專利名稱：用于間隙填充的隔離結(jié)構(gòu)外觀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溝槽隔離結(jié)構(gòu)，更具體地，本發(fā)明涉及一種用于間隙填充的隔離結(jié)構(gòu)外觀。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路(IC)行業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了快速增長。在IC進(jìn)化的過程中，通常已經(jīng)增大了功能密度(即，每一芯片區(qū)域的相互連接器件的數(shù)量)同時(shí)已經(jīng)減小了幾何尺寸(即，可以使用制作方法制作的最小組件(或者線))。這種按比例縮小的方法通常通過提高生產(chǎn)效率和降低相關(guān)成本來提供優(yōu)勢。這種按比例縮小還增加了處理和制作IC的復(fù)雜性，并且，對(duì)于有待實(shí)現(xiàn)的這些進(jìn)步，需要IC制作的類似發(fā)展。例如，因?yàn)闇喜鄹綦x結(jié)構(gòu)的縱橫比隨著器件技術(shù)節(jié)點(diǎn)按比例縮小而增大，所以填充諸如淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)的溝槽隔離結(jié)構(gòu)變復(fù)雜并變昂貴。傳統(tǒng)溝槽隔離結(jié)構(gòu)外觀和用于填充該溝槽隔離結(jié)構(gòu)的處理執(zhí)行蝕刻、沉積、退火、以及固化處理的復(fù)雜和昂貴組合以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)填充。因此，盡管將現(xiàn)有溝槽隔離結(jié)構(gòu)外觀和用于填充這些溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法通常適用于其期望目的，但是該現(xiàn)有溝槽隔離結(jié)構(gòu)外觀和用于填充溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法已經(jīng)不能在所有方面完全符合要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種溝槽隔離結(jié)構(gòu)，包括第一溝槽隔離部，具有從半導(dǎo)體基板的表面延伸至所述半導(dǎo)體基板中的第一深度的第一側(cè)壁，在所述第一側(cè)壁和所述半導(dǎo)體基板的所述表面之間的第一角；以及第二溝槽隔離部，具有從所述第一深度處的所述第一側(cè)壁延伸至所述半導(dǎo)體基板中的第二深度的第二側(cè)壁，在所述第二側(cè)壁和所述半導(dǎo)體基板的所述表面之間的第二角，其中，所述第一角小于所述第二角。根據(jù)本發(fā)明所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述第一溝槽隔離部具有從所述半導(dǎo)體基板的所述表面的第一寬度至所述第一深度處的第二寬度逐漸變窄的寬度，所述第一寬度大于所述第二寬度。根據(jù)本發(fā)明所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述第二溝槽隔離部具有基本上等于從所述第一深度至所述第二深度的所述第二寬度的寬度。根據(jù)本發(fā)明所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括第三溝槽隔離部，具有從第二深度處的所述第二側(cè)壁延伸至半導(dǎo)體基板中的第三深度的第三側(cè)壁，在所述第三側(cè)壁和所述半導(dǎo)體基板的所述表面之間的第三角，其中，所述第三角小于所述第一角和所述第二角。根據(jù)本發(fā)明所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述第三溝槽隔離部具有從所述第二深度處的所述第二溝槽隔離部的寬度逐漸變窄至小于所述第三深度處的所述第二溝槽隔離部的所述寬度的寬度。根據(jù)本發(fā)明所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述第一角小于或等于約85°而第二角約為90°。根據(jù)本發(fā)明所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述第一溝槽隔離部和所述第二溝槽隔離部填充有絕 緣材料。根據(jù)本發(fā)明所述的一種器件，包括半導(dǎo)體基板；以及在所述半導(dǎo)體基板中的溝槽，所述溝槽包括第一部，從所述半導(dǎo)體基板的表面延伸至所述半導(dǎo)體基板中的第一深度，其中，所述第一部具有從所述半導(dǎo)體基板的所述表面處的第一寬度至在所述第一深度處的第二寬度逐漸變窄的寬度，所述第一寬度大于所述第二寬度；第二部，從所述第一深度延伸至所述半導(dǎo)體基板中的第二深度，其中，所述第二部基本上具有從所述第一深度至所述第二深度的所述第二寬度。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中，所述第一部包括逐漸變窄的側(cè)壁，在所述半導(dǎo)體基板的所述表面和所述逐漸變窄的側(cè)壁之間的角小于約85°。