專利名稱：用于淺溝道隔離(sti)的摻雜氧化物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種半導(dǎo)體襯底的工藝，更具體地涉及淺溝道隔離(STI)中的氧化物的工藝。
背景技術(shù)：
淺溝道隔離(STI)被用于將半導(dǎo)體晶圓上的有源區(qū)域與其他區(qū)域分離和隔離?？梢酝ㄟ^(guò)蝕刻溝道，以諸如氧化物的電介質(zhì)過(guò)量填充溝道，然后以諸如化學(xué)機(jī)械剖光(CMP)或蝕刻的工藝來(lái)去除所有過(guò)量的電介質(zhì)從而將電介質(zhì)去除到溝道外，來(lái)形成STI。該電介質(zhì)有助于使有源區(qū)域彼此電氣隔離。由于電路密度持續(xù)增長(zhǎng)，所以STI結(jié)構(gòu)的平面化會(huì)影響到多晶硅結(jié)構(gòu)的圖案化。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種對(duì)襯底上的淺溝道隔離STI結(jié)構(gòu)的表面氧化層進(jìn)行摻雜的方法，包括在帶有STI結(jié)構(gòu)的襯底上進(jìn)行化學(xué)-機(jī)械剖光CMP，其中，用氧化層填充STI結(jié)構(gòu)，以及其中，進(jìn)行CMP以去除STI結(jié)構(gòu)外部的氧化層，以及其中，將用作蝕刻掩模以形成STI結(jié)構(gòu)的硬掩模層用作CMP停止件，以及其中，CMP在STI結(jié)構(gòu)上形成平坦的表面，在平坦的表面上帶有氧化物；以碳原子對(duì)STI結(jié)構(gòu)上的平坦的表面上的氧化物進(jìn)行摻雜；在進(jìn)行摻雜后對(duì)襯底進(jìn)行退火；并且去除硬掩模層。其中，在STI結(jié)構(gòu)的平坦表面上的摻雜有碳原子的氧化物的蝕刻率在窄STI結(jié)構(gòu)、寬STI結(jié)構(gòu)上以及在角部STI結(jié)構(gòu)上基本相同。其中，退火的溫度在從大約900°C至大約1350°C的范圍內(nèi)。其中，退火是通過(guò)快速熱退火RTA、爐退火、激光退火或閃光退火(快速退火)來(lái)進(jìn)行的。其中，退火是在從大約50ii s至大約10分鐘的范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間中進(jìn)行的。其中，摻雜區(qū)域的深度在從大約50nm至大約800nm的范圍內(nèi)。其中，摻雜是通過(guò)能量在從大約2KeV至大約60KeV的范圍內(nèi)的離子束、以摻雜濃度在從大約1E12 I/cm3至大約1E17 I/cm3的范圍內(nèi)的劑量、并且在從大約_150°C至大約25 °C的范圍內(nèi)的摻雜溫度下進(jìn)行的。其中，摻雜是以含碳?xì)怏w通過(guò)等離子體摻雜來(lái)進(jìn)行的。其中，所摻雜的等離子體是遠(yuǎn)程產(chǎn)生的。其中，含碳?xì)怏w選自由CH4、CxHy、或其組合構(gòu)成的組中，并且其中，X在從2至12的范圍內(nèi)并且y在從2至26的范圍內(nèi)。其中，含碳?xì)怏w與選自由He、Ar、Ne、Kr、Xe和H2構(gòu)成的組中的惰性氣體混合。其中，偏置電壓在從大約OKV至大約IOKV的范圍內(nèi)，以及其中，摻雜的碳的劑量在從大約1E12 1/cm3至大約1E17 I/cm3的范圍內(nèi)。其中，摻雜的等離子體是具有在從大約5%至大約95%的范圍內(nèi)的占空比的脈沖等 離子體。此外，本發(fā)明還提供了一種對(duì)襯底上的淺溝道隔離STI結(jié)構(gòu)的表面氧化層進(jìn)行摻雜的方法，包括在帶有STI結(jié)構(gòu)的襯底上進(jìn)行化學(xué)-機(jī)械剖光CMP，其中，用氧化層填充STI結(jié)構(gòu)，以及其中，進(jìn)行CMP以去除STI結(jié)構(gòu)外部的氧化層，以及其中，將用作蝕刻掩模以形成STI結(jié)構(gòu)的硬掩模層用作CMP停止件，以及其中，CMP在STI結(jié)構(gòu)上形成平坦的表面，在平坦的表面上帶有氧化物；以碳原子對(duì)STI結(jié)構(gòu)上的平坦的表面上的氧化物進(jìn)行摻雜；并且去除硬掩模層。該方法進(jìn)一步包括在進(jìn)行摻雜后對(duì)襯底進(jìn)行退火，其中，退火的溫度在從大約900°C至大約1350°C的范圍內(nèi)。