制造淺溝槽隔離的方法以及使用淺溝槽隔離的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種用于制造淺溝槽隔離的方法包括：在襯底中形成溝槽；形成填充溝槽的間隙的底部淺溝槽隔離電介質(zhì)；以及在底部淺溝槽隔離電介質(zhì)上形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)。底部淺溝槽隔離電介質(zhì)具有凹形中心部分，并且通過使用低沉積與濺射比率的高密度等離子體化學(xué)汽相沉積工藝在底部淺溝槽隔離電介質(zhì)上沉積頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)。也公開了具有淺溝槽隔離的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實(shí)施例涉及制造淺溝槽隔離的方法以及使用淺溝槽隔離的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
【專利說明】
制造淺溝槽隔離的方法以及使用淺溝槽隔離的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明實(shí)施例涉及制造淺溝槽隔離的方法以及使用淺溝槽隔離的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路的制造中的許多工藝需要在襯底中形成不同形狀的溝槽以及需要溝槽的后續(xù)填充。例如，DRAM電路的制造需要電介質(zhì)填充的溝槽以形成存儲電容器。也有各種各樣的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(包括DRAM電路)，這些電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要部分的電路通過淺溝槽隔離(STI)彼此隔離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供了一種用于制造淺溝槽隔離的方法，包括:在襯底中形成溝槽；通過高密度等離子體化學(xué)汽相沉積(HDP-CVD)工藝在所述溝槽中形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)；以及以具有與所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)不同的沉積與濺射比率的另一HDP-CVD工藝在所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)上形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種用于制造淺溝槽隔離的方法，包括:在襯底中形成溝槽；在所述溝槽中形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)；通過高密度等離子體化學(xué)汽相沉積(HDP-CVD)工藝在所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)和所述襯底上形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)；以及在所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)上形成掩模層以圖案化所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:襯底，所述襯底中具有溝槽；底部淺溝槽隔離電介質(zhì)，形成在所述溝槽中；以及頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)，形成在所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)上，其中，所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)和所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)具有不同的反射指數(shù)，其中，所述溝槽、所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)和所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)形成淺溝槽隔離。
【附圖說明】
[0006]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以最佳理解本發(fā)明的各方面。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有按比例繪制并且僅僅用于說明的目的。實(shí)際上，為了清楚討論起見，各種部件的尺寸可以被任意增大或縮小。
[0007]圖1A至圖1H是根據(jù)一些實(shí)施例的用于制造淺溝槽隔離(STI)的方法的不同步驟的截面圖。
[0008]圖2是根據(jù)一些實(shí)施例的HDP-CVD裝置的示意圖。
[0009]圖3是根據(jù)一些實(shí)施例的具有淺溝槽隔離的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。
[0010]圖4A至圖4G是根據(jù)一些實(shí)施例的用于制造淺溝槽隔離(STI)的方法的不同步驟的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下公開內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗?。下面描述了組件和布置的具體實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接觸的方式形成的實(shí)施例，且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可在各個實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號和/或字符。該重復(fù)是為了簡單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。
[0012]另外，為便于描述，本文中可以使用諸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空間相對術(shù)語，以描述如圖中所示的一個元件或部件與另一個(另一些)元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對術(shù)語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，而對本文中使用的空間相對描述可以同樣地作相應(yīng)的解釋。
[0013]淺溝槽隔離(STI)常用于半導(dǎo)體技術(shù)中以在集成電路中的有源器件區(qū)之間形成隔離。淺溝槽隔離的粗糙表面引起諸如光刻膠變形的缺陷，并且在隨后的工藝中可以出現(xiàn)更多的缺陷。在形成淺溝槽隔離之后，例如，通常通過使用回濺射(sputter back)工藝對淺溝槽隔離實(shí)施平坦化。然而，在一些情況下，回濺射工藝引起額外的器件泄漏?；貫R射淺溝槽隔離的工藝不僅會導(dǎo)致晶圓產(chǎn)量的損失，還消耗了大量的時間。此外，在回濺射工藝期間產(chǎn)生粒子，從而需要隨后的清洗步驟以防止晶圓受到粒子的污染。因此，本發(fā)明提供了一種通過使用兩步溝槽填充技術(shù)形成淺溝槽隔離的方法，因此，可以省略表面平坦化的額外的步驟。