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中，所述第二部包括側(cè)壁，在所述半導(dǎo)體基板的所述表面和所述側(cè)壁之間的角小于約120°。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中，在所述半導(dǎo)體基板中的所述溝槽進(jìn)一步包括從所述第二深度延伸至所述半導(dǎo)體基板中的所述第三深度的第三部，其中，所述第三部具有從所述第二深度處的所述第二寬度至在所述第三深度處的第三寬度逐漸變窄的寬度，所述第二寬度大于所述第三寬度。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中，所述第三部包括逐漸變窄的側(cè)壁，在所述半導(dǎo)體基板的所述表面和所述逐漸變窄的側(cè)壁之間的小于等于約45°的角。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中，所述第三寬度約為0，使得所述溝槽的底部是個(gè)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述溝槽中的介電材料。根據(jù)本發(fā)明所述的器件，其中，所述溝槽為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明所述的一種方法，包括提供半導(dǎo)體基板；以及執(zhí)行至少兩種蝕刻工藝以形成在所述半導(dǎo)體基板中的溝槽，其中，所述執(zhí)行至少兩種蝕刻工藝包括執(zhí)行第一蝕刻工藝以形成從所述半導(dǎo)體基板的表面延伸至所述半導(dǎo)體基板中的第一深度的第一溝槽部，其中，所述第一溝槽部具有從所述半導(dǎo)體基板的所述表面處的第一寬度至所述第一深度處的第二寬度逐漸變窄的寬度，所述第一寬度大于所述第二寬度，以及執(zhí)行第二蝕刻工藝以形成第二溝槽部和第三溝槽部，所述第二溝槽部從所述第一深度延伸至所述半導(dǎo)體基板中的第二深度，其中，所述第二溝槽部具有基本上從所述第一深度至所述第二深度的所述第二寬度，并且所述第三溝槽部從所述第二深度延伸至所述半導(dǎo)體基板中的第三深度，其中，所述第三溝槽部具有從所述第二深度處的所述第二寬度至在所述第三深度處的第三寬度逐漸變窄的寬度，所述第二寬度大于所述第三寬度；以及用材料填充所述溝槽。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其中，執(zhí)行所述第一蝕刻工藝和所述第二蝕刻工藝包括使用氟化碳?xì)怏w。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其中，執(zhí)行所述第一蝕刻工藝包括使用包括CH2F2氣、Cl2氣、O2氣、以及HBr氣的蝕刻方法。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其中，執(zhí)行所述第二蝕刻工藝包括使用包括CH2F2氣、SF6氣、N2氣、以及He氣的蝕刻方法。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其中，用所述材料填充所述溝槽包括在所述溝槽中沉積高縱橫比(HARP)氧化物或者高密度等離子體(HDP)氧化物。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其中，用所述材料填充所述溝槽包括在沉積所述HARP氧化物或者HDP氧化物以前，執(zhí)行易流動(dòng)化學(xué)汽相沉積(CVD)工藝。



當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面的詳細(xì)描述可以更好地理解本公開。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)本行業(yè)的實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)，各種部件沒有被按比例繪制并且僅僅用于說明的目的。實(shí)際上，為了論述清楚，各種部件的尺寸可以被任意增大或減小。圖I為根據(jù)本公開的多方面包括溝槽隔離結(jié)構(gòu)的器件的實(shí)施例的概略剖面圖。圖2A和圖2B為根據(jù)本公開的多方面圖I的器件的概率剖面圖。圖3為用于根據(jù)本公開的多方面制作溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。圖4 圖6為在根據(jù)圖3的方法的各種制作階段期間包括溝槽隔離結(jié)構(gòu)的器件的實(shí)施例的多幅概略剖面圖。
