專利名稱：深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于集成電路的絕緣制程，且特別是有關(guān)于一種深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的內(nèi)部元件的積集度(integration)不斷地提升，相鄰元件間的間由于距離縮短，彼此電子干擾的可能性因而提高，為此，必須有適當(dāng)?shù)母綦x結(jié)構(gòu)，以避免元
一般而言，特別是針對(duì)高壓元件而言，為了隔絕位于低濃度深井區(qū)或是低濃度磊晶層中的高壓元件，必須使用深溝槽(de印trench)來達(dá)到所需要的隔絕程度?，F(xiàn)有關(guān)于制作深溝槽的方法如下，請(qǐng)參見圖1A-1C。請(qǐng)參見圖1A，首先提供一半導(dǎo)體基材102，于該半導(dǎo)體基材102之上依序形成磊晶層104、硬罩幕層106與光阻層108，接著利用微影制程，使光阻具有深溝槽的圖案。接著請(qǐng)參見圖1B，進(jìn)行一蝕刻步驟，將光阻層108的圖案轉(zhuǎn)移至硬罩幕層106，并接著依序蝕刻半導(dǎo)體基材102與磊晶層104，以形成一深溝槽110。之后請(qǐng)參見圖1C，依序去除圖案化光阻層108與硬罩幕層106，于深溝槽110中先順應(yīng)性地形成四乙氧基硅烷氧化層(TE0S-Oxide)112，接著，于四乙氧基硅烷氧化層112之上形成多晶娃層(polysilicon) 114并填滿該深溝槽110,之后回蝕刻去除位于嘉晶層104之上的四乙氧基硅烷氧化層112與多晶硅層114，以完成一現(xiàn)有的深溝槽結(jié)構(gòu)。由于現(xiàn)有制作深溝槽結(jié)構(gòu)時(shí)，深溝槽的深度約大于3. 5 μ m，其深度深于一般淺溝隔離結(jié)構(gòu)(shallow trench isolation, STI),因此進(jìn)行蝕刻制程時(shí)，不易獲得高深寬比(aspect ratio)的深溝槽,且輪廓(profile)不佳。再者,不易填充四乙氧基娃燒氧化層與多晶硅層，填充過程中可能于深溝槽中產(chǎn)生孔洞(void)，進(jìn)而影響深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的可靠度(reliability)。因此，業(yè)界亟需提供一種制作深溝槽結(jié)構(gòu)的方法，以解決上述提及的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，于沉積磊晶層之前與之后，分別形成第一溝槽與第二溝槽，以得到深溝槽，通過兩次的蝕刻步驟，使深溝槽的深度更深，且改善深溝槽的輪廓；由于形成第一溝槽與第二溝槽之后，分別形成襯層與填充層，通過兩次的填充步驟，降低回填襯層與填充層的困難度，提升深溝槽制程的產(chǎn)量。本發(fā)明提供一種深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，包括以下步驟提供一半導(dǎo)體基材；形成一第一溝槽于該半導(dǎo)體基材中；順應(yīng)性地形成一第一襯層于該第一溝槽的側(cè)壁與底部；形成一第一填充層于該第一襯層之上并填滿該第一溝槽；于該半導(dǎo)體基材與該第一溝槽之上形成一磊晶層；形成一第二溝槽穿過該磊晶層，且位于該第一溝槽之上；順應(yīng)性地形成一第二襯層于該第二溝槽的側(cè)壁與底部；以及形成一第二填充層于該第二襯層之上并填滿該第二溝槽。
在優(yōu)選的實(shí)施方 式中，形成該第一溝槽的方法包括形成一第一硬罩幕層于該半導(dǎo)體基材之上；形成一第一圖案化光阻層于該第一硬罩幕層之上；以及以該第一圖案化光阻層為罩幕，進(jìn)行一蝕刻步驟，以于該半導(dǎo)體基材中形成該第
一溝槽。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，形成該第一填充層之后，還包括移除位于該第一溝槽以外的該第一襯層與該第一填充層。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該第一硬罩幕層包括氮化硅或氮氧化硅。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，形成該第二溝槽的方法包括形成一第二硬罩幕層于該磊晶層之上；形成一第二圖案化光阻層于該第二硬罩幕層之上；以及以該第二圖案化光阻層為罩幕，進(jìn)行一蝕刻步驟，以于該磊晶層中形成該第二溝槽。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，形成該第二填充層之后，還包括移除位于該第二溝槽以外的該第二襯層與該第二填充層。