[0014]參考圖1A至圖1H，圖1A至圖1H是根據(jù)一些實(shí)施例的在方法的各個制造步驟期間的用于制造部分或整個淺溝槽隔離(STI)的方法的不同步驟的截面圖。應(yīng)當(dāng)理解，可以在該方法之前、期間和之后提供額外的步驟，并且對于該方法的額外的實(shí)施例，可以代替或消除下文描述的一些步驟。
[0015]參考圖1A，在襯底110的整個表面上形成襯墊層120?？梢砸灾T如通過化學(xué)汽相沉積(CVD)、物理汽相沉積(PVD)等的任何合適的方式在襯底上形成襯墊層120。例如，襯底110是由硅；諸如碳化硅、砷化銦或磷化銦的化合物半導(dǎo)體；或者諸如碳化硅鍺、磷砷化鎵或磷銦化鎵的合金半導(dǎo)體制成的。襯墊層120可以具有大于約3.5的介電常數(shù)。例如，襯墊層120是由氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、氮摻雜的碳化硅(SiC:N，也被稱為NDC)、氮氧化硅(S1N)、氧摻雜的碳化硅(SiC:0，也被稱為0DC)、或氧化硅(S12)制成的。在一些實(shí)施例中，該襯墊層120包括襯墊氧化物層和襯墊氮化物層。例如，通過低壓化學(xué)汽相沉積(LPCVD)形成襯墊層120。
[0016]參考圖1B，形成多個溝槽130。為了形成溝槽130，在襯底110上形成掩模層140。掩模層140為光刻膠層。通過光刻工藝圖案化掩模層140，以形成多個部件和由襯墊層120上的部件限定的多個開口。根據(jù)預(yù)定的集成電路圖案形成掩模層140的圖案。然后，實(shí)施蝕刻工藝以形成溝槽130。在這一步驟之后去除圖案化的掩模層140。
[0017]參考圖1C，在溝槽130中填充底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150。例如，底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150是由氧化物制成的。底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150沉積在溝槽130中但是不覆蓋襯墊層120。因?yàn)殚_口在溝槽130的頂部處的直徑大于開口在溝槽130的底部處的直徑，所以在每個溝槽130中的底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150的表面是凹形的。
[0018]參考圖1D，在襯底110上形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160。頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160覆蓋襯墊層120和底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150。頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160是氧化物層。頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的厚度比底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150的厚度薄。
[0019]通過化學(xué)汽相沉積工藝在襯底110上形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160。底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160在襯底110上通過兩步形成。在一些實(shí)施例中，在同一工藝室中形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160。例如，由于高密度等離子體化學(xué)汽相沉積工藝(HDP-CVD)填充間隙的良好的能力，因此通過高密度等離子體化學(xué)汽相沉積工藝(HDP-CVD)來形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160以防止空隙的生成。HDP-CVD是能夠同時執(zhí)行沉積和濺射工藝的化學(xué)汽相沉積的方法。HDP-CVD離子具有沉積組件和濺射組件，從而使得沉積和回濺射步驟在HDP-CVD工藝中在作為一個步驟的一個單一工藝室處原位實(shí)施。良好的間隙填充性能、高膜密度和低金屬污染使得HDP-CVD對于淺溝槽隔離應(yīng)用而言是合格的而不需要沉積后退火。
[0020]在一些實(shí)施例中，底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的配方基本上相同，但是在底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160中使用的沉積反應(yīng)物的比率是不同的。在一些實(shí)施例中，在氧化物沉積中使用的反應(yīng)物氣體包括硅烷(SiH4)和氧氣(O2)，并且在溝槽130中填充氧化硅?？梢哉{(diào)整引入工藝室的SiHg O2的比率。當(dāng)形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150時的引入工藝室的SiH^ O 2的比率與當(dāng)形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160時的引入工藝室的O2的比率是不同的。例如，用于形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150的O 2的比率大于用于形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的SiHg O 2的比率。即，底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150中的氧化硅(Si xHy)具有更多的硅和更少的氧(X > y)，并且頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160中的氧化硅(SixHy)具有更少的硅和更多的氧(x<y)。因此，底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160具有不同的反射指數(shù)。在一些實(shí)施例中，由于頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160是富氧層，因此底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150是富硅層，頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的反射指數(shù)在從約1.454至約1.456的范圍內(nèi)，并且底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150的反射指數(shù)在從約1.458至約1.460的范圍內(nèi)。可選地，可以將合適的摻雜劑引入工藝室內(nèi)。沉積反應(yīng)物可以使用其他用于氧化物沉積的合適的氣體。