具體實(shí)施例方式以下公開提供了許多不同的實(shí)施例、或?qū)嵗?，用于?shí)施本發(fā)明的不同部件。以下描述了元件和配置的特定實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例而且不打算進(jìn)行限定。例如，以下描述中第一個(gè)部件在第二個(gè)部件“上方”或“上”形成可包括其中第一和第二部件以直接接觸方式形成的實(shí)施例，并且也可包括在第一和第二部件之間形成有附加部件的實(shí)施例，使得第一和第二部件可不直接接觸。另外，本公開可重復(fù)各種實(shí)例中的參考數(shù)字和/或文字。該重復(fù)是為了簡單和清晰的目的而且其本身并非示出了所討論的各種實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。此外，為了容易描述，在本文中空間相對(duì)術(shù)語(諸如，“下”、“之下”、“下部”、“之上”、“上部”等)用于描述如在圖中所示的一個(gè)元件或部件與另一元件或部件的關(guān)系。除了在圖中所描繪的定向之外，這些空間相對(duì)術(shù)語旨在包括使用器件或操作的不同定向。例如，如果在圖中的器件翻轉(zhuǎn)，則然后，如為在其他元件或部件“之下”或“下”所描述的元件將定向?yàn)樵谄渌虿考爸稀?。因此，典型術(shù)語“之下”可以包括之上和之下這兩種定向。裝置可以不同地定向(選擇90度或者其他定向)并且因此可以同樣解釋本文所使用的空間相對(duì)描述符。圖I為根據(jù)本公開的多方面包括溝槽隔離結(jié)構(gòu)的器件100的實(shí)施例的概略剖面圖。為了清楚，已經(jīng)簡化了圖I以更好地理解本公開的發(fā)明概念?？梢栽跍喜鄹綦x結(jié)構(gòu)100中添加附加部件，并且對(duì)于溝槽隔離結(jié)構(gòu)100的附加實(shí)施例可以替換或去除某些下述部件。在圖I中，器件100包括基板110?；蹇梢該诫sp型或者n型。在所描述的實(shí)施例中，基板110為包括娃的半導(dǎo)體基板。作為選擇或者另外，基板Iio包括另一元素半導(dǎo)體，諸如鍺和/或金剛石；化合物半導(dǎo)體，包括碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦、和/或鏑化銦；以及合金半導(dǎo)體包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAS、GaInAs、GaInP、和/或GaInAsP ;或者其組合?；?10可以為絕緣體上硅(SOI)。基板110可以包括摻雜外延層、梯度半導(dǎo)體層、和/或諸如硅鍺層上硅層的覆蓋不同類型的另一半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層?；?10具有表面112和與表面112相對(duì)的表面114。在表面112和114之間測量基板110的厚度T。
器件100包括具有設(shè)置在基板110中的溝槽120的溝槽隔離結(jié)構(gòu)。在所描述的實(shí)施例中，溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在基板Iio中的三個(gè)溝槽120。溝槽隔離結(jié)構(gòu)根據(jù)器件100的設(shè)計(jì)要求可以包括更少溝槽，例如，僅一個(gè)，或者多個(gè)。為了容易論述，下文將限定對(duì)單個(gè)溝槽120的論述。在所描述的實(shí)施例中，溝槽120從基板表面112至在基板110中的深度D延伸。D小于基板110的厚度T。在實(shí)例中，溝槽120具有從約1,000 A至約3,000 A的深度D。如以下進(jìn)一步論述的，溝槽120具有提高通過諸如介電材料的材料填充溝槽120的剖面。更具體地，溝槽120具有包括第一部120A、第二部120B、以及第三部120C的剖面。第一部120A從基板表面112至在基板110中的深度Da延伸。在所描述的實(shí)施例中，深度Da從約100 A至2,500 A。第一部120A的寬度從基板表面112至深度Da變小。例如，第一部120A在基板表面112處具有寬度Wa ;在深度Da處具有寬度Wb ;并且在基板表面112和深度Da之間具有在Wa和Wb之間變化的寬度。在實(shí)例中，Wa為從約15nm至約45nm， 并且Wb為約5nm至約25nm。第一部120A包括以從基板表面112至深度Da的角Oa延伸的側(cè)壁122。在所描述的實(shí)施例中，在基板表面112和側(cè)壁122之間的Oa約小于85°。在另一實(shí)例中，在基板表面112和側(cè)壁122之間Oa的約小于等于83°。將第二部120B設(shè)置在第一部120A之下。第二部120B從在基板110中的深度Da至在基板110中的深度Db延伸。在所描述的實(shí)施例中，深度Db為從約1,000 A至約3,000 A。第二部120B的寬度為從深度Da至深度Db基本相等。例如，第二部120B具有從深度Da至深度Db約Wb的寬度。在實(shí)例中，如上所注釋的，Wb為約5nm至25nm。第二部120B包括從第一部120A的側(cè)壁122至深度Db延伸的側(cè)壁124。側(cè)壁124與基板表面112基本垂直。例如，在基板表面112和側(cè)壁124之間的角Ob約小于120°。在所描述的實(shí)施例中，在基板表面112和側(cè)壁124之間的角Ob約為90°。將第三部120C設(shè)置在第二部120B之下。第三部120C從在基板110中的深度Db至在基板110中的深度D。延伸。在所描述的實(shí)施例中，深度D。等于溝槽120的深度D，并且因此，深度D。為從約1,000 A至約3,500 A。第三部120C的寬度從深度Db至深度D。