專利名稱：絕緣層上覆硅的制作方法及絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種絕緣層上覆硅的制作方法及絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)， 且特別是有關(guān)于一種節(jié)省成本的絕緣層上覆硅的制作方法及絕緣層上覆硅 的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工藝中，絕緣層上覆硅(silicon on insulator)是很常見的半導(dǎo) 體電性隔離技術(shù)，目前的絕緣層上覆硅的制作方法有兩種(1)接合式絕 緣層上覆硅，以及(2)高劑量氧離子注入。其中
(1) 接合式絕緣層上覆硅，此方法需要使用兩片晶片，其中一片晶片 在表面成長一層氧化層，先使用氫注入在晶片深處形成微孔層，接著將這兩 片晶片面對面壓住，并在高溫度下利用兩者之間的二氧化硅層擴散將它們接 合在一起，再切割微孔層使兩者分離。
(2) 高劑量氧離子注入，此方法是用非常高劑量的氧離子注入在硅晶 片之下以形成一個高含氧的接面，需要高溫進行退火才能形成深埋氧化層。
上述兩種方法皆需要高成本且生產(chǎn)率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種絕緣層上覆硅的制作方法，制作出一種絕緣 層上覆硅的結(jié)構(gòu)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)成本過高的缺點。
本發(fā)明是結(jié)合了兩種工藝技術(shù)的特性，以達成絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)，這 兩種技術(shù)分別為硅的陽極處理(silicon anodization)以及旋轉(zhuǎn)涂布介電質(zhì) (spin-ondielectric)。硅的陽極處理為一電化學(xué)反應(yīng)，是將硅芯片接于含有氫氟酸(HF)電解液電解槽的陽極上，施加電壓以達成一可控制的濕式蝕刻
反應(yīng)，在適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)區(qū)間可形成多孔硅結(jié)構(gòu)，且其孔隙率及孔隙大小可 由電解液成分、溫度及所施加電位電流密度等來控制。 一般而言，對于p型
硅基材的陽極處理條件區(qū)間為電解液的氫氟酸濃度介于2-40wt。/c，陽極電 位小于1.3伏特，電流密度介于0.5-150 mA/cm2。旋轉(zhuǎn)涂布介電質(zhì)則是將含 有多硅垸類(polysilazane)或是硅氧烷類(silozane)的前驅(qū)物(precursor) 以旋轉(zhuǎn)涂布法涂布在基材表面，然后實施一退火工藝以使該涂布層轉(zhuǎn)換成介 電質(zhì)并達成致密化效果。以多硅垸類(polysilazane)系列為例，其需要在 400°C以上含有水氣的氣氛下進行轉(zhuǎn)化，在此環(huán)境下多孔硅極易被氧化而形 成二氧化硅。
根據(jù)本發(fā)明所提出的一種絕緣層上覆硅的制作方法，主要包括步驟于 基材上形成多個溝槽；于這些溝槽的內(nèi)側(cè)表面以及內(nèi)底表面形成氧化層；于 該氧化層上形成氮化層；移除各溝槽的內(nèi)底表面的所述氮化層以及氧化層； 使用陽極處理使各溝槽下方的部分基材形成多孔硅層；旋轉(zhuǎn)涂布介電質(zhì)填滿 該些溝槽，該介電質(zhì)覆蓋于所述多孔硅層上；以及使用加熱工藝使多孔硅層 形成絕緣層。
本發(fā)明的絕緣層上覆硅的制作方法，使用陽極處理將部分基材形成多孔 硅，且用旋轉(zhuǎn)涂布的方法將介電質(zhì)填入溝槽中，并使用加熱工藝使多孔硅形 成絕緣層，由本發(fā)明的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接合式隔離以及高劑量氧離子注入技 術(shù)，可降低成本，且制作過程快速，使生產(chǎn)率上升。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，所述移除氮化層的方法可以是非等向性蝕刻。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，所述加熱工藝可以是干式或濕式的含氧化 性氧氣氛的退火工藝，退火溫度介于400-1200'C之間，操作壓力可為常壓 (atmospheric pressure)、次常壓(sub-atmospheric pressure)或是《氐壓(low pressure)。根據(jù)本發(fā)明的一具體實施方案，本發(fā)明的絕緣層上覆硅的制作方法包括 步驟于硅基底上形成多個溝槽，于每個所述溝槽的內(nèi)側(cè)表面以及內(nèi)底表面 形成氧化層，于該氧化層上形成氮化層，接著，移除所述溝槽的內(nèi)底表面上 的該氮化層及氧化層，然后使用陽極處理使部分硅基底形成多孔硅，以及于 該多孔硅基底以及該氮化層上旋轉(zhuǎn)涂布介電質(zhì)材料，最后使用一退火工藝使 所述多孔硅形成絕緣層。經(jīng)由該工藝方法，使用陽極處理將部分硅基底形成 多孔硅，且用旋轉(zhuǎn)涂布的方法將介電質(zhì)均勻填入溝槽中，最后使用退火工藝 使多孔硅氧化形成絕緣層(二氧化硅)，由此方法可同時完成淺溝槽隔離