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該第二硬罩幕層包括氮化硅或氮氧化硅。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該第一溝槽的深度與該第二溝槽的深度總合為約I 100 μ m0在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該第二溝槽的寬度大于該第一溝槽的寬度。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該第二溝槽的寬度等于該第一溝槽的寬度。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該半導(dǎo)體基材為P型，且該磊晶層為η型。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該半導(dǎo)體基材為η型，且該磊晶層為P型。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該第一襯層的厚度為約O. 001 I μ m。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該第二襯層的厚度為約O. 001 2μπι。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該第一襯層與該第二襯層的材料各自包括四乙氧基硅烷、二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該第一填充層與該第二填充層的材料包括多晶硅。綜上所述,本發(fā)明提供的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法,具有下述優(yōu)點(diǎn)(I)于沉積磊晶層之前與之后，分別形成第一溝槽與第二溝槽，以得到深溝槽，通過兩次的蝕刻步驟，使深溝槽的深度更深，且改善深溝槽的輪廓(profile)。(2)由于形成第一溝槽與第二溝槽之后，分別形成襯層與填充層，兩次的填充步驟，降低回填襯層與填充層的困難度，提升深溝槽制程的產(chǎn)量(throughput)。


圖IA IC為一系列剖面圖，用以說明現(xiàn)有形成深溝槽的流程。圖2A 2E為一系列剖面圖，用以說明本發(fā)明一較佳實(shí)施例形成深溝槽的流程。元件符號(hào)說明102-, 202......半導(dǎo)體基材104......嘉晶層106……硬罩幕層108……光阻層
110......深溝槽112......四乙氧基硅烷氧化層114......多晶硅層204......第一硬罩幕層206……第一光阻層208……第一溝槽208a……第一溝槽的側(cè)壁208b……第一溝槽的底部210......第一襯層212......第一填充層214……磊晶層304……第二硬罩幕層306……第二光阻層308……第二溝槽308a ......第二溝槽的側(cè)壁308b......第二溝槽的底部310……第二襯層312……第二填充層Dl……第一溝槽的深度D2……第二溝槽的深度Wl……第一溝槽的寬度W2……第二溝槽的寬度(D1+D2)……深溝槽的深度206’……第一圖案化光阻層306’ ......第二圖案化光阻層
具體實(shí)施例方式為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，詳細(xì)說明如下以下特舉出本發(fā)明的實(shí)施例，并配合所附附圖作詳細(xì)說明，而在附圖或說明中所使用的相同符號(hào)表示相同或類似的部分，且在附圖中，實(shí)施例的元件形狀或是厚度能放大以強(qiáng)調(diào)局部特征，或是簡(jiǎn)化以方便標(biāo)示。再者，附圖中各元件的部分將以分別描述說明，值得注意的是，附圖中未繪示或描述的元件可為所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)的技術(shù)人員所知的任何形式，另外，特定的實(shí)施例僅為揭示本發(fā)明使用的特定方式，其并非用以限定本發(fā)明。請(qǐng)參見圖2A到圖2E，將詳細(xì)說明本發(fā)明提供的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，此處須注意的是，為簡(jiǎn)化說明，圖2A到圖2E中僅顯示與制作深溝槽相關(guān)的流程，然而，熟知此技術(shù)的人員應(yīng)可知，于深溝槽之外還可形成其它主動(dòng)元件或被動(dòng)元件。