TWI508222B - 形成溝渠及溝渠絕緣的方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於半導體製程領域，特別是有關於一種在半導體基底上形成溝渠及溝渠絕緣的方法。
如熟習該項技藝者所知，在半導體製程中，常有利用深、淺溝渠絕緣結構作為元件之間的電性絕緣結構，例如，影像感測像素之間的電性絕緣。
第1圖至第9圖例示一種習知的形成溝渠及溝渠絕緣的方法。首先，如第1圖所示，在基底12上設有墊氧化層22及墊氮化矽層24。接著，利用微影及蝕刻製程，於第一區域101內形成穿透氧化層22及墊氮化矽層24，並延伸至基底12內的淺溝渠26，例如，第一區域101可以是影像感測元件的邏輯電路(logic circuit)區域。接著，在淺溝渠26表面形成一氧化襯墊層26a。如第2圖所示，沈積氧化層30使其填滿淺溝渠26，然後進行緻密化製程。如第3圖所示，利用光阻層(圖未示)及反差光罩(reverse mask)至少將第二區域102的氧化層30曝露出來，然後將一部份厚度的氧化層30蝕刻掉，例如，第二區域101可以是影像感測元件的像素陣列(pixel array)區域。如第4圖所示，進行化學機械研磨製程，將淺溝渠26外的氧化層30去除，並曝露出墊氮化矽層24，如此形成淺溝渠絕緣結構28。如第5圖所示，全面沈積硬遮罩層40，覆蓋住墊氮化矽層24及淺溝渠絕緣結構28。如第6圖所示，利用微影及蝕刻製程，於第二區域102內的硬遮罩層40、墊氧化層22及墊氮化矽層24中形成開口40a。如第7圖所示，經由開口40a蝕刻基底12，形成深溝渠46。如第8圖所示，在深溝渠46表面形成一氧化襯墊層46a，再沈積氧化層50使其填滿深溝渠46，然後進行緻密化製程。如第9圖所示，進行化學機械研磨製程，將深溝渠46外的氧化層50及硬遮罩層40去除，曝露出墊氮化矽層24，如此形成深溝渠絕緣結構48。
習知形成溝渠及溝渠絕緣的方法其缺點在於必須分別進行淺溝渠26及深溝渠46的蝕刻與襯墊層氧化步驟，以及必須分別進行氧化層30及氧化層50的沈積與緻密化製程，故其製程步驟較為繁瑣。此外，必須利用反差光罩將第二區域102的氧化層30曝露出來，然後將一部份厚度的氧化層30蝕刻掉，以避免後續化學機械研磨製程的負載效應(loading effect)或無法完全去除第二區域101內墊氮化矽層24上的氧化層30。
本發明之主要目的在提供一種改良的形成溝渠及溝渠絕緣的方法，以解決上述先前技藝之不足與缺點。
根據本發明之較佳實施例，本發明提供一種形成溝渠的方法，包含有：提供一基底，包含有一第一區域及一第二區域，其中該基底上設有一墊層以及一硬遮罩層；於該硬遮罩層上形成一圖案化的第一光阻層，其至少在該第一區域內包含有一第一開口，在該第二區域內包含有一第二開口；經由該第一開口及該第二開口，蝕刻該硬遮罩層、該墊層及該基底，分別形成一第一淺溝渠及一第二淺溝渠；去除該第一光阻層；於該硬遮罩層上形成一圖案化的第二光阻層，其中，該第二光阻層覆蓋住該第一區域，曝露出該第二區域；以及利用該第二光阻層以及該硬遮罩層作為一蝕刻抵擋層，蝕刻該第二淺溝渠的底部，形成一深溝渠。
另一方面，根據本發明之較佳實施例，本發明提供一種形成溝渠絕緣的方法，包含有：提供一基底，包含有一第一區域及一第二區域，其中該基底上設有一墊層以及一硬遮罩層；於硬遮罩層、該墊層及該基底中形成一第一淺溝渠及一第二淺溝渠，其中該第一淺溝渠及該第二淺溝渠分別位於該第一區域及該第二區域；於該硬遮罩層上形成一圖案化的光阻層，其中，該光阻層覆蓋住該第一區域，曝露出該第二區域；利用該光阻層以及該硬遮罩層作為一蝕刻抵擋層，蝕刻該第二淺溝渠的底部，形成一深溝渠；於該第一淺溝渠及該深溝渠的表面上分別形成一第一氧化襯墊層及一第二氧化襯墊層；以及沈積一氧化層，使其填滿該第一淺溝渠及該深溝渠。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而如下之較佳實施方式與圖式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