[0021]在間隙填充步驟中，在溝槽130中沉積底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150。在這一步驟中，反應(yīng)物氣體包括諸如SiHjP O2的沉積氣體，從而沉積由氮化硅制成的底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150以填充溝槽130。當(dāng)?shù)撞繙\溝槽隔離電介質(zhì)150填充溝槽130時，沉積底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150的工藝停止，從而使得底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150不覆蓋襯墊層120。
[0022]當(dāng)溝槽130填充有底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150之后，在襯底110上沉積頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160。頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160覆蓋底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150和襯墊層120。當(dāng)形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160時，將濺射反應(yīng)物與沉積反應(yīng)物一起引入工藝室內(nèi)。濺射反應(yīng)物可以是氣體，諸如氬氣(Ar)、氧氣(O2)或氫氣(H2)。當(dāng)通過等離子體增強(qiáng)反應(yīng)沉積氧化硅膜時，諸如Ar離子、O2離子或H 2離子的濺射反應(yīng)物也形成在等離子體內(nèi)部并且通過偏置RF功率導(dǎo)向至襯底110。所產(chǎn)生的高能量濺射離子轟擊引起沉積的氧化硅膜的物理濺射。由于通過離子密度和離子能量控制濺射的程度，因此通過使用HDP-CVD可以實(shí)現(xiàn)期望的濺射速率。通過改變工藝控制參數(shù)可以調(diào)整沉積與濺射比率以實(shí)現(xiàn)期望的填充性能。
[0023]HDP-CVD工藝采用低沉積與濺射比率以沉積頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160。然而，如果沉積與濺射比率太低，則頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160不能成功地沉積在底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150上。如果沉積與濺射比率太高，則頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的表面變得過于粗糙。在一些實(shí)施例中，頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160中的沉積與濺射比率在從約1.2至約
3.0的范圍內(nèi)。因此，頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160可以成功地沉積在底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150和襯墊層120上并且具有平滑的頂面。
[0024]底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150用于填充溝槽130，并且頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160用于頂部輪廓修復(fù)。頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160比底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150更薄，從而用于形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的原位沉積和濺射工藝不會導(dǎo)致產(chǎn)量的損失。
[0025]在一些實(shí)施例中，從襯底110的底面至頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的頂面的厚度為約680nm，其中，頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的厚度在從約45nm至約210nm的范圍內(nèi)。頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的厚度薄于溝槽130的深度，從而當(dāng)以原位HDP-CVD工藝形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160時，制造時間可以縮短并且產(chǎn)量損失可以降低，其中，原位HDP-CVD工藝提供沉積和濺射功能。
[0026]參考圖1E，在頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160上形成掩模層170。掩模層170是具有蝕刻掩模圖案的光刻膠層。形成掩模層170以暴露出光刻膠層，已經(jīng)通過微電子制造領(lǐng)域中的已知的傳統(tǒng)的光刻方法對光刻膠層進(jìn)行了處理，從而產(chǎn)生蝕刻掩模。掩模層170的圖案引入其設(shè)計尺寸偏差以在掩模層170中生成暴露的圖案開口 172以在隨后的處理步驟期間保護(hù)溝槽130的邊緣。S卩，溝槽130被掩模層170覆蓋并保護(hù)。通過在HDP-CVD工藝期間調(diào)整離子密度和離子能量來控制頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的輪廓以匹配掩模層170的圖案。例如，具有頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的平坦表面以在其上放置圖案化的掩模層170的面積大于圖案化的掩模層170本身，從而掩模層170將不會變形。因?yàn)轫敳繙\溝槽隔離電介質(zhì)160具有較薄的厚度并且是通過HDP-CVD工藝沉積的，所以頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的頂面是平滑的。
[0027]參考圖1F，去除頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的暴露部分，該暴露部分暴露于開口172并且未被掩模層170覆蓋。例如，通過蝕刻工藝去除暴露的頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160。在到達(dá)襯墊層120處，停止用于蝕刻頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的暴露部分的步驟。因此，襯墊層120的未被掩模層170覆蓋的部分也從開口 172暴露。在該步驟之后去除掩模層170。
