專利名稱：集成電路及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及集成電路及其制造方法，更具體地說，涉及具有改進的平面性和堿離子吸收特性的結(jié)構(gòu)和方法。
正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知道的那樣，使用光刻技術(shù)在半導(dǎo)體工藝中形成小線寬幾何形狀時，必須為在這種工藝中所用的各種光刻掩模提供一高度平整的表面。而且，在制造動態(tài)隨機存取存儲器(DRAMS，dynamic randomaccess memories)時，多柵極之間的相互間隔很小。多個柵極提供了一高外觀比率(aspect ratio，又稱高寬比)的外形。
而且，高外觀比率外形附近的表面區(qū)域相對低，也就是，相對較平。所以，必須在這些間隙中填入合適的材料，最好是用低介電常數(shù)的材料，以防止鄰近電極之間的互相連接，從而，為后續(xù)光刻工序，在高和低外觀比率外形上提供一平的表面。
在柵極形成以后，用一個工序?qū)⒐璧锿ㄟ^化學氣相沉積法(CVD)沉積在表面上。CVD硅氮化物是一保形沉積(conformal deposition)，所以，在相鄰柵極結(jié)構(gòu)之間仍保留有空隙。在硅氮化物層沉積以后，柵極結(jié)構(gòu)之間的間隙寬度在1000數(shù)量級。接著一硼磷硅玻璃(BPSG，borophosphorosilicateglass)化學氣相沉積在該結(jié)構(gòu)上，以填充間隙。CVD BPSG足夠厚，不僅填充了間隙，還延伸到CVD硅氮化物層和填充的間隙上面，達到1000數(shù)量級厚。
正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知道的那樣，污染(如鈉離子或其它堿離子)可能與外部BPSG層接觸。然而，BPSG層中的磷起著吸收材料(getteringmaterial)的作用，可以抵消堿離子污染的影響。然后，加熱此結(jié)構(gòu)，以形成更平的表面。然而，外觀比率在3-5或更高時，BPSG層不能提供具有所需平面度的表面。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一具有高外觀比率外形的一第一表面區(qū)域和低外觀比率外形的一第二表面區(qū)域的平面化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。一種材料沉積在基底的第一第二表面區(qū)域。材料的一部分填充高外觀比率外形內(nèi)的間隙，在高外觀比率外形上面形成一基本上是平的表面，基底表面上的高、低外觀比率外形的高度是不同的。一摻雜層(如磷摻雜玻璃)形成于沉積材料上。摻雜層沉積在高外觀比率區(qū)域和低外觀比率區(qū)域之上。低外觀比率區(qū)域上摻雜層的上表面部分比沉積材料的上表面高。除去第一和第二表面部分上的摻雜層的上表面部分，以在高、低外觀比率外形上形成一表面基本平的摻雜層。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，提供了填充半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極表面區(qū)域上形成的相鄰柵極之間間隙的方法。該方法包括在結(jié)構(gòu)上旋涂上一材料這一步。這種材料的第一部分在柵極之間流動，以填充柵極之間的間隙，而這種材料的第二部分沉積在柵極的頂部和柵極間隙之上，從而在柵極之上形成一基本上是平的表面。一摻雜層(如磷摻雜玻璃)形成于自平面化材料之上。移去摻雜層的上部，從而在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極表面區(qū)域上形成一基本上是平的表面。
本發(fā)明為后續(xù)光刻工序在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上提供了一基本上是平的層，磷摻雜劑消除可能進入摻雜層內(nèi)的堿性染污離子的負面影響。另外，填充間隙的材料(也就是填充材料間隙的第一部分，它基本上沒有這種染污和摻雜劑)的介電常數(shù)相對較低，所以減少了相鄰柵極之間的電耦合。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，旋涂沉積材料是一種可流動材料，如氫化倍半氧化硅(hydrogensilsesquioxane)玻璃?？梢酝ㄟ^化學蒸發(fā)沉積來提供磷摻雜層。
參考附圖，通過下面的詳細說明，就能更完整地理解本發(fā)明及其它特征。其中

