專利名稱：電子器件及其制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明的領域是電子器件，特別是在微電子器件中沉積電介質(zhì)。
背景技術(shù)：
在集成電路中有源和無源器件的介電隔離對于獲得較高密度的這些器件通常是必需的，并且通常通過引入淺槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)。本領域中已知有許多STI產(chǎn)生方法。
在形成STI結(jié)構(gòu)的一種方法中，使用化學氣相沉積(CVD)來沉積電介質(zhì)材料(參見例如Chen等人的US 6,146,971(11/14/00))。一種典型的方法包括在襯底上生長熱氧化物，然后在熱氧化物上進行氮化硅沉積。隨后使氮化硅圖案化并蝕刻形成溝槽。在溝槽中生長熱氧化物層，通過CVD沉積二氧化硅。在另一個步驟中，二氧化硅被反向掩模(reverse masked)并從活性表面上去除。然后采用化學機械拋光(CMP)使表面平坦，在另一個步驟中，從襯底表面上腐蝕氮化硅和熱氧化物層。
盡管CVD沉積有許多優(yōu)點(例如CMP法已經(jīng)被很好地理解，參見例如ULSI Technology，Chang and Sze，McGraw-Hill Co.Inc.，NewYork，NY，1996)，但是CVD固有的局限性往往降低這些方法的實用性。例如，為了避免在從活性表面上去除氮化硅和熱氧化物層時由于有差別的腐蝕而產(chǎn)生的表面形狀不均勻性，CVD氧化物和熱氧化物的腐蝕速度一般需要比較類似，從而限制了CVD氧化物的選擇。此外，特別是當溝槽具有較高深寬比(深度/寬度)時，在CVD過程中在溝槽中形成空隙往往變得更加常見。
為了克服這些問題中的至少一些問題，可以利用高密度等離子體(HDP)-CVD。除了其它優(yōu)點以外，HDP-CVD將沉積和蝕刻組合在一起，從而明顯減少了空隙形成。但是，HDP-CVD通常導致襯底的低處理速度。而且，HDP-CVD的使用往往增大角部切割的危險，從而進一步減小每個生產(chǎn)周期的總產(chǎn)量。
另外，通過使用旋涂材料完全避免CVD法是已知的(參見例如Lou的US 6,171,928(01/09/01))。當與CVD材料比較時，旋涂材料通常表面處優(yōu)異的平面化性能。此外，旋涂材料通常具有希望的間隙填充能力。因此，形成STI結(jié)構(gòu)的替代方法包括在襯底上生長熱氧化物(還稱為墊板(pad)氧化物)，和在熱氧化物上沉積氮化硅。隨后對該氮化硅進行構(gòu)圖和蝕刻以形成槽。在所述槽中生長熱氧化物層(也稱為襯料氧化物)，并將旋涂化合物旋涂在襯底上，隨后進行固化。在隨后的CMP步驟中，使晶片平面化并且從活性表面上腐蝕掉氮化硅/熱氧化物。
盡管采用旋涂材料的方法相對簡單，但是存在若干缺點，特別是包括在固化過程中旋涂材料在溝槽中收縮。在溝槽內(nèi)的低密度固化的旋涂材料比熱氧化物具有明顯更高的(約3-10倍)的潤濕速度(wetrate)，因此與固化后的時刻步驟不會更兼容(例如從該活性表面上腐蝕到氮化硅/熱氧化物)。
因此，制備電子器件的各種方法在本領域中是已知的，但是全部或幾乎全部的這些方法存在一種或多種缺點。所以，仍然需要微電子器件提供改善的方法和裝置。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及電子器件的構(gòu)造和生產(chǎn)，所述電子器件包括具有溝槽的襯底，該溝槽具有下部和上部。溝槽的下部用旋涂化合物填充，上部用CVD材料填充。優(yōu)選地，CVD材料的表面與襯底表面基本共面。
在本發(fā)明主題的一個方面，所述溝槽進一步包含熱氧化物涂層(襯里)，特別是預期的溝槽的深寬比(深度/寬度)不小于5，更優(yōu)選不小于8。優(yōu)選的溝槽的底部占溝槽高度的最多60％，更優(yōu)選最多80％。進一步預期的是該溝槽使淺槽分隔結(jié)構(gòu)(STI)的一個單元。
在本發(fā)明主題的另一個方面，旋涂化合物包含硅，并且優(yōu)選用甲基倍半硅氧烷、氫倍半硅氧烷、甲基氫倍半硅氧烷、硅酸酯或全氫硅氮烷形成。優(yōu)選的化學氣相沉積(CVD)化合物包含硅，特別優(yōu)選的CVD化合物用硅烷或四乙基正硅酸酯形成。
在本發(fā)明主題的另一個方面，制造這些器件的特別優(yōu)選的方法包括以下步驟在襯底中形成溝槽，通過旋涂沉積在溝槽中沉積第一種化合物。從溝槽中除去第一種化合物，達到低于襯底表面的水平，并且在進一步的步驟中，通過化學氣相沉積在第一種化合物的上表面上沉積第二種化合物。