[0028]參考圖1G，去除掩模層之后，實(shí)施平坦化工藝。平坦化工藝可以是化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝。將襯底110轉(zhuǎn)移到用于拋光的CMP工作臺。在拋光之后，沖洗襯底110。因此，清洗和平坦化襯底110的表面。在到達(dá)襯墊層120處，停止拋光襯底110的步驟。S卩，去除位于襯墊層120上方的頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的部分。
[0029]參考圖1H，從襯底110去除剩余的襯墊層120 (見圖1G)?？梢酝ㄟ^在襯墊層120和襯底110之間的具有高選擇性的酸性組分來去除襯墊層120。酸性組分可以包括有機(jī)酸，諸如苯二羧酸、萘二甲酸、苯三羧酸、萘三羧酸、吡啶二甲酸、雙吡啶二甲酸、甲酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、以及環(huán)己二羧酸等。酸性組分可以包括無機(jī)酸，諸如HF、HCl、HBr、HKHNO3, H3PO4, H2SO4, HClO4或它們的混合物。
[0030]因此，淺溝槽隔離包括溝槽130、形成在襯底110中的底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160。剩余的頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160在從約Inm到約12nm的范圍內(nèi)。頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的厚度較薄，從而使得當(dāng)以提供沉積和濺射功能的原位HDP-CVD工藝形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160時，制造時間可以縮短，并且產(chǎn)量損失可以降低。
[0031]參考圖2，圖2根據(jù)一些實(shí)施例示出了 HDP-CVD裝置的示意圖。HDP-CVD裝置200包括室210。該室210包括上容器212和下容器214。在一些實(shí)施例中，上容器212是由石英制成的并形成為圓頂狀。室210包括用于將反應(yīng)物氣體引入室120內(nèi)的至少一個氣體入口 220。反應(yīng)物氣體包括諸如硅烷(SiH4)和氧氣(O2)的沉積氣體和諸如氧氣(O2)、氬氣(Ar)或氫氣(H2)的濺射氣體。室210包括通向真空栗以在室210中產(chǎn)生真空環(huán)境的氣體出口 230。
[0032]HDP-CVD裝置200包括安裝在室210中的保持架240，并且襯底110固定在保持架240的上表面上。塊242被安裝在襯底110的外圍處，以防止襯底110在保持架240的上表面上移動。線圈天線250安裝在上容器212的外壁處，以接收來自RF發(fā)生器(未示出)的RF功率。當(dāng)單一頻帶的RF功率或不同頻帶的RF功率施加到線圈天線250時，在腔210內(nèi)的襯底110之上形成高密度等離子體260。
[0033]由于RF功率和沉積反應(yīng)物與濺射反應(yīng)物的比率均可以調(diào)整，所以在HDP-CVD工藝期間可以控制沉積與濺射比率。在一些實(shí)施例中，填充圖1H中所示的淺溝槽隔離中的溝槽的步驟可以在單個HDP-CVD裝置200內(nèi)通過調(diào)整其反應(yīng)物和其RF功率的比率來制造。
[0034]參考圖1C、圖1D和圖2，在圖1C中所示的間隙填充步驟中，將底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150沉積和填充溝槽130。然后圖1D中示出了將頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160沉積在底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150上。用于形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的沉積反應(yīng)物基本上相同，但是具有不同的比率。例如，在形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150的步驟中，硅烷氣體多于氧氣；在形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的步驟中，氧氣多于硅烷氣體。形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160的沉積與濺射比率在從約1.2至約3.0的范圍內(nèi)。因此，頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)160可以成功地沉積在底部淺溝槽隔離電介質(zhì)150和襯墊層120上，并具有平滑的頂面。
[0035]參考圖3，圖3是根據(jù)一些實(shí)施例的具有淺溝槽隔離的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意性截面圖。淺溝槽隔離310被廣泛用于形成集成電路中的有源區(qū)之間的隔離。例如，淺溝槽隔離310用于隔離晶體管320、330。在一些實(shí)施例中，淺溝槽隔離310用于隔離晶體管和其他半導(dǎo)體組件。淺溝槽隔離310包括形成在晶體管320、330之間的溝槽312、填充溝槽312的底部淺溝槽隔離電介質(zhì)314和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316。底部淺溝槽隔離電介質(zhì)314和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316是由兩個步驟形成的，其中，形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)314以填充溝槽312的間隙，并且形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316以修復(fù)淺溝槽隔離310的頂面的輪廓。沉積底部淺溝槽隔離電介質(zhì)314以填充溝槽312的間隙，并且底部淺溝槽隔離電介質(zhì)314不覆蓋襯底300的頂面302。溝槽312在頂部處具有較寬的開口并且在底部處具有較窄的開口，從而使得底部淺溝槽隔離電介質(zhì)314具有凹形的中心部分。當(dāng)在襯底300上沉積頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316時，頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316填充位于凹形的中心部分之上的腔。通過HDP-CVD工藝沉積頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316，HDP-CVD工藝提供沉積和濺射功能，從而可以調(diào)整頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316的輪廓。