請(qǐng)參見圖2A，首先提供一半導(dǎo)體基材202，于一實(shí)施例中，此半導(dǎo)體基材為一 P型基材，由硅基材摻雜P型摻質(zhì)而形成，P型摻質(zhì)例如為硼、鎵、鋁、銦或上述的組合。接著于半導(dǎo)體基材202之上依序形成一第一硬罩幕層204與第一光阻層206，其中第一硬罩幕層204可包括氮化硅或氮氧化硅，形成第一硬罩幕204的方法，例如為常壓化學(xué)氣相沉積法(atompheric pressure chemical vapor deposition, APCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積法(low-presuree chemical vapor deposition, LPCVD)或電衆(zhòng)增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積法(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)。之后提供一具有深溝槽圖案的光罩對(duì)準(zhǔn)第一光阻層206，通過曝光、顯影等圖案化步驟以形成第一圖案化光阻層206’。之后通過第一圖案化光阻層206’作為罩幕，進(jìn)行蝕刻步驟，使半導(dǎo)體基材202中形成一第一溝槽208，其中第一溝槽208具有一深度Dl與一寬度W1，深度Dl為約0. 5 50 μ m,較佳為約3 30 μ m,而寬度Wl為約0. I 10 μ m,較佳為約I 5 μ m,且深寬比為 約I 250 (Depth/width)。上述提及的蝕刻步驟，例如電漿蝕刻，其中蝕刻所需的氣體包括氟碳化物、碳氧化物、氬氣或氧氣，其中氟碳化物例如為三氟甲烷(CF3)、六氟乙烷(C2F6)、四氟乙烯(C2F4)或六氟丙烯(C3F6)15請(qǐng)參見圖2B，移除第一硬罩幕層204與第一圖案化光阻層206’，之后順應(yīng)性地(conformally)形成一第一襯層210于半導(dǎo)體基材202上(未標(biāo)示)、第一溝槽208的側(cè)壁208a與底部208b，其中第一襯層210具有絕緣隔離的作用，其材料包括四乙氧基硅烷氧化層(tetraethoxysilane oxide, TEOS-oxide)、二氧化娃(silicon oxide, SiO2)、氮氧化娃(silicon oxynitride, Si ON)、氮化娃(silicon nitride, Si3N4)或前述的復(fù)合層,然而,第一襯層210的材料并不限于上述提及的材料，也可使用其它具有絕緣效果的材料，另外第一襯層210的形成厚度為約0. 001 I μ m。于一較佳的實(shí)施例中，第一襯層210為四乙氧基娃燒氧化層(tetraethoxysilane oxide, TEOS-oxide)。形成第一襯層210的方法包括低壓化學(xué)沉積法(low-pressure chemical vapor deposition, LPCVD)、常壓化學(xué)氣相沉積法(atmospheric-pressure chemical vapor deposition, APCVD)或電衆(zhòng)增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)。接著,形成一第一填充層212于第一襯層210之上并填滿第一溝槽208,其中第一填充層212的材料包括多晶娃(polysilicon)、四乙氧基娃燒氧化層(tetraethoxysilaneoxide, TEOS-oxide)或氮氧化物(oxynitride),其能增加溝槽的應(yīng)力，避免產(chǎn)生缺陷(defect) ο形成第一填充層212的方法包括低壓化學(xué)沉積法(low-pressure chemicalvapor deposition, LPCVD)、常壓化學(xué)氣相沉積法(atmospheric-pressure chemical vapordeposition, APCVD)或電衆(zhòng)增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(plasma-enhanced chemical vapordeposition, PECVD)。接著移除位于該第一溝槽208以外的第一襯層210與第一填充層212,并曝露出位于第一溝槽208的第一襯層210與第一填充層212，可使用的方法例如回蝕刻步驟或是化學(xué)機(jī)械石開磨法(chemical mechanical polishing, CMP)。請(qǐng)參見圖2C,于半導(dǎo)體基材202與第一溝槽208之上形成一嘉晶層214,于一實(shí)施例中，當(dāng)半導(dǎo)體基材202為P型基材時(shí)，磊晶層214為η型，而形成的方法例如以磷、砷、氮、銻或上述的組合作為摻質(zhì)，利用化學(xué)氣相沉積法形成一非晶硅材料層，再對(duì)非晶硅材料層進(jìn)行固相磊晶步驟而得。