變小。例如，第三部120C在深度Db處具有寬度Wb ;在深度D。處具有約為0的寬度；以及在深度Db和深度Dc之間具有在Wb和0之間變化的寬度。在實(shí)例中，如上所注釋的，Wb為約5nm至約25nm。第三部120C包括從側(cè)壁124至深度Dc延伸的側(cè)壁126。在所描述的實(shí)施例中，由于第三部120C的寬度變小至約為0，所以側(cè)壁126變小至點(diǎn)128。點(diǎn)128可以為圓點(diǎn)或者其他任何適當(dāng)形狀點(diǎn)。此外，在所描述的實(shí)施例中，在基板表面112和側(cè)壁128之間的角Oc約小于等于45°。參照?qǐng)D2A和圖2B，溝槽120可以填充有絕緣材料130。絕緣材料130包括諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、其他適當(dāng)材料、或者其組合的介電材料。在所描述的實(shí)施例中，絕緣材料130包括高密度等離子(HDP)氧化物、高縱橫比處理(HARP)氧化物、易流動(dòng)化學(xué)汽相沉積(CVD)氧化物、或者其組合。填充溝槽120的絕緣材料130可以具有多層結(jié)構(gòu)，例如，形成在溝槽的側(cè)壁上的熱氧化襯里層和形成在熱氧化襯里層上的氮化硅或氧化硅層。在所描述的實(shí)施例中，填充溝槽120隔離基板110的多個(gè)區(qū)域。例如，填充溝槽120可以隔離器件100的多個(gè)器件(未示出)。在所描述的實(shí)施例中，填充溝槽120為限定和電隔離器件100的多個(gè)區(qū)域的淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)。公開的溝槽剖面便于完全填充如圖2A所示的溝槽120，或者溝槽剖面使形成在溝槽120中的任何孔隙132限定至溝槽120的第二部120B和/或第三部120C。使任何孔隙132局限于溝槽的底部，尤其第二部120B和/或120C確?？紫恫粫?huì)降低器件性能。例如，如果孔隙132要形成在第一部130A中，則孔隙132可能在隨后處理期間填充有導(dǎo)電材料，這將降低器件性能。因此，公開的溝槽剖面便于以這樣一種方法填充溝槽120，這種方法去除了孔隙132或者使孔隙132局限于不影響器件完整性的溝槽120的一部分。如以下進(jìn)一步論述的，由于公開的溝槽剖面使用HDP氧化物和HARP氧化物沉積處理促進(jìn)改善填充溝槽120，所以公開的溝槽剖面通過需要比傳統(tǒng)溝槽剖面更少和更小的成本處理步驟來減小制作成本。圖3為用于根據(jù)本公開的多方面制作溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法200的實(shí)施例的流程圖。方法200以塊202開始，其中，提供了基板。在塊204處，執(zhí)行至少兩種蝕刻工藝以形成設(shè)置在基板中的第一溝槽部、第二溝槽部、以及第三溝槽部。設(shè)置在基板中的第一、第二、以及第三溝槽部形成在基板中的溝槽。方法200繼續(xù)塊206，其中，完成溝槽隔離結(jié)構(gòu)的制作。例如，溝槽可以填充有介電材料。在實(shí)例中，溝槽填充有通過HDP沉積處理、HARP沉積處理、易流動(dòng)CVD處理、其他適當(dāng)沉積處理、或者其組合所形成的氧化材料?？梢栽诜椒?00以前、期間、以及以后提供附加步驟，并且對(duì)于該方法的附加實(shí)施例可以替換或者去除所述的某些步驟。以下論述示出了可以根據(jù)圖3的方法200制作的溝槽隔離結(jié)構(gòu)的多個(gè)實(shí)施例。圖4 6為根據(jù)圖3的方法在多種制作階段期間集成電路器件300的實(shí)施例的多種概略剖面圖。在所描述的實(shí)施例中，集成電路器件300包括溝槽隔離結(jié)構(gòu)。集成電路器件300可以包括集成電路(IC)芯片、片上系統(tǒng)(SoC)、或者其部件，該部件包括多種無源和有源微電子組件，例如，電阻器、電容器、電感器、二極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補(bǔ)MOS(CMOS)晶體管、雙極結(jié)型晶體管(BJT)、橫向擴(kuò)散MOS(LDMOS)晶體管、大功率MOS晶體管、鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFET)、其他適當(dāng)組件、或者其組合。溝槽隔離結(jié)構(gòu)可以與集成電路器件300的多種電路隔離。為了清晰，已經(jīng)簡化了圖4 圖6以更好地理解本公開的發(fā)明概念。可以在集成電路器件300中添加附加部件，并且對(duì)于集成電路器件300的附加實(shí)施例可以替換或者去除下述某些部件。在圖4中，提供了基板310。在所描述的實(shí)施例中，基板310為包括硅的半導(dǎo)體基板。基板可以摻雜P型或者n型。作為選擇或者另外地，基板310，包括其他元素半導(dǎo)體，例如鍺和/或金剛石；化合物半導(dǎo)體，包括碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦、和/或鏑化銦；合金半導(dǎo)體，包括 SiGe、GaAsP, AlInAs, ALGaAs, GaInAs, GaInPjP / 或 GaInAsP ;或者其組合?