專利名稱：形成隔離元件時消除應(yīng)力與損傷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種形成隔離元件時消除應(yīng)力與損傷的方法，特別是有關(guān)一種形成淺溝槽隔離元件時消除應(yīng)力與損傷的方法。
(2)背景技術(shù)在集成電路制程中使用淺溝槽隔離(shallow-trench isolation)技術(shù)來隔離元件是常用的做法。一般而言，在一半導(dǎo)體底材上使用氮化硅作為遮罩，使用非等向性蝕刻制程來形成陡峭的溝槽。接著，以氧化物填滿溝槽以形成淺溝槽隔離元件，其表面是與底材的表面具有同一水平高度。
圖1A至圖1D為傳統(tǒng)方法形成淺溝槽隔離的剖面示意圖。參照圖1A所示，在硅底材110上形成一墊氧化層122(pad oxide layer)以保護硅底材110，此墊氧化層122會在形成犧牲氧化層之前移除。接著，以化學(xué)氣相沉積法在墊氧化層122上形成一氮化硅層124。接著，以一具有圖案的光阻層128作為遮罩在硅底材110上進行蝕刻程序以在硅底材110上形成若干溝槽結(jié)構(gòu)130，在蝕刻后移除光阻層128。
參照圖1B，以熱氧化的方法在溝槽結(jié)構(gòu)130的側(cè)壁上形成側(cè)壁氧化層131，接著，在硅底材110的表面及溝槽結(jié)構(gòu)130中填上一氧化硅層132。
參照圖1C，在密質(zhì)化過程(densification process)，例如氮氣中退火、或以干氧、濕氧側(cè)壁再氧化以形成淺溝槽隔離元件134后，以化學(xué)機械研磨方法移除在氮化硅層124上的氧化硅層132。
參照圖1D，利用熱磷酸剝除氮化硅層124。
然而，將所述的傳統(tǒng)方法應(yīng)用到較高集成電路制造，例如0.25微米制程時，應(yīng)力是需要加以考慮的一因素。舉例來說，在溝槽蝕刻時可能對半導(dǎo)體元件的主動區(qū)域造成應(yīng)力及損害，進而導(dǎo)致半導(dǎo)體元件的可靠度的降低。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種形成淺溝槽隔離元件時消除應(yīng)力與損傷的方法，以將高溫退火應(yīng)用于淺溝槽隔離元件形成過程中消除由蝕刻中所產(chǎn)生的應(yīng)力效應(yīng)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種形成淺溝槽隔離元件時消除應(yīng)力與損傷的方法，以防止溝槽隔離元件形成時所產(chǎn)生的可靠度的下降。。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種形成淺溝槽隔離元件時消除應(yīng)力與損傷的方法，以防止溝槽隔離元件的側(cè)壁氧化層形成所造成的可靠度的下降。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明的溝槽隔離元件形成時消除應(yīng)力與損傷的方法，其至少包括提供一半導(dǎo)體底材；蝕刻半導(dǎo)體底材以形成一溝槽結(jié)構(gòu)；及退火處理，例如以高溫退火或快速熱退火方式處理溝槽結(jié)構(gòu)，借以消除該溝槽結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，達到避免半導(dǎo)體元件可靠度降低的目的。也可于形成一側(cè)壁氧化層于溝槽結(jié)構(gòu)的一側(cè)壁上后，退火處理側(cè)壁氧化層，借以消除溝槽結(jié)構(gòu)的氧化層所產(chǎn)生的應(yīng)力。
為進一步說明本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)特點和效果，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。
(4)
圖1A至圖1D為以傳統(tǒng)方法形成淺溝槽隔離元件的一連串剖面示意圖；及圖2A至圖2D為以本發(fā)明方法進行溝槽結(jié)構(gòu)處理的一連串剖面示意圖。
(5)具體實施方式
本發(fā)明的方法可被廣泛地應(yīng)用到許多半導(dǎo)體設(shè)計中，并且可利用許多不同的半導(dǎo)體材料進行制作，當(dāng)本發(fā)明以一較佳實施例來說明本發(fā)明方法時，習(xí)知此領(lǐng)域的人士應(yīng)認識到許多的步驟是可以改變的，材料及雜質(zhì)也可替換，這些一般的替換無疑地亦不脫離本發(fā)明的精神及范疇。
其次，本發(fā)明用示意圖詳細描述如下，在詳述本發(fā)明實施例時，表示半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖在半導(dǎo)體制程中會不依一般比例作局部放大以利說明，然不應(yīng)以此作為限定。此外，在實際的制作中，應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
在此實施例中，一種形成淺溝槽隔離元件時消除應(yīng)力與損傷的方法，以于一溝槽隔離元件形成時避免一半導(dǎo)體元件的可靠度降低，其特點是至少包括提供一半導(dǎo)體底材；形成一墊氧化層于半導(dǎo)體底材上；形成一介電層，例如氮化硅層于墊氧化層上；形成一光阻層于介電層上，光阻層暴露介電層的一部份用以形成溝槽結(jié)構(gòu)之處；移除墊氧化層與介電層的部份以暴露出半導(dǎo)體底材的部份；蝕刻暴露出的半導(dǎo)體底材以形成溝槽結(jié)構(gòu)；及退火處理，例如以高溫退火或快速熱退火方式處理溝槽結(jié)構(gòu)，借以避免半導(dǎo)體元件的可靠度降低。接著可再形成一側(cè)壁氧化層于溝槽結(jié)構(gòu)的一側(cè)壁上；及退火處理側(cè)壁氧化層，借以消除溝槽結(jié)構(gòu)的氧化層所產(chǎn)生的應(yīng)力。
