專利名稱:對淺溝槽隔離區(qū)減少損害的半導(dǎo)體裝置制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本揭示內(nèi)容大體有關(guān)于制造半導(dǎo)體裝置的方法,且更特別的是,有關(guān)于對淺溝槽隔離區(qū)減少損害的半導(dǎo)體裝置制造方法。
背景技術(shù):
由于集成電路半導(dǎo)體裝置的組件的微小化驅(qū)策著整個產(chǎn)業(yè),因此不僅必須縮減組件的關(guān)鍵尺寸,也必須最小化垂直變化(vertical variation)或“拓樸(topography) ”以便增加微影及蝕刻工藝窗口,最終可增加集成電路的良率?,F(xiàn)有淺溝槽隔離(STI)制造技術(shù)包括形成墊氧化物(pad oxide)于半導(dǎo)體基板的上表面上,形成氮化物(例如,氮化硅)研磨終止層于其上,蝕刻終止層及半導(dǎo)體基板,以在半導(dǎo)體基板中形成溝槽及主動區(qū),在溝槽中形成熱氧化物襯底(thermal oxideliner)然后用隔離材料(例如,氧化硅)填充溝槽,在氮化物研磨終止層上形成覆蓋層(overburden)。然后實(shí)施平坦化,例如用化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)。在后續(xù)加工期間,移除氮化物及墊氧化物,接著是摻雜主動區(qū),這通常包括掩模、離子植入及清洗步驟。在清洗步驟期間,等向移除隔離材料的頂部角落而在隔離材料的正面中留下空穴或“凹洞”。所得垂直變化使得延伸越過STI區(qū)的任何柵極的適當(dāng)結(jié)構(gòu)及囊封有困難,特別是在縮減為關(guān)鍵尺寸時(shí)。再者,現(xiàn)有STI制造技術(shù)面對的困難是填充STI溝槽而不會有空穴、間隙或其它的不平整。因此,使用旋涂玻璃(SOG)或其它氧化物材料。不過,這些氧化物材料有高濕式蝕刻速率。為了降低蝕刻速率,在STI形成過程期間增加高溫(例如,950°C至1150°C )及長時(shí)間的退火,而必定導(dǎo)致薄膜縮小以及氧化物致密化(densif ication )。此一方法的缺點(diǎn)在于如果晶圓經(jīng)受退火薄膜的機(jī)械應(yīng)力,則可能導(dǎo)致疊對誤差(overlay error)的增加。因此,期望提供對STI區(qū)減少損害的半導(dǎo)體裝置制造方法。提供可避免使用使隔離材料致密化的高溫退火的半導(dǎo)體裝置制造方法也是合乎需要的。此外,由以下結(jié)合附圖及方法
技術(shù)領(lǐng)域:
及背景技術(shù):
的詳細(xì)說明及隨附的權(quán)利要求可明白其它期望的特征及特性。
發(fā)明內(nèi)容
提供用于制造半導(dǎo)體裝置的方法。根據(jù)一具體實(shí)施例,該半導(dǎo)體裝置是制造于半導(dǎo)體基板上。該方法包括選擇性植入摻質(zhì)離子(dopant ions)以在該半導(dǎo)體基板中形成數(shù)個植入?yún)^(qū)(implant)。在該半導(dǎo)體基板中形成數(shù)個溝槽,以及用隔離材料填充該等溝槽。建立與該半導(dǎo)體基板實(shí)質(zhì)共面的隔離材料的上表面。然后,該方法同時(shí)退火該等植入?yún)^(qū)及該隔離材料。在另一具體實(shí)施例中,提供一種用于制造半導(dǎo)體裝置于半導(dǎo)體基板上的方法。在該方法中,沉積上覆該半導(dǎo)體基板的平坦化終止層(planarization stop layer)。在該半導(dǎo)體基板中形成數(shù)個溝槽,以及沉積隔離材料于該等溝槽中。該方法平坦化該隔離材料至該平坦化終止層。然后,移除 隔離材料的均勻部分以建立與該半導(dǎo)體基板不相交的隔離材料的上表面。