专利名称：蚀刻剂及其在提高蚀刻选择比上的应用的制作方法
技术领域：
本发明有关一种蚀刻剂及其在提高蚀刻选择比(Etching Selectivity)上的应用，特别是有关于一种具有含硅(Si)化合物的蚀刻剂及其在提高氮化硅(Si3N4)与氧化硅(SiO2)的蚀刻选择比上的应用。
(2)背景技术在集成电路中，为了避免晶体管之间的操作互相干扰，因而必须在相邻的晶体管间加入具有电性隔绝能力的隔离结构，以防止晶体管间发生闭锁(Latch Up)或是短路。然而，伴随半导体元件尺寸的微小化趋势，致使元件的集成度持续攀升，于是元件间隔离结构的尺寸也愈显关键。
目前，由于浅沟渠隔离(Shallow Trench Isolation；STI)技术所形成的隔离结构不仅尺寸小、平坦度佳，具有良好的电性隔离效果，更能大幅提高元件密度。因此在现今的集成电路制程中，浅沟渠隔离技术已广为采用。
请参照图1至图4，它们是习知浅沟渠隔离的制程剖面图。制作元件间的浅沟渠隔离时，首先在半导体的基材100上覆盖氧化硅层102来作为垫氧化层(PadOxide Layer)，再于氧化硅层102上覆盖氮化硅层104。其中，氧化硅层102是用以降低存在于氮化硅层104与基材100间的应力，而氮化硅层104则是用以在后续的制程中作为浅沟渠隔离的化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)的终止层。接着，覆盖一层光阻层106于氮化硅层104上，并利用微影制程图案化此光阻层106，而暴露出部分的氮化硅层104。再利用图案化的光阻层106为蚀刻罩幕，对所暴露出的氮化硅层104及其底下的氧化硅层102与基材100进行蚀刻，藉以去除部分的氮化硅层104、部分的氧化硅层102、以及部分的基材100，而在氮化硅层104、氧化硅层102、以及基材100中形成浅沟渠隔离的开口108，所形成的结构如图1所示。
开口108形成后，将其余的光阻层106去除而暴露出氮化硅层104。再形成一层氧化硅层110覆盖在开口108所暴露出的基材100、氧化硅层102、氮化硅层104上，并填满开口108，而形成如图2所示的结构。
然后，请参照图3，利用化学机械研磨的方式，且以氮化硅层104为研磨终点，去除氮化硅层104上的氧化硅层110，而留下位于开口108中的氧化硅层110以形成浅沟渠隔离结构112。研磨步骤完成后，以热磷酸(Phosphoric Acid；H3PO蚀刻剂及其在提高蚀刻选择比上的应用)当蚀刻剂去除氮化硅层104，而暴露出氧化硅层102。然而，以热磷酸蚀刻氮化硅层104的同时，热磷酸亦会攻击氧化硅层102，而氧化硅层102的厚度也因而产生改变，导致氧化硅层102的厚度不均。
为了确保后续的离子植入的可靠度，必须将此厚度不均的氧化硅层102去除，而暴露出基材100。再形成一层氧化硅层114覆盖在所暴露的基材100上，来作为离子植入步骤的牺牲氧化层。然而，在去除氧化硅层102时，大都是采用氟化氢(HF)来当作蚀刻剂，而氟化氢不仅仅攻击氧化硅层102，也会攻击构成浅沟渠隔离结构112的氧化硅材料。因此，在氧化硅层102去除后，氟化氢会损坏浅沟渠隔离结构112，而在浅沟渠隔离结构112上形成凹凸不平的表面，如图4所示。
鉴于上述习知浅沟渠隔离制程中，受限于蚀刻剂对氮化硅层与氧化硅层间的蚀刻选择比，致使垫氧化层受损而必须先予以去除，再另外形成厚度较为均匀的牺牲氧化层以利离子植入步骤的进行。这样，将导致制程更为繁复，加重成本负担。此外，在去除垫氧化层的同时，蚀刻剂氟化氢亦会伤害到氧化硅组成的浅沟渠隔离结构，严重影响制程可靠度与良率。
(3)发明内容因此，本发明的主要目的是提供一种蚀刻剂，其是在磷酸中掺入含硅化合物。通过含硅化合物与水产生水解反应，而有利于磷酸与氮化硅的反应的进行，从二可大幅提升蚀刻剂氮化硅与氧化硅之间的蚀刻选择比。