在本發(fā)明主題的仍然另一個預期的方面，通過旋轉(zhuǎn)-沖洗法、濕侵蝕法或干侵蝕法部分去除第一種化合物。預期的第一種化合物包括甲基倍半硅氧烷、氫倍半硅氧烷、甲基氫倍半硅氧烷、硅酸酯和全氫硅氮烷，預期的第二種化合物包括四乙基正硅酸酯和硅烷。
由本發(fā)明優(yōu)選的實施方案以及附圖的以下詳細描述，本發(fā)明的各種目的、特征、方面和優(yōu)點將變得更清楚。
圖1A是現(xiàn)有技術(shù)電子器件的垂直截面示意圖。
圖1B是根據(jù)本發(fā)明主題的垂直截面示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)電子器件的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式
現(xiàn)有技術(shù)中已知唯一地用CVD化合物或者旋涂化合物填充的STI結(jié)構(gòu)常常具有各種缺點(見上文)。較常見的缺點表示在現(xiàn)有技術(shù)的圖1A中，其中電子器件100A具有襯底110A，襯底110具有表面111A和溝槽120A。溝槽120A進一步具有熱氧化物涂層(襯里)150A，所述溝槽用固化的旋涂化合物填充。由于固化步驟中在溝槽中的尺寸限制，固化的旋涂介電材料的較低部分(相對于表面)比固化的旋涂介電材料的較高部分(相對于表面)130A’具有較低的密度，通常在隨后的加工步驟中導致有差異的腐蝕行為。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，采用旋涂和CVD材料兩種方法可以在電子器件上沉積介電材料，在圖1B中，電子器件100B包含襯底110B，襯底110B具有表面111B和溝槽120B。溝槽120B進一步用熱氧化物涂層(襯料)150B涂敷。溝槽121B的下部用固化的旋涂化合物140B填充，而溝槽122B的上部用CVD沉積的化合物140B填充。CVD沉積的化合物140B具有表面141B，該表面與襯底111B的表面共面。
在本發(fā)明主題的特別優(yōu)選的方面，電子器件100B是集成電路，其中襯底110B是具有基本平坦的表面111B的硅晶片。溝槽120B被腐蝕到襯底中，并且進一步用熱氧化物涂層150B涂敷。溝槽的下部121B從溝槽底部向上延伸到溝槽高度的60％，并用固化的氫倍半硅氧烷130B填充，后者旋涂在襯底110B上。溝槽的頂部122B(相當于溝槽高度的其余40％)用二氧化硅填充，該二氧化硅由CVD沉積的硅烷140B形成。CVD沉積的二氧化硅140B具有表面141B，該表面與硅襯底的表面111B基本共面(即最大垂直偏差為20nm)。
相對于襯底，應當理解的是雖然硅晶片和其它硅基半導體襯底是特別優(yōu)選的，也可以利用除了硅晶片以外的許多襯底，替代的襯底包括非硅半導體材料(例如鍺基或鎵基)和無機/有機介電材料(例如聚硅酸鹽、聚(亞芳基醚)等)。
一般期望的是襯底110B的基本平坦的表面111B是硅晶片的表面。本文所用的術(shù)語“表面”是指其上形成功能元件(例如導電跡線或通孔)的陳低的任何區(qū)域。本文所用的術(shù)語“基本平坦的表面”是指所述表面經(jīng)過平面化過程(例如化學機械平面化過程(CMP))并且在表面上的最高點與最低點之間具有不大于約5nm-20nm的不平整性。在本發(fā)明主題的其它方面，所述表面可以進一步包括替代材料，包括功能的和非功能的材料。例如，功能材料可以包括介電材料、熱氧化物和金屬，而非功能材料可以包括蝕刻停止層(例如氮化硅)或其它掩蔽材料(masking material)。
還預期的是在襯底中腐蝕合適的溝槽，并且該溝槽通常具有約50nm-500nm的寬度和約400nm-700nm的深度。但是，也可以考慮在約500nm-5000nm的更大寬度或者更大。類似地，預期的溝槽不必限于特定的深度，預期的是合適的溝槽的深度將在200nm-2000nm之間或更大。盡管預期的溝槽的深寬比(深度比寬度)不限于特定的數(shù)量或范圍，特別期望的是優(yōu)選的深寬比不小于5(例如5-10)，更優(yōu)選不小于8，最優(yōu)選不小于10(例如10-15)。類似地，應當認識到，預期的溝槽的布置(即路徑)可以變化非常大，預期的布置包括直線、圓形和曲線的溝槽，及其所有的合理組合。盡管一般期望的是在襯底中腐蝕出合適的溝槽，應當認識到溝槽形成的方法不限于本發(fā)明的主體。因此，也可以考慮通過替代方法形成的溝槽，包括添加法(即通過向表面上添加壁而形成溝槽)和減去法(即通過從表面上去除材料形成溝槽)。
