专利名称：在半导体基底上隔离元件的方法
技术领域：
本发明是有关于一种半导体制程技术，特别是有关于一种在半导体基底上隔离元件的方法。
在各种元件隔离技术中，局部矽氧化方法(LOCOS)和浅沟槽隔离区(shallow trench isolation；STI)制程是最常被采用的两种技术，尤其后者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。一般的浅沟槽隔离制程，是先在基底上蚀刻出沟槽，然后利用化学气相沉积(CVD)程序，将氧化矽填入基底的沟槽中，之后再以化学机械研磨程序(CMP)去除多余的介电层，以完成沟槽隔离制程。
然而，随着元件集成度的提升，浅沟槽的尺寸也不断缩小的情况下，当氧化矽填入沟槽时便容易形成所谓孔洞(void)，或钥匙孔(keyhole)的情况。形成孔洞白原因，是因为以传统的化学气相沉积法沉积氧化矽时，氧化矽在浅沟槽的顶端容易形成悬突物。如
图1所示，沟槽隔离制程常遭遇的问题便是沟槽中会形成孔洞。当介电材料160填入沟槽140时，沟槽140在靠近顶端的部分通常会变得狭窄，使得后头的氧化矽无法完全填入沟槽中，因此留下孔洞200。孔洞的存在会使得污染物容易残留在孔洞中造成污染，并使得浅沟槽隔离区最后的氧化矽表面低于主动区表面。除此之外，亦会增加接合漏电流。虽然增加沟槽宽度可以避免孔洞的形成，然而，如此一来却降低了元件密度。
因此，为了使元件隔离的技术更臻于完善，实有必要提出一种能够解决孔洞问题，同时又能允许高集成度的元件隔离技术。
为达到上述与其他目的，本发明提供一种新颖的隔离制程，其中隔离区的形成，是在半导体基底上沉积一层隔离层，然后将此隔离层定义成复数个平台状(mesas)，以作为隔离区。此方法有别于传统沟槽隔离制程(trench isolation process)，不需将绝缘物填入沟槽中，因此可避免孔洞的形成。依照本发明的另一项特征，在定义出隔离区之后，是设置一半导体层在任意两个隔离区之间，以作为半导体元件的主动区。易言之，半导体元件将会形成在新生成的半导体层上，而非原本的基底上。
依照本发明的方法，其主要步骤包括形成一隔离层于一半导体基底上；定义隔离层以形成至少两个隔离平台；形成一半导体层于基底上，且其厚度至少覆盖住上述隔离平台；以及对半导体层进行平坦化直到露出上述隔离平台为止，借此在两个隔离平台之间形成一半导体区，作为元件的主动区。
依照本发明的另一型态，其主要步骤包括形成一隔离层于一半导体基底上；形成一光阻层于该隔离层上；定义光阻层以形成一罩幕图案，其实质上为预定形成主动区的反向图案；以上述光阻图案为蚀刻罩幕，非等向性地蚀刻隔离层，借此形成复数个隔离平台；去除光阻图案；形成一半导体层于基底上，且其厚度至少覆盖住上述隔离平台；以及对半导体层进行平坦化直到露出上述隔离平台为止，借此在上述隔离平台之间形成复数个半导体区，作为元件的主动区。
由此，本发明具有显著的效果，有效地解决了沟槽中会形成孔洞的问题。
图号说明10、半导体基底；12、氧化层；14、氮化层；16、隔离层；16a-c、隔离平台； 18、光阻图案；20、半导体层； 20a-d、主动区；22、MOS电晶体； 100、半导体基底；140、隔离沟槽； 160、介电材料；
200、孔洞图3所示是将基底上的隔离层16定义成复数个隔离平台(isolationmesas)16a、16b、16c。首先，在半导体基底10上覆盖一层可用来作为蚀刻罩幕的材料，例如光阻。然后再以传统的微影技术将此光阻层定义成一罩幕图案18，其实质上为预定形成的主动区的反向图案(reverseastive area mask)。然后，以光阻图案18为蚀刻罩幕，依序蚀刻氮化层14与氧化层12，便可得到如图中所示的隔离平台16a、16b、16c。此蚀刻程序可使用反应性离子蚀刻、化学电浆蚀刻、或其他任何非等向性的(anisotropic)蚀刻技术。
请参阅图4，去除光阻图案18之后，沉积一层半导体层20覆盖在基底10上，且其厚度至少将隔离平台16a、16b、16c完全覆盖住。此半导体层20例如是一层磊晶砂层，其可利用矽烷气体在700-1150℃的温度范围下形成。半导体层20亦可能是一层复晶矽层，以低压化学气相沉积法，利用矽烷气体在575-650℃的温度范围下沉积而成。此外，由于半导体层后续将作为元件的主动区，因此亦可视需要而定，将P型离子(如硼)或N型离子(如磷或砷)掺杂在半导体层20中。
图5所示是将半导体层20加以平坦化直到露出隔离平台16a、16b、16c的表面。半导体层20的平坦化可采用回蚀刻或化学机械研磨(Chemical-Mechanical Polishing；CMP)程序。较佳者，是使用化学机械研磨法并以氮化层14作为研磨时的终止层。如此一来，半导体层所残留下来的部分便成为由数个隔离平台16a、16b、16c所交替分离的半导体区20a、20b、20c、20d。因此，半导体区20a、20b、20C、20d便成为主动区，其上可形成半导体元件，而隔离平台16a、16b、16c便成为隔离区，以在电性上隔离相邻的主动区。