在一些實(shí)施例中，通過低沉積與濺射比率的HDP-CVD工藝形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316，其中，沉積與濺射比率在從約1.2至約3.0的范圍內(nèi)，從而頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316可以成功地沉積在底部淺溝槽隔離電介質(zhì)314上并且具有平滑的頂面。頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316的厚度比溝槽312的深度薄，從而使得可以節(jié)約用于沉積頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316的時間并且其產(chǎn)量可以減少。頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316的平滑表面允許其上形成掩模層并且防止掩模層變形的步驟?？梢栽谛纬删w管320、330的步驟期間去除從襯底300的頂面302突出的頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316的部分。因此，只有少量的頂部淺溝槽隔離介電316仍然保留在溝槽312中。在一些實(shí)施例中，剩余的頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316的厚度在從約10埃至約120埃的范圍內(nèi)。通過基本上相同的反應(yīng)物但以不同的比率沉積底部淺溝槽隔離電介質(zhì)314和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316。在一些實(shí)施例中，由于頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316是富氧層，因此底部淺溝槽隔離電介質(zhì)314是富硅層，頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)316的反射指數(shù)在從約1.454至約1.456的范圍內(nèi)，并且底部淺溝槽隔離電介質(zhì)314的反射指數(shù)在從約1.458至約1.460的范圍內(nèi)。
[0036]參考圖4A至圖4G，圖4A至圖4G是根據(jù)一些實(shí)施例的在方法的各個制造步驟期間的用于制造部分或整個淺溝槽隔離(STI)的方法的不同步驟的截面圖。應(yīng)當(dāng)理解，可以在該方法之前、期間和之后提供額外的步驟，并且對于該方法的額外的實(shí)施例，可以代替或消除下文描述的一些步驟。
[0037]參考圖4A，在襯底410的整個表面上形成襯墊層420?？梢砸灾T如通過化學(xué)汽相沉積(CVD)、物理汽相沉積(PVD)等的任何合適的方式在襯底上形成襯墊層420。例如，襯底410是由硅；諸如碳化硅、砷化銦或磷化銦的化合物半導(dǎo)體；或者諸如碳化硅鍺、磷砷化鎵或磷銦化鎵的合金半導(dǎo)體制成的。襯墊層420可以具有大于約3.5的介電常數(shù)。例如，襯墊層420是由氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、氮摻雜的碳化硅(SiC: N，也被稱為NDC)、氮氧化硅(S1N)、氧摻雜的碳化硅(SiC:0，也被稱為0DC)或氧化硅(S12)制成的。在一些實(shí)施例中，該襯墊層420包括襯墊氧化物層422和襯墊氮化物層424。
[0038]參考圖4B，形成多個溝槽430。為了形成溝槽430，在襯底410上形成掩模層440。掩模層440為光刻膠層。通過光刻工藝圖案化掩模層440，以形成多個部件和由襯墊層420上的部件限定的多個開口。然后，實(shí)施蝕刻工藝以形成溝槽430。在這一步驟之后去除圖案化的掩模層440。
[0039]參考圖4C，在溝槽430中填充底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450。例如，底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450是由氧化物制成的。底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450沉積在溝槽430中但是不完全填充溝槽430或覆蓋襯墊層420。底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450通過填充溝槽430的底部的而用于降低縱橫比。由于HDP-CVD的良好的間隙填充能力，所以通過高密度等離子體化學(xué)汽相沉積工藝(HDP-CVD)來形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450,HDP-CVD能夠同時執(zhí)行沉積和濺射工藝以防止空隙的生成。HDP-CVD離子具有沉積組件和濺射組件，從而使得沉積和回濺射步驟在HDP-CVD工藝中在作為一個步驟的一個單一工藝室處原位實(shí)施。在一些實(shí)施例中，溝槽430的初始縱橫比是約10，然而，在溝槽430中沉積底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450之后，該縱橫比降低至約3。通過改變工藝控制參數(shù)可以調(diào)整沉積與濺射比率以實(shí)現(xiàn)期望的填充性能。
[0040]參考圖4D，在底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450上沉積頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460。通過HDP-CVD工藝形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460。用于形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460的沉積與濺射比率高于用于形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450的沉積與濺射比率。與形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450相比，頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460以較高的沉積速率形成，這是因?yàn)橥ㄟ^在溝槽430中沉積底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450降低了縱橫比。在襯底410上沉積頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)之后，通過底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460填充溝槽430。頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460不僅填充溝槽430，還覆蓋襯墊層420的頂面。因?yàn)橐暂^高的沉積與濺射比率沉積頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460，從而使得頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460在溝槽430的拐角處具有傾斜的表面輪廓。即，頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460的截面輪廓具有緊挨著溝槽430的多個三角形突起。
