界定半导体结构的隔离区域的方法
界定半导体结构的隔离区域的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种界定半导体结构的隔离区域的方法。
【背景技术】
[0002] 诸如集成电路的半导体装置典型地由半导体晶圆大批量制造。接着将半导体晶圆 分切成个别晶粒、或微忍片，随后加 W封装。举例而言，在集成电路制造期间，通过制造诸如 深沟槽隔离区域及浅沟槽隔离区域的隔离区域，可将个别装置（如晶体管）彼此电性隔离。 至少部分由于，举例而言，包括制造藉W在晶圆上形成电路结构的隔离区域在内的制造程 序中的效能增强，因而造成对更小电路结构及更快装置效能的需求日益增加。
【发明内容】
[0003] 在一项态样中，通过提供一种方法克服先前技术的缺点并提供附加优点，举例而 言，该方法包括：提供具有凹口于其中的半导体结构；在该半导体结构中的该凹口内保形 布置绝缘体层W部分填充该凹口；修改该绝缘体层的至少一种材料特性W在该凹口内获得 致密化绝缘体层，其中，与该绝缘体层的厚度相比，该修改缩减该致密化绝缘体层的厚度； W及在该致密化绝缘体层上方于该凹口内沉积至少一个附加绝缘体层，其中，该凹口内的 该致密化绝缘体层至少部分界定该半导体结构的隔离区域。
[0004] 附加特征及优点通过本发明的技术来实现。本发明的其它具体实施例及态样于本 文中详述，并且视为本发明的一部分。
【附图说明】
[0005] 本发明的一或多项态样特别指出并且清楚地主张作为本说明书结论处权利要求 书中的实施例。本发明的前述及其它目的、特征、W及优点经由下文的详细说明配合附图将 显而易知，其中：
[0006] 图1A根据本发明的一或多项态样，为半导体结构制造程序的一项具体实施例期 间所获得的结构的截面立视图；
[0007] 图1B根据本发明的一或多项态样，绘示衬底内形成一或多个凹口后的图1A的结 构；
[0008] 图1C根据本发明的一或多项态样，绘示具有已经布置用W部分填充凹口的绝缘 体层的图1B的结构；
[0009] 图1D根据本发明的一或多项态样，绘示W-或多个物种的气体团簇轰击绝缘体 层W举例而言获得致密化绝缘体层后的图1C的结构；
[0010] 图1E根据本发明的一或多项态样，绘示具有布置于致密化绝缘体层上方的第一 附加绝缘体层的图1D的结构；
[0011] 图1F根据本发明的一或多项态样，绘示W-或多个物种的气体团簇轰击第一附 加绝缘体层W举例而言获得致密化第一附加绝缘体层后的图1E的结构；
[0012] 图IG根据本发明的一或多项态样，绘示具有已布置于致密化第一附加绝缘体层 上方的第二附加绝缘体层的图1F的结构；
[0013] 图1H根据本发明的一或多项态样，绘示W-或多个物种的气体团簇轰击第二附 加绝缘体层W举例而言获得致密化第二附加绝缘体层后的图1G的结构；
[0014] 图II根据本发明的一或多项态样，绘示平坦化致密化绝缘体层及一或多个致密 化附加绝缘体层W至少部分界定半导体结构的隔离区域后的图1H的结构；
[0015] 图1J根据本发明的一或多项态样，绘示具有已布置于致密化绝缘体层上方的附 加绝缘体层的图1D的结构；W及
[0016] 图化根据本发明的一或多项态样，绘示平坦化致密化绝缘体层及附加绝缘体层 W至少部分界定半导体结构的隔离区域后的图1J的结构。
[0017] 附图标记说明：
[001引 100 结构
[001引 102 衬底
[0020] 104 凹口
[00川 106 绝缘体层
[0022] 106' 致密化绝缘体层
[0023] 108 第一附加绝缘体层
[0024] 108' 致密化第一附加绝缘体层
[0025] 110 第二附加绝缘体层
[0026] 110' 致密化第二附加绝缘体层
