專利名稱：淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法
技術領域：
本發明是有關于一種淺溝隔離(shallow trench isolation，STI)技術，特別是有關于一種于淺溝隔離區域的渠溝側壁與底部制作含有氮元素的氧化硅襯層的方法，即一種淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法。
參閱
圖1-圖7，其顯示傳統淺溝隔離制程的剖面示意圖。如圖1所示，一硅基底10的表面上包含有一墊氧化層12、一墊氮化層14、一SiON層16以及一光阻層18。然后，如圖2所示，進行微影制程，以于光阻層18上形成多數個開口20，而開口20的寬度是相當于預定制作渠溝的寬度。
跟著，如圖3所示，以光阻層18作為罩幕進行非等向性干蝕刻制程，將開口20下方的SiON層16、墊氮化層14、墊氧化層12以及硅基底10去除，直至于硅基底10內形成多數條深度2000-8000的渠溝22。
隨后，如圖4所示，將光阻層18去除。
如圖5所示，進行熱氧化制程，于渠溝22的側壁與底部長成一氧化硅襯層(oxide liner)24，則經過干蝕刻后所產生的殘留應力，通過此氧化硅襯層24獲得釋放。
然后，如圖6所示，在硅基底10的整個表面上沉積一絕緣層26，且使絕緣層26填滿渠溝22，再以化學機械研磨(hemical mechanical polishing，CMP)方式將絕緣層26的表面平坦化，直至使絕緣層26與墊氮化層14的表面高度切齊。最后，將墊氮化層14去除，則存留在渠溝22內的絕緣層26可供作為一淺溝隔離區域。其主要缺陷在于1、然而，在使用干蝕刻制程形成渠溝22之后，會在渠溝22的側壁處產生應力，而在高功率操作元件的情況下，這個殘存應力會導致電流漏電現象，進而縮短元件的使用壽命。
2、參閱圖7所示，為了要釋放渠溝22的側壁處的殘留應力，傳統技術是在氧化硅襯層24的表面上額外沉積一氮化硅襯層25，不過在后續的CMP制程中，氮化硅襯層25很容易在區域A處產生剝離的問題，進而衍生出微粒問題。而且，這道額外制作氮化硅襯層25的步驟，會增加整個淺溝隔離制程的制作成本、制程的復雜性以及制程控制的困難度，并會降低產率。
本發明的目的是這樣實現的一種淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，其特征是它包括下列步驟(1)于硅基底上形成多數個渠溝；(2)于該渠溝的側壁與底部上形成氧化硅襯層；(1)于含氮氣氛中進行熱退火處理，于該氧化硅襯層內摻雜氮元素，并于該氧化硅襯層與該硅基底的接口處形成富含氮層。
該含氮氣氛中包含有N2、NH3、N2O、NOx或是其它含氮化合物。該熱退火處理的條件選自溫度范圍為650-850℃，熱退火壓力范圍為100-250mtorr，熱退火時間范圍為1-30分鐘。該氧化硅襯層是由熱氧化法所形成。該渠溝是由非等向性干蝕刻制程所形成。
本發明的方法還包含有如下步驟于該硅基底的整個表面上沉積絕緣層，以填滿該渠溝；以及進行化學機械研磨制程，將該絕緣層的表面平坦化，直至使該絕緣層與該硅基底的表面高度切齊。
下面結合較佳實施例和附圖進一步說明。
圖7為傳統制作氮化硅襯層的剖面示意圖。
圖8-圖14為本發明的淺溝隔離制程的剖面示意圖。
然后，如圖9所示，進行微影制程，于光阻層38上定義形成多數個開口40，其中每個開口40的寬度是相當于預定制作渠溝的寬度。
接著，如圖10所示，以光阻層38作為罩幕進行非等向性干蝕刻制程，將開口40下方的SiON層36、墊氮化層34、墊氧化層32以及硅基底30去除，直至于硅基底30內形成多數個深度約2000-8000的渠溝42。
隨后，如圖11所示，將光阻層38去除。
接下來，如圖12所示，進行熱氧化處理，于渠溝42的側壁與底部上長成一氧化硅襯層44，則經過干蝕刻后所產生的殘留應力，通過氧化硅襯層44獲得釋放。