在合適時，期望的溝槽可以進一步包含結(jié)合到溝槽的至少一部分底面和/或側(cè)壁上的附加層或涂層。例如，預期的附加層或涂層可以包括熱氧化物涂層，一種或多種有機和/或無機電介質(zhì)、金屬、多晶硅等。在本現(xiàn)有技術(shù)中由許多在硅襯底中形成溝槽的方法，所有的已知方法可以考慮適合于與本文所給出的教導結(jié)合使用。
關(guān)于旋涂化合物，預期的是所有已知的旋涂電介質(zhì)適用于本文，包括無機和有機旋涂化合物，其可以要求或不要求進一步的固化步驟以制備電介質(zhì)。例如，合適的有機旋涂電介質(zhì)包括共軛和非共軛芳族聚合物(例如聚酰亞胺、聚亞芳基等)和非芳族聚合物(例如環(huán)氧網(wǎng)絡、氰酸酯樹脂等)。合適的有機旋涂電介質(zhì)包括各種含硅的化合物，特別期望的無機旋涂電介質(zhì)是甲基倍半硅氧烷、氫倍半硅氧烷、甲基氫倍半硅氧烷、硅酸酯和全氫硅氮烷。游泳的有機氫硅氧烷公開在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利6,143,855和6,043,330中，其并入本文作為參考。一種特別有用的有機氫硅氧烷購自Honeywell International Inc.，如HOSPTM旋涂電介質(zhì)。對于特定用途的特定旋涂和固化條件通常取決于旋涂化合物的種類、溝槽深度、希望的固化程度，并且本領域技術(shù)人員可以容易地確定而不用過多的實驗。
一般期望的是，溝槽的較低部分用旋涂化合物填充。本文所用的術(shù)語“下部”是指從溝槽底部延伸到低于基底表面的任何溝槽高度的一部分溝槽(即相對于基底表面，溝槽的下部)。因此，預期的是溝槽的下部可以從溝槽底部延伸到深度(即在溝槽底部與基底表面之間的最大垂直距離)的最多10％，優(yōu)選最多40％，更優(yōu)選最多60％，甚至更優(yōu)選最多80％，最優(yōu)選為溝槽深度的80％-95％。應該認識到，當溝槽具有較高的深寬比(即大于5)時，使用旋涂化合物在溝槽中形成電介質(zhì)是特別有利的，因為增大深寬比在典型的CVD過程中常常導致空隙形成。
進一步預期的是，CVD沉積的化合物優(yōu)選具有與熱氧化物類似的耐蝕刻性(即蝕刻速度為為熱氧化物蝕刻速度的1-3倍，優(yōu)選為1-2倍，更優(yōu)選1-1.5倍)，并具有良好理解的CMP條件。例如，合適的CVD沉積化合物包含硅，特別優(yōu)選的CVD沉積化合物由硅烷或四乙基正硅酸酯(TEOS)形成。但是，在可替代的方面，除了含硅化合物以外的已知CVD化合物預期在這里也是適用的。關(guān)于CVD化合物的沉積，應當理解，具體條件可能變化很大(即HDP-CVD，低壓(LP)-CVD、大氣壓(AP)-CVD、等離子體增強(PE)-CVD)，并且取決于所用的具體材料。進一步預期的是，溝槽的上部用CVD沉積的化合物填充。本文所用的術(shù)語溝槽的“上部”是指在基底表面與溝槽下部之間的溝槽體積。還應當理解，一個或多個附加層可以布置在固化的旋涂化合物與CVD化合物之間，預期的附加層包括功能(例如電介質(zhì)、導電性、半導性)和非功能層(例如粘合促進層)。雖然對于本發(fā)明主題并不是關(guān)鍵的，但是特別優(yōu)選的是CVD化合物的上表面與基底表面基本共面(即最大垂直偏差為50nm)。在本領域中存在多種共面化的方法，在這里，預期所有的已知方法都是適用的。特別優(yōu)選的方法是CMP。
因此，根據(jù)本發(fā)明主題形成電子器件的方法包括一個步驟即在具有表面的基底中形成溝槽，使用旋涂沉積將第一種化合物沉積在溝槽中。在另一個步驟中，從所述溝槽中部分除去第一種化合物，使得溝槽中的化合物的上表面低于基底的表面。在仍然另一個步驟中，通過CVD將第二種化合物沉積到所述表面上以及第一種化合物的上表面上。關(guān)于基底、基底表面、溝槽、旋涂化合物(即第一種化合物)和CVD沉積化合物(即第二種化合物)，如上所討論的相同考慮是適用的。