[0027] 112U16 一（多）个隔离区域
[002引 114 附加绝缘体层。
【具体实施方式】
[0029] 本发明的态样及特定特征、优点、及其细节引用附图所示非限制性具体实施例于 下文更完整阐释。省略众所周知的材料、制造工具、处理技术等的说明W避免非必要地混淆 本发明的实施方式。然而，应该了解的是，实施方式及特定实施例虽然指示本发明的具体实 施例，但仍仅W说明方式来提供，并非作为限制。本发明概念的精神及/或范畴内的各种取 代、修改、添加及/或配置经由本掲露对所属技术领域中的技术人员将显而易见。
[0030] 本文中掲示者部分为一种用于界定具有致密化绝缘体层的半导体结构的隔离区 域的方法。在一项态样中，半导体装置制造于早期制造阶段典型为含括制造隔离区域W在 单一忍片或晶圆区内电性隔离各种集成电路的程序。举例来说，隔离区域可包括例如浅沟 槽隔离（STI)区域及深沟槽隔离值TI)区域。举例来说，藉由在半导体衬底中图案化或蚀 刻一或多个凹口，且随后在该（些）凹口内布置绝缘体层，可形成欲有电性隔离的浅沟槽隔 离（STI)区域。随着技术节点的尺寸转变为7纳米W下的尺寸，现有半导体制造程序技术 可能持续面临重大挑战。
[0031] 举例来说，布置于半导体结构中该（些）凹口内的绝缘体层可包括或可由W下材 料制造，举例而言，诸如于所欲集成电路间生成电性隔离的可流动氧化物材料或高深宽比 程序（HAR巧氧化娃材料。举一特定实施例来说，布置于半导体结构中凹口内的寡氮硅烷 先驱物材料（举例而言，获得自娃、氮、及含氨（SixN州z)先驱物，举例而言，诸如Ξ硅烷胺 (TSA)或二硅烷胺）可能经受例如一或多道退火程序W至少部分氧化寡氮硅烷材料，用W 形成诸如氧化娃材料的氧化物材料。举例来说，退火程序可在溫度为约400°C至700°C的含 有例如蒸汽或水等制程气体的氧环境下进行约30分钟至3小时的时间周期W形成氧化物 材料。运种氧化物材料一经受诸如热或干式退火程序等附加退火程序后，便促使解离氧化 物材料W获得诸如可流动氧化物材料等交联氧化物材料，并且移除产生的诸如含娃醇、水 或氮副产物材料等副产物材料。所属技术领域中的技术人员知道热或干式退火程序典型可 在溫度为约500°C至1200°C的含氧制程气体环境下进行约1分钟至2小时，用W获得于半 导体结构内界定隔离区域的交联氧化物材料。在一项实施例中，诸如可流动氧化物材料等 交联氧化物材料的形成可表示如下：
[0032]
[0033] 上述用W界定半导体结构的隔离区域的方法所面临的一项挑战在于，提供绝缘体 层期间典型运用的高溫退火程序其缺点会导致半导体结构的半导体材料降解。运转而会对 可用于高深宽比半导体制造处理的半导体材料造成不理想的限制。另外，由于隔离区域与 装置衬底（例如：包括娃的半导体材料）的热膨胀系数（CT巧不同，提供绝缘体层期间运用 的高溫退火程序也会在隔离区域中导致显著拉伸应力（tensile stress)。隔离区域邻近处 所产生的应力其缺点会造成结构改变，举例来说，产生的装置的罐形结构会弯曲。
[0034] 为了要克服运些问题，在一项态样中，本文中于下文掲示一种用于界定半导体结 构的隔离区域的增强方法，其举例而言利用制程溫度降低的气体团簇离子束（GCIB)程序 W获得布置于其中的致密化绝缘体层。举例来说，本方法包括提供具有凹口的半导体结构； 在该半导体结构中的该凹口内保形布置绝缘体层W部分填充该凹口；修改该绝缘体层的至 少一种材料特性W于该凹口内获得致密化绝缘体层，其中，与该绝缘体层的厚度比较，该修 改缩减该致密化绝缘体层的厚度；W及在该致密化绝缘体层上方于该凹口内沉积至少一个 附加绝缘体层，其中，该凹口内的该致密化绝缘体层至少部分界定该半导体结构的隔离区 域。