于另一實(shí)施例中，當(dāng)半導(dǎo)體基材202為η型基材時(shí)，磊晶層214為P型。請(qǐng)參見圖2D，于磊晶層214之上依序形成一第二硬罩幕層304與第二光阻層306，其中第二硬罩幕層304包括氮化硅或氮氧化硅，之后提供一具有深溝槽圖案的光罩對(duì)準(zhǔn)第二光阻層306，通過曝光、顯影等圖案化步驟以形成第二圖案化光阻層306’。之后通過第二圖案化光阻層306’作為罩幕，進(jìn)行蝕刻步驟以形成一第二溝槽308穿過磊晶層214，且位于第一溝槽208的對(duì)應(yīng)上方而露出第一溝槽208，其中第二溝槽308具有一深度D2與一寬度W2，深度D2為約0. 5 50 μ m，較佳為約3 3(^111，而寬度12為約0. I 10 μ m，較佳為約I 5μπι，深寬比為約I 250 (D印th/width)。上述提及的蝕刻步驟如同前述，在此不再贅述。此處須注意的是，本發(fā)明所形成的第一溝槽208與第二溝槽308，兩溝槽的深度總合(D1+D2)為約I 100 μ m，兩溝槽的整體深寬比為約2 500 (D印th/width)。由于在形成磊晶層214之前與之后，進(jìn)行兩次蝕刻步驟以形成深溝槽，因此本發(fā)明的深溝槽深度較現(xiàn)有技術(shù)(一次蝕刻)更深，且可改善深溝槽的輪廓(profile)。、
另外，本發(fā)明的第二溝槽的寬度最好不小于第一溝槽的寬度W1。由于第一溝槽208中填充的材料不屬于磊晶材料，于成長(zhǎng)磊晶層214時(shí)，位于第一構(gòu)槽208之上的磊晶層晶向排列較差，若于此處形成其它元件，可能會(huì)導(dǎo)致元件效能受到損害，因此，第二溝槽308的寬度W2最好大于或等于第一溝槽208的寬度W1，以避免不純的磊晶層形成于第一溝槽208之上，而影響后續(xù)元件的效能。于一較佳實(shí)施例中，第二溝槽308的寬度W2大于第一溝槽208的寬度Wl為約O 5 μ m。

請(qǐng)參見圖2E，移除第二硬罩幕層304與第二圖案化光阻層306’，之后順應(yīng)性地(conformal Iy)形成一第二襯層310于第二溝槽308的側(cè)壁308a與底部308b,其中第二襯層310包括上述第一襯層210提及的材料與沉積方式。于一實(shí)施例中，第一襯層210與第二襯層310的材料較佳皆為四乙氧基硅烷氧化層(TEOS-oxide)。另外第二襯層310的形成厚度為約O. 001 2μπι。接著，形成一第二填充層312于第二襯層310之上并填滿第二溝槽308，其中第二填充層312的材料包括多晶娃(polysilicon)、四乙氧基娃燒氧化層(tetraethoxysilaneoxide,TEOS-oxide)或氮氧化物(oxynitride)。此處需注意的是,現(xiàn)有制作深溝槽制程中，填充深溝槽內(nèi)的材料時(shí)，由于深溝槽具有較高的深寬比(aspect ratio),會(huì)造成填充的困難度，容易使填充材料不完整，而于深溝槽中留下孔洞(void)，進(jìn)而影響絕緣結(jié)構(gòu)的可靠度(reliability)，因此，本發(fā)明通過兩次的溝槽形成步驟，分別進(jìn)行兩次的填充步驟，能降低回填襯層與填充層的困難，提高深溝槽制程的產(chǎn)能(throughput)。接著移除位于該磊晶層214上的第二襯層310與第二填充層312，并曝露出位于第二溝槽308的第二襯層310與第二填充層312，移除的方法包括回蝕刻步驟或化學(xué)機(jī)械研磨方法，于此處便完成本發(fā)明的深溝槽的結(jié)構(gòu)。雖然本發(fā)明已以多個(gè)較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作任意的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求范圍所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，包括以下步驟 提供一半導(dǎo)體基材； 形成一第一溝槽于該半導(dǎo)體基材中； 順應(yīng)性地形成一第一襯層于該第一溝槽的側(cè)壁與底部； 形成一第一填充層于該第一襯層之上并填滿該第一溝槽； 于該半導(dǎo)體基材與該第一溝槽之上形成一磊晶層； 形成一第二溝槽穿過該磊晶層，且位于該第一溝槽之上； 順應(yīng)性地形成一第二襯層于該第二溝槽的側(cè)壁與底部；以及 形成一第二填充層于該第二襯層之上并填滿該第二溝槽。
2.如權(quán)利要求I所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，形成該第一溝槽的方法包括 形成一第一硬罩幕層于該半導(dǎo)體基材之上； 形成一第一圖案化光阻層于該第一硬罩幕層之上；以及 以該第一圖案化光阻層為罩幕，進(jìn)行一蝕刻步驟，以于該半導(dǎo)體基材中形成該第一溝槽。