盡管預期的是從溝槽中部分除去旋涂化合物的所有已知方法都是合適的(例如濕法蝕刻或干法蝕刻)，但是特別優(yōu)選的是通過旋轉(zhuǎn)-沖洗法(spin-rinse process)(見下文)實現(xiàn)部分去除。預期的旋轉(zhuǎn)-沖洗法包括以下步驟其中將溶劑混合物旋涂到旋涂薄膜(例如溝槽中的旋涂化合物)上，所述旋涂薄膜可以部分固化或者完全固化，也可以沒有部分固化或完全固化。溶劑混合物一般含有至少一種溶劑(即破壞和/或溶解旋涂薄膜的組合物，也稱作活性成分)和至少一種非溶劑(即對旋涂薄膜是惰性的或者以比溶劑低至少10倍的速度破壞和/或溶解旋涂薄膜的組合物)。盡管溶劑與非溶劑的混溶性并不是關(guān)鍵的，但是優(yōu)選的是溶劑混合物包含與非溶劑混溶的溶劑。具體溶劑的選擇通常取決于旋涂薄膜的組成，并取決于希望的去除速度。但是，一般期望的是在這里所有已知的溶劑都是合適的，預期的溶劑包括水性和非水溶劑、酸和堿，它們?nèi)靠梢酝ㄟ^各種標準選擇，包括極性、疏水性、混溶性等。
因此，預期的是除去旋涂化合物的方法包括以下步驟將旋涂化合物沉積在基底表面上。在另一個步驟中，用溶劑混合物旋轉(zhuǎn)-沖洗旋涂化合物，其中溶劑混合物包含溶解旋涂化合物的第一種溶劑，對旋涂化合物惰性的第二種溶劑。特別期望的旋涂化合物包含硅，而第一種溶劑包含乙酸丙酯，第二種溶劑包含乳酸乙酯。但是，各種替代溶劑也可以考慮。例如第一種溶劑可以是酮(例如MIBK)、酯(例如乙酸丙酯)、醚(例如PGMEA)、烴(如己烷)，第二種溶劑可以是水、醇(例如乙醇、甲醇)、乙腈、胺或酰胺。仍然進一步期望的是，將合適的基底加熱到第一溫度以去除溶劑混合物，然后加熱到第二溫度以固化旋涂化合物。
特別應當理解的是，在預期的旋轉(zhuǎn)-沖洗方法中旋涂化合物的去除速度和平面化程度(DOP)可以有利地通過各種參數(shù)來控制，包括溶劑選擇和比例、旋轉(zhuǎn)條件、溫度、分配方式(profile)和體積等。例如，溶劑混合物中的溶劑與非溶劑的比例較高一般導致除去速度較高。DOP通?？梢岳锚M窄特征內(nèi)的微負載(microloading)來控制。當活性成分用被去除材料飽和比其被新溶劑代替更快時，在狹窄和致密的特征(溝槽)中發(fā)生微負載。微負載作用由溝槽或特征內(nèi)的流體動力學引起，其限制新溶劑的供給。溶劑與非溶劑的比例低(即低濃度的活性成分)增大該作用，因為活性成分飽和更快。與平坦區(qū)域相比，微負載有效減小狹窄特征和稠密圖案區(qū)域中的相對去除速度。通過利用動態(tài)溶劑涂敷(即旋轉(zhuǎn)沖洗)代替靜態(tài)涂敷可以最好地利用由于微負載產(chǎn)生DOP改善，因為新溶劑恒定地提供在平表面上，而在狹窄特征內(nèi)的溶劑供給被阻礙，并因此減少。最佳旋轉(zhuǎn)條件取決于圖案設計和特征密度。還應當理解的是，旋轉(zhuǎn)-沖洗法也可以用于在STI結(jié)構(gòu)的形成中除了部分去除旋涂薄膜以外的用途中，預期的方法包括其中旋涂薄膜或化合物需要至少部分去除的全部過程。例如，期望的替代方法包括通常要求部分深侵蝕的方法(例如在IMD用途中具有金屬布線的圖案化晶片上去除電介質(zhì)材料)。
還期望的是旋轉(zhuǎn)-沖洗法也可以是常用的SOG深侵蝕方法的成本有效的改進，該方法使用干法侵蝕。SOG深侵蝕法常常比較昂貴，因為通常需要若干工藝步驟1)形成金屬布線；2)PECVD工具使用CVD沉積直線氧化物(該步驟可以省略)；3)旋涂機SOG的旋轉(zhuǎn)、烘焙和固化，其填充間隙并改善局部平面化；4)等離子體侵蝕機SOG的深侵蝕，因此更少或沒有SOG留在金屬線頂上(做到這一點以避免“使通孔中毒”；5)PECVD工具氧化物覆蓋層的沉積；6)CVP工具氧化物覆蓋層的CMP(取決于SOG法的平面化能力和制造方法的平面化要求，可以省略這一步驟)。因此，應當特別理解的是，期望的方法允許消除耗時的侵蝕步驟(5)，并且一般產(chǎn)生更好的局部平面化，其可以進一步消除對CMP方法的需要。因此，應當認識到，預期的方法改進旋轉(zhuǎn)過程(4)到下列步驟4a)旋涂，4b)任選的部分烘烤，4c)使用旋轉(zhuǎn)沖洗法進行部分去除和薄膜平面化，4d)烘烤過程，4e)固化過程。旋轉(zhuǎn)沖洗過程可以整體化成為可以購得的使用常規(guī)旋轉(zhuǎn)杯(spin cup)的旋轉(zhuǎn)機，因此不需要新的工藝工具。因為旋轉(zhuǎn)沖洗法還改善如上所述的平面化，隨后的CMP過程(6)可以省略。
在本發(fā)明主題的仍然另一個預期的方面，形成電子器件的方法可以另外包含平面化步驟，以實現(xiàn)基底表面與CVD沉積化合物上表面的共面。預期的平面化步驟一般包括全部已知的平面化方法，但是，特別優(yōu)選的是通過CMP實現(xiàn)平面化。