根據(jù)另一具體實(shí)施例,一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法,包括提供半導(dǎo)體基板,其具有上覆半導(dǎo)體層的墊氧化物層。在該半導(dǎo)體基板上方形成植入掩模(implant mask),以及選擇性植入摻質(zhì)離子以在該半導(dǎo)體基板中形成數(shù)個植入?yún)^(qū)。移除該植入掩模以及沉積平坦化終止層于該半導(dǎo)體基板上。該方法蝕刻平坦化終止層及半導(dǎo)體基板以在該半導(dǎo)體基板中形成數(shù)個溝槽。然后,沉積隔離材料于該等溝槽中以及平坦化至平坦化終止層。該方法用氫氟酸(HF)蒸氣進(jìn)行干式去釉工藝(dry deglazing process)以建立與半導(dǎo)體基板不相交的隔離材料的上表面以及移除平坦化終止層的殘留氧化物。由該半導(dǎo)體基板移除平坦化終止層。在氧或氮的周遭環(huán)境(ambient atmosphere)中,以約650°C至約1050°C的溫度同時(shí)退火該等植入?yún)^(qū)及該隔離材料。在退火植入?yún)^(qū)及隔離材料后,移除半導(dǎo)體基板的墊氧化物層以及在半導(dǎo)體層上形成柵極絕緣層。
以下結(jié)合附圖描述晶體管的具體實(shí)施例及其制造方法,其中類似的組件用相同的組件符號表不。
圖1至圖10的橫截面圖根據(jù)不同的具體實(shí)施例圖標(biāo)制造半導(dǎo)體裝置的方法步驟。主要組件符號說明102 半導(dǎo)體基板104 墊氧化物層106 半導(dǎo)體層110 植入掩模112 植入?yún)^(qū)116 平坦化終止層120 蝕刻掩模124 溝槽126 氧化硅襯底128 硅表面132、140、142 表面136 隔離材料150 柵極絕緣層。
具體實(shí)施例方式以下的實(shí)施方式在本質(zhì)上只是范例而非意圖限制晶體管的制造方法、應(yīng)用或用途。此外,希望不受方法
技術(shù)領(lǐng)域:
背景技術(shù):
發(fā)明內(nèi)容或具體實(shí)施方式之中明示或暗示的理論約束。 在此打算通過以下方式可減少或排除形成STI區(qū)的隔離材料的垂直變化:平坦化隔離材料接著移除均勻數(shù)量的隔離材料(例如,用干式去釉(dry deglazing)工藝),以及通過排除后續(xù)植入及清洗工藝的損害來維持此狀態(tài)。此外,打算可用單一低溫退火來同時(shí)活化植入?yún)^(qū)以及降低形成STI區(qū)的隔離材料的蝕刻速率。
根據(jù)本發(fā)明各種具體實(shí)施例,用于制造半導(dǎo)體裝置的方法導(dǎo)致形成裝置的STI區(qū)的隔離材料的垂直變化減少。在本發(fā)明各種具體實(shí)施例中,該方法包含單一退火步驟以同時(shí)退火形成STI及阱植入?yún)^(qū)(well implant)的隔離材料。圖1至圖10的橫截面圖是根據(jù)本發(fā)明各種具體實(shí)施例圖標(biāo)半導(dǎo)體裝置以及用于制造該半導(dǎo)體裝置的方法步驟。制造半導(dǎo)體裝置的各種步驟為眾所周知,因此為求簡明,本文只簡述許多現(xiàn)有的步驟或整個省略而不提供現(xiàn)有的工藝細(xì)節(jié)。此時(shí)翻到圖1,在一示范具體實(shí)施例中,制造半導(dǎo)體裝置的方法以提供半導(dǎo)體基板102開始,其具有上覆半導(dǎo)體層106的墊氧化物層104。也可形成用以植入的對齊掩模(alignment mark)。半導(dǎo)體層106可為塊娃或絕緣體上覆娃(SOI)晶圓。該絕緣體上覆娃(SOI)晶圓包含上覆氧化硅層的含硅材料層。在某些具體實(shí)施例中,該半導(dǎo)體基板可視為只有半導(dǎo)體層106。盡管半導(dǎo)體層106最好為硅材料,然而用于本文的術(shù)語“硅材料”可涵蓋常用于半導(dǎo)體工業(yè)的相對純硅材料以及與其它元素混合的硅?;蛘撸雽?dǎo)體層106可用鍺、神化嫁及等等實(shí)現(xiàn)。