圖1～4是根據(jù)本發(fā)明制成的半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的截面簡圖；圖1示出了設(shè)置于一半導(dǎo)體基底的高外觀比率的外形表面區(qū)域(該區(qū)域位于低外觀比率的表面區(qū)域附近)之上的多個柵極；圖2示出了在圖1所示的結(jié)構(gòu)上旋涂一自平面化材料的結(jié)構(gòu)，這種材料的一第一部分流入柵極之間，以填充間隙，這種材料的一第二部分沉積在柵極頂部和間隙之上，以形成一層基本上是平的表面；圖3示出了在自平面化材料上沉積一摻雜層之后的結(jié)構(gòu)；圖4示出了在高、低外觀比率外形上的摻雜層被平面化之后的結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參考圖1，提供有一半導(dǎo)體基底10，這里是硅晶片。如圖所示，在基底上表面上形成有多個MOS晶體管12。每個晶體管12都有源極區(qū)和漏極區(qū)(未顯示)，在每個源極區(qū)和漏極區(qū)之間設(shè)有一柵極14。這里，每個柵極14包括一底層16，它由熱生長二氧化硅構(gòu)成；一層摻雜的、由低壓化學氣相沉積法(LPVCD)在硅氧化物層16之上形成的多晶硅層18；一由化學氣相沉積法在多晶硅層18之上形成的硅化鎢；和一氧化硅頂層21。這里，柵極疊層的高度(也就是層16，18，20和21的高度)約4000。在形成柵極疊層以后，一氮化硅襯層22通過化學氣相沉積法沉積在此結(jié)構(gòu)的上表面之上。這里氮化硅襯層22的厚度約為300。另外，柵極14的長度(L)(也就是某個氮化硅襯層22兩外側(cè)壁的間距)在1800數(shù)量級，相鄰柵極14之間的間距(S)或間隙28(也就是相鄰氮化硅襯墊22外側(cè)壁之間的距離)大約在1200A數(shù)量級。必須指出的是圖1所示結(jié)構(gòu)的表面有一形成柵極14的高外觀比率區(qū)23和一低外觀比率區(qū)25。外觀比率(高寬比)是外形(topography)的高度和外形的寬度之比。外觀比率(A)是H′和S之比(也就是，A＝H′/S)。這里，在高外觀比率區(qū)23中，A在3.3～4.1范圍內(nèi)，或更高。可以注意到，在低外觀比率區(qū)內(nèi)，A基本為0。
在用傳統(tǒng)的光刻腐蝕技術(shù)構(gòu)成柵極14之后，一自平面化材料27旋涂在此結(jié)構(gòu)的表面上，如圖2所示。材料27是可流動材料。在一個實施例中，可流動材料為一氧化物，如由Dow-corning，Midland，MI制造并出售的氫化倍半氧化硅(hydrogensilsequioxane)玻璃。當這種可流動氧化物材料27旋涂在晶片上時，它是自平面化的，材料27的第一部分(也就是較低部分26)流入柵極14之間，以填充間隙28，其第二部分(也就是較高部分29)沉積在柵極14的頂部以及相鄰柵極14之間被填充的間隙28之上，從而，在外觀比率區(qū)23上形成一基本上是平的表面部分32a，在外觀比率區(qū)25上形成一基本上是平的表面部分23b，兩者構(gòu)成一層30?？梢宰⒁獾皆谄降谋砻娌糠?2a和32b之間有一非平面過渡部分32。也就是，在基底10表面上，表面部分32a和32b的高度不同。
自平面化材料27沉積的厚度足以在柵極疊層和自平面化材料27上面的導(dǎo)電層(未顯示)之間提供絕緣。在一個實施例中，低外觀比率區(qū)25上的自平面化材料的厚度(T)約在3000數(shù)量級。區(qū)域29內(nèi)材料27的厚度約為1000，區(qū)域26內(nèi)材料27的厚度約為5000。在旋涂(spin-deposting)材料27以后，此結(jié)構(gòu)放在一熱板上烘烤，然后，放到約400℃的爐內(nèi)，在氮氣中固化約一小時，以使材料硬化。
參考圖3，在固化材料27的上表面上提供有一層36。該層中摻雜有一堿離子吸收摻雜劑31(如磷)。層中磷的摻雜劑濃度足以吸收污染物。在一個實施例中，摻雜劑濃度約為2-6重量百分比，最好為2-5重量百分比，更好為2-4重量百分比。摻雜層例如是磷摻雜硅酸鹽的玻璃(PSG，phosphorous doped silicate glass)，它是通過化學氣相沉積(CVD)來形成的。由CVD形成的PSG結(jié)構(gòu)形成一保形層(conformal layer)；結(jié)果，高外觀比率區(qū)23上層36的表面部分33a的高度大于低外觀比率區(qū)25上層36的表面部分33b的高度。另外，也可以注意到，層36在表面部分32b的高度大于材料27在表面部分32a的高度。也就是，低外觀比率區(qū)25上摻雜層36的上表面部分33b比流動性氧化物材料27的上表面部分32a，32b高。層36足夠厚，使上表面部分33b比上表面部分32a高。如圖所示，摻雜層36的沉積厚度約4000。
現(xiàn)在參考圖4，圖3中所示摻雜劑上表面部分33a，33b通過化學機械拋光(CMP，chemical mechanical polishing)方法除去?；瘜W機械拋光在高、低外觀比率外形以及非平面過渡部分32上形成具有基本上是平的表面33C的摻雜層36。高外觀比率外形上的摻雜層的厚度足以有效地吸收染污。在一個實施例中，高外觀比率外形上的摻雜層的厚度約為1000。
所以，通過上述方法，圖4所示的結(jié)構(gòu)可以獲得后續(xù)光刻工序，如形成上金屬化層或?qū)щ娀ミB線(未顯示)時所需的高平面度。另外，磷摻雜劑提供了污染吸收層，從而消除堿離子污染的負影響。而且，填充間隙28(基本上沒有這種污染)的材料的介電常數(shù)相對較低(也就是在3.0～3.8數(shù)量級)，所以，減少了相鄰柵極間的電連接。
