專利名稱：利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法
技術領域：
本發明涉及半導體制程中的蝕刻方法，特別是有關于一種于淺渠溝隔離(Shallow Trench Isolation，STI)制程中，利用化學干蝕刻法將氮化硅層后推，形成圓化邊角的方法。
一般而言，STI的絕緣隔離結構，是在底材硅表面先形成一層墊氧化層，在于其上沉積一層氮化硅層，在此氮化硅層形成一圖案化光阻層，以定義出所要蝕刻的區域，并利用蝕刻技術形成一淺渠溝(trench)結構。為了避免因淺渠溝結構邊角有接近直角的外形，導致增加后續制程的困難度，因此在淺渠溝結構的硅邊角通常會再形成一圓弧外形(Profile)，傳統常利用如濕蝕刻或氧化等方法將氮化硅層后推，以露出硅表面的部分邊緣，再形成圓弧邊角，其主要缺點是所利用的制程較費時且復雜；再者，現有的STI制程中，沉積一層高密度電漿氧化層(HDP oxide)于淺渠溝中，再經化學機械研磨后所形成的STI結構，由于經過氮化硅層移除等多次的濕式化學洗凈，造成STI表面邊角處形成凹陷圓曲(wrap rounding)現象，產生一凹陷圓曲現象導致氧化層無法覆蓋住STI邊角，使得在進行下一次的熱氧化時，此凹陷圓曲的現象會造成熱氧化成長不均勻，進而在STI邊緣產生寄生組件的特性，如次臨限電流頸結效應(double hump)、高電場及預先崩潰(Pre-breakdown)等電生異常的情形，使半導體組件無法有效的發揮其電氣特性。
因此，本發明人針對上述的缺點，創造出一種以化學干蝕刻法來制作STI圓弧邊角的方法。
本發明的第二目的是系提供一種利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，使其在后續淺渠溝隔離完成后，可避免在淺渠溝邊角產生凹陷圓曲(wraProunding)的現象，達到避免產生寄生組件的電性異常的現象的目的。
本發明的第三目的是提供一種利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，達到在淺渠溝隔離制程中可快速形成圓弧化邊角，具有制程時間最簡短的目的。
本發明的底四目的是提供一種利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，以化學干蝕刻技術將氮化硅層后推，相較于其它同次以化學干蝕刻將氮化硅層后推的方法而言，本發明具有較佳的側向蝕刻的效率。
本發明的目的是這樣實現的一種利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，其特征是它包括下列步驟(1)在一底材上沉積一氮化硅層；(2)在該氮化硅層表面形成一圖案化光阻；(3)以該圖案化光阻為罩幕，進行蝕刻，形成淺渠溝結構；(4)利用氮化硅對底材的選擇比高的化學干蝕刻法，將該氮化硅層向后推，以露出該淺渠溝表面的邊角；(5)利用底材對氮化硅的選擇比高的化學干蝕刻法，將該邊角圓弧化，以得到圓弧邊角。
該底材及氮化硅層之間形成有一層墊氧化層。蝕刻該淺渠溝所使用的氣體為四氟化碳及氧氣。該氮化硅對底材的蝕刻率選擇比大于1。蝕刻該氮化硅層所使用的氣體為四氟化碳、氧氣及氮氣。該底材對氮化硅的蝕刻率選擇比大于1。
另一種利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，其特征是它包括下列步驟(1)在一硅底材上沉積一氮化硅層；(2)在該氮化硅層表面形成一圖案化光阻；(3)以該圖案化光阻為罩幕進行蝕刻，以形成圖案化氮化硅層；(4)利用氮化硅對硅的選擇比高的化學干蝕刻法，將該圖案化氮化硅層向后推，以露出其表面的硅邊角；(5)利用硅對氮化硅的選擇比高的化學干蝕刻法，將該硅邊角圓弧化，以得到圓弧邊角。
本發明利用上述方法所形成的圓弧邊角有利于后續制程的進行，并可避免淺渠溝邊角形成凹陷圓曲及電性異常的現象。
下面結合較佳實施例配合附圖詳加說明。
如
圖1所示，提供一半導體硅底材10，其上已完成有前段制程的基礎組件，為簡化整個圖形結構，位于半導體硅底材10內的MOS電晶體結構等基礎組件，暫時忽略不予表示。在半導體硅底材10表面，利用熱氧化沉積法形成一層墊氧化層20，通常為二氧化硅層，并使之平坦化；接下來再利用爐管于該墊氧化層20上沉積一層氮化砂層30，且由于氮化砂層30與硅底材IO之間的應力很大，需要一層墊氧化層20做為兩者間的緩沖層，以消除硅底材10與氮化硅層30的應力；接著，進行微影蝕刻制程，于氮化硅層30表面涂布一層光阻層，并利用黃光顯影蝕刻技術形成一圖案化的光阻層40，其具有適當尺寸的蝕刻窗42，以定義出所要蝕刻的淺渠溝大小與他置；如圖2所示，定義出蝕刻淺渠溝的大小之后，使用現有蝕刻技術，蝕刻形成淺渠溝50，，以圖案化光阻層40為幕罩，蝕刻去除自蝕刻窗42露出的氮化硅層30及其底下的墊氧化層20，直至蝕刻部分硅基材10為止，以形成淺渠溝50結構，之后即去除該圖案化光阻40，如圖3所示；蝕刻制程所使用的氣體為四氟化碳及氧氣(CF4/O2)，此為第一階段的蝕刻步驟；其中，由于淺渠溝50是利用非等向性(Anisotropic)的干蝕刻技術所形成的，所以具有接近90度的直角外形(Profile)；參閱圖4所示，接下來進行第二階段蝕刻步驟，首先，利用氮化硅對硅的蝕刻率選擇比較高，且為均向性蝕刻的化學干蝕刻法，蝕刻該氮化硅層30及墊氧化層20的邊緣，以便將該氮化硅層30及墊氧化層ZO往后推，以露出該淺渠溝50表面，且呈垂直外形的硅邊角12，其中蝕刻該氮化硅層30所使用的氣體為四氟化碳、氧氣及氮氣(CF4/O2/N2)，且該氮化硅對硅的蝕刻準選擇比大于1(SiN/Si＞1)