(shallow trench isolation)以及絕緣層上覆硅結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的接合式隔離以 及高劑量氧離子注入技術(shù)相比較，本發(fā)明的方法可降低成本，且制作過程快 速，使生產(chǎn)率上升。
本發(fā)明同時提供了一種絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以按照上述方法 制作得到，具體地，本發(fā)明的絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)包含
基底(襯底)，該基底包含基材、多個凸部以及絕緣層，其中絕緣層位 于所述基材與所述多個凸部之間；多個溝槽，該些溝槽形成于各凸部與凸部 之間；氧化層，該氧化層位于各溝槽的內(nèi)側(cè)表面；氮化層，該氮化層位于所 述氧化層上；以及介電質(zhì)，該介電質(zhì)填滿各溝槽。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，本發(fā)明的絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)中，所述基 底還可包含形成于各凸部頂端的墊氧化層以及形成于該墊氧化層上的墊氮 化層。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，所述基材可以為硅基材。 根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，所述凸部與基材的材質(zhì)可以相同，例如同 為硅。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，所述絕緣層可以為二氧化硅層。 根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，所述氮化層可以為氮化硅層。


圖1為本發(fā)明的一實施例的絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)的斷面示意圖。
圖2a 圖2f為圖1所示實施例的絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)的制作過程示意圖。
圖中主要組件符號說明
100基底 IIO基材 120凸部 130墊氧化層
140墊氮化層 150多孔硅層 151絕緣層 200溝槽
300氧化層 400氮化層 500第一介電質(zhì) 510第二介電質(zhì)
具體實施例方式
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，現(xiàn) 配合附圖詳細說明如下
參照圖l，其為本發(fā)明的一實施例的絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)的斷面示意圖。 本發(fā)明的絕緣層上覆硅通常簡稱SOI (silicon on insulator)，是一種半
導(dǎo)體電性隔離技術(shù)，本實施例中的絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)包含基底(襯底) 100、溝槽200、氧化層300、氮化層400以及第二介電質(zhì)510;基底100包 含基材IIO、多個凸部120、墊氧化層130、墊氮化層140以及絕緣層151; 基材IIO為一般的硅晶片，該基材IIO與所述凸部120之間有絕緣層151， 該絕緣層151有電性隔離的效果；墊氧化層130覆蓋于每個凸部120的頂端， 墊氮化層140覆蓋于墊氧化層130的上方，使墊氧化層130介于墊氮化層140 以及每個凸部120之間，各凸部120與凸部120之間形成溝槽200，每個凸 部120的兩側(cè)覆蓋氧化層300，氧化層300與墊氧化層130以及絕緣層151 相連結(jié)將每個凸部120包覆在其中；氮化層400在本實施例中為氮化硅層， 覆蓋于氧化層300之外，與墊氮化層140相連接；第二介電質(zhì)510填滿溝槽 200，形成絕緣層上覆硅SOI (silicon on insulator)的結(jié)構(gòu)。
參照圖2a 圖2f，為該實施例的絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)的制作過程示意圖(以結(jié)構(gòu)的斷面示意)。
如圖2a所示，于一基材110上方依序沉積一墊氧化層130及一墊氮化 層140，其中基材110為硅基材；墊氧化層130的材質(zhì)可為二氧化硅；墊氮 化層140的材質(zhì)可為氮化硅。接著涂布一光刻膠層并以光刻工藝定義出組件 作用區(qū)(active area)，再以干式蝕刻移除未被光刻膠層覆蓋的墊氮化層140 及墊氧化層130，并移除光刻膠層，對基材110進行干式蝕刻形成多個溝槽 200。如圖所示，基材IIO上部形成了多個凸部120，溝槽200是位于各凸部 120與凸部120之間。
如圖2b所示，于該溝槽200中進行熱氧化形成氧化層300，該氧化層 300的成分為二氧化硅，該氧化層300覆蓋該溝槽200的內(nèi)側(cè)壁表面(內(nèi)側(cè) 表面)以及該溝槽200的內(nèi)底表面，且該氧化層300與墊氧化層130相連結(jié)； 接著，沉積氮化層400覆蓋于該氧化層300之上，且該氮化層400與墊氮化 層140相連結(jié)。該氮化層400的材質(zhì)可為氮化硅。
