专利名称：在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法
技术领域：
本发明是有关于积体电路(integrated circuits；Ics)制程技术，特别是有关于一种在半导体基底内形成无应力(stress free)的沟槽隔离物(shallow trench insolation；STI)的方法。
背景技术：
在积体电路产业，浅沟槽隔离物已渐渐取代传统的局部硅氧化物(localsilicon oxidation；LOCOS)，以当作改良的场隔离结构。通常浅沟槽隔离物制程技术，包括蚀刻半导体基底，以形成浅沟槽，然后将绝缘物质填入所述浅沟槽之中，接下来利用化学机械研磨法(chemical mechanical polishing；CMP)以平坦化所述绝缘物质，以形成浅沟槽隔离物。其主要缺陷在于所述形成浅沟槽隔离物的步骤，会在半导体基底的主动区域引起机械应力(mechanical stress)或热应力(thermal stress)，进而导致半导体基底的主动区域的差排或是缺陷位置。因此，将引起后续形成于半导体基底的电晶体等元件的源极/漏极区域产生高漏电路径(high leakage current path)，而降低半导体产品的优良率。
Thei等人发明的美国专利号6,350,662揭露一种浅沟槽隔离物的形成方法，用来降低浅沟槽附近的缺陷，其是在蚀刻半导体基底以形成浅沟槽之后，采用氮气回火方式，进行大约30-150分钟。以降低半导体基底内的缺陷、差排及半导体与氧化层之间的界面补捉电荷的能力(interface trap)与应力。其主要缺陷在于1、然而，后续步骤，例如高密度电浆化学气相沉积法与化学机械研磨法，会在半导体基底产生新的应力，因此在沉积当作浅沟槽隔离物的绝缘物质以及化学机械研磨步骤之后，需要额外的回火步骤，因而降低积体电路产出速率，亦即，此将增加制程复杂度与制程成本。
2、再者，由于在半导体基底进行氮气回火，因此，在半导体基底很容易产生一层薄薄的氮化物，而阻挡后续井区的离子植入的进行。
因此，有需要提供一种改良式在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，以消除或降低在形成浅沟槽隔物的制程所产生的应力。
发明内容
本发明的目的是提供一种在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，通过消除或降低在形成浅沟槽隔物的制程所产生的应力，达到提高产品的优良率的目的。
本发明的另一目的是提供一种在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，达到降低制程复杂度与制造成本的目的。
本发明的再一目的是提供一种在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，达到避免在半导体基底形成氮化硅的目的。
本发明的目的是这样实现的一种在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，它至少包括下列步骤在半导体基底表面形成一具有开口的硬罩幕。然后，经由所述开口蚀刻所述半导体基底，以形成一浅沟槽。接着，在所述硬罩幕表面形成一绝缘物质，以填入所述浅沟槽。其次，利用所述硬罩幕当作研磨停止层，并且平坦化所述绝缘物质；去除所述硬罩幕，以露出所述半导体基底的上表面。然后，在所述半导体基底的上表面形成一牺牲氧化层，其次，在含有氩气的环境下对所述半导体基底进行回火。
所述半导体基底可以是硅基底。并且，所述牺牲氧化层是采用热氧化法成长而得的二氧化硅层。所述硬罩幕包括垫氧化层以及形成于所述垫氧化层表面的垫氮化层。所述浅沟槽的形成是利用非等向性蚀刻法，并且以含有HBr、Cl与CF4为反应气体而完成。所述绝缘物质是利用高密度电浆化学气相沉积法以完成。所述绝缘物质是采用化学机械研磨法以完成。所述在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法之中，硬罩幕的去除步骤可以采用磷酸溶液完成。所述在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法之中，更包括去除所述牺牲氧化层的步骤。例如采用含有氢氟酸溶液以去除所述牺牲氧化层。所述在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法之中，半导体基底是在含有氩气的环境中进行回火1-2小时。所述半导体基底的回火步骤是用以去除浅沟槽附近的应力或是用来密化所述绝缘物质。
再者，在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法之中，牺牲氧化层的厚度介于可以200-500埃之间。在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法之中，半导体基底是在1150-1200℃之间的温度下进行回火。
下面结合较佳实施例和附图进一步说明。
图1-图7是本发明在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的制程剖面示意图。
具体实施例方式
参阅图1-图7所示，本发明的方法包括如下步骤参阅图1所示，提供一由单晶硅构成的半导体基底100，接着，在含氧的高温(800-1000℃)环境下，于所述半导体基底100表面成长厚度大约200-400埃的垫氧化层102。此垫氧化层102是用来加强后续形成的垫氮化层104与半导体基底100之间的粘着能力。接着，利用低压化学气相沉积种法(LPCVD)，并且导入SiH2Cl2与NH3等混合气体当作沉积反应源，以在所述垫氧化层102表面形成厚度大约1000-2000埃的垫氮化层104，所述沉积压力大约为0.1-1.0 Torr，而沉积温度大约为700-800℃。
然后，利用传统的微影技术在所述垫氮化层104表面形成(图未显示)具有开口的光阻图案(photoresist pattern)，其次，利用反应性离子蚀刻法(reactive ion etching；RIE)经由所述光阻图案的开口，非等向性地(anisotropically)蚀刻所述垫氮化层104与所述垫氧化层102，以露出所述半导体基底100的上表面，并且形成具有开口108的硬罩幕106(hard mask)，此硬罩幕106是如图1所示，由残留的垫氧化层102与垫氮化层104构成。接下来，去除所述光阻图案。