本发明的另一目的是将蚀刻剂应用在提高蚀刻选择比上，通过掺有含硅化合物与磷酸的蚀刻剂以增加氮化硅与氧化硅间的蚀刻选择比，因此在去除氮化层的同时，可有效维持垫氧化层的厚度。
根据以上所述的目的，本发明提供了一种蚀刻剂，适用于蚀刻氮化硅，至少包括一磷酸；以及一含硅化合物掺入所述的磷酸中，其中此含硅化合物具有一浓度介于约90ppm至约180ppm之间。此含硅化合物为水溶性硅化合物，例如含卤素硅化合物或者是含卤素硅化合物及其衍生物等。
根据以上所述的目的，本发明另外更提供了一种上述的蚀刻剂的应用，其是用以提高氮化硅对氧化硅的蚀刻选择比，其中利用上述的蚀刻剂来提高蚀刻选择比的方法至少包括提供一基材，其中此基材上至少包括依序堆叠的一氧化硅层以及一氮化硅层；以及利用上述的蚀刻剂对上述的氮化硅层进行蚀刻，藉以去除上述的氮化硅层，并暴露出氮化硅层底下的氧化硅层，其中此蚀刻剂至少包括一磷酸以及一含硅化合物掺入磷酸中。上述的含硅化合物为可溶性，且此含硅化合物例如为含卤素硅化合物或含卤素硅化合物及其衍生物等，较佳的例子为氯化硅或氯化硅及其衍生物。
采用本发明可在蚀刻氮化层期间使其下方的垫氧化层的厚度可获得维持，因此垫氧化层可在后续制程中作为牺牲氧化层用。这样，不仅可避免在垫氧化层去除时蚀刻剂对浅沟渠隔离结构所造成的伤害，还可省却额外制作牺牲氧化层所产生的人力与费用。从而可改善制程可靠度与优良率，并减少制程成本的支出。
为进一步说明本发明的目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
(4)
图1至图4是习知浅沟渠隔离的制程剖面图；以及图5至图8是本发明的一较佳实施例的浅沟渠隔离的制程剖面图。
(5)具体实施方式
本发明揭示一种蚀刻剂及其在提高蚀刻选择比上的应用，此蚀刻剂至少包括磷酸以及含硅化合物。藉由含硅化合物能与水产生水解反应的特性，可使蚀刻剂对氮化硅与氧化硅的蚀刻选择比获得有效提升，进而达到维持垫氧化层的厚度的目的。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图5至图8的图示。
请参照图5至图8，它们是本发明的一较佳实施例的浅沟渠隔离的制程剖面图。本发明的浅沟渠隔离结构的制作，首先是在半导体的基材200上以例如沉积的方式覆盖氧化硅层202，再以例如沉积的方式形成氮化硅层204覆盖在氧化硅层202上，其中基材200的材料可例如为硅。上述的氧化硅层202又称为垫氧化层，可作为氮化硅层204与基材200之间的应力缓冲，而氮化硅层204则可于浅沟渠隔离材料的化学机械研磨步骤中，当作研磨终止层。接着，形成光阻层206覆盖在氮化硅层204上，并利用例如微影的技术于光阻层206中形成浅沟渠的图案，而暴露出部分的氮化硅层204。完成光阻层206的图案化后，藉由例如蚀刻的方式，并以光阻层206为蚀刻罩幕，去除光阻层206所暴露的氮化硅层204及其底下的氧化硅层202与部分的基材200，而在部分的氮化硅层204、部分的氧化硅层202、以及部分的基材200中形成浅沟渠隔离的开口208，如图5所示。
浅沟渠隔离的开口208形成后，剥除剩余的光阻层206，并暴露出氮化硅层204。此时，以例如高密度等离子体化学气相沉积(High Density PlasmaChemical Vapor Deposition；HDP CVD)的方式形成氧化硅层210覆盖在开口208所暴露出的基材200与氧化硅层202、以及氮化硅层204上，并使此氧化硅层210填满开口208，而形成如图6所示的结构。
在氧化硅层210填满开口208后，利用例如化学机械研磨的方式，并以氮化硅层204为研磨终点，去除部分的氧化硅层210，将开口208以外的氧化硅层210移除，而在开口208中形成浅沟渠隔离结构212，所形成的结构如图7所示。