如圖2c所示，將覆蓋于所述氧化層300位于溝槽的內(nèi)底表面上方的該 氮化層400使用非等向性蝕刻工藝移除，留下兩側(cè)壁表面的該氮化層400， 形成氮化物間隙壁；然后如圖2d所示，移除位于溝槽的內(nèi)底表面的氧化層 300，接著對透過溝槽底面暴露出來的部分基材110進行陽極處理，陽極處 理時的電流分布將使暴露的部分基材110其正下方及其側(cè)向形成多孔硅層 150。
如圖2e所示，旋轉(zhuǎn)涂布一第一介電質(zhì)500填滿各溝槽200，該第一介電 質(zhì)500與多孔硅層150相接觸。該第一介電質(zhì)500為含有多硅烷類 (Polysilazane)或是硅氧烷類(Silozane)的前驅(qū)物經(jīng)旋轉(zhuǎn)涂布所構(gòu)成。
最后，如圖2f所示，使用加熱工藝，例如本實施例是在氧化性氧氣下 使用退火工藝使氧透過所述第一介電質(zhì)500 (圖2e)與多孔硅層150 (圖2e) 相結(jié)合形成一絕緣層151，退火溫度介于400-120(TC之間，操作壓力可為常 壓(atmospheric pressure)、次常壓(sub-atmospheric pressure)(例如100-700torr)或是低壓(low pressure)(例如0.01-10 torr)。本實施例中該絕緣層 151的組成物為二氧化硅。該過程中由于退火工藝的緣故，使得所述第一介 電質(zhì)500 (圖2e)轉(zhuǎn)化成一第二介電質(zhì)510。
經(jīng)由上述的工藝方法，主要是通過移除溝槽內(nèi)底表面的氧化層以及使用 陽極處理將部分所述基材110形成多孔硅層150，且用旋轉(zhuǎn)涂布的方法將所 述第一介電質(zhì)500均勻填入溝槽200中(本實施例中介電質(zhì)材料同時涂布于 硅基底、墊氮化層以及氮化層上)，最后使用氧化性退火工藝使多孔硅層150 氧化形成二氧化硅的絕緣層151，此方法具有降低成本、制程快速、使生產(chǎn) 率上升的功效。
雖然本發(fā)明已以一實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動 與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種絕緣層上覆硅的制作方法，該方法包括步驟于基材上形成多個溝槽；于這些溝槽的內(nèi)側(cè)表面以及內(nèi)底表面形成氧化層；于該氧化層上形成氮化層；移除各溝槽的內(nèi)底表面的所述氮化層以及氧化層；使用陽極處理使各溝槽下方的部分基材形成多孔硅層；旋轉(zhuǎn)涂布介電質(zhì)填滿該些溝槽，該介電質(zhì)覆蓋于所述多孔硅層上；以及使用加熱工藝使多孔硅層形成絕緣層。
2、 如權(quán)利要求1所述的絕緣層上覆硅的制作方法，其中，移除氮化層 的方法是非等向性蝕刻。
3、 如權(quán)利要求1所述的絕緣層上覆硅的制作方法，其中，所述加熱工 藝是干式或濕式的含氧化性氧氣氛的退火工藝，退火溫度介于400-1200°C 之間，操作壓力可為常壓、次常壓或是低壓。
4、 一種絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含基底，該基底包含基材、多個凸部以及絕緣層，其中絕緣層位于所述 基材與所述多個凸部之間；多個溝槽，該些溝槽形成于各凸部與凸部之間； 氧化層，該氧化層位于各溝槽的內(nèi)側(cè)表面； 氮化層，該氮化層位于所述氧化層上；以及 介電質(zhì)，該介電質(zhì)填滿各溝槽。
5、 如權(quán)利要求4所述的絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)，其中所述基底還包含形 成于各凸部頂端的墊氧化層以及形成于該墊氧化層上的墊氮化層。
6、 如權(quán)利要求4所述的絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)，其中所述基材為硅基材。
7、 如權(quán)利要求4所述的絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)，其中所述凸部與基材的 材質(zhì)相同，為硅。
8、 如權(quán)利要求4所述的絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)，其中所述絕緣層為二氧 化硅層。
9、 如權(quán)利要求4所述的絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)，其中所述氮化層為氮化 硅層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種絕緣層上覆硅的制作方法，該方法包括步驟于基材上形成多個溝槽；于這些溝槽的內(nèi)側(cè)表面以及內(nèi)底表面形成氧化層；于該氧化層上形成氮化層；移除各溝槽的內(nèi)底表面的所述氮化層以及氧化層；使用陽極處理使部分基材形成多孔硅層；旋轉(zhuǎn)涂布介電質(zhì)填滿該些溝槽，該介電質(zhì)覆蓋于所述多孔硅層上；以及使用加熱工藝使多孔硅層形成絕緣層。本發(fā)明同時提供一種按照上述方法制作得到的絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)。利用本發(fā)明的方法制作絕緣層上覆硅的結(jié)構(gòu)，可降低成本，且制作過程快速，使生產(chǎn)率上升。
文檔編號H01L21/00GK101459052SQ20071019683
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者吳孝哲, 李名言, 蔡文立 申請人:茂德科技股份有限公司