[0041]參考圖4E，在頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460上形成覆蓋膜470。覆蓋層470覆蓋頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460，并且提供比具有三角形突起的頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460更平坦的頂部輪廓。在一些實(shí)施例中，在同一工藝室中形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450、頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460和覆蓋層470。對應(yīng)于不同的沉積工藝，可以調(diào)整沉積反應(yīng)物的比率、沉積反應(yīng)物與濺射反應(yīng)物的比率和偏置RF功率。由于底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460是通過具有不同的沉積與濺射比率和反應(yīng)物比率的HDP-CVD工藝形成的，所以底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460具有不同的反射指數(shù)。在一些實(shí)施例中，由于頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460是富氧層，因此底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450是富硅層，頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460的反射指數(shù)在從約1.454至約1.456的范圍內(nèi)，并且底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450的反射指數(shù)在從約1.458至約1.460的范圍內(nèi)。
[0042]參考圖4F，實(shí)施平坦化工藝。平坦化工藝可以是化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝。將襯底410轉(zhuǎn)移到用于拋光的CMP工作臺。在拋光之后，沖洗襯底410。因此，清洗和平坦化襯底410的表面。在到達(dá)襯墊層420處，停止拋光襯底410的步驟。S卩，去除位于襯墊層420上方的頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460的部分和覆蓋層470。
[0043]參考圖4G，從襯底410去除剩余的襯墊層420 (見圖4F)?？梢酝ㄟ^在襯墊層420和襯底410之間的具有高選擇性的酸性組分來去除襯墊層420。酸性組分可以包括有機(jī)酸，諸如苯二羧酸、萘二甲酸、苯三羧酸、萘三羧酸、吡啶二甲酸、雙吡啶二甲酸、甲酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、以及環(huán)己二羧酸等。酸性組分可以包括無機(jī)酸，諸如HF、HCl、HBr、HKHNO3, H3PO4, H2SO4, HClO4或它們的混合物。
[0044]因此，淺溝槽隔離包括在襯底410中形成的溝槽430、底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460。由于通過在溝槽430中沉積底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450降低了縱橫比，因此用于形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)460的沉積與濺射比率高于用于形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)450的沉積與濺射比率。從而溝槽430被快速地填充而不會在其中產(chǎn)生空隙。
[0045]本發(fā)明提供了一種通過兩步填充溝槽的間隙制造淺溝槽隔離的方法。在一些實(shí)施例中，淺溝槽隔離具有填充溝槽的間隙的底部淺溝槽隔離電介質(zhì)以及沉積在底部淺溝槽隔離電介質(zhì)上以修復(fù)淺溝槽隔離的頂部輪廓的頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)。通過低沉積與濺射比率HDP-CVD工藝形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)以獲得平滑的表面。頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)的厚度薄于溝槽的深度，從而可以節(jié)約制造時間和HDP-CVD工藝的產(chǎn)量。在一些實(shí)施例中，底部淺溝槽隔離電介質(zhì)用于降低溝槽的縱橫比，從而使得頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)以高沉積與濺射比率HDP-CVD工藝形成。
[0046]本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了一種用于制造淺溝槽隔離的方法，包括:在襯底中形成溝槽；通過高密度等離子體化學(xué)汽相沉積(HDP-CVD)工藝在溝槽中形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)；以及通過與底部淺溝槽隔離電介質(zhì)具有不同的沉積與濺射比率的另一 HDP-CVD工藝在底部淺溝槽隔離電介質(zhì)上形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)。
[0047]本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了一種用于制造淺溝槽隔離的方法，包括:在襯底中形成溝槽；在溝槽中形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)；通過高密度等離子體化學(xué)汽相沉積(HDP-CVD)工藝在底部淺溝槽隔離電介質(zhì)和襯底上形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)；以及在頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)上形成掩模層以圖案化頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)。
