增加聚硅氮烷和氮化硅间黏性和形成沟槽隔离结构的方法

摘要

一种增加聚硅氮烷和氮化硅间黏着性的方法，包括提供基底，包括沟槽；在沟槽的底部和侧壁形成氮化硅衬层；对氮化硅衬层进行处理制程，产生具有OH基团的亲水表面，以增加氮化硅衬层和后续步骤形成的聚硅氮烷涂布层的黏着性；及在沟槽的氮化硅衬层上形成聚硅氮烷涂布层。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在集成电路中使用绝缘材料进行电性隔离的方 法，特别涉及一种增加聚硅氮烷(Polysilazane)和氮化硅间的黏着的方 法。

背景技术

为形成半导体集成电路，半导体组件整合至芯片的微小区域上， 因此，组件彼此间放置的相当接近。随着集成电路的组件的尺寸和间 距持续的缩小，绝缘材料沉积在集成电路上，以电性隔离各种构件(例 如晶体管、电阻器和电容器)。隔离绝缘材料一般是由氧化硅组成。

举例来说，例如浅沟槽隔离物的绝缘材料形成在基底构件间的沟 槽(或凹槽)中。上述沟槽的为0.01～0.05微米或更小，而对此相当窄的 图样进行填充是很困难的。此外，绝缘材料必须能承受后续蚀刻或清 洗的步骤。

绝缘材料一般是由化学气相沉积法(CVD)或电浆辅助化学气相沉 积法(PECVD)沉积形成。举例来说，在一般的浅沟槽隔离物(STI)方法 中，蚀刻基底形成沟槽，且沟槽填入化学气相沉积法(CVD)形成例如 氧化硅的氧化物，作为保护层。在沟槽中，氧化物的保护层先形成在 沟槽的侧壁，再朝着沟槽的中心成长，至氧化层彼此接触。在高深宽 比的图样中，沟槽的宽度变的更窄，且深度变的更深，所以使用化学 气相沉积法(CVD)或电浆辅助化学气相沉积法(PECVD)形成没有缝隙 或孔洞沟槽填充变的越来越困难。

现已开发出例如旋转涂布介电(spin-on dielectrics，SOD)、旋转涂 布玻璃(spin on glass，SOG)、旋转涂布高分子(spin-on polymer)的流动 性材料，具有良好的缝隙填充特性。其氧化硅薄膜采用以下方法形成： 旋转涂布含硅高分子(silicon-containing polymer)的液态溶液至基底的 表面，然后进行烘干步骤以移除溶剂，接着，高分子层于氧气中常压 升温至1000℃进行氧化。以下根据图1形成沟槽隔离物的问题。请 参照图1，使用位于基底102上的垫层108作为罩幕形成沟槽104。在 基底102上和沟槽104中形成聚硅氮烷涂布层(Polysilazane coating  layer)，然后，在高温含氧的环境中进行烘烤，以在沟槽104中形成氧 化硅层110。在现在的方法中，为了要避免基底102因为在氧化聚硅 氮烷涂布层的制程中和氧气或水气反应消耗，需要形成氮化硅衬层。 由于聚硅氮烷涂布层和其下的氮化硅衬层106的黏着性不佳，很容易 在去除玻璃(deglass)、湿蚀刻或化学机械研磨后产生凹痕(divot)112。 因此，需要增加聚硅氮烷涂布层和氮化硅衬层黏着性的方法。

发明内容

根据上述，本发明提供一种增加聚硅氮烷和氮化硅间黏着性的方 法，包括提供基底，该基底包括沟槽；在沟槽的底部和侧壁形成氮化 硅衬层；对氮化硅衬层进行处理制程，产生具有OH基团的亲水表面， 以增加氮化硅衬层和后续步骤形成的聚硅氮烷涂布层的黏着性；及在 沟槽的氮化硅衬层上形成聚硅氮烷涂布层。