其中，摻雜是以含碳?xì)怏w通過(guò)等離子體摻雜來(lái)進(jìn)行的。此外還提供了一種硅襯底上的淺溝道隔離STI結(jié)構(gòu)，包括第一 STI結(jié)構(gòu)，以及其中，第一 STI結(jié)構(gòu)被硅包圍，以及其中，第一 STI結(jié)構(gòu)填充有氧化硅，以及其中，第一 STI結(jié)構(gòu)的第一表面與包圍第一 STI結(jié)構(gòu)的硅的第二表面基本處在相同的水平面上；以及其中，以碳摻雜第一 STI結(jié)構(gòu)的表面上的氧化硅，從而減小和控制第一 STI結(jié)構(gòu)的氧化硅的濕蝕刻率。該結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括第二 STI結(jié)構(gòu)，以及其中，第二 STI結(jié)構(gòu)也被硅包圍，以及其中，第二 STI結(jié)構(gòu)填充有氧化硅；以及其中，第二 STI結(jié)構(gòu)的第三表面與包圍第二 STI結(jié)構(gòu)的硅的第二表面基本處在相同的水平面上；以及其中，也以碳摻雜第二 STI結(jié)構(gòu)的表面上的氧化硅，從而減小和控制第一 STI結(jié)構(gòu)的氧化硅濕蝕刻率。其中，第一 STI結(jié)構(gòu)的第一表面與第二 STI結(jié)構(gòu)的第三表面基本處在相同的水平面上。其中，第一 STI結(jié)構(gòu)的寬度在從大約30nm至大約2000nm的范圍內(nèi)，以及其中，第二 STI結(jié)構(gòu)的寬度基本上大于第一 STI結(jié)構(gòu)的寬度。


根據(jù)下面的結(jié)合相應(yīng)附圖的詳細(xì)說(shuō)明能夠更簡(jiǎn)單地理解本發(fā)明，相似的參考符號(hào)表示相似的結(jié)構(gòu)元件。圖1A-1D示出根據(jù)一些實(shí)施例的工藝流程中的STI結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖2A和2D-2F示出根據(jù)一些實(shí)施例的在有碳摻雜的工藝流程中的STI結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖2B示出根據(jù)一些實(shí)施例的通過(guò)離子束和等離子體進(jìn)行摻雜的摻雜分布圖。圖2C示出根據(jù)一些實(shí)施例的脈沖等離子體反應(yīng)器的RF功率與時(shí)間的函數(shù)。圖3示出根據(jù)一些實(shí)施例的摻雜STI結(jié)構(gòu)的氧化物表面以改善濕蝕刻率的均勻性的工藝流程。
具體實(shí)施例方式應(yīng)該理解，以下公開(kāi)提供了多種不同實(shí)施例或?qū)嵗?，用于?shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征。以下將描述組件和布置的特定實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)例并且不旨在限制本發(fā)明。另外，本發(fā)明可以在多個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考符號(hào)和/或字符。這種重復(fù)用于簡(jiǎn)化和清楚，并且其本身不表示所述多個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。圖IA示出根據(jù)一些實(shí)施例的兩個(gè)淺溝道隔離(STI)結(jié)構(gòu)的橫截面圖。這兩個(gè)STI結(jié)構(gòu)包括窄結(jié)構(gòu)110和寬結(jié)構(gòu)120。在一些實(shí)施例中，窄結(jié)構(gòu)110具有從大約30nm至大約2000nm范圍內(nèi)的寬度。通過(guò)在半導(dǎo)體襯底100上使用硬掩模層102來(lái)形成STI結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體襯底100包括硅?？蛇x擇地，襯底100包括鍺或硅鍺。