本發明形成溝渠及溝渠絕緣的方法適合應用在任何同時需要深、淺溝渠之場合，以及/或同時需要深、淺溝渠絕緣結構之場合，例如，影像感測像素之間的電性絕緣、高功率管理元件之絕緣或者高壓MOS電晶體之絕緣等。
請參閱第10圖至第14圖，其為依據本發明一較佳實施例所繪示的形成溝渠及溝渠絕緣的方法。首先，如第10圖所示，提供一基底112，例如，半導體基底或矽基底，但不限於此。在其它實施例中，基底112亦可以是形成在矽基底(圖未示)表面上的磊晶層。根據本發明之較佳實施例，基底112的表面至少可以區分為一第一區域201及一第二區域202，其中，第一區域201可以是影像感測元件的邏輯電路(logic circuit)區域，第二區域202可以是影像感測元件的像素陣列(pixel array)區域。接著，在基底112的表面上依序形成一墊氧化層122、一墊氮化矽層124以及一硬遮罩層140，其中，硬遮罩層140可以是以化學氣相沈積法所形成的矽氧層。
如第11圖所示，接著先在硬遮罩層140表面上形成一圖案化的第一光阻層230，其至少在第一區域201內包含有一第一開口230a，在第二區域202內包含有一第二開口230b。第一開口230a定義出後續欲形成於第一區域201內的淺溝渠絕緣結構的位置，而第二開口230b定義出後續欲形成於第二區域202內的深溝渠絕緣結構的位置。接著，進行一第一蝕刻製程，經由第一開口230a及第二開口230b，向下蝕刻硬遮罩層140、墊氮化矽層124、墊氧化層122以及基底112，分別形成一第一淺溝渠126及一第二淺溝渠127，其中，第一淺溝渠126位於第一區域201內，第二淺溝渠127位於第二區域202內。隨後，將第一光阻層230去除。
如第12圖所示，再於硬遮罩層140表面上形成一圖案化的第二光阻層238，其中，第二光阻層238覆蓋住第一區域201，並且填滿第一區域201內的第一淺溝渠126，且第二光阻層238具有一開口238a，曝露出第二區域202。接著，進行一第二蝕刻製程，利用第二光阻層238以及硬遮罩層140作為蝕刻抵擋層，繼續蝕刻第二淺溝渠127的底部，藉以形成一深溝渠146。隨後，將第二光阻層238去除。如此，即完成在第一區域201內及第二區域202內分別形成淺溝渠126及深溝渠146的流程。
如第13圖所示，接著進行一氧化製程，同時在淺溝渠126及深溝渠146的表面上形成一氧化襯墊層126a及一氧化襯墊層146a。再進行一化學氣相沈積製程，全面的沈積一氧化層150使其填滿淺溝渠126及深溝渠146，然後進行緻密化製程，使氧化層150結構更佳緻密。如第14圖所示，在完成緻密化製程之後，再進行一化學機械研磨製程，將淺溝渠126及深溝渠146之外，位於墊氮化矽層124表面上的氧化層150及剩下的硬遮罩層140研磨去除，得到一個平坦的表面，如此即完成在第一區域201內及第二區域202內分別形成淺溝渠絕緣結構128及深溝渠絕緣結構148的流程。
相較於習知技藝，本發明形成溝渠及溝渠絕緣的方法，其步驟更加簡化，主要特徵在於第一區域201內及第二區域202內的溝渠表面氧化襯墊層係同時進行，且僅需要一道溝渠填充、一道緻密化製程及一道化學機械研磨製程，即可在第一區域201內及第二區域202內分別形成淺溝渠絕緣結構128及深溝渠絕緣結構148。此外，習知技藝中用來將第二區域102的氧化層30曝露出來的反差光罩，以及後續蝕刻氧化層30的步驟也可以省略，有效的節省了生產成本並提升產能。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
12．．．基底