本发明提供一种形成沟槽隔离结构的方法，包括提供基底；在基 底中形成沟槽；在沟槽的底部和侧壁形成氮化硅衬层；对氮化硅衬层 进行处理制程，产生具有OH基团的亲水表面，以增加氮化硅衬层和 后续步骤形成的聚硅氮烷涂布层的黏着性；及在沟槽的氮化硅衬层上 形成聚硅氮烷涂布层；加热基底，氧化聚硅氮烷涂布层，以形成氧化 硅层；及平坦化氧化硅层。

为让本发明的特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附 附图，作详细说明。

附图说明

图1显示形成沟槽隔离物的问题；

图2A～图2F示出根据本发明一实施例形成沟槽隔离结构的方法。

主要组件符号说明

102～基底；                104～沟槽；

106～氮化硅衬层；          108～垫层；

202～基底；                204～晶圆部分；

206～沟槽；                208～底部表面；

210～侧壁；                212～第一垫层；

214～第二垫层；            216～氮化硅衬层；

218～聚硅氮烷涂布层；      220～氧化硅层；

222～槽隔离结构。

具体实施方式

以下详细讨论实施本发明的实施例。可以理解的是，实施例提供 许多可应用的发明概念，其可以较广的变化实施。所讨论的特定实施 例仅用来公开使用实施例的特定方法，而不用来限定所公开的范围。

以下内文中的“一实施例”是指与本发明至少一实施例相关的特 定图样、结构或特征。因此，以下“在一实施例中”的叙述并不是指 同一实施例。另外，在一个或多个实施例中的特定图样、结构或特征 可以适当的方式结合。值得注意的是，本说明书的附图并未按照比例 绘示，其仅用来示出本发明。

图2A～图2F示出本发明一实施例形成沟槽隔离结构的方法，其中 沟槽隔离结构可用来电性隔离集成电路中的组件。举例来说，沟槽隔 离结构可邻近晶体管的闸极形成，且在基底中邻接晶体管的源极/汲极 区。

请参照图2A，其显示初始制程步骤的晶圆部分(wafer  fragment)204。晶圆部分204可包括半导体晶圆基底202或形成于基底 202上的制程中形成的层，其包括一个或多个半导体层和主动可操作 的半导体组件部分。半导体组件可包括晶体管、电容器、电极、绝缘 物或其它半导体结构可用运用的构件。

附图中的晶圆部分204包括半导体基底，半导体基底202上形成 有约8-20nm的第一垫层212，用作垫氧化层。第一垫层212可由对基 底进行热氧化层、化学气相沉积法、溅镀法或类似的技术形成。而且， 可在第一垫层212上以化学气相沉积法或其它的沉积技术形成第二垫 层214，以提供氧化或化学机械研磨(CMP)的硬式罩幕层。第二垫层 214较佳地为氮化硅组成，其厚度可以为40-200nm。使用黄光微影技 术形成和图案化光阻罩幕层(图中未示出)，接着，对第一垫层212、第 二垫层214和基底202进行蚀刻，在基底中形成类似浅沟槽206的开 口或凹槽，作为组件隔离。举例来说，沟槽206的宽度可以约为0.1 μm，深度可以约为0.5μm，深宽比可以约为5(0.5/0.1)。沟槽206包 括侧壁210和底部表面208。沟槽206可以具有倾斜或非等向性蚀刻 制程形成的垂直侧壁。然后，移除光阻罩幕层。

在移除光阻罩幕层和清洗沟槽结构后，如图2B所示，可以热氮 化法或高密度电浆化学气相沉积法(使用SiH₄和NH₃作为来源气体)在 沟槽206的底部208和侧面210上形成氮化硅衬层216。氮化硅衬层 216的厚度约为5nm～20nm。

