專(zhuān)利名稱(chēng)：淺溝隔離的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于半導(dǎo)體集成電路淺溝隔離的制造方法。特別是有關(guān)于一種沉積不同吸收系數(shù)的SiON反射層，以減少氮化硅膜厚對(duì)曝光的影響，并可控制STI開(kāi)口寬度而控制活性區(qū)的尺寸并改善STI的填溝性能。
背景技術(shù)：
集成電路制造技術(shù)隨著摩爾定律而快速向微小化發(fā)展，晶片尺寸因集成度提高而不斷縮小以增加晶片單位面積的元件數(shù)量。生產(chǎn)線上使用的線寬(critical dimension，CD)已由次微米(Sub-micron)進(jìn)入納米(nano-miter，nm)領(lǐng)域，使用的曝光光源大部份使用248nm，甚至193nm的波長(zhǎng)，以增進(jìn)解析度。無(wú)論元件尺寸如何縮小，元件間仍需適當(dāng)?shù)赜枰愿綦x或絕緣。隔離技術(shù)(isolation technology)已由局部氧化法(LOCOS)進(jìn)步到淺溝槽隔離(shallow trench isolation，STI)。STI具有隔離區(qū)面積小及平坦性佳的優(yōu)點(diǎn)，尤其配合化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)技術(shù)，使平坦化更為理想。一般公知的STI技術(shù)如圖1所示，圖1為STI工藝的剖面的流程圖。如圖1(a)所示，先在硅基板101上先成長(zhǎng)一層墊氧化層(pad oxide)102，于其上沉積一層氮化硅(Si3N4)103，再如圖1(b)所示，沉積一層特定厚度的氮氧化硅(SiON)104。如圖1(c)所示，利用STI光罩使光阻曝光以便蝕刻溝槽。但由于氮化硅層103在波長(zhǎng)248nm或193nm的光源下，其吸收系數(shù)接近于0，致使SION層104的反射率易受底層的氮化硅層103的厚度變動(dòng)所影響，易使光阻105曝光后的開(kāi)口不足，導(dǎo)致顯影后檢查(after development inspection，ADI)的尺寸變動(dòng)太大，因而不易控制活性區(qū)(active area，AA)的尺寸，影響元件的性能及合格率；于回填氧化層107至溝槽中時(shí)，亦因縱深比(aspect ratio)太大而不易平坦，并形成空洞108，使絕緣性能受影響。如圖1(e)所示。
圖2的曲線201顯示氮化硅層103的厚度對(duì)沉積一般SiON層104的反射率的關(guān)系圖。由圖2曲線201可看出，反射率在氮化硅層103的厚度為930時(shí)SiON的反射率最小為0.025，氮化硅層103的厚度增加時(shí)反射率則成線性上升。故氮化硅層103的厚度影響反射率，使得一般SiON不能有效抗反射，使顯影后檢視的尺寸(ADI CD)產(chǎn)生變化，使蝕刻后的溝槽的寬度不一，甚至開(kāi)口不足。圖3的曲線301顯示用不同的氮化硅層103的厚度所得ADI尺寸的關(guān)系圖。由圖3的曲線301可看出，氮化硅層103的厚度為910時(shí)，ADI的尺寸為0.146μm；950時(shí)，ADI尺寸為0.16μm，1030時(shí)ADI尺寸為0.18μm，1064時(shí)ADI尺寸為0.186μm。因此，若氮化硅層103的厚度在晶圓與晶圓之間(wafer to wafer)或在同一晶圓上(within wafer)有變化時(shí)，ADI的尺寸在晶圓上不同位置即不同，以致影響元件性能，或產(chǎn)晶的合格率。

發(fā)明內(nèi)容
由于公知的淺溝槽的制造方法不能確實(shí)控制顯影后溝槽的尺寸，致蝕刻的溝槽開(kāi)口寬度不一，因此本發(fā)明的目的為提供一種淺溝槽隔離的制造方法，以控制活性區(qū)的尺寸(active area CD，AA CD)。
本發(fā)明的次一目的為提供一種淺溝槽隔離的制造方法，使硬罩(hard mask)分為二或三層。上層硬罩的蝕刻形成后退(Pull back)效果，淺溝槽的上層開(kāi)口因而變大，使氧化硅的填溝性能獲得改進(jìn)。