如圖2所示,植入掩模110形成在半導(dǎo)體基板102上方以及選擇性植入摻質(zhì)離子以在半導(dǎo)體基板102中形成植入?yún)^(qū)112。眾所周知,此工藝常包括一連串的掩模及植入工藝以由N型離子(例如,磷或砷離子)以及P型離子(例如,硼離子)的植入來產(chǎn)生想要的本體或阱植入?yún)^(qū)112,以在隨后形成的晶體管結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)期望的摻質(zhì)分布用于本體區(qū)(或阱區(qū))。在圖3中,通過現(xiàn)有剝離/清洗順序來移除植入掩模110。然后,沉積平坦化終止層116于半導(dǎo)體基板102上。如下述,平坦化終止層116也用作去釉掩模(deglazing mask)。在一示范具體實(shí)施例中,平坦化終止層116為用化學(xué)氣相沉積法(CVD)沉積的墊氮化物,然而平坦化終止層116可由可用作平坦化終止層及去釉掩模的任何可蝕刻材料形成。在圖4中,根據(jù)現(xiàn)有的主動區(qū)微影工藝,圖案化在平坦化終止層116上方的掩模材料(例如,阻劑)以形成蝕刻掩模(etch mask) 120。蝕刻平坦化終止層116及半導(dǎo)體基板102以在半導(dǎo)體層1 06中形成溝槽124,如圖5所示。如圖6所示,在蝕刻溝槽124后,移除蝕刻掩模120,例如通過阻劑剝離工藝。在溝槽124的暴露硅表面128上以及(雖然未圖標(biāo))沿著平坦化終止層116的表面132可形成襯底126。例如,襯底126可用氧化工藝形成,這導(dǎo)致形成沿著溝槽124的表面128的氧化硅襯底126以及沿著平坦化終止層116的表面132的氮氧化硅襯底(未圖標(biāo))?;蛘撸珻VD工藝可用來形成上覆溝槽124及平坦化終止層116的氧化物或氮化物襯底126。圖6進(jìn)一步圖標(biāo)沉積隔離材料136于溝槽124及上覆的平坦化終止層116。示范隔離材料136為用旋涂法(spin-coating process)涂上的電介質(zhì)材料,例如二氧化娃或其它場效氧化物。在圖7中,平坦化隔離材料136至平坦化終止層116,也就是,研磨隔離材料136直到隔離材料136的表面140與平坦化終止層116的表面142實(shí)質(zhì)共面。示范方法為使用有磨擦及腐蝕作用的化學(xué)泥漿的化學(xué)機(jī)械平坦化法(CMP)。在隔離材料136平坦化后,去釉工藝用來移除隔離材料136的期望高度/部分以在期望階高(step height)重建隔離材料136的表面140,如圖8所示。在示范具體實(shí)施例中,表面140與半導(dǎo)體基板102實(shí)質(zhì)共面,也就是,隔離材料136超過半導(dǎo)體基板102的階高為零。在示范具體實(shí)施例中,使用氫氟酸蒸氣的干式去釉工藝移除隔離材料136到均勻的深度使得表面140仍為平面。表面140與半導(dǎo)體基板102不相交,也就是,與半導(dǎo)體基板102的表面實(shí)質(zhì)共面或平行。在去釉后,隔離材料136實(shí)質(zhì)無凹洞而且沒有垂直變化。此外,該去釉工藝移除平坦化終止層116上的任何殘留氧化物。干式去釉工藝的替代方案包含執(zhí)行使用濕蝕刻法(例如,用氫氟酸的)的去釉工藝,或干式回蝕工藝(等向性或非等向性電漿蝕刻工藝)。如圖9所示,由半導(dǎo)體基板102移除平坦化終止層116。至于PFET,可用現(xiàn)有方式形成SiGe信道(未圖標(biāo))。然后,在氧或氮的周遭環(huán)境中,以低至中等溫度同時(shí)退火植入?yún)^(qū)及隔離材料,例如約650°C至約1050°C,或約650°C至約950°C。