22．．．墊氧化層
24．．．墊氮化矽層
26．．．淺溝渠
26a．．．氧化襯墊層
28．．．淺溝渠絕緣結構
30．．．氧化層
40．．．硬遮罩層
40a．．．開口
46．．．深溝渠
46a．．．氧化襯墊層
48．．．深溝渠絕緣結構
50．．．氧化層
101．．．第一區域
102．．．第二區域
112．．．基底
122．．．墊氧化層
124．．．墊氮化矽層
126．．．淺溝渠
126a‧‧‧氧化襯墊層
127‧‧‧淺溝渠
128‧‧‧淺溝渠絕緣結構
140‧‧‧硬遮罩層
146‧‧‧深溝渠
146a‧‧‧氧化襯墊層
148‧‧‧深溝渠絕緣結構
150‧‧‧氧化層
201‧‧‧第一區域
202‧‧‧第二區域
230‧‧‧第一光阻層
230a‧‧‧第一開口
230b‧‧‧第二開口
238‧‧‧第二光阻層
238a‧‧‧開口
第1圖至第9圖例示一種習知的形成溝渠及溝渠絕緣的方法。
第10圖至第14圖為依據本發明較佳實施例所繪示的形成溝渠及溝渠絕緣的方法。
112‧‧‧基底
122‧‧‧墊氧化層
124‧‧‧墊氮化矽層
126‧‧‧淺溝渠
140‧‧‧硬遮罩層
146‧‧‧深溝渠
201‧‧‧第一區域
202‧‧‧第二區域
238‧‧‧第二光阻層
238a‧‧‧開口
Claims (13)
- 一種形成溝渠的方法，包含有：提供一基底，其上依序具有一墊層和一硬遮罩層，該基底包含有一第一淺溝渠及一第二淺溝渠；形成一圖案化的填充層，其中該填充層填入該第一淺溝渠，並曝露出該第二淺溝渠；利用該填充層為一蝕刻抵擋層，蝕刻該第二淺溝渠的底部，形成一深溝渠；移除該填充層；在移除該填充層後，沈積一氧化層，以覆蓋住該硬遮罩層並填滿該第一淺溝渠及該深溝渠；以及進行一化學機械研磨製程，以完全去除位於該第一淺溝渠及該深溝渠之外的該氧化層及該硬遮罩層，直至暴露出該墊層。
- 如申請專利範圍第1項所述之形成溝渠的方法，其中該填充層為光阻。
- 一種形成溝渠的方法，包含有：提供一基底，其上依序具有一墊層和一硬遮罩層；形成一圖案化的第一光阻層以於該基底形成一第一淺溝渠及一第二淺溝渠；去除該第一光阻層； 於該基底上形成一圖案化的第二光阻層，其中該第二光阻層覆蓋住該第一淺溝渠，曝露出該第二淺溝渠；利用該第二光阻層為一蝕刻抵擋層，蝕刻該第二淺溝渠的底部以形成一深溝渠；移除該第二光阻層；在移除該第二光阻層後，沈積一氧化層，以覆蓋住該硬遮罩層並填滿該第一淺溝渠及該深溝渠；以及進行一化學機械研磨製程，以完全去除位於該第一淺溝渠及該深溝渠之外的該氧化層及該硬遮罩層，直至暴露出該墊層。
- 如申請專利範圍第3項所述之形成溝渠的方法，其中該第一淺溝渠位於一第一區域內，該第二淺溝渠位於一第二區域內，且該第一區域與該第二區域不重疊。
- 如申請專利範圍第4項所述之形成溝渠的方法，其中該第一區域是影像感測元件的邏輯電路區域。
- 如申請專利範圍第5項所述之形成溝渠的方法，其中該第二區域是影像感測元件的像素陣列區域。
- 如申請專利範圍第3項所述之形成溝渠的方法，其中該墊層包含有一墊氧化層以及一墊氮化矽層。
- 如申請專利範圍第3項所述之形成溝渠的方法，其中在形成該深溝渠之後，去除該第二光阻層。
- 如申請專利範圍第3項所述之形成溝渠的方法，其中該第二光阻層填滿該第一淺溝渠。
- 如申請專利範圍第3項所述之形成溝渠的方法，其中該基底包含半導體基底、矽基底或磊晶層。
- 如申請專利範圍第7項所述之形成溝渠的方法，其中該硬遮罩層包含矽氧層。
- 如申請專利範圍第8項所述之形成溝渠的方法，其中另包含：於該第一淺溝渠及該深溝渠的表面上分別形成一第一氧化襯墊層及一第二氧化襯墊層。
- 如申請專利範圍第12項所述之形成溝渠絕緣的方法，其中沈積該氧化層之後，另包含緻密化該氧化層。
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