實施例旋轉(zhuǎn)沖洗法在本實施例中所述的示例性旋轉(zhuǎn)沖洗法可以用作常規(guī)深侵蝕間隙填充法的替代方案。
使用標準制造技術(shù)制造半導體器件結(jié)構(gòu)。金屬布線結(jié)構(gòu)(2)形成在半導體基底(1)上，如結(jié)構(gòu)1所示。對于最低0.18微米的器件尺寸，互連金屬通常是具有少量摻雜劑的鋁。但是，期望的是金屬的選擇不限于本發(fā)明主題，也可以使用其它金屬，包括銅。但是，對于減去法，鋁是優(yōu)選的。
結(jié)構(gòu)1金屬沉積與構(gòu)圖(1硅基底，2金屬布線)在第一級金屬線(2)沉積后，沉積任選的氧化物襯(3)(結(jié)構(gòu)2)。氧化物襯的厚度為1-200nm，50nm是典型的值。氧化物襯優(yōu)選使用PECVD TEOS沉積，盡管也可以使用其它氧化物，如PECVD硅烷。為了減少工藝步驟，優(yōu)選的是不使用氧化物襯。
結(jié)構(gòu)2氧化物襯的沉積(1硅襯底，2金屬布線，3氧化物襯)然后沉積旋涂材料(4，見結(jié)構(gòu)3)作為線間電介質(zhì)。旋涂電介質(zhì)的優(yōu)選厚度取決于旋涂電介質(zhì)、金屬厚度和所要求的平面化程度。例如，對于HOSPTM旋涂電介質(zhì)(可購自Honeywell Electronic Materials)，對于800nm的鋁線高度，以及寬度為500nm的最窄間隙，在空白薄膜上旋涂材料的厚度通常為200-900nm，600nm是優(yōu)選的。
在本實施例中，HOSPTM電介質(zhì)材料使用標準旋涂過程沉積，盡管具體旋涂過程對旋轉(zhuǎn)沖洗法的應用沒有任何顯著影響。但是，為了使用旋轉(zhuǎn)-沖洗，標準焙烤順序被改變(標準是在150℃、200℃和350℃各1分鐘)，因為如果在320℃或以上烘烤，HOSPTM電介質(zhì)材料不能用有機溶劑溶解。最高溫度當然與其它材料不同。HOSP薄膜然后暴露于溫度為100-200℃的簡單電爐，時間為1分鐘。烘烤過程使得材料可以熔化并重新流動，因此實現(xiàn)改善的平面化。
結(jié)構(gòu)3旋涂沉積(1硅襯底，2金屬布線，3氧化物襯，4HOSP旋涂聚合物)然后在旋轉(zhuǎn)-沖洗過程中分布溶劑混合物，以除去金屬線上的旋涂材料并改善平面化作用。除了旋涂薄膜以外，旋轉(zhuǎn)沖洗溶液不會去除襯底上的任何材料。沖洗過程用規(guī)則的旋涂機進行，但是也可以使用旋轉(zhuǎn)蝕刻機。分布過程中的旋轉(zhuǎn)速度取決于材料、溶劑、晶片尺寸、工具的幾何形狀，可以為20-6000rpm。對于許多應用，1000rpm是許多沖洗過程中的推薦速度，并且可以用在本實施例中。溶劑分布速度取決于材料、溶劑、晶片尺寸、工具幾何形狀，可以為0.1-50mL/s。對于許多用途，2mL/s是沖洗過程中推薦的分布速度，并且用在本實施例中。對于HOSP的溶劑實例包括但不限于酮，例如MIBK；酯，例如乙酸丙酯(PACE)、乙二醇醚PM乙酸酯(PGMEA)；烴例如己烷。非溶劑包括但不限于水；醇(例如甲醇、乙醇、異丙醇(IPA)、乳酸乙酯(EL))；乙腈、胺和酰胺。一種或多種溶劑與一種或多種非溶劑的若干組合是可能的，優(yōu)選的組合主要取決于材料、工藝順序和對于所述用途的要求去除速度。在本實施例中，乳酸乙酯和PAACE的2∶1混合物用作旋轉(zhuǎn)沖洗過程的推薦溶劑混合物，旋轉(zhuǎn)沖洗過程進行足夠的時間。在旋轉(zhuǎn)沖洗過程中，旋涂電介質(zhì)從金屬線上去除比從狹窄的間隙內(nèi)(前面所解釋的微負載)去除更快，因此與干深侵蝕法相比或者與靜態(tài)濕侵蝕相比，改善了平面化作用。襯料氧化物不受旋轉(zhuǎn)-沖洗過程影響，與傳統(tǒng)的干法侵蝕過程相比，這是有益的，干法侵蝕還侵蝕襯料氧化物。在旋轉(zhuǎn)沖洗過程結(jié)束時，以3000rpm的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)晶片30秒而不分布溶劑混合物，以干燥薄膜。然后在電爐上將薄膜在350℃烘烤1分鐘。然后在水平爐中固化1小時，溫度為400℃，氣氛為氧含量小于20ppm的氮氣氣氛。在旋轉(zhuǎn)沖洗結(jié)束時，從金屬線上除去了旋涂材料(HOSP)，同時旋涂材料保持在狹窄的間隙中。