該退火活化植入?yún)^(qū)112以及降低隔離材料136的蝕刻速率而且可用任何現(xiàn)有方法完成,例如現(xiàn)有爐退火、快速熱退火或雷射退火。低至中等退火工藝可結(jié)合快速熱退火或雷射退火以實(shí)現(xiàn)植入?yún)^(qū)的摻質(zhì)活化。事實(shí)上,本發(fā)明方法在選擇退火工藝方面提供高度的自由度,這與現(xiàn)有方法不同,因?yàn)椴恍枰邷嘏c長時(shí)間的退火?,F(xiàn)有方法需要高溫與長時(shí)間的退火使隔離材料硬化以讓它有極低的蝕刻速率使得它忍受現(xiàn)有方法的多次植入層清洗/蝕刻。由于隔離材料在本發(fā)明方法中不需要承受多次清洗,因此隔離材料不需要現(xiàn)有方法的高溫/長時(shí)間退火工藝。在退火后,由半導(dǎo)體基板102移除在退火期間形成的墊氧化物層104及任何氧化物,以及在半導(dǎo)體基板102的半導(dǎo)體層106上形成柵極絕緣層150,如圖10所示。在一示范工藝中,適當(dāng)?shù)臐裎g刻及標(biāo)準(zhǔn)柵極絕緣體清洗步驟用來移除該氧化物。盡管該濕蝕刻工藝可與現(xiàn)有方法所用的濕蝕刻工藝相同,然而它是隔離材料承受的唯一濕蝕刻工藝。在現(xiàn)有方法中,多次濕蝕刻移除這么多的隔離材料以至于20納米至30納米正值的STI階高(在墊氮化物移除時(shí)測量)必須用來產(chǎn)生在柵極氧化物形成之前與基板表面相對均一的STI表面。在現(xiàn)有方法,隔離材料的正值高度由上面及旁邊經(jīng)受濕蝕刻侵蝕而產(chǎn)生凹洞。在此避免使用多次濕蝕刻。柵極絕緣層150可用CVD或熱氧化法形成。隨后可進(jìn)行形成柵極結(jié)構(gòu)及晶體管結(jié)構(gòu)及現(xiàn)有最終工藝步驟(例如,后段(BEOL)工藝步驟)的其它加工。應(yīng)了解,在其它的加工中可使用各種步驟及結(jié)構(gòu),而本發(fā)明不受限在步驟或結(jié)構(gòu)的任何特定數(shù)目、組合或配置。簡要概述之,描述于本文的制造方法導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置的淺溝槽隔離(STI)區(qū)有平坦的表面以及均勻的階高,以及沒有常由濕蝕刻或植入損害造成而導(dǎo)致垂直變化的凹洞或其它結(jié)構(gòu)損害。此外,用同時(shí)退火植入?yún)^(qū)及隔離材料的單一低至中等溫度退火工藝可降低晶圓的總熱預(yù)算。有可能有較少的晶圓應(yīng)力以及較佳的疊對效能。盡管已用上文詳細(xì)說明至少一個示范具體實(shí)施例,然而應(yīng)了解,仍有許多變體。也應(yīng)了解,示范具體實(shí)施例或描述于本文的具體實(shí)施例并非意圖以任何方式限制本發(fā)明的范疇、適用性或組構(gòu)。反而,上述實(shí)施方式是要讓本領(lǐng)域技術(shù)人員有個方便的發(fā)展藍(lán)圖用來具體實(shí)作該等示范具體實(shí)施例。應(yīng)了解,組件的功能及配置可做出不同的改變而不脫離由權(quán)利要求書定義的范疇,此范疇包括在申請本專利申請案時(shí)已知及可預(yù)見的等效物。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體基板上制造半導(dǎo)體裝置的方法,該方法包括: 選擇性植入摻質(zhì)離子以在該半導(dǎo)體基板中形成數(shù)個植入?yún)^(qū); 在該半導(dǎo)體基板中形成數(shù)個溝槽; 以隔離材料填充該等溝槽; 建立與該半導(dǎo)體基板實(shí)質(zhì)共面的該隔離材料的上表面;以及 同時(shí)退火該等植入?yún)^(qū)及該隔離材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,形成該等溝槽于該半導(dǎo)體基板中、以該隔離材料填充該等溝槽以及建立與該半導(dǎo)體基板實(shí)質(zhì)共面的該隔離材料的該上表面包括: 