為達(dá)成上述目的及其他目的，依據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，為一種淺溝隔離的制造方法，以減少氮化硅膜厚度對(duì)反射率的影響而控制電晶體活性區(qū)的尺寸，至少包含下列步驟(a)于硅基板上沉積墊氧化硅膜/氮化硅膜作蝕刻的硬罩(hard mask)；(b)于氮化硅膜上先沉積一層高吸收系數(shù)的氮氧化硅層(SiON)，再沉積一層低吸收系數(shù)的氮氧化硅層作為抗反射層；(c)以淺溝槽圖案的光罩曝光及顯影光阻以形成淺溝槽的蝕刻罩幕；(d)蝕刻氮氧化硅、氮化硅、墊氧化層及硅基底，形成淺溝槽；(e)在淺溝槽側(cè)壁及底部成長(zhǎng)氧化層以除去損傷，減少漏電；(f)在淺溝槽內(nèi)及氮氧化硅上沉積氧化硅層以填滿溝槽；(g)以化學(xué)機(jī)械研磨使之平坦化。
依據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，至少包含下列步驟(a)于硅基板上沉積墊氧化硅膜/氮化硅膜作蝕刻的硬罩(b)于氮化硅膜上開(kāi)始沉積高吸收系數(shù)的氮氧化硅層，于達(dá)到一定厚度后改變硅烷及笑氣的流量，使氮氧化硅的吸收系數(shù)降低，繼續(xù)沉積低吸收系數(shù)的氮氧化硅至一定厚度；(c)以淺溝槽圖案的光罩曝光及顯影光阻以形成淺溝槽的蝕刻罩幕；(d)蝕刻氮氧化硅、氮化硅、墊氧化層及硅基底，形成淺溝槽；(e)在淺溝槽側(cè)壁及底部成長(zhǎng)氧化層以除去損傷，減少漏電；(f)在淺溝槽內(nèi)及氮氧化硅上沉積氧化硅層以填滿溝槽；(g)以化學(xué)機(jī)械研磨使之平坦化。


圖1為STI藝的剖面的流程圖。
圖2顯示氮化硅層的厚度對(duì)具有一般吸收系數(shù)的抗反射層SiON層的反射率的關(guān)系圖。
圖3顯示氮化硅層的厚度所得ADI尺寸的關(guān)系圖。
圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例的制造流程的剖面圖。
101基板 102墊氧化層103氮化硅 104氮氧化硅105光阻 106溝槽107回填氧化層 108空洞201氮化硅層厚度對(duì)具有一般吸收系數(shù)的抗反射層SiON層的反射率的關(guān)系曲線202氮化硅層其上具有高吸收系數(shù)的氮氧化硅層及低吸收系數(shù)的氮氧化硅層作為抗反射層時(shí)，氮化硅膜厚對(duì)反射率的關(guān)系曲線301不同的氮化硅層的厚度所得ADI尺寸的關(guān)系曲線
302有高吸收系數(shù)的氮氧化硅層及低吸收系數(shù)的氮氧化硅層作抗反射層，氮化硅膜厚對(duì)反射率的關(guān)系曲線401高吸收系數(shù)的氮氧化硅抗反射層402低吸收系數(shù)的氮氧化硅抗反射層403光阻405襯氧化層406氧化硅層具體實(shí)施方式
請(qǐng)參考圖4。圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例的制造流程的剖面圖。圖4(a)顯示于硅基底101上以干氧化法成長(zhǎng)一層墊氧化層102，其厚度約為50至200以減少硅表面的缺陷，并減緩其后沉積的氮化硅層103的應(yīng)力，再于墊氧化層102上以LPCVD或PECVD法沉積一層氮化硅層103，其厚度約為500至2000，作為蝕刻淺溝槽時(shí)的硬罩。
參考圖4(b)，圖4(b)顯示于氮化硅層103上先沉積一層高吸收系數(shù)的氮氧化硅層401，再沉積一層低吸收系數(shù)的氮氧化硅層402作抗反射層。沉積高吸收系數(shù)的氮氧化硅層的方法例如利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)法，使用的氣體源例如為硅院(SiH4)笑氣(N2O)溫度維持300℃至450℃。沉積時(shí)的壓力約為2Torr至3.5Torr。高介質(zhì)常數(shù)的氮氧化硅的氣體流量如硅烷約200sccm至250sccm，笑氣約為50sccm至200sccm。通過(guò)調(diào)整硅烷及笑氣的流量改變吸收系數(shù)值。低吸收系數(shù)的氮氧化硅的氣體流量如硅烷約150sccm至250sccm，笑氣約為350sccm至500sccm。