如圖5所示，利用硅對氮化硅的蝕刻率選擇比較高且為均向性蝕刻的化學干蝕刻法，將硅邊角12表面的垂直外形予以圓弧化，即可在淺渠溝50的頂邊角處得到圓弧邊角14；且該硅對氮化硅的蝕刻率選擇比大于1(Si/SiN＞1)。
本發明在形成淺渠溝的圓弧邊角后，有利后續制程(如沉積制程)的進行，且于后段淺渠溝隔離制程完成后，可避免在淺渠溝邊角產生凹陷圓曲的現象，以避免產生寄生組件的電性異常的現象。再者，本發明利用化學干蝕刻技術將氮化硅層蝕刻向后推，相較于傳統濕蝕刻或氧化等方法，本制程的時間最為簡短；而相較于其它同次以化學干蝕刻將氮化硅層后推的方法而言，本發明則具有較佳的側向蝕刻的效率。
本發明除了應用在淺渠溝隔離結構中之外，對于其它半導體制程中需要形成圓弧邊角的蝕刻制程亦可以用本發明的方法來解決，詳細的制程參考上面所述，故于此不再贅述。
以上所述的實拖例僅為說明本發明的技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，凡依本發明所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，其特征是它包括下列步驟(1)在一底材上沉積一氮化硅層；(2)在該氮化硅層表面形成一圖案化光阻；(3)以該圖案化光阻為罩幕，進行蝕刻，形成淺渠溝結構；(4)利用氮化硅對底材的選擇比高的化學干蝕刻法，將該氮化硅層向后推，以露出該淺渠溝表面的邊角；(5)利用底材對氮化硅的選擇比高的化學干蝕刻法，將該邊角圓弧化，以得到圓弧邊角。
2.根據權利要求1所述的利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，其特征是該底材及氮化硅層之間形成有一層墊氧化層。
3.根據權利要求1所述的利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，其特征是蝕刻該淺渠溝所使用的氣體為四氟化碳及氧氣。
4.根據權利要求1所述的利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，其特征是該氮化硅對底材的蝕刻率選擇比大于1。
5.根據權利要求1所述的利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，其特征是蝕刻該氮化硅層所使用的氣體為四氟化碳、氧氣及氮氣。
6.根據權利要求1所述的利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，其特征是該底材對氮化硅的蝕刻率選擇比大于1。
7.一種利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，其特征是它包括下列步驟(1)在一硅底材上沉積一氮化硅層；(2)在該氮化硅層表面形成一圖案化光阻；(3)以該圖案化光阻為罩幕進行蝕刻，以形成圖案化氮化硅層；(4)利用氮化硅對硅的選擇比高的化學干蝕刻法，將該圖案化氮化硅層向后推，以露出其表面的硅邊角；(5)利用硅對氮化硅的選擇比高的化學干蝕刻法，將該硅邊角圓弧化，以得到圓弧邊角。
8.根據權利要求7所述的利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，其特征是在該底材及氮化硅層之間形成有一層墊氧化層。
9.根據權利要求7所述的利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，其特征是蝕刻該圖案化氮化硅層所使用的氣體為四氟化碳及氧氣。
10.根據權利要求7所述的利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，其特征是該氮化硅對硅的蝕刻率選擇比大于1。
11.根據權利要求7所述的利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，其特征是蝕刻該氮化硅所使用的氣體為四氟化碳、氧氣及氮氣。
12.根據權利要求7所述的利用化學干蝕刻形成圓弧化邊角的方法，其特征是該硅對氮化硅的蝕刻率選擇比大于1。
全文摘要
一種利用化學干蝕刻形成圓化邊角的方法，在淺渠溝蝕刻完成后，利用氮化硅/硅選擇比較高的化學干蝕刻法，且為均向性蝕刻的蝕刻步驟，將氮化砂層后推露出表面的硅邊角；接著再利用硅/氮化硅的選擇比較高均向性蝕刻步驟，將硅邊角圓弧化，得到具有圓弧邊角的淺渠溝。具有避免淺渠溝邊角形成凹陷圓曲及電性異常的現象，利于后續制程的進行。
文檔編號H01L21/02GK1399310SQ01120689
公開日2003年2月26日 申請日期2001年7月27日 優先權日2001年7月27日
發明者梁明中, 余旭升, 李俊鴻, 蔡信誼 申請人:旺宏電子股份有限公司