请参照图2C，由于氮化硅衬层216和后续形成的聚硅氮烷 (Polysilazane)涂布层间的黏着性并不能获得满足，本实施例对氮化硅 衬层216进行处理制程，以增加氮化硅衬层216和后续形成的聚硅氮 烷涂布层间的黏着力。在本发明一实施例中，在氮化硅衬层216上进 行处理制程，以得到具有OH基团(OH group)的亲水的表面，以改进 氮化硅衬层216和后续形成的聚硅氮烷(Polysilazane)涂布层间的黏着 力，其理由是Si-OH可和(SH₂NH)_n互相作用，以产生强力的化学键。 在本发明一实施例中，上述对氮化硅衬层216的处理步骤是湿式处理 制程。举例来说，湿式处理制程使用去离子水、酸溶液或碱性溶液处 理氮化硅衬层。例如，具有氮化硅衬层216的基底202浸在去离子水、 酸性溶液或碱性溶液中，酸性溶液包括氯化氢HCl或HPM (HCl/H₂O₂/H₂O)，碱性溶液包括氢氧化钾KOH、氢氧化四甲基铵溶液 tetramethylammonium hydroxide(TMAH)或APM(NH₄OH/H₂O₂/H₂O)。 在一范例中，HPM具有以下比例：HCl/H₂O₂/H₂O＝1/2/50，APM具 有以下比例：NH4OH/H2O2/H2O＝1/1/50，制程温度约为室温至100 ℃，处理时间约为1～10分钟。在本发明另一实施例中，对氮化硅衬 层216的处理制程是蒸气处理，其中制程温度约为100℃～200℃。

如图2D所示，在基底上旋转涂布聚硅氮烷(Polysilazane)溶液，且 填入沟槽206中，以形成聚硅氮烷涂布层218。一般来说，聚硅氮烷 涂布层218是通过旋转涂布或旋转玻璃(spin-on glass)制程，形成于基 底202上，然而，本发明不限于此，本发明可采用其它的方法形成聚 硅氮烷涂布层，例如流动涂布(flow coating)、浸泡(dip)或喷洒制程。 在一较佳实施例中，聚硅氮烷涂布层218是通过旋转涂布有机溶剂中 的聚硅氮烷溶液至填满沟槽206的预定部分或全部部分中形成。聚硅 氮烷包含Si_xN_yH_z型态的单元，其中硅原子在-Si-NH-键中的还原环境 (reducing environment)。聚硅氮烷材料若没有进行调整，其不能令人满 意的进行蚀刻或制程(500∶1的HF无法以超过/min的速率进行 蚀刻)。氮键需要氧化，以将材料转换成氧化硅。

在基底202上形成层的过程中，是在平面上旋转基底202的时候， 将聚硅氮烷溶液滴在硅基底202的表面或基底的层上，以依据施加在 基底(或晶圆)的离心力，在全部基底202的表面上形成均匀涂布的薄 膜。本实施例可通过调整涂布溶液的浓度和基底202旋转的速度，控 制聚硅氮烷涂布层的厚度。聚硅氮烷涂布层厚度范围一般为 30nm～500nm。

在基底202上旋转涂布聚硅氮烷溶液的制程参数如下：基底202 温度约为18℃～30℃，旋转的速度约为500rpm～6000rpm，旋转的 时间约为2秒。

请参照图2E，在涂布制程后，对基底202进行加热以移除有机溶 剂，氧化聚硅氮烷涂布层218，及形成氧化硅层220。在此步骤中，聚 硅氮烷涂布层218是通过以氧原子取代氮原子和氢原子，氧化聚硅氮 烷的Si_xN_yH_z基团，以形成富氧材料，例如氧化硅和二氧化硅。

请参照图2F，在形成氧化硅层220后，氧化硅层220可进行化学 机械研磨、回蚀刻制程或类似的技术，移除部份的氧化硅层，使沟槽 206中的填充物与基底202的表面同水平，完成沟槽隔离结构222。另 外，闸极或其它已知的结构可以按照本技术领域熟知的技术制作。根 据上述，图2F的浅沟槽隔离结构222包括基底202、第一垫层212、 第二垫层214、沟槽206、氮化硅衬层216和氧化硅层220。

本发明实施例增加聚硅氮烷和氮化硅间黏着性的方法可处理氮化 硅衬层，使其与聚硅氮烷涂布层有较强的键结，因此可解决后续去除 玻璃或湿蚀刻制程产生凹痕(divot)的问题。

虽然本发明已公开了上述较佳实施例，但是本发明并不限于此， 本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些 许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以权利要求书限定的范 围为准。