在其他實(shí)施例中，襯底100可以使用其他的半導(dǎo)體材料，諸如，金剛石、碳化硅、砷化鎵，GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInP或其合適的其他組合。另外，半導(dǎo)體襯底可以是塊狀半導(dǎo)體，諸如，塊硅(bulk silicon)。該塊硅可以進(jìn)一步包括硅 外延層。在一個(gè)實(shí)施例中，在硅襯底上形成焊盤硅氧化層101。該焊盤硅氧化層101通過(guò)熱氧化工藝形成。在一些實(shí)施例中，焊盤硅氧化層101具有從大約50埃到大約200埃范圍內(nèi)的厚度。在一些實(shí)施例中，硬掩模層102由氮化硅構(gòu)成并且形成在焊盤硅氧化層101上。硬掩模層102可以通過(guò)低壓化學(xué)汽相沉積(LPCVD)工藝形成。例如，該包括二氯甲硅烷(DCS或SiH2Cl2)、二 (叔丁基氨基)硅烷(BTBAS或C8H22N2Si)和乙硅烷(DS或Si2H6)的前體(precursor)用于CVD工藝以形成在硬掩模層102上。在一些實(shí)施例中，硬掩模層102具有從大約400埃到大約1500埃范圍內(nèi)的厚度。然后，對(duì)該硬掩模層102進(jìn)行圖案化以形成用于淺溝道蝕刻的膜。在形成硬膜的過(guò)程中包括光阻沉積、光刻和光阻顯影、蝕刻和蝕刻后光阻清除?？蛇x擇地，可以使用其他介電材料作為硬膜。例如，可以將氮氧化硅作為硬膜。在一些實(shí)施例中，出于隔離的目的，淺溝道具有從大約0. 20微米到大約I微米范圍內(nèi)的深度。該淺溝道填充有一種或多種介電材料以形成溝道隔離部件110和120，也被稱作淺溝道隔離(STI)。在一些實(shí)施例中，襯里(liner)層103用作STI的開(kāi)口的襯里。該襯里層103可以由二氧化硅構(gòu)成，具有從大約0人(無(wú)襯里)至大約300A范圍內(nèi)的厚度。襯里氧化物可以通過(guò)使用氧氣或含混合氣體的氧來(lái)氧化形成，以氧化STI開(kāi)口表面上的硅。例如，可以通過(guò)在從大約900°C至大約1100°C的溫度下的氧氣環(huán)境中氧化暴露的硅來(lái)形成氧化襯里層103。可以在沉積氧化襯里層103之后進(jìn)行退火工藝(或退火)以防止由于氧化工藝而出現(xiàn)的晶體缺陷。之后，用介電間隙填充層(dielectric gapfill layer) 105填充STI的開(kāi)口。在一些實(shí)施例中，由氧化硅構(gòu)成的介電間隙填充層105可以通過(guò)CVD工藝填充在溝道中。在各種實(shí)例中，可以通過(guò)高密度等離子體化學(xué)汽相沉積(HDPCVD)來(lái)形成氧化硅?？蛇x擇地，可以通過(guò)高縱橫比工藝(HARP)來(lái)形成氧化硅。在其他實(shí)施例中，溝道隔離部件110和120可以包括多層結(jié)構(gòu)。在改進(jìn)的實(shí)施例中，也可以用其他合適的材料填充開(kāi)口，諸如，氮化硅、氮氧化硅、低k材料、氣隙或其組合，從而形成溝道隔離部件。在沉積介電間隙填充層105之后，襯底可以進(jìn)行退火以增加間隙填充層105的密度并且降低其濕蝕刻率。該致密化工藝可以在熔爐或快速熱處理(RTP)室中進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，在從大約900°C至大約1100°C范圍內(nèi)的溫度下在RTP室中進(jìn)行持續(xù)時(shí)間從大約10秒到大約I分鐘的后間隙填充退火(post gapfill anneal)。在溝道填充完畢后，使襯底進(jìn)行平坦化工藝以去除STI外過(guò)量的電介質(zhì)。在一些實(shí)施例中，向半導(dǎo)體襯底實(shí)施化學(xué)機(jī)械剖光(CMP)工藝以去除溝道填充介電材料的過(guò)量部分并且形成整體平坦的表面。例如，CMP工藝可以將硬掩模層102用作剖光停止層，以便CMP工藝可以適當(dāng)?shù)赝Ｖ乖谟惭谀?02上。可以使用其他的工藝以達(dá)到相似的剖光效果。例如，可以使用回蝕(etch-back)工藝以去除過(guò)量的溝道填充介電材料并且形成整體平坦的表面。圖IB示出根據(jù)一些實(shí)施例的圖IA在將硬掩模層102用作CMP停止層的CMP工藝后的結(jié)構(gòu)。在CMP進(jìn)行完畢后，為了去除硬掩模層102，可以進(jìn)行濕氧化蝕刻以調(diào)整STI中的介電材料的高度。最后去除硬掩模層102和焊盤硅氧化層101，因?yàn)檫@兩個(gè)層是犧牲層。