結(jié)構(gòu)4使用旋轉(zhuǎn)-沖洗進行部分去除(1硅襯底，2金屬布線；3氧化物襯料，4旋涂聚合物)然后對于通孔級沉積CVD氧化物(見結(jié)構(gòu)5)。CVD氧化物的厚度取決于器件結(jié)構(gòu)，通常為500nm-3000nm。PECVD TEOS通常用于該過程。
結(jié)構(gòu)5CVD氧化物沉積(1硅襯底，2金屬布線，3氧化物襯料，4旋涂聚合物，5氧化物覆蓋層)任選地，該結(jié)構(gòu)然后通過化學機械跑過(CMP)過程。CMP過程除去一部分氧化物層并改善平面化(結(jié)構(gòu)6)。
結(jié)構(gòu)6使用CMP進行的氧化物覆蓋層平面化(1硅襯底，2金屬布線，3氧化物襯料，4旋涂聚合物，5氧化物覆蓋層)旋轉(zhuǎn)侵蝕過程旋轉(zhuǎn)侵蝕過程與上述的旋轉(zhuǎn)沖洗過程具有某些類似性，但是使用無機溶劑作為侵蝕劑。在本實施例中使用的旋涂材料是Accuglass512B，其可以購自Honeywell。選擇配方和旋轉(zhuǎn)速度以便在覆蓋薄膜上產(chǎn)生500nm的薄膜厚度。Accuglass 512B使用標準旋轉(zhuǎn)過程和烘烤過程進行沉積，使用在80℃、150℃和250℃各烘烤1分鐘。然后在水平爐中在400℃在氧含量小于20ppm的氮氣氣氛中固化晶片(此時結(jié)構(gòu)如圖3所示)。
替代的固化方法是用氧氣等離子體灰化(含有10％的氮氣)代替400℃爐內(nèi)固化。該方法可以用于厚度最大為500nm的空白Accuglass512B薄膜。
然后用旋轉(zhuǎn)侵蝕機加工晶片。優(yōu)選的侵蝕劑取決于待侵蝕的材料。對于使用Accuglass512B的本實施例，可以使用10∶1-500∶1的BOE(緩沖的氧化物侵蝕劑)溶液，50∶1是優(yōu)選的。在琴師過程中的優(yōu)選旋轉(zhuǎn)速度設定為1000rpm，BOE流量設定為0.81pm(升/分)。加工時間設定為15秒?？瞻浊治g速度為140A/s(埃/秒)，這比TEOS氧化物的侵蝕速度高約40倍，TEOS氧化物用作襯料材料。在旋轉(zhuǎn)侵蝕過程結(jié)束時，是用去離子水將晶片沖洗15秒，然后以3000rpm的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)30秒，以干燥所述薄膜。旋轉(zhuǎn)沖洗過程優(yōu)先去除金屬線頂上的材料，因此改善總的平面化過程。對于使用旋轉(zhuǎn)侵蝕過程加工的樣品，金屬線頂上的512B材料完全被去除。由于BOE對于旋涂材料Accuglass512B的高選擇性，侵蝕到TEOS襯料的深度小于5nm，所以可以忽略不計。后續(xù)步驟與上述步驟一致。
使用旋轉(zhuǎn)-沖洗法和氧化物覆蓋層的STI法圖1B是表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面的STI結(jié)構(gòu)的示意截面圖。該過程首先使用熱氧化(結(jié)構(gòu)7)在硅襯底(結(jié)構(gòu)7中的1)上形成襯墊氧化物層(步驟1)(結(jié)構(gòu)7中的2)。襯墊氧化物的典型厚度為2-30nm，10nm是優(yōu)選的厚度。
結(jié)構(gòu)7在襯底表面上進行的熱氧化物沉積(1硅襯底，2熱氧化物)下一個工藝步驟(步驟2)是向襯墊氧化物上沉積氮化硅層(結(jié)構(gòu)8中的3)(結(jié)構(gòu)8)。氮化物層的典型厚度為50-200nm，100nm是優(yōu)選的。
結(jié)構(gòu)8在熱氧化物頂上沉積氮化硅(1硅襯底，2熱氧化物，3氮化硅)下一個步驟(步驟3)是在半導體襯底上沉積光刻膠層。進行光刻(步驟4)過程以便將圖案轉(zhuǎn)移到襯底上。然后進行非均質(zhì)的侵蝕(步驟5)，以便首先打開氮化硅(結(jié)構(gòu)9)，然后形成溝槽結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)10中的4)。
結(jié)構(gòu)9氮化硅圖案(1硅襯底，2熱氧化物，3氮化硅) 結(jié)構(gòu)10硅溝槽侵蝕(1硅襯底，2熱氧化物，3氮化硅，4溝槽)然后使用熱氧化(步驟6)在溝槽側(cè)壁和底上生長氧化物。溝槽側(cè)壁的厚度通常為5-15nm，10nm是優(yōu)選的厚度(結(jié)構(gòu)11)。
