[发明专利]氧化聚硅氮烷层的方法以及形成沟槽隔离结构的方法

说明书

发明所属的技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路的制程中使用绝缘材料进行电性隔离的方法，特别是涉及一种氧化聚硅氮烷(Polysilazane)层的方法。

现有技术

在半导体集成电路中，半导体组件是整合并设计在一个小区域中，而需要组件彼此相接近。随着集成电路组件的尺寸和间距持续的缩小，绝缘材料用来隔离各种主动构件(例如晶体管、电阻器和电容器)。隔离用的绝缘材料一般是二氧化硅组成。

举例来说，金属内联机间的层间介电层(interlayer dielectric，简称ILD)或金属间介电层需要填入深宽比等于5或大于5的窄间隙，此外，还需要在基底中的构件间于沟槽中填入绝缘材料，形成浅沟槽隔离(STI)。上述沟槽的宽度为0.01至0.05微米或更小，而对如此小的图样填充绝缘材料是很困难的。此外，介电材料必须能够禁得起后续的制程步骤，例如蚀刻和清洗步骤。

介电材料一般是由化学气相沉积法或电浆辅助化学气相沉积法沉积而成，举例来说，形成浅沟槽隔离一般包括以下方法：蚀刻硅基底形成沟槽；在沟槽中填入二氧化硅作为隔离层。在沟槽中，氧化物的隔离层先形成在沟槽的侧壁，且朝向沟槽的中心成长，直到与氧化物相接触。由于深宽比越来越大，沟槽的宽度变得更窄，而深度变得更深。因此，使用化学气相沉积法或电浆辅助化学气相沉积法技术很难形成不具有孔洞或缝隙的隔离沟槽。

现已发展出流动性的材料，例如硅酸盐(silicate)、硅氧烷(siloxane)、硅氮烷(silazane)或乙基硅倍半环丙烷(silisesquioxanes)的旋转涂布介电材料(spin-on dielectrics，简称SOD)、旋转涂布玻璃(spin-on glass，简称SOG)和旋转涂布高分子(spin-on polymer)。氧化硅薄膜是通过将含硅高分子的液态溶液旋转涂布在基底的表面，接着，对上述材料进行烘烤以移除溶剂，之后，在约不高于1000℃的温度下，于常压、氧气或水气的环境中热氧化高分子层。然而，上述的方法具有以下缺点：如图1所示，当进行氧化和致密化聚硅氮烷(polysilazane)涂布层106的制程中，氧气和水气会渗入聚硅氮烷涂布层106。因此，此高温制程的方法需要厚度相对厚(大于6nm)的氮化硅衬层104以避免对基底102进行氧化。然而，此氮化硅衬层104限制浅沟槽隔离缝隙填充的应用(例如难以用在30nm技术以下的制程)。另一缺点为该高温制程会影响到其它低热容许(thermal tolerance)例如铝或其它的金属线层。该产品需限制其热预算(thermal budget)，其高温的致密化制程会对组件造成损坏。因此，需要较低温度的制程技术。

发明内容

根据上述内容，本发明提供一种氧化聚硅氮烷层的方法，包括：提供基底，包括沟槽；在沟槽中形成聚硅氮烷层；及在施加超音波的含酸溶液中对聚硅氮烷层进行处理以氧化聚硅氮烷层。

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；在沟槽中形成聚硅氮烷层；及在100℃～300℃的温度下，在施加超音波的含酸溶液中对聚硅氮烷层进行处理以将聚硅氮烷层转换成氧化硅层，其中含酸溶液包括磷酸、硫酸、H₂SO₄添加O₃(SOM)、H₂SO₄添加H₂O₂(SPM)、H₃PO₄添加O₃或H₃PO₄添加H₂O₂；及移除沟槽外的氧化硅层。

附图说明

图1显示现有技术形成浅沟槽隔离结构的方法的制程剖面图。

图2A-2E显示本发明一实施例形成浅沟槽隔离结构的介电层的方法的制程剖面图。

主要组件符号说明

为让本发明的特征能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作出如下详细说明：

实施方式

以下详细讨论揭示实施例的实施。然而，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揭示使用实施例的特定方法，而不用来限定揭示的范围。