為了使襯底的表面變平從而更簡(jiǎn)單并且更好地光刻形成圖案，需要去除溝道中的部分氧化膜。在一些實(shí)施例中，通過(guò)稀釋的HF浸涂進(jìn)行氧化物去除。在一些實(shí)施例中，被去除的氧化物的目標(biāo)數(shù)量在從大約200人至大約1300人的范圍內(nèi)。圖IC示出根據(jù)一些實(shí)施例的圖IB在稀釋的HF浸涂之后的結(jié)構(gòu)的示意圖。在一些實(shí)施例中，通過(guò)以一定比例(諸如，50 I)混合HF和水來(lái)配制稀釋的HF。稀釋的HF浸在窄溝道110中具有比寬溝道120中更高的氧化物的氧化物去除率。圖IC示出，Dl (在窄的淺溝道隔離110中氧化物蝕刻深度)大于D2(在寬的淺溝道隔離120中的氧化物蝕刻深度)。另外，在寬的STI 120的角部A處存在V形的凹陷(dip)，該凹陷也被稱作STI缺角，該缺角是由高局部蝕刻率所導(dǎo)致的。高蝕刻率可能是在上述退火(或致密化工藝)之后由不同程度的氧化物密度所導(dǎo)致的。圖IA示出虛線108，該虛線示出在STI的間隙填充之后的致密化(通過(guò)退火)的界限。介電間隙填充層105的上部的致密化程度比層105的用虛線108與上部隔開(kāi)的下部的致密化程度更好。在介電CMP之后，虛線108的一部分如圖IB所示地保留下來(lái)。圖IA和IB示出，在窄STIllO內(nèi)的介電填充層并未很好地致密化。由于未致密化層105的更高的蝕刻率，導(dǎo)致蝕刻深度Dl大于蝕刻深度D2。圖IB還示出寬的STI 120的角部A附近的窄的部分并未很好地致密化，這導(dǎo)致產(chǎn)生V形的角部凹陷(或STI缺角)。稀釋的HF在寬的和窄的STI之間產(chǎn)生高度差并且產(chǎn)生STI角部凹陷(缺角)。在進(jìn)行稀釋的HF浸涂以降低STI結(jié)構(gòu)的表面之后，通過(guò)蝕刻來(lái)去除硬掩模層102。襯底100可以進(jìn)行進(jìn)一步的工藝過(guò)程直至多晶硅形成圖案以形成柵極結(jié)構(gòu)。在這些工藝的操作過(guò)程中，存在用于去除介電層的濕工藝，諸如，去除焊盤氧化層101，以及去除犧牲的氧化層(未示出)，該犧牲的氧化層用于形成圖案和注入擴(kuò)散區(qū)域(也未示出)。這種介電去除的濕工藝使窄STI和寬STI之間的階梯高度差進(jìn)一步惡化，并且也使角部凹陷(STI缺角)進(jìn)一步惡化。圖ID示出根據(jù)一些實(shí)施例的在去除硬掩模層102、焊盤氧化層101，還有沉積和去除氧化物層(未示出)之后的窄STI 110和寬STI 120。圖ID雖然示出寬STI 120的表面131與硅表面130在同一個(gè)水平面上，窄STI 110的中心表面比硅表面130低深度D3，這在多次濕蝕刻操作之后會(huì)變得十分明顯。另外，角部位置A處的缺角十分嚴(yán)重。淺STI 110中的嚴(yán)重凹陷和角部“A”的缺角會(huì)對(duì)柵極的圖案化光刻和柵極結(jié)構(gòu)之間的可能的層間電介質(zhì)(ILD)(或ILD0)的間隙填充產(chǎn)生嚴(yán)重地不良影響。因此，改進(jìn)寬STI結(jié)構(gòu)角部的還有寬STI結(jié)構(gòu)和窄STI結(jié)構(gòu)之間的濕蝕刻的均勻性是很重要的。一種降低氧化物的濕蝕刻率的方法是通過(guò)摻雜含碳(C)的氧化物來(lái)進(jìn)行的。圖2A示出，根據(jù)一些實(shí)施例在CMP之后將摻雜物注入到襯底100的表面中。硬膜102可以被用作摻雜(或注入)膜以保護(hù)下面的硅區(qū)域(有源區(qū)域)，B和C?？梢酝ㄟ^(guò)離子束(離子注入，或光束線)或通過(guò)等離子體注入來(lái)?yè)诫s(或注入)碳。圖2A示出指向襯底100并且被 注入到襯底100的表面內(nèi)的碳離子150，其包括硬掩模層102，襯里氧化層103和介電間隙填充層105。如果硬掩模層102由氮化硅構(gòu)成，則氮化硅比氧化硅膜更難摻雜(或注入)。只有氧化膜的表面層需要被摻雜。圖2A示出根據(jù)一些實(shí)施例的摻雜物在介電填充物層105和襯里層103中具有厚度T。該厚度T應(yīng)該大于在CMP之后的硬掩模層102的厚度Tl和焊盤氧化層101的厚度T2。因?yàn)樵谟惭谀?02和焊盤氧化層101被去除之后，需要碳摻雜物處在STI 110和120上，以防止STI 110和120受到濕蝕刻損失的損害。