結(jié)構(gòu)11在側(cè)壁上進行的熱氧化物生長(1硅襯底，2熱氧化物，3氮化硅，4溝槽)然后在溝槽內(nèi)沉積旋涂材料(步驟7)(結(jié)構(gòu)12中的6)。旋涂電介質(zhì)的優(yōu)選厚度取決于旋涂電介質(zhì)的種類、溝槽寬度和高度以及深寬比分布。對于溝槽深度小于1微米的STI結(jié)構(gòu)，HOSPTM旋涂電介質(zhì)(可購自Honeywell Electronic Materials)是合適的材料。通常薄膜厚度為溝槽深度的60-80％是足夠的，對于600nm的溝槽深度，400nm的覆蓋薄膜厚度是優(yōu)選的，在本實施例中，使用標準旋轉(zhuǎn)過程沉積HOSPTM旋涂電介質(zhì)，盡管具體的旋轉(zhuǎn)過程對旋轉(zhuǎn)沖洗法的應用沒有任何顯著影響。但是，為了使用旋轉(zhuǎn)沖洗，標準烘烤順序被改變(標準是在150℃、200℃和350℃各1分鐘)，因此在旋轉(zhuǎn)沖洗過程之前所用的最高溫度低于300℃，因為如果在320℃或以上烘烤，HOSP不能用有機溶劑溶解。對于其它材料，最高溫度當然不同。然后將HOSP薄膜暴露于簡單的電爐1分鐘，溫度為100℃-200℃，優(yōu)選的溫度為150℃。烘烤過程使得材料熔化并重新流動，因此實現(xiàn)改善的平面化作用。
結(jié)構(gòu)12使用旋涂聚合物HOSP進行溝槽填充(1硅襯底，2熱氧化物，3氮化硅，6HOSPTM薄膜)
然后使用旋轉(zhuǎn)沖洗過程(步驟8)部分去除HOSPTM薄膜。用旋轉(zhuǎn)沖洗法分布溶劑混合物，其除去氮化物層頂上的全部HOSP聚合物(結(jié)構(gòu)13)(使用在上述旋轉(zhuǎn)沖洗過程中所述的相同過程)。調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)沖洗時間使得HOSP薄膜的上表面比最窄溝槽的襯底表面低20-200nm。對于較寬的溝槽，HOSP表面更低。
結(jié)構(gòu)13旋涂薄膜的部分去除(1硅襯底，2熱氧化物，3氮化硅，6旋涂聚合物)然后將薄膜在電爐上烘烤1分鐘，溫度為350℃(步驟9)。然后在溫度為700℃在20％80％氧氣氮氣氣氛中在水平爐中固化(步驟10)。在固化過程中，HOSP薄膜中的有機組分被氧化并去除，這可以使用FTIR光譜證實。然后沉積CVD氧化物(步驟11)(結(jié)構(gòu)14中的5)。因為使用旋涂聚合物產(chǎn)生改善平面化的優(yōu)點和旋涂沖洗法產(chǎn)生的平面化作用(與僅有標準CVD過程相比)，對于CVD氧化物需要更小的厚度，通常氧化物厚度為溝槽深度的20-90％就足以在氧化物CMP過程后(步驟12)實現(xiàn)要求的平面化(結(jié)構(gòu)15)。
結(jié)構(gòu)14氧化物沉積(1硅襯底，2熱氧化物，3氮化硅，5CVD氧化物，6旋涂聚合物)
結(jié)構(gòu)15氧化物CMP(1硅襯底，2熱氧化物，3氮化硅，5CVD氧化物，6旋涂聚合物)在后續(xù)步驟中，殘余的氧化物和氮化物層被侵蝕(步驟13)(結(jié)構(gòu)16) 結(jié)構(gòu)16侵蝕從有效區(qū)域中除去氮化物和熱氧化物層(1硅襯底，2熱氧化物，3氮化硅，5CVD氧化物，6旋涂聚合物)除了其它優(yōu)點以外，應當理解，使用預期的過程，(1)可以省去比較昂貴的HDP-CVD過程，(2)通過使用旋轉(zhuǎn)沖洗過程，可以顯著改善平面化作用，(3)可以減小氧化物厚度，從而降低PECVD的成本和CMP所需的時間。
使用旋轉(zhuǎn)侵蝕過程和氧化物覆蓋層的STI法本實施例的步驟1-6與上述實施例中所述的相同。步驟7幾乎與實施例3中相同，但是通過完全標準的烘烤過程加工HOSP(在150℃、200℃和350℃?zhèn)€1分鐘)。然后固化晶片(前述實施例的步驟10)。在固化過程后，使用旋轉(zhuǎn)侵蝕過程。旋轉(zhuǎn)侵蝕過程使用在實施例2中所述的相同過程，然后進行氧化物沉積(步驟11)、CMP(步驟12)和侵蝕(步驟13)。
因此，可以預期形成淺溝槽分隔結(jié)構(gòu)的方法有一個步驟其中在具有表面的襯底中形成溝槽，使用旋涂沉積將第一種化合物沉積到溝槽中。在另一個步驟中，從溝槽中至少部分去除第一種化合物，使得化合物的上表面低于襯底表面，在仍然進一步的步驟中，通過化學氣相沉積將第二種化合物沉積到襯底表面和第一種化合物的上表面上。預期的方法的示例性流程圖表示在圖2中。
