[發明專利]制造溝渠隔離結構的方法

有效

• 申請號: 201110160408.1
• 申請日: 2011-06-15
• 公開（公告）號: CN102543827A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 黃仁瑞;蔡鴻明
• 申請（專利權）人: 南亞科技股份有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 臧建明

技術領域

本發明涉及半導體技術，尤其涉及一種制造溝渠隔離結構的方法。

背景技術

進階半導體工藝中的元件隔離結構大多為溝渠隔離結構，其傳統工藝是先在基底中形成溝渠，然后以高密度電漿化學氣相沉積法(HDP-CVD)或旋涂介電材料(SOD)技術形成絕緣層來填滿此溝渠。

然而，當工藝線寬縮減到小于20nm，且溝渠的深寬比(aspect?ratio)大于6時，即容易有空隙形成于充填溝渠的絕緣層中。此種空隙會嚴重影響元件可靠性及產率，也會阻礙半導體元件結構的微型化。舉例來說，在絕緣層中有開放空隙的溝渠隔離上形成接點，可能會對隔離區域造成擊穿(punch-through)等問題。

發明內容

因此，本發明提供一種制造溝渠隔離結構的方法。

此方法如下所述。先在基底中形成溝渠，再至少于溝渠中形成襯層。接著至少在溝渠的側壁上形成前驅層，然后使前驅層轉變為體積較大且填滿溝渠的絕緣層。

在上述方法中，前驅層可經氧化而轉變成絕緣層。襯層可亦形成于基底上。前驅層可亦形成于基底上，使得由其轉變而成之絕緣層亦位在基底上。

依照溝渠寬度以及前驅層的材質轉變為絕緣層的材質時的體積膨脹比設定前驅層的厚度，即可得無空隙的溝渠隔離結構。此外，襯層是為了防止溝渠周圍的部分基底在使前驅層轉變為絕緣層時受到影響，因此其厚度需足夠。

為使本發明的上述及其他目的、特征以及優點更明顯易懂，特舉較佳實施例配合附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1A-1G為本發明一實施例的制造溝渠隔離結構的方法的剖面圖，其中圖1G亦顯示此例的溝渠隔離結構。

附圖標記：

100：基底

110：墊氧化層

120：圖案化硬罩幕層

122：溝渠圖案

130：溝渠

140：襯層

150：前驅層

160、160a：絕緣層

具體實施方式

接著以下述實施例及所附圖式對本發明作進一步說明，但其并非用以限定本發明之范圍。

圖1A-1G為本發明一實施例的制造溝渠隔離結構的方法的剖面圖。

請參照圖1A，首先提供半導體基底100，其可為單晶硅或磊晶硅基底。圖案化硬罩幕層120形成于基底100上，具有定義溝渠隔離結構用的溝渠圖案122。圖案化硬罩幕層120的材質可包括氮化硅(SiN)，并可由對應的圖案化光阻(未示出)定義。當圖案化硬罩幕層120材質為氮化硅時，墊氧化層110可在圖案化硬罩幕層120形成前形成在基底100上，并在圖案化硬罩幕層120被圖案化后繼續被圖案化。溝渠圖案122的關鍵尺寸可小于20nm。

請參照圖1B，接著以圖案化硬罩幕層120為罩幕非等向性蝕刻基底100，而將溝渠圖案122轉移至基底100，亦即在基底100中形成溝渠隔離結構的溝渠130。溝渠130的深度范圍可在150～250nm，寬度范圍可在10～40nm。例如，當溝渠130寬度為40nm時，其深寬比通常約設在4～6；當溝渠130寬度為25nm時，其深寬比通常約設在6。當其寬度進一步縮減到小于20nm時，其深寬比大于6，此時現有技術難以填滿溝渠，而需要本發明的方法作為解決方案。亦需注意的是，由于溝渠130的深度相對較大，因此圖案化硬罩幕層120在蝕刻步驟中會有大量損失。

請參照圖1C，接著在溝渠130中以及基底100上的圖案化硬罩幕層120上形成襯層140。在后續使充填于溝渠130內的前驅層轉變為絕緣層的過程中，襯層140能防止在溝渠130周圍的基底100受到影響，因此其厚度必須足夠。舉例而言，在利用氧化使前驅層轉變為絕緣層的情況下，在該氧化步驟中，襯層140厚度需足夠阻擋氧氣并防止溝渠130周圍的基底100被氧化。襯層140的材質可包括氮化硅，其厚度可為15～50埃以有效阻擋氧氣。當襯層140的材質為氮化硅時，可以低壓化學氣相沉積法(LPCVD)或原子層沉積法(ALD)形成。

請參照圖1D，在溝渠130底部與側壁上以及基底100上的圖案化硬罩幕層120上形成即將被轉變為絕緣層的前驅層150。前驅層150的材質可包括硅材料，如未摻雜復晶硅、摻雜復晶硅或非晶硅，且可以化學氣相沉積法形成。例如，當前驅層150材質為未摻雜復晶硅時，可利用低壓化學氣相沉積法，在熔爐中以SiH₄為反應氣體而形成。