在一些實(shí)施例中，厚度T在從200人至大約1300A的范圍內(nèi)。如果通過(guò)離子束進(jìn)行摻雜，作為離子的摻雜物可以直接垂直地(實(shí)線箭頭)或以角“ a ”傾斜地朝向襯底100。該角度可以大約為零或大于零。在一些實(shí)施例中，該角度在從大約O。至大約60°的范圍中。在其他實(shí)施例中，該角度在從大約0°至大約30°的范圍內(nèi)。由于摻雜層160的相對(duì)淺度，摻雜能量相對(duì)較低。在一些實(shí)施例中，摻雜能量在從大約2KeV至大約60KeV的范圍內(nèi)。摻雜濃度在從大約1E12 1/cm3至大約1E17 I/cm3的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，注入工藝的溫度在從大約_150°C至大約室溫(大約25°C)的范圍內(nèi)。如上所述，也可以通過(guò)等離子體摻雜(或PLAD)實(shí)現(xiàn)摻雜。因?yàn)榈入x子殼層中的 等離子體離子可以不同的方向運(yùn)動(dòng)，所以離子束中的摻雜物不僅指向襯底，該等離子體離子150由虛線箭頭示出。等離子體摻雜(或PLAD)對(duì)淺摻雜是理想的。摻雜物等離子體離子105在角度范圍內(nèi)到達(dá)襯底表面，代替了通過(guò)離子束注入離子時(shí)的確定角度。等離子體離子所具有的能量經(jīng)常低于離子束的離子。因此，等離子體離子對(duì)于淺摻雜來(lái)講是理想的。圖2B示出根據(jù)一些是實(shí)施例的摻雜分布圖，該摻雜分布圖被作為關(guān)于以離子束和PLAD進(jìn)行摻雜的深度的函數(shù)。曲線210示出了離子束的摻雜分布圖，曲線220示出了 PLAD的摻雜分布圖。由于摻雜物濃度隨著深度而更迅速地減小，PLAD能夠具有更高的表面濃度，該深度指的是用于淺摻雜的更好的深度控制。相比之下，離子束摻雜適合用于更深的注入。根據(jù)一些實(shí)施例，如果摻雜的深度T小于大約800人,則使用PLAD。對(duì)于更大的摻雜深度來(lái)講，任何一種摻雜方法(離子束或PLAD)都可以使用。在一些實(shí)施例中，摻雜區(qū)域的深度在從大約50nm到大約800nm的范圍內(nèi)。在離子束摻雜系統(tǒng)中進(jìn)行離子束摻雜。離子束摻雜系統(tǒng)的實(shí)例是PLAD系統(tǒng)，該系統(tǒng)由馬薩諸塞州格洛斯特Varian半導(dǎo)體儀器合資公司制造。摻雜氣體由一種或多種含碳的氣體，諸如，CH4、CxHy，(其中X和y是整數(shù))或其組合構(gòu)成。在一些實(shí)施例中，X在從2至12的范圍內(nèi)并且y在從2至26的范圍內(nèi)。該摻雜氣體也可以包括運(yùn)載氣體，諸如，H2, He，Ar，Ne, Kr，Xe。含碳?xì)怏w的百分比可以在從大約1%到大約100%的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，工藝氣流在從大約50sccm(標(biāo)況毫升每分)至大約500sccm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，等離子體工藝的壓力在從大約5m托(Torr)到大約50m托的范圍內(nèi)。根據(jù)一些實(shí)施例，RF (射頻)功率在從大約100瓦特(W)到大約1000W的范圍內(nèi)，并且處在從大約2千赫茲(KHz)到大約13. 6兆赫茲(MHz)的范圍內(nèi)的射頻頻率下。襯底可以是偏置的或不偏置的。如果襯底是偏置的，可以增加摻雜深度。在一些實(shí)施例中，偏置電壓在從大約OKV至大約IOKV的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，RF電源可以具有雙頻率?？梢栽诠に囀抑谢蜻h(yuǎn)程地(遠(yuǎn)程等離子體)產(chǎn)生摻雜的等離子體。在一些實(shí)施例中，摻雜物(碳)的劑量在從1E121/cm3至1E17 1/cm3的范圍內(nèi)。用于產(chǎn)生等離子體的射頻(RF)電源可以是脈沖的。圖2C示出根據(jù)一些實(shí)施例的脈沖等離子體的功率周期圖。圖2C示出了 RF電源周期性地打開(kāi)和關(guān)閉。根據(jù)一些實(shí)施例，脈沖的占空比(通電時(shí)間/整體時(shí)間)可以在從大約5%至大約95%的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，在從大約10秒鐘至大約5分鐘的持續(xù)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行等離子體摻雜。