本發(fā)明的一實施例參照圖2A至圖2C。首先根據(jù)圖2A，提供一半導(dǎo)體底材10，例如硅底材，于其上形成一墊氧化層22以保護半導(dǎo)體底材10。利用化學(xué)氣相沉積的方法在墊氧化層22上形成一氮化硅層24。在氮化硅層24上形成一具有圖案的光阻層28以作為遮罩。
接著，參照圖2B，對氮化硅層24、墊氧化層22及半導(dǎo)體底材10進行蝕刻步驟以在半導(dǎo)體底材上形成一溝槽結(jié)構(gòu)30。光阻層28于蝕刻步驟完成后移除。
參照圖2C，圖中示出本發(fā)明的一關(guān)鍵步驟于一側(cè)壁氧化層31形成前，將溝槽結(jié)構(gòu)30以高溫退火或快速熱退火處理。溝槽結(jié)構(gòu)30的側(cè)壁在溝槽蝕刻過程中可能造成結(jié)構(gòu)損傷，此結(jié)構(gòu)損傷會導(dǎo)致半導(dǎo)體元件的可靠度降低。而高溫退火或快速熱退火的處理可以修補溝槽結(jié)構(gòu)30的側(cè)壁的結(jié)構(gòu)損傷，進而避免半導(dǎo)體元件的可靠度降低。而此高溫退火或快速熱退火的處理可于一包含氮氣的環(huán)境中進行。接著，以適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ跍喜劢Y(jié)構(gòu)30的側(cè)壁上形成側(cè)壁氧化層31。
圖2D所示亦為本發(fā)明的關(guān)鍵步驟之一。在沉積一氧化層32前，將側(cè)壁氧化層31以高溫退火或快速熱退火處理。高溫退火或快速熱退火的處理可以減少氧化層所產(chǎn)生的應(yīng)力，避免半導(dǎo)體元件的可靠度降低。而此高溫退火或快速熱退火的處理可于一包含氮氣的環(huán)境中進行，操作溫度約介于800℃至1200℃，操作時程約介于1分至1小時。接著，在溝槽結(jié)構(gòu)30中與氮化硅層24上填入氧化層32。
當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于一溝槽隔離元件形成時消除應(yīng)力與損傷的方法，其特征在于，包括提供一半導(dǎo)體底材；蝕刻該半導(dǎo)體底材以形成一溝槽結(jié)構(gòu)；及退火處理該溝槽結(jié)構(gòu)，借以消除該溝槽結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。
2.如權(quán)利要求1所述的消除應(yīng)力與損傷的方法，其特征在于，所述的退火至少包括于包含氮氣的一環(huán)境中進行高溫退火。
3.如權(quán)利要求1所述的消除應(yīng)力與損傷的方法，其特征在于，所述的退火至少包括于包含氮氣的一環(huán)境中進行快速熱退火。
4.如權(quán)利要求1的消除應(yīng)力與損傷的方法，其特征在于，所述的蝕刻步驟至少包括形成一墊氧化層于該半導(dǎo)體底材上；形成一介電層于該墊氧化層上；形成一光阻層于該介電層上，該光阻層暴露該介電層的一部份用以形成該溝槽結(jié)構(gòu)之處；移除該墊氧化層與該介電層的該部份以暴露出該半導(dǎo)體底材的該部份；及蝕刻暴露出的該半導(dǎo)體底材以形成該溝槽結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的消除應(yīng)力與損傷的方法，其特征在于，所述的介電層至少包括一氮化硅層。
6.如權(quán)利要求1所述的消除應(yīng)力與損傷的方法，其特征在于，還包括以一絕緣材料填滿該溝槽結(jié)構(gòu)以形成該溝槽隔離元件，其中，該絕緣材料至少包括氧化硅。
7.一種應(yīng)用于一溝槽隔離元件形成時消除應(yīng)力與損傷的方法，其特征在于，包括提供一半導(dǎo)體底材；蝕刻該半導(dǎo)體底材以形成一溝槽結(jié)構(gòu)；退火處理該溝槽結(jié)構(gòu)，借以消除該溝槽結(jié)構(gòu)的應(yīng)力；形成一側(cè)壁氧化層于該溝槽結(jié)構(gòu)的一側(cè)壁上；及退火處理該側(cè)壁氧化層，借以消除該溝槽結(jié)構(gòu)的氧化層所產(chǎn)生的應(yīng)力。
8.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用于一溝槽隔離元件形成時消除應(yīng)力與損傷的方法，其特征在于，還包括以一絕緣材料填滿該溝槽結(jié)構(gòu)以形成該溝槽隔離元件。
9.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用于一溝槽隔離元件形成時消除應(yīng)力與損傷的方法，其特征在于，所述的退火至少包括于包含氮氣的一環(huán)境中進行高溫退火。
10.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用于一溝槽隔離元件形成時消除應(yīng)力與損傷的方法，其特征在于，所述的退火至少包括于包含氮氣的一環(huán)境中進行快速熱退火。
全文摘要
本發(fā)明提供一種于一溝槽隔離元件形成時消除應(yīng)力與損傷的方法，至少包括提供一半導(dǎo)體底材；蝕刻半導(dǎo)體底材以形成一溝槽結(jié)構(gòu)；及退火處理，例如以高溫退火或快速熱退火方式處理溝槽結(jié)構(gòu)，借以消除溝槽結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，達到避免半導(dǎo)體元件可靠度降低的目的。也可在形成一側(cè)壁氧化層于溝槽結(jié)構(gòu)的一側(cè)壁上后，退火處理側(cè)壁氧化層，借以消除溝槽結(jié)構(gòu)的氧化層所產(chǎn)生的應(yīng)力。
文檔編號H01L21/70GK1450621SQ0210588
公開日2003年10月22日 申請日期2002年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月9日
發(fā)明者許淑雅 申請人:旺宏電子股份有限公司