；?10可以為絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)?；?10可以包括摻雜外延層、梯度半導(dǎo)體層、和/或諸如鍺化硅層上硅層的覆蓋不同類型的另一半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層。在所描述的實(shí)施例中，基板310具有表面312和與表面312相對(duì)的表面314。測量在表面312和314之間基板310的厚度。基板可以為根據(jù)集成電路器件300的設(shè)計(jì)要求的P型或者n型基板?；?10摻雜有的P型摻雜物包括硼、鎵、銦、其他P型摻雜物、或者其組合。基板310可以摻雜有的N型摻雜物包括磷、砷、其他適當(dāng)n型摻雜物、或者其組合。基板310可以包括多個(gè)p型摻雜區(qū)域和/或n型摻雜區(qū)域?？梢栽诟鞣N步驟和技術(shù)中使用諸如離子注入或者擴(kuò)散的方法來實(shí)施摻雜。將圖案形成層315設(shè)置在基板表面312的上并且將圖案形成層316設(shè)置在圖案形成層315的上。在所描述的實(shí)施例中，圖案形成層315和316包括諸如氧化硅、氮化硅、氮、氧化硅、其他適當(dāng)介電材料、或者其組合的介電材料。例如，圖案形成層315為氮化硅層，并且圖案形成層316為氧化物層。作為選擇，圖案形成層315和/或圖案形成層316可以為諸如光致抗蝕劑的抗蝕劑。圖案形成層315和316包括露出基板表面312的一部分的開口317。可以通過光刻和蝕刻工藝來形成開口 317。光刻處理可以包括光致抗蝕劑涂覆(例如，旋涂)、軟烘、掩膜對(duì)準(zhǔn)、曝光、曝光后焙烘、光致抗蝕劑顯影、沖洗、干燥(例如，硬烘)、其他適當(dāng)處理、或者其組合。作為選擇，光刻曝光處理可以包括無掩膜光刻、電子束成像、或者離子束成像。蝕刻工藝包括干蝕刻、濕蝕刻、其他蝕刻方法、或者其組合。在實(shí)例中，形成開口 317可以包括在基板表面312的上形成圖案形成層315和316、在圖案形成層316的上形成光致抗蝕劑層、對(duì)具有露出圖案形成層316的其中的開口的光致抗蝕劑層進(jìn)行曝光和顯影、以及蝕刻曝光的圖案形成層316和下圖案形成層315直到露出基板表面312的一部分。
在圖5中，蝕刻工藝A去除基板310的露出部以在基板310中形成溝槽318?？刂莆g刻工藝A以達(dá)到溝槽318的期望剖面。更具體地，蝕刻工藝A使用聚合體富氣，其中調(diào)節(jié)該聚合體富氣以實(shí)現(xiàn)諸如在圖5中所示的具有變窄剖面的第一溝槽部(諸如，參照?qǐng)DI和圖2A-圖2B所述的第一溝槽部120A)。溝槽318具有從基板表面312延伸至基板310中的側(cè)壁322。在基板表面312和側(cè)壁322之間的角O3a小于85°。在所描述的實(shí)施例中，蝕刻工藝A為干蝕刻工藝。干蝕刻工藝具有可以調(diào)節(jié)的蝕刻參數(shù)，例如，使用的蝕刻劑、蝕刻壓力、電壓、射頻(RF)偏壓、RF偏置功率、蝕刻劑流速、以及其他適當(dāng)參數(shù)。例如，可以使用約ImT (miIIi-Torr)至約50mT的蝕刻壓力，可以使用約500W (Watt) 2，OOOff的電源功率，和包括含氟化碳?xì)怏w(諸如CH2F2、CH3F、C2F6、C3F8、C4F6、C4F8或者其組合)、含氯氣體(諸如CL2)、含氧氣體(O2)、含氫氣體(諸如HBrXH4、或者其組合)、其他適當(dāng)玻璃、或者其組合的蝕刻劑。在實(shí)例中，蝕刻工藝A使用約ImT至約50mT的蝕刻壓力、約500W 約2，OOOff的電源功率、約50V(Volt)至約300V的RF偏置電壓、約15sccm(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方厘米)至約45sccm的CH2F2流速、約40sccm至約120sccm的Cl2流速、約5sccm至約20sccm的O2流速、以及約200sccm至約500sccm的HBr流速。溝槽318的蝕刻剖面具有適當(dāng)深度。在蝕刻工藝期間，在溝槽318的側(cè)壁322上形成聚合體層335。聚合體層335將防止隨后的蝕刻工藝影響溝槽318的變窄剖面，從而確保在基板表面312和側(cè)壁之間的角O3a保持約小于85。。在蝕刻以后，基板310的部分保持在溝槽318中的露出。在圖6中，蝕刻工藝B去除基板310的露出部分以形成在基板310中的溝槽320。蝕刻工藝B使用比蝕刻工藝A更少的化學(xué)組成(leaner chemistry),其中，控制該蝕刻工藝B以實(shí)現(xiàn)用于溝槽320的期望溝槽剖面。更具體地，調(diào)整該蝕刻工藝B以實(shí)現(xiàn)第一溝槽部320A、第二溝槽部320B、以及第三溝槽部320C。在蝕刻工藝B中，該更少的化學(xué)組成可以形成微鈍化層，該微鈍化層便于形成具有垂直剖面的第二溝槽部320B。因?yàn)槲g刻工藝B使用更少的化學(xué)組成，所以當(dāng)與蝕刻工藝A相比較時(shí)，蝕刻工藝B (具體地，用在蝕刻工藝中的氣體)將生成在溝槽側(cè)壁上的更少鈍化層。在所描述的實(shí)施例中，蝕刻工藝B為干蝕刻工藝。