉塗佈的方式形成於絕緣層206上，因此不會產 生隙縫且平整度更佳。 曰 接著，請參照圖2D，於基底200上形成絕緣層210， 並填滿溝渠204。絕緣層210的材質例如是氧化矽，形成 方法例如疋咼密度電漿(high (Jensity plasma，HDP)化學氣 相沈積法。 在一實施例中，溝渠204的深度例如為3000埃〜5000 埃，而絕緣層208形成在溝渠2〇4底部的厚度例如是介於 1500埃到2500埃之間，即例如是溝渠204的ι/2〜2/3高度。 因此在溝渠204中已預留有足夠的空間來繼續填入絕緣層 21〇,也就是說，後續填入的絕緣層210在溝渠2〇4中能具 有足夠的厚度而更容易被保留下來。另外，因已先於溝渠 204底部填入絕緣層208，對絕緣層210而言，溝渠204 之高寬比已經變小，故更有利於絕緣層210的填入製程， 而可避免孔洞(void)的形成。 隨後，請參照圖2E，移除圖案化墊層202上之絕緣層 12995lfcQtwfdoc/g 206、絕緣層208與絶緣層2l〇，以形成絕緣層2〇6a、絕緣 層208a與絕緣層210a。移除圖案化墊層2〇2上之絕緣層 206、絕緣層208與絕緣層210的方法例如是進行化學機^ 研磨，並利用圖案化墊層202作為研磨終止層。

繼之，請參照圖2F，移除圖案化墊層2〇2。移除圖案 化墊層202的方法例如疋進行濕式姓刻製程，所用的钱 液例如是熱磷酸。 X 、圖3A至圖3D是依照本發明之另一實施例所緣示的 淺溝渠隔離結構之製作流程剖面圖。首先，請彖昭圖3a， 提供基底200，基底200上已形成有圖案化墊層2“〇2、溝渠 2〇4、襯層205、絕緣層206與絕緣層208，並形成方、丰| ^A/圖2〇：所述相同，於此不再贊述。然後，移 化學機械研磨，並： 填滿ϊ。?參照w 3B ’於基底上形成絕緣層鳩，並 法例如是進Λ絕緣層通的材質例如是氧切，形成方 ρ 仃向密度電漿化學氣相沈積製程。 層21= 後j參照圖3C，移除圖案化塾層202上之絕緣 是進行化學緣層2他。雜輯層21%的方法例如 終止層。械研磨製程，並以圖案化墊層加作為研磨 繼之，枝么 明參照圖3D，進行蝕刻製程移除圖案化墊層 12995孤: f.doc/g ' 娜恤爾㈣_，卿_液例 ^上所述，本發明中的絕緣層208僅形成於溝渠204 的底邛所以不需使用蝕刻的方式來移除部分絕緣層 2〇8便成在溝渠2〇4中預留有足夠的空間來填入絕緣層 2^〇,如此，除了使絕緣層21〇在溝渠2〇4中可以有足夠的 厚度而更容易被保留下來外，也可避免在㈣的過程中對 墊層202、襯層2G5與基底200造成破壞而產生漏 〜短路的現象。再者，先填入絕緣層208於溝渠施 =I減小絕緣層210欲填入區域的高寬比，而使絕緣 更容易填入溝渠2G4*。此外，本發明中的絕緣層 2>〇6:以防止絕緣層中的摻雜向外擴散，因 咼兀件的可靠度與良率。 义 柄明’任何熟習此㈣者，在残 Γ，當可作些許之更動與潤飾，因此本發=二 當視後附之巾請專利顧所界定者為準。j之保—圍 【圖式簡單說明】 面圖 圖U至圖1Β為習知的淺溝渠隔離結構之製造流程剖 圖2Α至圖2F是依照本發明之一實 渠隔離結構之製作流程剖面圖。 例所、，、日不的成溝 圖3Α至圖3D是依照本發明另—每a 7 溝渠隔離結構之㈣絲剖面圖。心例麟示的淺 12995^9 twf.doc/g 【主要元件符號說明】 100、200 ··基底 102、202 :圖案化墊層 104、204 :溝渠 106、205 :襯層 108、108a、206、206a、206b、208、208a、208b、210、 • 210a、210b、210c :絕緣層 110 :氧化層 ❿ 112 :角落處