參考圖4(c)，圖4(c)顯示在低介質(zhì)常數(shù)的氮氧化硅層402上先涂上一層光阻，曝光及顯影光阻以形成淺溝槽的蝕刻罩幕403。于使用248nm或193nm的光源曝光時(shí)，因?yàn)橛懈呶障禂?shù)的氮氧化硅層401及低吸收系數(shù)的氮氧化硅層402，即使吸收系數(shù)接近于0的氮化硅層103的厚度改變，亦不致使反射率改變。請(qǐng)參考圖2，曲線202為氮化硅層103由900改變至1100時(shí)，氮化硅上沉積高吸收系數(shù)的氮氧化硅層401及低吸收系數(shù)的氮氧化硅層402的反射率隨氮化硅膜厚變化關(guān)系圖，可見(jiàn)其值固定為0.07而不變化。比較圖2的曲線201，僅有一般吸收系數(shù)的氮氧化硅層104(參考圖1)的反射率隨氮化硅層103的厚度而改變。請(qǐng)參考圖3，圖3的曲線302是以高吸收系數(shù)的氮氧化硅層401及低吸收系數(shù)的氮氧化硅層402作抗反射層，STI曝光顯影后對(duì)圖案作檢查時(shí)的開(kāi)口尺寸在不同氮化硅層103厚度時(shí)STI的開(kāi)口尺寸可維持一定值。比較圖3的曲線301，僅有一般氮氧化硅層104(參考圖1)作抗反射層，STI的開(kāi)口尺寸隨氮化硅層104的厚度的改變而改變，使開(kāi)口尺寸失去控制。
回到圖4，圖4(d)顯示蝕刻后的溝槽及抗反射層的開(kāi)口。蝕刻例如利用干式蝕刻。于蝕刻進(jìn)行中，抗反射層401、402的蝕刻率較氮化硅層103及硅基底101的蝕刻率快，故有后退(pull back)，使抗反射層401、402的開(kāi)口較氮化層103的開(kāi)口大，因而有助于填入氧化硅層406時(shí)不致形成空洞，增加合格率，減少漏電流。
參考圖4(e)。圖4(e)顯示在溝槽內(nèi)填入氧化硅406的結(jié)果。在淺溝槽開(kāi)口內(nèi)先以干氧化法成長(zhǎng)一層襯氧化層405，以消除溝槽底部及側(cè)壁上因蝕刻形成的損傷，再沉積氧化硅406于溝槽內(nèi)。氧化硅406的沉積例如使用高密度等離子化學(xué)氣相沉積(High DensityPlasma，HDPCVD)，使用氧氣(O2)硅烷(SiH4)反應(yīng)氣體，并間歇性地以氬氣(Argon，Ar)等離子濺擊使之平坦化。淺溝槽隔離至此完成。
本發(fā)明第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的差別在于沉積高吸收倍數(shù)的氮氧化硅層及低吸收系數(shù)的氮氧化硅層的方法不同。第一實(shí)施例為兩次沉積高吸收系數(shù)的氮氧化硅層401及低吸收系數(shù)的氮氧化硅層402，而第二實(shí)施例采用一次沉積的方式。即晶圓進(jìn)入沉積腔室后，先以高流量的硅院及低流量的笑氣沉積高吸收系數(shù)的氮氧化硅，然后漸漸減少硅烷的流量并增如笑氣的流量以逐漸增加氮氧化硅的氮含量，而成為低吸收系數(shù)的氮氧化硅。
權(quán)利要求
1.一種淺溝隔離的制造方法，其特征是，至少包含下列步驟(a)于硅基板上沉積墊氧化硅膜/氮化硅膜作蝕刻的硬罩；(b)于氮化硅膜上先沉積一層高吸收系數(shù)的氮氧化硅層，再沉積一層低吸收系數(shù)的氮氧化硅層作抗反射層；(c)以淺溝槽圖案的光罩曝光及顯影光阻以形成淺溝槽的蝕刻罩幕；(d)蝕刻氮氧化硅、氮化硅、墊氧化層及硅基底，形成淺溝槽；(e)在淺溝槽側(cè)壁及底部成長(zhǎng)氧化層以除去損傷，減少漏電；(f)在淺溝槽內(nèi)及氮氧化硅上沉積氧化硅層以填滿溝槽；(g)以化學(xué)機(jī)械研磨使之平坦化。
2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是，該墊氧化膜的厚度為50至200。
3.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是，該氮化硅膜的厚度為500至2000。
4.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是，該高吸收系數(shù)的氮氧化硅層的沉積是利用PECVD法沉積，并控制其硅烷的氣體流量為200sccm至350sccm，笑氣的氣體流量為50sccm至200sccm。
5.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是，該低吸收系數(shù)的氮氧化硅層的沉積是利用PECVD法沉積，并控制其硅烷的氣體流量為150sccm至250sccm，笑氣的氣體流量為350sccm至500sccm。
6.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是，該高吸收系數(shù)的氮氧化硅層的吸收系數(shù)大于1.2，厚度為200至2000。
7.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是，該低吸收系數(shù)的氮氧化硅層的吸收系數(shù)為0.2至0.4，厚度為200至500。