干蝕刻工藝具有可以調(diào)整的蝕刻參數(shù)，例如，所使用的蝕刻劑、蝕刻壓力、電源功率、射頻(RF)偏置電壓、RF偏置功率、蝕刻劑流速、以及其他適當(dāng)參數(shù)。尤其，可以調(diào)整蝕刻工藝以實(shí)現(xiàn)溝槽320的第二溝槽部320B的垂直剖面。例如，可以使用約ImT(miIIi-Torr)至約50mT的蝕刻壓力?？梢允褂眉s200W(Watt) 約1，OOOff的電源功率，和包括含氟化物氣體(諸如SF6、CH2F2, CF4, CH3F,C2F6, C3F8, C4F6, C4F8, NF3、或者其組合)、含氯氣體(諸如CL2)、含氮?dú)怏w(諸如N2)、含氧氣體(諸如O2)、含氫氣體(諸如HBrXH4、或者其組合)、含氦氣體(諸如He)、其他適當(dāng)氣體、或者其組合的蝕刻劑。在實(shí)例中，蝕刻工藝B使用約ImT至約50mT的蝕刻壓力、約200W 約1，OOOff的電源功率、約20V(Volt)至約200V的RF偏置電壓、約20sccm至約IOOsccm的SF6流速、約30sccm至約IOOsccm的CH2F2流速、約30sccm至約150sccm的N2流速、以及約50sccm 至約 300sccm 的 He 流速。在圖5和圖6中，蝕刻工藝A和B實(shí)現(xiàn)提高隨后填充溝槽320的溝槽剖面。第一部320A、第二部320B、以及第三部320C形成具有定位在兩個(gè)變窄部件之間的垂直部的漏斗形溝槽剖面。第一部320A基板表面312延伸至在基板310中的深度D3A。在所描述的實(shí)施例中，深度D3a從約100 A至約2,500人。第一部320A的寬度從基板表面312至深度D3a變窄。例如，第一部320A在基板表面312處具有寬度W3a ;在深度D3a處具有寬度W3b ；以及在基板表面312和深度D3a之間具有在W3a和W3b之間的變化的寬度。在實(shí)例中，W3a為從約15nm 至約45nm,并且W3b為約5nm 約25nm。第一部320A包括從基板表面312至深度D3a以角O3a延伸的側(cè)壁322。如上所注釋的，在所描述的實(shí)施例中，在基板表面312和側(cè)壁322之間的Oa約小于85°。在另一實(shí)例中，在基板表面312和側(cè)壁322之間的Oa約小于等于83。。第二部320B設(shè)置在第一部320A之下。第二部320B從在基板310中的深度D3a至在基板310中的深度D3b延伸。在所描述的實(shí)施例中，深度D3b為從約100 A至約3,000 A。第二部320B的寬度基本上從深度D3a至深度D3b相等。例如，第二部320B具有從深度D3a至深度D3b約W3b的寬度。在實(shí)例中，如以上所注釋的，W3b為約5nm 約25nm。第二部320B包括從第一部320A的側(cè)壁322至深度D3b延伸的側(cè)壁324。側(cè)壁324與基板表面312基本垂直。例如，在基板表面112和側(cè)壁124之間的角Ob小于約120°。在所描述的實(shí)施例中，在基板表面112和側(cè)壁124之間的角Ob約為90°。將第三部320C設(shè)置在第二部320B之下。第三部320C從在基板310中的深度D3b至在基板310中的深度D3e延伸。在所描述的實(shí)施例中，深度D3e為溝道320的深度。在實(shí)例中，深度D3e為從約1,000 A至約3,500 A。第三部321C的寬度從深度D3b至深度D3。變窄。例如，第三部320C在深度D3b處具有寬度W3b ;在深度D3e處具有約為0的寬度；以及在深度D3b和深度Dx之間具有在W3b和0之間變動(dòng)的寬度。在實(shí)例中，如以上所注釋的，W3b約為5nm至約25nm。第三部320C包括從側(cè)壁324至深度D3。延伸的側(cè)壁326。在所描述的實(shí)施例中，由于第三部320C的寬度變窄至約為0，所以側(cè)壁326變窄至點(diǎn)328。點(diǎn)328可以為圓點(diǎn)或者其他適當(dāng)形狀點(diǎn)。此外，在所描述的實(shí)施例中，在基板表面312和側(cè)壁328之間的角O3。小于等于約45°。通過蝕刻工藝A和B實(shí)現(xiàn)的溝槽320的公開的溝槽剖面使用諸如介電材料的傳統(tǒng)絕緣材料便于適當(dāng)填充溝槽320。例如，溝槽320可以填充有氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、其他適當(dāng)材料、或者其組合。在實(shí)例中，填充溝槽320的絕緣材料包括HDP氧化物、HARP氧化物、易流動(dòng)CVD氧化物、或者其組合。填充溝槽320的絕緣材料可以具有多層結(jié)構(gòu)，諸如形成在溝槽320的側(cè)壁上的熱氧化襯里層和形成熱氧化襯里層上的氮化硅或氧化硅層。填充溝槽320與基板310的多個(gè)區(qū)域隔離。在實(shí)例中，填充溝槽320可以為限定并且電隔離集成電路器件的多個(gè)區(qū)域的淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)。溝槽320的公開的溝槽剖面便于完全填充溝槽，或者將形成在絕緣材料中的任何孔隙局限于溝槽320的第二部320B和/或第三部320C。將孔隙局限于溝槽的底部，尤其第二部320B和/或第三部320C確保孔隙沒有降低器件性能。