跟著，如圖13所示，于一含氮的氣氛中進行熱退火處理，將氮元素摻雜至氧化硅襯層44中，則可在氧化硅襯層44的表面上提供一第一富含氮(nitrogen-rich)層451。
另外，依據實驗驗證結果可知氮元素亦會存留于氧化硅襯層44與硅基底30的接口上，而成為一第二富含氮層45。在最佳實施例中，含氮氣氛中的熱退火處理條件為含氮氣氛中可包含有N2、NH3、N2O、NOx或是其它含氮化合物，熱退火溫度范圍為650-850℃，熱退火壓力范圍為100-250mtorr，熱退火時間范圍為1-30分鐘。由于熱退火處理是在含氮氣氛中進行，因此氮元素可與二氧化硅中的氧元素產生反應，而且Si-N鍵結比Si-O鍵結具有彈性，所以Si-N懸空鍵(dangling bond)可以釋放掉渠溝42側壁處的殘留應力。也就是說Si-N鍵結的應力可以補償Si-O鍵結的應力其后，如圖14所示，使用LPCVD、HDPCVD或是其它熟知的沉積技術，于硅基底30的整個表面上沉積一絕緣層46，并使絕緣層46填滿渠溝42。然后，以化學機械研磨(CMP)方式將絕緣層46的表面平坦化，直至使絕緣層46與墊氮化層34的表面高度切齊。最后，將墊氮化層34去除，則存留在渠溝42內的絕緣層46可供作為一淺溝隔離區域。
相較于傳統淺溝隔離制程，本發明提供一道于含氮氣氛中進行熱退火處理的步驟，可于氧化硅襯層44與硅基底30的接口處形成富含氮層4511，其中氮元素可與二氧化硅的氧元素反應，以提供Si-N懸空鍵來釋放掉渠溝42側壁處的殘留應力。
本發明的淺溝隔離制程的成本低廉且制程簡易，并可有效解決電流漏電的問題。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和范圍內，所作些許的更動與潤飾，都屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，其特征是它包括下列步驟(1)于硅基底上形成多數個渠溝；(2)于該渠溝的側壁與底部上形成氧化硅襯層；(1)于含氮氣氛中進行熱退火處理，于該氧化硅襯層內摻雜氮元素，并于該氧化硅襯層與該硅基底的接口處形成富含氮層。
2.根據權利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，其特征是該含氮氣氛中包含有N2、NH3、N2O、NOx或是其它含氮化合物。
3.根據權利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，其特征是該熱退火處理的條件選自溫度范圍為650-850℃，熱退火壓力范圍為100-250mtorr，熱退火時間范圍為1-30分鐘。
4.根據權利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，其特征是該氧化硅襯層是由熱氧化法所形成。
5.根據權利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，其特征是該渠溝是由非等向性干蝕刻制程所形成。
6.根據權利要求1所述的淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，其特征是它還包含有如下步驟于該硅基底的整個表面上沉積絕緣層，以填滿該渠溝；以及進行化學機械研磨制程，將該絕緣層的表面平坦化，直至使該絕緣層與該硅基底的表面高度切齊。
全文摘要
一種淺溝隔離制程的含有氮元素的氧化硅襯層的制造方法，通過先于硅基底上形成多數個渠溝，再于渠溝的側壁與底部上形成氧化硅襯層，然后，于含氮氣氛中進行熱退火處理，于氯化硅襯層內摻雜氮元素，并于氧化硅襯層與硅基底的接口處形成富含氮層，具有提供Si－N懸空鍵來釋放掉渠溝側壁處的殘留應力，制程的成本低廉且制程簡易，有效解決電流漏電的問題。
文檔編號H01L21/762GK1430259SQ02123329
公開日2003年7月16日 申請日期2002年6月18日 優先權日2002年1月4日
發明者李世達, 鄭豐緒 申請人:矽統科技股份有限公司