8.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是，該淺溝槽的蝕刻深度為2500至5000。
9.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是，成長(zhǎng)該淺溝槽側(cè)壁及底部的氧化層為干氧化法。
10.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是，填入該淺溝槽的氧化硅層是利用高密度等離子化學(xué)氣相沉積法，以氧氣及硅烷作反應(yīng)氣體，并間歇性地以氬氣等離子濺擊使之平坦化。
11.一種淺溝隔離的制造方法，其特征是，至少包含下列步驟(a)于硅基板上沉積墊氧化硅膜/氮化硅膜作蝕刻的硬罩；(b)于氮化硅膜上開(kāi)始沉積高吸收系數(shù)的氮氧化硅層，于達(dá)到一定厚度后改變硅烷及笑氣流量，使氮氧化硅的吸收系數(shù)降低，至吸收系數(shù)達(dá)0.3時(shí)，維持硅烷及笑氣的流量，繼續(xù)沉積低吸收系數(shù)氮氧化硅至一定厚度；(c)以淺溝槽圖案的光罩曝光及顯影光阻以形成淺溝槽的蝕刻罩幕；(d)蝕刻氮氧化硅、氮化硅、墊氧化層及硅基底，形成淺溝槽；(e)在淺溝槽側(cè)壁及底部成長(zhǎng)氧化層以除去損傷，減少漏電；(f)在淺溝槽內(nèi)及氮氧化硅上沉積氧化硅層以填滿溝槽；(g)以化學(xué)機(jī)械研磨使之平坦化。
12.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征是，該墊氧化膜的厚度為50至200。
13.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征是，該氮化硅膜的厚度為500至2000。
14.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征是，該高吸收系數(shù)的氮氧化硅層及低吸收系數(shù)的氮氧化硅層的沉積是利用PECVD法沉積，控制其氣體流量自硅烷的氣體流量200sccm至350sccm，笑氣的氣體流量50sccm至200sccm，漸變至硅烷的氣體流量150sccm至250sccm，笑氣的氣體流量350sccm至500sccm。
15.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征是，該高吸收系數(shù)的氮氧化硅層的吸收系數(shù)大于1.2，厚度為200至2000。
16.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征是，該低吸收系數(shù)的氮氧化硅層的吸收系數(shù)為0.2至0.4，厚度為200至500。
17.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征是，該淺溝槽的蝕刻深度為2500至5000。
18.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征是，成長(zhǎng)該淺溝槽側(cè)壁及底部的氧化層為干氧化法。
19.如權(quán)利要求11所述的制造方法，其特征是，填入該淺溝槽的氧化硅層是利用高密度等離子化學(xué)氣相沉積法，以氧氣及硅烷作反應(yīng)氣體，并間歇性地以氬氣等離子濺擊使之平坦化。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種淺溝隔離的制造方法。在氮化硅膜上沉積一特定厚度的不同吸收系數(shù)的SiON，包含以下步驟(a)于硅基板上沉積墊氧化硅膜/氮化硅膜作蝕刻的硬罩；(b)于氮化硅膜上先沉積一層高吸收系數(shù)的氮氧化硅層，再沉積一層低吸收系數(shù)的氮氧化硅層作抗反射層；(c)以淺溝槽圖案的光罩曝光及顯影光阻以形成淺溝槽的蝕刻罩幕；(d)蝕刻氮氧化硅、氮化硅、墊氧化層及硅基底，形成淺溝槽(e)在淺溝槽側(cè)壁及底部成長(zhǎng)氧化層以除去損傷，減少漏電；(f)在淺溝槽內(nèi)及氮氧化硅上沉積氧化硅層以填滿溝槽；(g)以化學(xué)機(jī)械研磨使之平坦化。
文檔編號(hào)H01L21/76GK1531056SQ03119179
公開(kāi)日2004年9月22日 申請(qǐng)日期2003年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月13日
發(fā)明者林平偉, 郭國(guó)權(quán), 姜兆聲 申請(qǐng)人:矽統(tǒng)科技股份有限公司