因此，公開的溝槽剖面便于以一種方法填充溝槽320，該方法去除了孔隙或者將孔隙局限于沒有影響器件完整性的溝槽320的一部分。由于公開的溝槽剖面使用HDP氧化物和HARP氧化物沉積處理促進(jìn)改善填充溝槽320，所以公開的溝槽剖面消除需要用于以諸如小于等于20nm的技術(shù)節(jié)點(diǎn)的更小技術(shù)節(jié)點(diǎn)填充溝槽的更復(fù)雜和更昂貴的處理。反之，形成公開的溝槽剖面并且通過降低的制作成本填充該溝槽剖面。應(yīng)了解，不同實(shí)施例可以具有不同優(yōu)點(diǎn)，并且沒有必要對(duì)任何實(shí)施例要求特定優(yōu)點(diǎn)。 本公開提供了多個(gè)不同實(shí)施例。例如，溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括第一溝槽隔離部、第二溝槽隔離部、以及第三溝槽隔離部。第一溝槽隔離部具有從半導(dǎo)體基板的表面至在半導(dǎo)體基板中的第一深度延伸的第一側(cè)壁，其中，在第一側(cè)壁和半導(dǎo)體基板的表面之間的第一角小于等于約85°。第二溝槽隔離部具有從在半導(dǎo)體基板中的第一深度處的第一側(cè)壁至第二深度延伸的第二側(cè)壁，其中，在第二側(cè)壁和半導(dǎo)體基板的表面之間的第二角約為90°。第三溝槽隔離部具有從在半導(dǎo)體基板中的第二深度處的第二側(cè)壁至第三深度延伸的第三側(cè)壁，其中，在第三側(cè)壁和半導(dǎo)體基板的表面之間的第三角小于90°，例如，小于等于約45°。第一溝槽隔離區(qū)域可以具有從在半導(dǎo)體基板的表面處的第一寬度至在第一深度處的第二寬度變窄的寬度，第一寬度大于第二寬度。第二溝槽隔離部可以具有基本上與從第一深度至第二深度的第二寬度相等的寬度。第三溝槽隔離部可以具有從在第二深度處的第二寬度至在第三深度處的第三寬度變窄的寬度，第二寬度大于第三寬度。第三隔離部的底部可以為圓點(diǎn)。第一溝槽隔離部、第二溝槽隔離部、以及第三溝槽隔離部可以填充有絕緣材料?？梢詫⒃诮^緣材料中的任何孔隙局限于第二溝槽隔離部、第三溝槽隔離部、或者第二溝槽隔離部和第三溝槽隔離部這兩者中。在另一實(shí)例中，器件包括半導(dǎo)體基板和在該半導(dǎo)體基板中的溝槽。溝槽包括第一部、第二部、以及第三部。第一部從半導(dǎo)體基板的表面至在半導(dǎo)體基板中的第一深度延伸，并且具有從在半導(dǎo)體基板的表面處的第一寬度至在第一深度處的第二寬度變窄的寬度，第一寬度大于第二寬度。第二部從在半導(dǎo)體基板中的第一深度至第二深度延伸，并且基本上具有從第一深度至第二深度的第二寬度。第三部從在半導(dǎo)體基板中的第二深度至第三深度延伸，并且具有從在第二深度處的第二寬度至第三深度處的第三寬度變窄的寬度，第二寬度大于第三寬度。第一部可以包括變窄側(cè)壁，其中，在半導(dǎo)體基板的表面和變窄側(cè)壁之間的角約小于85°。第二部可以包括側(cè)壁，其中，在半導(dǎo)體基板的表面和側(cè)壁之間的角約小于120°。第三部可以包括變窄側(cè)壁，其中，在半導(dǎo)體基板的表面和變窄側(cè)壁之間的角小于90°，例如，小于等于約45°。第一深度可以為從約100 A至約2,500 A，并且第三深度可以為約1,000 A至約3,000 A。第三寬度可以約為0，以使溝槽的底部為點(diǎn)。器件可以進(jìn)一步包括設(shè)置在溝槽中的介電材料。溝槽可以為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)。仍在另一實(shí)施例中，方法包括提供半導(dǎo)體基板，執(zhí)行至少兩種蝕刻工藝以形成在半導(dǎo)體基板中的溝槽，以及通過材料填充該溝槽。執(zhí)行至少兩種蝕刻工藝包括執(zhí)行第一蝕刻工藝以形成第一溝槽部，和執(zhí)行第二蝕刻工藝以形成第二溝槽部和第三溝槽部。第一溝槽部從半導(dǎo)體基板的表面至在半導(dǎo)體基板中的第一深度延伸，其中，第一部具有從在半導(dǎo)體基板的表面處的第一寬度至第一深度處的第二寬度變窄的寬度，第一寬度大于第二寬度。第二溝槽部從在半導(dǎo)體基板中的第一深度至第二深度延伸，其中，第二部基本上具有從第一深度至第二深度的第二寬度。第三寬度從在半導(dǎo)體基板中的第二深度至第三深度延伸，其中，第三部具有從在第二深 度處的第二寬度至第三深度處的第三寬度變窄的寬度，第二寬度大于第三寬度。執(zhí)行第一蝕刻工藝和第二蝕刻工藝可以包括使用氟化碳?xì)怏w。在實(shí)例中，執(zhí)行第一蝕刻工藝包括使用包括CH2F2氣體、Cl2氣、O2氣、以及HBr氣體的蝕刻方法。在實(shí)例中，執(zhí)行第二蝕刻工藝包括使用包括CH2F2氣、SF6氣、N2氣、以及He氣的蝕刻方法。通過材料填充溝槽可以包括在溝槽中沉積高縱橫比處理(HARP)氧化物或高密度等離子體(HDP)氧化物。在實(shí)例中，在沉積HARP氧化物或HDP氧化物以前，執(zhí)行易流動(dòng)化學(xué)汽相沉積(CVD)處理以在溝槽中形成易流動(dòng)CVD氧化物。上面概述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本公開的多方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本公開作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等效構(gòu)造并不背離本公開的精神和范圍，并且在不背離本公開的精神和范圍的情況下，可以在其中進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