在該半導(dǎo)體基板上沉積平坦化終止層; 蝕刻該平坦化終止層及該半導(dǎo)體基板,以在該半導(dǎo)體基板中形成該等溝槽; 沉積該隔離材料于該等溝槽中; 平坦化該隔離材料至該平坦化終止層;以及 執(zhí)行干式去釉工藝,以建立與該半導(dǎo)體基板實(shí)質(zhì)共面的該隔離材料的該上表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其中,沉積該平坦化終止層于該半導(dǎo)體基板上包括執(zhí)行化學(xué)氣相沉積法,以在該半導(dǎo)體基板上形成墊氮化物層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其中,執(zhí)行該干式去釉工藝包括自該平坦化終止層移除殘留氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,形成該等溝槽于該半導(dǎo)體基板中、以該隔離材料填充該等溝槽以及建立與該半導(dǎo)體基板實(shí)質(zhì)共面的該隔離材料的該上表面包括: 在該半導(dǎo)體基板上沉積平坦化終止層; 蝕刻該平坦化終止層及該半導(dǎo)體基板,以在該半導(dǎo)體基板中形成該等溝槽; 沉積該隔離材料于該等溝槽中; 平坦化該隔離材料至該平坦化終止層;以及 執(zhí)行去釉工藝,以建立與該半導(dǎo)體基板實(shí)質(zhì)共面的該隔離材料的該上表面,其中,該去釉工藝是選自由下列所組成的群組:氫氟酸濕式蝕刻、等向性干式電漿蝕刻、或非等向性干式電漿蝕刻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,同時(shí)退火該等植入?yún)^(qū)及該隔離材料包括:在由氧或氮組成的周遭環(huán)境中,以約650°C至約1050°C的溫度同時(shí)退火該等植入?yún)^(qū)及該隔離材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,更包括: 提供該半導(dǎo)體基板,其具有覆于半導(dǎo)體層上的墊氧化物層;以及在同時(shí)退火該等植入?yún)^(qū)及該隔離材料后,自該半導(dǎo)體基板移除該墊氧化物層以及形成柵極絕緣層于該半導(dǎo)體層上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,更包括: 在選擇性植入摻質(zhì)離子之前,在該半導(dǎo)體基板上方形成植入掩模;以及 在選擇性植入摻質(zhì)離子之后,移除該植入掩模。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,建立與該半導(dǎo)體基板實(shí)質(zhì)共面的該隔離材料的該上表面包括: 平坦化該隔離材料;以及移除該隔離材料的均勻數(shù)量,以建立與該半導(dǎo)體基板實(shí)質(zhì)共面的該隔離材料的該上表面。
10.一種在半導(dǎo)體基板上制造半導(dǎo)體裝置的方法,該方法包括: 沉積覆于該半導(dǎo)體基板上的平坦化終止層; 在該半導(dǎo)體基板中形成數(shù)個溝槽; 沉積隔離材料于該等溝槽中; 平坦化該隔離材料至該平坦化終止層;以及 移除該隔離材料的均勻部分,以建立與該半導(dǎo)體基板不相交的該隔離材料的上表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,更包括提供具有覆于半導(dǎo)體層上的墊氧化物層的該半導(dǎo)體基板。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,更包括在移除該隔離材料的該均勻部分后,自該半導(dǎo)體基板移除該墊氧化物層以及形成柵極絕緣層于該半導(dǎo)體層上。