在此之后，便可依照习知的半导体制程，在主动区20a、20b、20c、20d上制作所需要的任意元件，例如MOS电晶体、电阻、逻辑元件等。图6是用以举例说明当MOS电晶体制作在主动区20b、20c上的情形。
应特别注意的是，由于上述的隔离区16a、16b、16c是经由一隔离层16蚀刻而成，并非借由将介电材料填入沟槽而得，因此可以避免传统沟槽隔离技术中，因为填沟不良而形成孔洞的问题。此外，虽然上述实施例中是以氮化层/氧化层作为隔离层16，但本发明的范围不限于此，本发明可使用任何适当的介电材料来作为隔离层16。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求范围所界定的为准。
权利要求
1.一种在半导体基底上隔离元件的方法，至少包括下列步骤形成一隔离层于一半导体基底上；定义该隔离层以形成至少两个隔离平台；形成一半导体层于该基底上，且其厚度至少覆盖住上述隔离平台；以及对该半导体层进行平坦化直到露出上述隔离平台为止，借此在两个隔离平台之间形成一半导体区，作为元件的主动区。
2.根据权利要求1所述的在半导体基底上隔离元件的方法，其特征在于该隔离层包括一氧化层。
3.根据权利要求2所述的在半导体基底上隔离元件的方法，其特征在于该隔离层更包括一氮化层于该氧化层之上。
4.根据权利要求1所述的在半导体基底上隔离元件的方法，其特征在于该隔离层为氮化矽、碳化矽(silicon carbide)、或钻石。
5.根据权利要求1所述的在半导体基底上隔离元件的方法，其特征在于该半导体层包括一复晶矽层。
6.根据权利要求1所述的在半导体基底上隔离元件的方法，其特征在于该半导体层包括一磊晶矽层。
7.根据权利要求1所述的在半导体基底上隔离元件的方法，其特征在于该平坦化步骤是施行一化学机械研磨程序。
8.根据权利要求1所述的在半导体基底上隔离元件的方法，其特征在于该平坦化步骤是施行一回蚀刻程序。
9.一种在半导体基底上隔离元件的方法，至少包括下列步骤形成一隔离层于一半导体基底上；形成一光阻层于该隔离层上；定义该光阻层以形成一罩幕图案，其实质上为预定形成主动区的反向图案；以上述光阻图案为蚀刻罩幕，非等向性地蚀刻该隔离层，借此形成复数个隔离平台；去除该光阻图案；形成一半导体层于该基底上，且其厚度至少覆盖住该些隔离平台；以及对该半导体层进行平坦化直到露出该些隔离平台为止，借此在该些隔离平台之间形成复数个半导体区，作为元件的主动区。
10.根据权利要求9所述的在半导体基底上隔离元件的方法，其特征在于该隔离层包括一氧化层。
11.根据权利要求10所述的在半导体基底上隔离元件的方法，其特征在于该隔离层更包括一氮化层于该氧化层之上。
12.根据权利要求9所述的在半导体基底上隔离元件的方法，其特征在于该隔离层为氮化矽、矽碳化物(silicon carbide)、或钻石。
13.根据权利要求9所述的在半导体基底上隔离元件的方法，其特征在于该半导体层包括一复晶砂层。
14.根据权利要求9所述的在半导体基底上隔离元件的方法，其特征在于该半导体层包括一磊晶矽层。
15.根据权利要求9所述的在半导体基底上隔离元件的方法，其特征在于该平坦化步骤是施行一化学机械研磨程序。
16.根据权利要求9所述的在半导体基底上隔离元件的方法，其特征在于该平坦化步骤是施行一回蚀刻程序。
17.一种在半导体基底上隔离元件的方法，至少包括下列步骤形成一隔离层于一半导体基底上，该隔离层是由一氧化层与一氮化层所构成；形成一光阻层于该隔离层上；定义该光阻层以形成一罩幕图案，其实质上为预定形成主动区的反向图案；以上述光阻图案为蚀刻罩幕，非等向性地蚀刻该隔离层，借此形成复数个隔离平台；去除该光阻图案；形成一半导体层于该基底上，且其厚度至少覆盖住该些隔离平台；以及以化学机械研磨法对该半导体层进行平坦化直到露出该些隔离平台为止，借此在该些隔离平台之间形成复数个半导体区，作为元件的主动区。
全文摘要
本发明揭示一种在半导体基底上隔离元件的方法；首先，在一半导体基底上形成一隔离层(isolation layer)，并将其定义成至少两个隔离平台(isolation mesas)；然后，在基底上覆盖一层半导体层，其厚度至少覆盖住上述的隔离平台；接着，对上述半导体层施行一平坦化制程，直到露出上述隔离平台，如此一来，便可在上述隔离平台之间形成一半导体区域，作为形成元件的主动区。
文档编号H01L21/76GK1444263SQ0210688
公开日2003年9月24日 申请日期2002年3月7日 优先权日2002年3月7日
发明者陈隆, 王腾锋, 杨人龙, 张世辉, 王永欣 申请人:矽统科技股份有限公司