参阅图2所示，利用含有HBr、Cl与CF4的蚀刻气体，并且采用适当的蚀刻机台，经由所述硬罩幕108的开口106，对所述半导体基底100进行蚀刻。在此步骤，可形成深度大约为3000-5000埃的浅沟槽110，然而在所述浅沟槽110的侧壁附近形成了因蚀刻步骤的电浆轰击所造成的机械应力。
参阅图3所示，利用高密度电浆化学气相沉积法(HDPCVD)，并且采用四乙基硅酸盐(tetra-ethyl-ortho-silicate)与臭氧(ozone)为反应气体，以在所述浅沟槽110形成由二氧化硅材料构成的绝缘物质112。另一方面，也可以采用硅烷与氧气的混合气体，取代所述四乙基硅酸盐与臭氧的混合气体。为了减少由高密度电浆的离子轰击效应所引起的应力，最好在沉积绝缘物质11 2之前，于所述浅沟槽110的侧壁形成衬垫氧化层(liner oxide)111和/或衬垫氮化层(图未显示)。
参阅图4所示，利用所述硬罩幕106当作研磨停止层(polishing stoplayer)，并且以化学机械研磨法平坦化所述绝缘物质112，以留下上表面与所述硬罩幕106略为等高的绝缘物质112a。经过所述化学机械研磨步骤之后，有更多的机械应力将累积在浅沟槽110附近的半导体基底100。
接着，参阅图5所示，利用氢氟酸溶液去除垫氧化层102，再以热磷酸溶液去除垫氮化层104，直到露出所述半导体基底100的上表面为止。在此湿蚀刻步骤，所述绝缘物质112a亦会被损伤而留下绝缘物质112b，接下来，在800至1000℃的高温环境下，进行热氧化法，以在所述半导体基底100上表面形成牺牲氧化层116，所述牺牲氧化层116最好具有200至500埃的厚度，在后续步骤保护半导体基底100。
然后，参阅图6所示，在含有氩气且于1150-1200℃的高温环境下，进行半导体基底100的回火(annea ling)历时大约1至2个小时，所述回火步骤是用来减少或去除所述为了形成浅沟槽隔离物在半导体基底100造成的应力，再者，所述用来当作浅沟槽隔离物的绝缘物质112b，能够在所述回火步骤被密化。再者，由于氩气的化学性质，不易与半导体基底100反应，因此，能够解决使用传统技术(氮气回火)产生的氮化硅问题。
最后，参阅图7所示，利用氢氟酸溶液以当作蚀刻剂，去除所述牺牲氧化层116，以露出所述半导体基底100的上表面，并且留下圆化的绝缘物质112c，而在半导体基底100之中形成浅沟槽隔离物STI。
另一方面，由氮化硅或氮氧硅化物构成的牺牲氮化层可以取代所述牺牲氧化层，以在回火步骤保护半导体基底100。
根据本发明在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，在浅沟槽隔离物附近的应力能够被消除，能够提升半导体产品的优良率。再者，制程复杂度与制造成本能够降低。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，所作更动与润饰，都属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，其特征是它至少包括下列步骤(1)在半导体基底表面形成具有开口的硬罩幕；(2)经由所述开口蚀刻所述半导体基底，以形成一浅沟槽；(3)在所述硬罩幕表面形成一绝缘物质，以填入所述浅沟槽；(4)利用所述硬罩幕当作研磨停止层，并且平坦化所述绝缘物质；(5)去除所述硬罩幕，以露出所述半导体基底的上表面；(6)在所述半导体基底的上表面形成一牺牲氧化层；(7)在含有氩气的环境下对所述半导体基底进行回火。
2.根据权利要求1所述在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，其特征是所述牺牲氧化层是采用热氧化法成长而得的二氧化硅层。
3.根据权利要求1所述在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，其特征是它更包括去除所述牺牲氧化层的步骤。
4.根据权利要求3所述在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，其特征是所述牺牲氧化层的去除步骤是采用含有氢氟酸溶液完成。
5.根据权利要求1所述在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，其特征是所述半导体基底是在含有氩气的环境中进行回火1-2小时。
6.根据权利要求1所述在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，其特征是所述半导体基底的回火步骤是用以去除浅沟槽附近的应力。
7.根据权利要求1所述在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，其特征是所述半导体基底的回火步骤是用来密化所述绝缘物质。
8.根据权利要求1所述在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，其特征是所述牺牲氧化层的厚度介于200-500埃之间。
9.根据权利要求1所述在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，其特征是所述半导体基底是在1150至1200℃之间进行回火。
10.一种在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，其特征是它至少包括下列步骤(1)在半导体基底表面形成具有开口的硬罩幕；(2)经由所述开口蚀刻所述半导体基底，以形成一浅沟槽；(3)在所述硬罩幕表面形成一绝缘物质，以填入所述浅沟槽；(4)利用所述硬罩幕当作研磨停止层，并且平坦化所述绝缘物质；(5)去除所述硬罩幕，以露出所述半导体基底的上表面；(6)在所述半导体基底的上表面形成一牺牲氧化层；(7)在含有氩气的环境下于1150至1200℃之间进行回火1至2小时。
全文摘要
一种在半导体基底之中形成浅沟槽隔离物的方法，至少包括下列步骤在半导体基底表面形成具有开口的硬罩幕；经由开口蚀刻半导体基底以形成一浅沟槽；在硬罩幕表面形成一绝缘物质，以填入浅沟槽；利用硬罩幕当作研磨停止层，并且平坦化绝缘物质；去除硬罩幕，以露出半导体基底的上表面；在半导体基底的上表面形成一牺牲氧化层；在含有氩气的环境下对半导体基底进行回火。具有提高产品的优良率、降低制程复杂度与制造成本的功效。
文档编号H01L21/76GK1494126SQ02146140
公开日2004年5月5日 申请日期2002年10月30日 优先权日2002年10月30日
发明者顾子琨, 董萱盛, 杜建男, 庄筱雯 申请人:矽统科技股份有限公司