[0048]本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:其中具有溝槽的襯底；形成在溝槽中的底部淺溝槽隔離電介質(zhì)；以及形成在底部淺溝槽隔離電介質(zhì)上的頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)。底部淺溝槽隔離電介質(zhì)和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)具有不同的反射指數(shù)，其中，溝槽、底部淺溝槽隔離電介質(zhì)和頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)形成淺溝槽隔離。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供了一種用于制造淺溝槽隔離的方法，包括:在襯底中形成溝槽；通過高密度等離子體化學(xué)汽相沉積(HDP-CVD)工藝在所述溝槽中形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)；以及以具有與所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)不同的沉積與濺射比率的另一HDP-CVD工藝在所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)上形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)。
[0050]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，當(dāng)所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)填充所述溝槽時，停止形成所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)。
[0051]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，用于形成所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)的所述HDP-CVD工藝的所述沉積與濺射比率在從約1.2至約3.0的范圍內(nèi)。
[0052]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)是由SixOy制成的，其中，X > y。
[0053]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)是由SixOy制成的，其中，X < y。
[0054]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，在所述溝槽的底部沉積所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)以降低所述溝槽的縱橫比。
[0055]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，形成所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)的所述沉積與濺射比率高于形成所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)的沉積與濺射比率。
[0056]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，還包括:在所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)上形成覆蓋層。
[0057]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，還包括:平坦化所述覆蓋層和所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種用于制造淺溝槽隔離的方法，包括:在襯底中形成溝槽；在所述溝槽中形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)；通過高密度等離子體化學(xué)汽相沉積(HDP-CVD)工藝在所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)和所述襯底上形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)；以及在所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)上形成掩模層以圖案化所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)。
[0059]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，所述HDP-CVD工藝的沉積與濺射比率在從約1.2至約3.0的范圍內(nèi)。
[0060]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，在所述HDP-CVD工藝中使用的沉積氣體包括硅烷(SiH4)和氧氣，并且在所述HDP-CVD工藝中使用的濺射氣體包括氬氣、氧氣或氫氣。
[0061]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，還包括:在形成所述溝槽之前，在所述襯底上形成襯墊層，其中，在所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)和所述襯墊層上形成所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)。
[0062]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，還包括:蝕刻通過所述掩模層暴露出的所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)直至到達(dá)所述襯墊層；以及去除所述掩模層。
[0063]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，還包括:通過化學(xué)機(jī)械拋光工藝去除所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)的位于所述襯墊層之上的部分，其中，剩余的頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)、所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)和所述溝槽形成淺溝槽隔離。
[0064]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，還包括:去除所述襯墊層。
[0065]在上述用于制造淺溝槽隔離的方法中，所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)具有凹形表面，并且所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)形成在所述凹形表面上。