在進(jìn)行摻雜之后，襯底被退火以使碳原子設(shè)置在氧化層中。在一些其他的實(shí)施例中，可以跳過(guò)退火操作。退火溫度可以在從大約900°C至大約1350°C的范圍內(nèi)。可以通過(guò)快速熱退火或通過(guò)爐退火來(lái)進(jìn)行所使用的退火。可選擇地，退火工藝可以是激光退火或閃光退火。在一些實(shí)施例中，退火時(shí)間可以在從大約50 ii s (微秒)至大約10分鐘的范圍內(nèi)。圖2D示出根據(jù)一些實(shí)施例的對(duì)圖2A的襯底進(jìn)行退火的操作?？梢韵蛞r底的正面、襯底的背面或襯底的正面和背面提供熱量。在一些實(shí)施例中，可以跳過(guò)該退火操作。在襯底退火之后，可以進(jìn)行稀釋的HF浸涂以降低STI中的氧化物高度。STI中的氧化物被去除，從而確保在硬掩模層102和焊盤氧化層101被去除后襯底表面基本上是平的。圖2E示出了根據(jù)一些實(shí)施例的在稀釋的HF浸涂之后的襯底100的橫截面圖。由于碳的沉積，氧化膜的表面層在窄STI和寬STI中都具有相同的濕蝕刻率。因此，解決了在窄STI中和寬STI角部上的蝕刻率較高的問(wèn)題。硬掩模層102保護(hù)下方的硅不受到沉積工藝的損害。圖2E示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖2D的襯底在稀釋的HF浸涂之后的橫截面圖。窄STI 110中的凹陷Dll和寬STI 120中的凹陷D12幾乎相同。摻雜有碳的氧化膜的蝕刻率的降低使在窄STI 110和寬STI 120中的凹陷深度的控制變得更簡(jiǎn)單和更自如。另外，在寬STI 120的角部不存在STI缺角。在稀釋的HF浸涂之后，硬掩模層102和焊盤氧化層101被去除。這兩個(gè)層可以通過(guò)干蝕刻和/或濕蝕刻來(lái)去除。圖2F示出了根據(jù)一些實(shí)施例的在硬掩模層102和焊盤氧化層101被去除后圖2E的襯底的橫截面圖。圖2F示出了 STI 110和120的表面231、232與硅表面233大約在相同的水平面上。通過(guò)碳來(lái)?yè)诫sSTI 110和120的表面層，這可以保護(hù)STI 110,120中的氧化物不受到隨后的濕蝕刻工藝的過(guò)量蝕刻的損害。圖3示出了根據(jù)一些實(shí)施例的以碳對(duì)STI中的氧化物表面進(jìn)行摻雜以使在窄STI和寬STI中的氧化物表面的蝕刻率相同并且不出現(xiàn)角部問(wèn)題的工藝流程300。在操作301中，利用CMP平坦化帶有STI結(jié)構(gòu)的襯底，以去除STI結(jié)構(gòu)外的過(guò)量的氧化物。在操作302中，以碳對(duì)襯底進(jìn)行摻雜。可以通過(guò)離子束或通過(guò)等離子沉積(PLAD)來(lái)進(jìn)行碳沉積。在操作303中，在碳摻雜之后襯底被退火以使碳原子設(shè)置在STI中的氧化膜(或沉積的氧化層)中。在一些實(shí)施例中，操作303被跳過(guò)并且在碳摻雜之后不對(duì)襯底進(jìn)行退火。然后，在操作304中執(zhí)行稀釋的HF浸涂以減小STI中的氧化物的厚度(以在STI中形成凹陷)。因?yàn)楸蝗コ难趸锸翘紦诫s的，所以在窄STI和寬STI中的去除率幾乎相同。另外，碳摻雜解決了寬STI中的問(wèn)題或薄弱的角部。在HF浸涂之后，在操作305中去除硬掩模層?？梢栽谌コ惭谀雍笠踩コ副P氧化膜。上述實(shí)施例提供了一些方法和結(jié)構(gòu)用于在STI中利用碳來(lái)?yè)诫s氧化物以使在窄結(jié)構(gòu)和寬結(jié)構(gòu)中的蝕刻率相等并且也使寬STI的角部與寬STI的其他表面部分同樣堅(jiān)固。這種碳摻雜可以通過(guò)離子束(離子注入)或通過(guò)等離子體摻雜來(lái)進(jìn)行。硬掩模層可以用于防止下方的硅受到摻雜。通過(guò)使用摻雜機(jī)制，硅和STI的平坦的表面形狀能夠?qū)崿F(xiàn)用于先進(jìn)的工藝技術(shù)的柵極結(jié)構(gòu)圖案化和ILDO間隙填充。