權(quán)利要求
1.一種溝槽隔離結(jié)構(gòu)，包括 第一溝槽隔離部，具有從半導(dǎo)體基板的表面延伸至所述半導(dǎo)體基板中的第一深度的第一側(cè)壁，在所述第一側(cè)壁和所述半導(dǎo)體基板的所述表面之間的第一角；以及 第二溝槽隔離部，具有從所述第一深度處的所述第一側(cè)壁延伸至所述半導(dǎo)體基板中的第二深度的第二側(cè)壁，在所述第二側(cè)壁和所述半導(dǎo)體基板的所述表面之間的第二角，其中，所述第一角小于所述第二角。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述第一溝槽隔離部具有從所述半導(dǎo)體基板的所述表面的第一寬度至所述第一深度處的第二寬度逐漸變窄的寬度，所述第一寬度大于所述第二寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述第二溝槽隔離部的寬度基本上等于從所述第一深度至所述第二深度的所述第二寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括第三溝槽隔離部，具有從第二深度處的所述第二側(cè)壁延伸至半導(dǎo)體基板中的第三深度的第三側(cè)壁，在所述第三側(cè)壁和所述半導(dǎo)體基板的所述表面之間的第三角，其中，所述第三角小于所述第一角和所述第二角。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述第三溝槽隔離部的寬度從所述第二深度處的所述第二溝槽隔離部的寬度逐漸變窄至小于所述第三深度處的所述第二溝槽隔離部的所述寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述第一角小于或等于約85°而第二角約為90°。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述第一溝槽隔離部和所述第二溝槽隔離部填充有絕緣材料。
8.一種器件，包括 半導(dǎo)體基板；以及 在所述半導(dǎo)體基板中的溝槽，包括 第一部，從所述半導(dǎo)體基板的表面延伸至所述半導(dǎo)體基板中的第一深度，其中，所述第一部具有從所述半導(dǎo)體基板的所述表面處的第一寬度至在所述第一深度處的第二寬度逐漸變窄的寬度，所述第一寬度大于所述第二寬度。
第二部，從所述第一深度延伸至所述半導(dǎo)體基板中的第二深度，其中，所述第二部基本上具有從所述第一深度至所述第二深度的所述第二寬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的器件，其中，所述第一部包括逐漸變窄的側(cè)壁，在所述半導(dǎo)體基板的所述表面和所述逐漸變窄的側(cè)壁之間的角小于約85°。
10.一種方法，包括 提供半導(dǎo)體基板；以及 執(zhí)行至少兩種蝕刻工藝以形成在所述半導(dǎo)體基板中的溝槽，其中，所述執(zhí)行至少兩種蝕刻工藝包括 執(zhí)行第一蝕刻工藝以形成從所述半導(dǎo)體基板的表面延伸至所述半導(dǎo)體基板中的第一深度的第一溝槽部，其中，所述第一溝槽部具有從所述半導(dǎo)體基板的所述表面處的第一寬度至所述第一深度處的第二寬度逐漸變窄的寬度，所述第一寬度大于所述第二寬度，以及 執(zhí)行第二蝕刻工藝以形成第二溝槽部和第三溝槽部，所述第二溝槽部從所述第一深度延伸至所述半導(dǎo)體基板中的第二深度，其中，所述第二溝槽部具有基本上從所述第一深度至所述第二深度的所述第二寬度，并且所述第三溝槽部從所述第二深度延伸至所述半導(dǎo)體基板中的第三深度，其中，所述第三溝槽部具有從所述第二深度處的所述第二寬度至在所述第三深度處的第三寬度逐漸變窄的寬度，所述第二寬度大于所述第三寬度；以及用材料填充所述溝槽。全文摘要
公開了一種溝槽隔離結(jié)構(gòu)和用于制作該溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法。典型溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括第一部和第二部。第一部從半導(dǎo)體基板的表面至在半導(dǎo)體基板中的第一深度延伸，并且具有從在半導(dǎo)體基板的表面處的第一寬度至在第一深度處的第二寬度變窄的寬度，第一寬度大于第二寬度。第二部從在半導(dǎo)體基板中的第一深度至第二深度延伸，并且具有基本上從第一深度至第二深度的第二寬度。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102637720SQ20111024314
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月10日
發(fā)明者王祥保 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司