3.如權(quán)利要求I所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，形成該第一填充層之后，還包括移除位于該第一溝槽以外的該第一襯層與該第一填充層。
4.如權(quán)利要求2所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，該第一硬罩幕層包括氮化硅或氮氧化硅。
5.如權(quán)利要求I所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，形成該第二溝槽的方法包括 形成一第二硬罩幕層于該磊晶層之上； 形成一第二圖案化光阻層于該第二硬罩幕層之上；以及 以該第二圖案化光阻層為罩幕，進(jìn)行一蝕刻步驟，以于該磊晶層中形成該第二溝槽。
6.如權(quán)利要求I所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，形成該第二填充層之后，還包括移除位于該第二溝槽以外的該第二襯層與該第二填充層。
7.如權(quán)利要求5所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，該第二硬罩幕層包括氮化硅或氮氧化硅。
8.如權(quán)利要求I所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，該第一溝槽的深度與該第二溝槽的深度總合為約I 100 μ m。
9.如權(quán)利要求I所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，該第二溝槽的寬度大于該第一溝槽的寬度。
10.如權(quán)利要求I所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，該第二溝槽的寬度等于該第一溝槽的寬度。
11.如權(quán)利要求I所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，該半導(dǎo)體基材為P型，且該嘉晶層為η型。
12.如權(quán)利要求I所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，該半導(dǎo)體基材為η型，且該嘉晶層為P型。
13.如權(quán)利要求I所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，該第一襯層的厚度為約O. OOl I μ m0
14.如權(quán)利要求I所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，該第二襯層的厚度為約O. 001 2 μ m0
15.如權(quán)利要求I所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，該第一襯層與該第二襯層的材料各自包括四乙氧基硅烷、二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅。
16.如權(quán)利要求I所述的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，其特征在于，該第一填充層與該第二填充層的材料包括多晶硅。
全文摘要
本發(fā)明提供一種深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，包括以下步驟提供一半導(dǎo)體基材；形成一第一溝槽于一半導(dǎo)體基材中；順應(yīng)性地形成一第一襯層于第一溝槽的側(cè)壁與底部；形成一第一填充層于第一襯層之上并填滿第一溝槽；于半導(dǎo)體基材與第一溝槽之上形成一磊晶層；形成一第二溝槽穿過該磊晶層，且位于第一溝槽之上；順應(yīng)性地形成一第二襯層于第二溝槽的側(cè)壁與底部；以及形成一第二填充層于第二襯層之上并填滿第二溝槽。本發(fā)明的深溝槽絕緣結(jié)構(gòu)的制法，通過兩次的蝕刻步驟，使深溝槽的深度更深，且改善深溝槽的輪廓；通過兩次的填充步驟，降低回填襯層與填充層的困難度，提升深溝槽制程的產(chǎn)量。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102646621SQ20111003952
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者杜尚暉, 林鑫成, 秦玉龍 申請(qǐng)人:世界先進(jìn)積體電路股份有限公司