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種對(duì)襯底上的淺溝道隔離(STI)結(jié)構(gòu)的表面氧化層進(jìn)行摻雜的方法。該方法包括，在帶有STI結(jié)構(gòu)的襯底上進(jìn)行化學(xué)-機(jī)械剖光(CMP)，并且用氧化層填充該STI結(jié)構(gòu)。進(jìn)行CMP以將氧化層去除到STI結(jié)構(gòu)外，并且將用作蝕刻掩模以形成STI結(jié)構(gòu)的硬掩模層用作CMP停止件。CMP在STI結(jié)構(gòu)上形成在其上帶有氧化物的平坦的表面。該方法還包括以碳原子對(duì)STI結(jié)構(gòu)上的平坦的表面上的氧化物進(jìn)行摻雜，并且在摻雜后進(jìn)行退火。該方法進(jìn)一步包括去除硬掩模層。在另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種對(duì)襯底上的淺溝道隔離(STI)結(jié)構(gòu)的表面氧化層進(jìn)行摻雜的方法。該方法包括，在帶有STI結(jié)構(gòu)的襯底上進(jìn)行化學(xué)-機(jī)械剖光(CMP)，并且用氧化層填充該STI結(jié)構(gòu)。進(jìn)行CMP以將氧化層去除到STI結(jié)構(gòu)外，并且將用作蝕刻掩模以形成STI結(jié)構(gòu)的硬掩模層用作CMP停止件。CMP在STI結(jié)構(gòu)上形成在其上帶有氧化物的平坦的表面。該方法還包括以碳原子對(duì)STI結(jié)構(gòu)上的平坦的表面上的氧化物進(jìn)行摻雜，并且去除硬掩模層。在又一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種硅襯底上的淺溝道隔離(STI)結(jié)構(gòu)。該STI結(jié)構(gòu)包括第一 STI結(jié)構(gòu)，并且該第一 STI被硅包圍。第一 STI結(jié)構(gòu)填充有氧化硅；并且第一 STI結(jié)構(gòu)的第一表面與包圍第一 STI結(jié)構(gòu)的娃的第二表面基本處在相同的水平面上。以碳摻雜第一 STI的表面上的氧化硅，從而減小和控制第一 STI結(jié)構(gòu)的氧化硅的濕蝕刻率。STI結(jié)構(gòu) 還包括第二 STI結(jié)構(gòu)，并且該第二 STI也被硅包圍。用氧化硅填充該第二 STI結(jié)構(gòu)；并且第二 STI結(jié)構(gòu)的第三表面與包圍第二 STI的硅的第二表面基本處在相同的水平面上。也以碳摻雜第二 STI結(jié)構(gòu)的表面上的氧化硅，從而減小和控制第一 STI結(jié)構(gòu)的氧化硅的濕蝕刻率?？梢詮墓_(kāi)的布置、操作以及方法和系統(tǒng)的細(xì)節(jié)中得到對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)講是顯而易見(jiàn)的各種更改、改變和變化。雖然為了清楚地理解，本文已經(jīng)詳細(xì)地對(duì)上述發(fā)明做出了描述，但是顯而易見(jiàn)的是，特定的改變和更改都可以在附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)施。因此，這些實(shí)施例都是示意性的而并不旨在限制本發(fā)明，并且本發(fā)明限于本發(fā)明給出的細(xì)節(jié)，而可以在所附權(quán)利要求的范圍和等效替換中進(jìn)行更改。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)襯底上的淺溝道隔離STI結(jié)構(gòu)的表面氧化層進(jìn)行摻雜的方法，包括 在帶有STI結(jié)構(gòu)的襯底上進(jìn)行化學(xué)-機(jī)械剖光CMP，其中，用氧化層填充所述STI結(jié)構(gòu)，以及其中，進(jìn)行所述CMP以去除所述STI結(jié)構(gòu)外部的氧化層，以及其中，將用作蝕刻掩模以形成所述STI結(jié)構(gòu)的硬掩模層用作CMP停止件，以及其中，所述CMP在所述STI結(jié)構(gòu)上形成平坦的表面，在所述平坦的表面上帶有氧化物； 以碳原子對(duì)所述STI結(jié)構(gòu)上的平坦的表面上的氧化物進(jìn)行摻雜； 