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Claims (1)

1299519 " 17633twfl.doc/006 96-12-21 十、申請專利範圍： 1·一種淺溝渠隔離結構的製作方法，包括： 於一基底上形成一圖案化墊層； 以該圖案化墊層為罩幕移除部分該基底，以於該基底 中形成一溝渠； 一 於該基底、該圖案化墊層與該溝渠之表面上形成一第 一絕緣層；

、、盖泪於if緣層上形成一第二絕緣層，並填滿部分該 /木，/、中該第二絕緣層為具流動性的氧化物； 於基底上形成—第三絕緣層，並填滿該溝渠； 移除該圖案化墊層上之第三絕緣層；以及 移除該圖案化墊層。 、2.如申請專魏圍# 1項所述之淺溝渠隔離結構的製 ，法’其巾該第二絕緣層包括以化學氣相沈積法所形成 的氧化物。

、3·如申請專魏圍第2項所述之淺溝渠隔離結構的製 4方法其中該第二絕緣層包括蝴碟石夕玻璃、鱗石夕破 氟化石夕玻璃。 一 4·如申請專利範圍第1項所述之淺溝渠隔離結構的製 作方法’其中該第二絕緣層的材質包括旋塗式玻璃。、 5·如申請專利範圍第1項所述之淺溝渠隔離結構的製 作方，，其中填滿部分該溝渠之該第二絕緣層的厚度為ς 溝七南度的1/2至2/3。 、、 6·如申請專利範圍第1項所述之淺溝渠隔離結構的製

13 1299519 17633twn.doc/006 96-12-21 作方法，其中該第一絕緣層 ^ 氮氧化矽。 、i括氧化矽、氮化矽或 7.如中請專利範圍第]項 :方法’其中該第-絕緣層“ 作方法’其中該第離結構的製

學氣相沈積法。 成方去包括面密度電漿化 9·如申請專利範圍第丨 作方法，更包括於該辟表面溝渠隔離結構的製 襯層。 本表面兵該弟-絕緣層之間形成一 ίο.如申請專利範圍第上項 製作方法，更包括移除 =之狀構的 一 a ΰ案化墊層上之第一絕緣層與第 一、、、巴緣層，於形成該第三絕緣層之前。 制』:圍第1項所述之淺溝渠隔離結構的

更匕括㈣成該第二絕緣層之後進行回火處 理，使該第二絕緣層再熱流。 12·—種淺溝渠隔離結構的製作方法，包括： 和:供一基底，該基底具有一溝竿； 於該基底表面上形成-第—絕緣層，該H緣層並 填入科南減巾，其巾該第—絕緣層為具流動性的氧化 進行回火處理，使該第一絕緣層再熱流； 移除該基底表面上之第一絕緣層；以及 14 S-) 1299519 17633twfl.doc/006 96-12-21 ，用M度電漿化學氣相沈積法形成〆第二絕緣層 於該弟一絕緣層上。 製作專利，團第^項所述之淺溝渠隔離結構的 ‘所形成的ϊ::第一絕緣層的材質包括以化學氣相沈積 製作冑專利*13顿狀顏雜離結構的 或氟化矽破=中該第一絕緣層包括硼磷矽玻璃、磷矽玻璃 製作^申，專利範園第12項所述之淺溝渠隔離結構的 尸乃〉去*，1 Φ繁—Ayy ]f-，S 罘一、、、巴緣層的材質包括旋塗式玻璃。 製作方ΐ 魏®第12項所狀淺雜隔離結構的 該溝渠高“ 渠之該g —絕、缘層的厚度為 製作方、^°申°月專利範圍帛12項所述之淺溝渠隔離結構的 絕緣=該==形成該第-絕緣層之前，形成-第三 製作方、本申圍第Η項所述之淺溝渠隔離結構的 積法。/ ，A該第二絕緣層的形成方法包括化學氣相沈 製作方：申：專利範圍a Η項所述之淺溝渠隔離結構的 一概層^，包括於該溝渠表面與該第一絕緣層之間形成 製作申，專利範圍第η項所述之淺溝渠隔離結構的 括進L、中移除該基絲面上之第-絕緣層的方法包 進仃一化學機械研磨法。

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