因此，已經(jīng)公開了電子器件及其形成的具體實施方案和用途。但是應當理解，對于本領域技術(shù)人員來說，除了這些公開以外，可以進行許多改進而不脫離本發(fā)明的概念，所以，在不超出所附權(quán)利要求的精神的情況下，本發(fā)明主題不受限制。而且在解釋說明書和權(quán)利要求時，所有術(shù)語應當以其與上下文一致的最寬可能的方式來解釋。具體地，術(shù)語“包含”和“含有”應當解釋為以不派它的方式涉及元素、成分、或步驟，表明所提及的元素、成分或步驟可以存在或被利用，或者與其它未明確提及的元素、成分或步驟組合。
權(quán)利要求
1.一種電子器件，包括具有溝槽的襯底，該襯底具有下部和上部；和其中溝槽的下部用固化的旋涂化合物填充，上部用化學氣相沉積化合物填充。
2.權(quán)利要求1的器件，其中所述襯底具有與化學氣相沉積化合物的上表面基本共面的表面。
3.權(quán)利要求2的器件，其中所述溝槽還包含熱氧化物涂層。
4.權(quán)利要求3的器件，其中所述溝槽的深寬比(深度/寬度)不小于5。
5.權(quán)利要求3的器件，其中所述溝槽的深寬比(深度/寬度)不小于8。
6.權(quán)利要求1的器件，其中旋涂化合物包含硅。
7.權(quán)利要求1的器件，其中旋涂化合物用至少一種選自甲基倍半硅氧烷、氫倍半硅氧烷、甲基氫倍半硅氧烷、硅酸酯和全氫硅氮烷的化合物形成。
8.權(quán)利要求1的器件，其中，化學氣相沉積的化合物包含硅。
9.權(quán)利要求1的器件，其中化學氣相沉積的化合物用硅烷或正硅酸四乙酯形成。
10.權(quán)利要求1的器件，其中所述溝槽具有一定深度，并且其中溝槽下部占該深度的最多60％。
11.權(quán)利要求1的器件，其中所述溝槽具有一定深度，并且其中溝槽下部占該深度的最多80％。
12.一種形成淺溝槽分隔結(jié)構(gòu)的方法，其包括在具有表面的襯底中形成溝槽，使用旋涂沉積向該溝槽中沉積第一種化合物；從所述溝槽中部分去除第一種化合物，使得該化合物的上表面低于襯底的表面；和通過化學氣相沉積向襯底表面上和第一化合物的上表面上沉積第二種化合物。
13.權(quán)利要求12的方法，其還包括使所述分隔結(jié)構(gòu)平面化，使得襯底的表面與第二種化合物的上表面基本共面。
14.權(quán)利要求12的方法，其中襯底表面和所述溝槽還包含熱氧化物涂層。
15.權(quán)利要求12的方法，其中所述溝槽具有不小于5的深寬比(深度/寬度)。
16.權(quán)利要求12的方法，其還包括固化第一種化合物以形成氧化物。
17.權(quán)利要求12的方法，其中部分去除的步驟包括選自旋轉(zhuǎn)沖洗法、濕侵蝕法和干侵蝕法中的一種方法。
18.權(quán)利要求12的方法，其中旋涂化合物用至少一種選自甲基倍半硅氧烷、氫倍半硅氧烷、甲基氫倍半硅氧烷、硅酸酯和全氫硅氮烷的化合物形成。
19.權(quán)利要求12的方法，其中第二種化合物用硅烷或正硅酸四乙酯形成。
20.一種去除旋涂化合物的方法，包括在襯底表面上旋轉(zhuǎn)沉積旋涂化合物；和用溶劑混合物旋轉(zhuǎn)沖洗所述旋涂化合物，其中溶劑混合物包含溶解旋涂化合物的第一種溶劑，和對旋涂化合物惰性的第二種溶劑。
21.權(quán)利要求20的方法，還包括將襯底加熱到第一溫度以除去溶劑混合物，進一步加熱襯底到第二溫度以固化旋涂化合物。
22.權(quán)利要求20的方法，其中旋涂化合物包含硅，其中第一溶劑包含乙酸丙酯，第二溶劑包含乳酸乙酯。
23.權(quán)利要求20的方法，其中旋涂化合物包含硅，其中第一溶劑選自酮、酯、醚、烴，其中第二溶劑選自水、醇、乙腈、胺和酰胺。
全文摘要
一種電子器件，包含具有溝槽的襯底，該溝槽具有下部和上部，溝槽的下部用固化的旋涂化合物填充，而上部用化學氣相沉積的化合物填充。優(yōu)選地，化學氣相沉積化合物具有與襯底表面基本共面的表面。制備這樣的器件的特別優(yōu)選的方法包括以下步驟其中在襯底中形成溝槽，通過旋涂沉積在構(gòu)造中沉積第一種化合物。從溝槽中部分去除第一種化合物到低于襯底表面的程度，在進一步的步驟中，在第一種化合物上表面上沉積第二種化合物。
文檔編號H01L21/312GK1579016SQ02821454
公開日2005年2月9日 申請日期2002年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月29日
發(fā)明者D·恩迪施, J·萊弗特 申請人:霍尼韋爾國際公司