在進(jìn)行所述摻雜后對(duì)所述襯底進(jìn)行退火；并且 去除所述硬掩模層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，在STI結(jié)構(gòu)的平坦表面上的摻雜有碳原子的氧化物的蝕刻率在窄STI結(jié)構(gòu)、寬STI結(jié)構(gòu)上以及在角部STI結(jié)構(gòu)上基本相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述退火的溫度在從大約900°C至大約1350°C的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述退火是通過(guò)快速熱退火RTA、爐退火、激光退火或閃光退火(快速退火)來(lái)進(jìn)行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述退火是在從大約50μ s至大約10分鐘的范圍內(nèi)的持續(xù)時(shí)間中進(jìn)行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I,其中，所述摻雜區(qū)域的深度在從大約50nm至大約800nm的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，其中，所述摻雜是通過(guò)能量在從大約2KeV至大約60KeV的范圍內(nèi)的離子束、以摻雜濃度在從大約lE121/cm3至大約lE171/cm3的范圍內(nèi)的劑量、并且在從大約_150°C至大約25°C的范圍內(nèi)的摻雜溫度下進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述摻雜是以含碳?xì)怏w通過(guò)等離子體摻雜來(lái)進(jìn)行的。
9.一種對(duì)襯底上的淺溝道隔離STI結(jié)構(gòu)的表面氧化層進(jìn)行摻雜的方法，包括 在帶有STI結(jié)構(gòu)的襯底上進(jìn)行化學(xué)-機(jī)械剖光CMP，其中，用氧化層填充所述STI結(jié)構(gòu)，以及其中，進(jìn)行所述CMP以去除所述STI結(jié)構(gòu)外部的氧化層，以及其中，將用作蝕刻掩模以形成所述STI結(jié)構(gòu)的硬掩模層用作CMP停止件，以及其中，所述CMP在所述STI結(jié)構(gòu)上形成平坦的表面，在所述平坦的表面上帶有氧化物； 以碳原子對(duì)所述STI結(jié)構(gòu)上的平坦的表面上的氧化物進(jìn)行摻雜；并且 去除所述硬掩模層。
10.一種硅襯底上的淺溝道隔離STI結(jié)構(gòu)，包括 第一 STI結(jié)構(gòu)，以及其中，所述第一 STI結(jié)構(gòu)被娃包圍，以及其中，所述第一 STI結(jié)構(gòu)填充有氧化硅，以及其中，所述第一 STI結(jié)構(gòu)的第一表面與包圍所述第一 STI結(jié)構(gòu)的硅的第二表面基本處在相同的水平面上；以及其中，以碳摻雜所述第一 STI結(jié)構(gòu)的表面上的氧化硅，從而減小和控制所述第一 STI結(jié)構(gòu)的氧化硅的濕蝕刻率。
全文摘要
本發(fā)明所述的實(shí)施例提供了用于以碳對(duì)STI中的氧化物進(jìn)行摻雜以使窄結(jié)構(gòu)和寬結(jié)構(gòu)中的蝕刻率相等并且也使寬STI的角部變牢固的方法和結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^(guò)離子束(離子注入)或等離子體摻雜來(lái)進(jìn)行這種碳摻雜?？梢允褂糜惭谀右苑乐瓜路降墓枋艿綋诫s。通過(guò)使用該摻雜機(jī)制，硅和STI的平坦的表面形狀能夠?qū)崿F(xiàn)先進(jìn)的工藝技術(shù)的柵極結(jié)構(gòu)圖案化和ILD0間隙填充。
文檔編號(hào)H01L21/762GK102623315SQ20121002065
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者吳啟明, 方子韋, 蔡俊雄, 黃玉蓮 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司