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,更包括: 在該半導(dǎo)體基板上方形成植入掩模; 選擇性植入摻質(zhì)離子,以在 該半導(dǎo)體基板中形成數(shù)個阱植入?yún)^(qū);以及 移除該植入掩模。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法,更包括在由氧或氮組成的周遭環(huán)境中,以約950°C至約1050°C的溫度同時(shí)退火該等阱植入?yún)^(qū)及該隔離材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其中,在該半導(dǎo)體基板上方沉積該平坦化終止層包括執(zhí)行化學(xué)氣相沉積法,以形成在該半導(dǎo)體基板上方的墊氮化物層。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其中,形成數(shù)個溝槽包括: 在該平坦化終止層的表面上方形成蝕刻掩模; 蝕刻該平坦化終止層及該半導(dǎo)體基板,以形成該等溝槽;以及 移除該蝕刻掩模。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,更包括在移除該隔離材料的該均勻部分后,移除該平坦化終止層。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,更包括在沉積該隔離材料之前,形成襯底于該等溝槽中。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其中,移除該隔離材料的該均勻部分以建立與該半導(dǎo)體基板不相交的該隔離材料的該上表面包括:以氫氟酸蒸氣執(zhí)行干式去釉工藝以及自該平坦化終止層移除殘留氧化物。
20.一種制造半導(dǎo)體裝置的方法,該方法包括: 提供半導(dǎo)體基板,其具有覆于半導(dǎo)體層上的墊氧化物層; 在該半導(dǎo)體基板上方形成植入掩模; 選擇性植入摻質(zhì)離子,以在該半導(dǎo)體基板中形成數(shù)個植入?yún)^(qū); 移除該植入掩模; 在該半導(dǎo)體基板上沉積平坦化終止層; 蝕刻該平坦化終止層及該半導(dǎo)體基板,以在該半導(dǎo)體基板中形成數(shù)個溝槽; 沉積隔離材料于該等溝槽中;平坦化該隔離材料至該平坦化終止層; 以氫氟酸蒸氣執(zhí)行干式去釉工藝,以建立與該半導(dǎo)體基板不相交的該隔離材料的上表面以及自該平坦化終止層移除殘留氧化物; 自該半導(dǎo)體基板移除該平坦化終止層; 在由氧或氮組成的周遭環(huán)境中,以約650°C至約1050°C的溫度同時(shí)退火該等植入?yún)^(qū)及該隔離材料;以及 在退火該等植入?yún)^(qū)及該隔離材料后,自該半導(dǎo)體基板移除該墊氧化物層以及形成柵極絕緣層于該半導(dǎo) 體層上。
全文摘要
提供對淺溝槽隔離區(qū)減少損害的半導(dǎo)體裝置制造方法。在一具體實(shí)施例中,一種在半導(dǎo)體基板上制造半導(dǎo)體裝置的方法包含選擇性植入摻質(zhì)離子以在該半導(dǎo)體基板中形成數(shù)個植入?yún)^(qū)。在半導(dǎo)體基板中形成數(shù)個溝槽以及用隔離材料填充該等溝槽。建立與半導(dǎo)體基板實(shí)質(zhì)共面的隔離材料的上表面。然后,此方法同時(shí)退火植入?yún)^(qū)與隔離材料。
文檔編號H01L21/762GK103219276SQ20131002275
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月23日
發(fā)明者H-J·瑟斯, B·巴哈 申請人:格羅方德半導(dǎo)體公司