[0066]根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:襯底，所述襯底中具有溝槽；底部淺溝槽隔離電介質(zhì)，形成在所述溝槽中；以及頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)，形成在所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)上，其中，所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)和所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)具有不同的反射指數(shù)，其中，所述溝槽、所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)和所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)形成淺溝槽隔離。
[0067]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)具有凹形表面，并且所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)形成在所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)的所述凹形表面上。
[0068]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)的反射指數(shù)在從約1.454至約
1.456的范圍內(nèi)，并且所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)的反射指數(shù)在從約1.458至約1.460的范圍內(nèi)。
[0069]上面概述了若干實(shí)施例的特征，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計或修改用于實(shí)施與本文所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識到，這種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本文中他們可以做出多種變化、替換以及改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于制造淺溝槽隔離的方法，包括: 在襯底中形成溝槽； 通過高密度等離子體化學(xué)汽相沉積(HDP-CVD)工藝在所述溝槽中形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)；以及 以具有與所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)不同的沉積與濺射比率的另一 HDP-CVD工藝在所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)上形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造淺溝槽隔離的方法，其中，當(dāng)所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)填充所述溝槽時，停止形成所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制造淺溝槽隔離的方法，其中，用于形成所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)的所述HDP-CVD工藝的所述沉積與濺射比率在從約1.2至約3.0的范圍內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于制造淺溝槽隔離的方法，其中，所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)是由SixOy制成的，其中，X > y。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于制造淺溝槽隔離的方法，其中，所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)是由SixOy制成的，其中，X < y。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造淺溝槽隔離的方法，其中，在所述溝槽的底部沉積所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)以降低所述溝槽的縱橫比。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于制造淺溝槽隔離的方法，其中，形成所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)的所述沉積與濺射比率高于形成所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)的沉積與濺射比率。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于制造淺溝槽隔離的方法，還包括:在所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)上形成覆蓋層。9.一種用于制造淺溝槽隔離的方法，包括: 在襯底中形成溝槽； 在所述溝槽中形成底部淺溝槽隔離電介質(zhì)； 通過高密度等離子體化學(xué)汽相沉積(HDP-CVD)工藝在所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)和所述襯底上形成頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)；以及 在所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)上形成掩模層以圖案化所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)。10.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括: 襯底，所述襯底中具有溝槽； 底部淺溝槽隔離電介質(zhì)，形成在所述溝槽中；以及 頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)，形成在所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)上，其中，所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)和所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)具有不同的反射指數(shù)，其中，所述溝槽、所述底部淺溝槽隔離電介質(zhì)和所述頂部淺溝槽隔離電介質(zhì)形成淺溝槽隔離。
【文檔編號】H01L21/762GK105931982SQ201510785674
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年11月16日
【發(fā)明人】顏君旭, 黃邦育, 彭垂亞, 陳靜雯
【申請人】臺灣積體電路制造股份有限公司