请参照图8，浅沟渠隔离结构212形成后，利用蚀刻剂对氮化硅层204进行蚀刻，藉以去除剩余的氮化硅层204，而暴露出氧化硅层202。其中，本发明的蚀刻剂至少包括磷酸以及含硅化合物，且此含硅化合物属水溶性。此外，此含硅化合物的浓度较佳是介于约90ppm至约180ppm之间。然而，含硅化合物可依制程需求而改变其添加量，其浓度并不限于以上所述。而上述的含硅化合物可例如为含卤素硅化合物或含卤素硅化合物及其衍生物，例如氯化硅或氯化硅及其衍生物等。
由于含硅化合物可与水产生水解反应，因此有利于磷酸与氮化硅反应，可大幅提高蚀刻剂对氮化硅与氧化硅的蚀刻选择比。在本发明的一较佳实施例中，磷酸与含硅化合物所构成的蚀刻剂可将氮化硅对氧化硅的蚀刻选择比从大约30提升至约50，甚至可达60以上。此外，含硅化合物经水解反应后，所生成的副产物并不会对晶片产生冲击。举例而言，若所选用的含硅化合物为氯化硅，则所生成的副产物为氯化氢，而氯化氢也属水溶性，并不会对晶片产生不好的影响。
由于本发明的蚀刻剂对氮化硅与氧化硅具有绝佳的蚀刻选择比，因此利用此蚀刻剂去除氮化硅层204时，可大幅降低蚀刻剂对氧化硅层202的蚀刻，而使得氧化硅层202的厚度可获得有效维持。除此的外，亦可同时避免氧化硅材质的浅沟渠隔离结构212遭到蚀刻剂的伤害。
此外，由于氧化硅层202的厚度获得维持，因此氧化硅层202的厚度均匀度可获得有效改善。这样，氧化硅层202可直接当作牺牲氧化层，而不需先将氧化硅层202去除后再另外形成牺牲氧化层。不仅可减轻制程负担，更可提高制程的可靠度。
本发明的一优点就是因为本发明的蚀刻剂中掺有水溶性的含硅化合物，因此可达到大幅提高蚀刻剂对氮化硅与氧化硅的蚀刻选择比的目的。
本发明的另一优点就是因为应用本发明的蚀刻剂可有效提升氮化硅与氧化硅间的蚀刻选择比，因此可于氮化硅层去除后，获得厚度均匀度佳的垫氧化层。
本发明的又一优点就是因为垫氧化层的厚度获得维持，可不需再另行制作牺牲氧化层，因此可简化制程步骤，降低制程成本。
本发明的再一优点就是因为不需额外制造牺牲氧化层，因此可提高浅沟渠隔离结构的品质，以提升制程可靠度与优良率。
当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种蚀刻剂，适用于蚀刻氮化硅其特征在于，该蚀刻剂至少包括一磷酸；以及一含硅化合物掺入该磷酸中，其中该含硅化合物具有一浓度。
2.如权利要求1所述的蚀刻剂，其特征在于，该含硅化合物是水溶性。
3.如权利要求1所述的蚀刻剂，其特征在于，该含硅化合物至少包括含卤素硅化合物。
4.如权利要求1所述的蚀刻剂，其特征在于，该含硅化合物至少包括氯化硅。
5.如权利要求1所述的蚀刻剂，其特征在于，该含硅化合物的该浓度介于约90ppm至约180ppm之间。
6.一种提高蚀刻选择比的方法，其特征在于，至少包括提供一基材，其中，该基材上至少包括依序堆叠的一氧化硅层以及一氮化硅层；以及以一蚀刻剂蚀刻该氮化硅层，藉以去除该氮化硅层，并暴露出该氧化硅层，其中，该蚀刻剂至少包括一磷酸以及一含硅化合物掺入该磷酸中。
7.如权利要求6所述的提高蚀刻选择比的方法，其特征在于，该含硅化合物是水溶性。
8.如权利要求6所述的提高蚀刻选择比的方法，其特征在于，该含硅化合物至少包括含卤素硅化合物。
9.如权利要求6所述的提高蚀刻选择比的方法，其特征在于，该含硅化合物至少包括氯化硅。
10.如权利要求6所述的提高蚀刻选择比的方法，其特征在于，该含硅化合物的浓度介于约90ppm至约180ppm之间。
全文摘要
一种蚀刻剂及其在提高蚀刻选择比(EtchingSelectivity)上的应用，此蚀刻剂至少包括磷酸(Phosphoric Acid；H
文档编号C23F1/24GK1472361SQ0212784
公开日2004年2月4日 申请日期2002年8月1日 优先权日2002年8月1日
发明者庄平, 李鸿业, 罗冠腾, 庄 平 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司