其它實施例也在所附權(quán)利要求所規(guī)定的精神和范圍內(nèi)。例如，其它流動材料可以旋涂在圖1所示的結(jié)構(gòu)上，如旋涂氧化硅汽凝膠(silica aerogel)或其它無機旋涂材料。另外，可以利用氣態(tài)沉積工藝(gaseous deposition process)代替這種旋涂沉積工序來形成流動材料，得到與上述旋涂玻璃材料相似的流動特性。一種可以適用于氣態(tài)沉積的這種材料是PMT-Electrotech，Chatsworth，CA出售的Flowfill材料。另外，除了可以填充相鄰柵極之間的間隙之外，該工藝還可以用于填充其它間隙，如結(jié)構(gòu)上用于電連接的金屬線之間的間隙。
權(quán)利要求
1.一種用于使半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)平面化的方法，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括一具有高外觀比率外形的第一表面區(qū)和一具有低外觀比率外形的第二表面區(qū)，高、低外觀比率外形在基底的表面上具有不同的高度，這種方法包括以下步驟在基底的第一和第二表面區(qū)上沉積一流動材料，材料的一部分填入高外觀比率外形的間隙內(nèi)，在高外觀比率外形上形成一基本上平的表面；和在沉積的流動材料上形成一摻雜層，摻雜層形成于高外觀比率區(qū)和低外觀比率區(qū)上，低外觀比率區(qū)上摻雜層的上表面部分比沉積的流動材料的上表面部分高；和除去第一和第二表面部分上摻雜層的上表面部分，形成一摻雜層，它在高、低外觀比率外形上的表面基本上是平的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成摻雜層的步驟包括化學氣相沉積磷摻雜玻璃的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，沉積流動材料的步驟包括旋涂沉積這種流動材料的步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，沉積流動材料的步驟包括使用氣態(tài)沉積的步驟。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中，沉積流動材料的步驟包括沉積一流動氧化物的步驟。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，旋涂沉積的步驟包括旋涂沉積氫化倍半氧化硅玻璃的步驟。
7.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中，沉積流動材料的步驟包括沉積一流動無機材料的步驟。
8.一種用于填充形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極表面區(qū)域的相鄰柵極之間的間隙的方法，包括以下步驟在結(jié)構(gòu)上沉積一流動材料，這種材料的一第一部分在柵極之間流動，從而填充間隙，這種材料的一第二部分沉積在柵極的頂部和柵極之上，從而在柵極上形成一基本是平的表面；在沉積的流動材料上形成一摻雜層；和除去摻雜層的上部，從而在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵極表面區(qū)上形成一基本是平的表面層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，形成摻雜層的步驟包括化學氣相沉積磷摻雜玻璃的步驟。
10.如權(quán)利要求6、7或8所述的方法，其中，流動材料沉積的步驟包括旋涂沉積流動材料的步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，流動材料沉積的步驟包括使用氣態(tài)沉積的步驟。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，旋涂沉積的步驟包括沉積氫化倍半氧化硅玻璃的步驟。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，形成摻雜層的步驟包括化學蒸發(fā)沉積磷摻雜玻璃的步驟。
全文摘要
一種使半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)平面化的方法,半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括一具有高外觀比率外形的第一表面區(qū)和一具有低外觀比率外形的第二表面區(qū)。一流動材料沉積在結(jié)構(gòu)的第一和第二表面區(qū)上。材料的一部分填入高外觀比率外形的間隙內(nèi),從而在高外觀比率外形上形成一基本上是平的表面。一摻雜層形成于流動材料之上。摻雜層沉積在高外觀比率區(qū)和低外觀比率區(qū)上。低外觀比率區(qū)的上表面部分比流動材料的上表面部分高。第一和第二表面部分的上部被移去。
文檔編號H01L21/3205GK1198591SQ98107770
公開日1998年11月11日 申請日期1998年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月30日
發(fā)明者馬賽厄斯·伊爾克, 德克·托本, 彼得·韋甘德 申請人:西門子公司