[0035] 举例来说，修改该绝缘体层的该至少一种材料特性可包括利用至少一物种的气体 团簇轰击该绝缘体层W修改其该至少一种材料特性。举例来说，该轰击部分使用气体团簇 离子束程序。在一项实施例中，该至少一物种的气体团簇可为或可包括下列的至少一者：氣 (Ar)、水化2〇)或氣加水（Ar+H2〇)、二氧化碳（C〇2)、一氧化碳（C0)或臭氧（〇3)分子。
[0036] 在一个具体实施例中，该布置该绝缘体层可包括于该凹口内保形提供单体先驱物 材料，并且该修改可包括轰击该绝缘体层W促使解 离该单体先驱物材料，用W获得该致密 化绝缘体层及至少一种副产物材料，其中，该轰击促使将该至少一种副产物材料从该致密 化绝缘体层移除。在运项实施例中，注意由致密化绝缘体层移除的至少一种副产物材料可 为或可包括例如娃醇（Si-OH)及/或水化2〇)分子。在运项实施例中，该修改可包括利用离 子束能量轰击该绝缘体层W于该绝缘体层的上表面内提供局部化高能量交互作用，其中， 该高能量交互作用其优点促使缩减该绝缘体层的厚度。修改可进一步包括W垂直于该半导 体结构的入射角轰击该绝缘体层，用W促使依该入射角的方向缩减该绝缘体层的厚度。在 一项实施例中，布置于凹口内的单体先驱物材料可包括或可由诸如四乙氧基硅烷（TE0巧 等氧基硅烷先驱物材料制造，并且致密化绝缘体层可包括或可由至少部分由修改具有氧基 硅烷先驱物材料的绝缘体层获得的交联氧化物材料制造。注意交联氧化物材料可包括举例 而言具有Si-0-Si交链布置于其中的致密化高深宽比（HARP)氧化物材料。
[0037] 在另一具体实施例中，布置该绝缘体层可包括提供寡聚先驱物材料，并且该修改 可包括轰击该绝缘体层W将该寡聚先驱物材料转换成寡聚氧化物材料，其中，该轰击解离 该寡聚氧化物材料W获得该致密化绝缘体层及至少一种副产物材料。在运项实施例中， 注意轰击该绝缘体层更促使移除布置于其中的至少一种副产物材料，其中，该至少一种副 产物材料可为或可包括举例而言具有一或多个径基布置于其中的娃醇（Si-OH)及/或水 化2〇)分子。在另一实施例中，该修改可进一步包括退火具有举例而言寡聚先驱物材料的 绝缘体层，用W促使至少部分氧化绝缘体层W形成寡聚氧化物（Si-0-Si)材料及至少一种 副产物材料。在运项实施例中，该轰击偏向移除至少一种副产物材料，举例而言例如：娃醇 (Si-OH)、水化2〇)及/或诸如乙醇（C2H5OH)分子等其它有机副产物材料。在运项具体实施 例中，寡聚先驱物材料可包括或可由具有至少一种娃-氧（Si-0)及/或娃-氮（Si-N)基 团布置于其中的寡氮硅烷先驱物材料制造，并且致密化绝缘体层可包括或可由举例而言诸 如致密化可流动氧化物材料等交联氧化物材料制造，该致密化可流动氧化物材料至少部分 经由修改具有寡氮硅烷先驱物材料的绝缘体层获得。
[0038] 在一项态样中，该修改包括利用至少一物种的气体团簇轰击绝缘体层W促使降低 致密化绝缘体层的拉伸应力。在一项特定实施例中，致密化绝缘体层可包括或可由诸如交 联氧化物材料（例如：致密化可流动氧化物材料）等第一材料层制造，并且附加绝缘体层可 包括或可由诸如高密度等离子（皿巧氧化物材料等第二材料层制造。注意第一材料层及第 二材料层为不同材料层。
[0039] 在另一态样中，至少一个附加绝缘体层可包括第一附加绝缘体层及第二绝缘体 层。举例来说，本方法可进一步包括修改第一附加绝缘体层的至少一种材料特性W获得致 密化第一附加绝缘体层，并且修改第二绝缘体层的至少一种材料特性W获得致密化第二附 加绝缘体层，并且致密化第二附加绝缘体层布置于致密化第一附加绝缘体层上方。举例来 说，致密化绝缘体层可包括或可由交联氧化物层制造，并且致密化第一附加绝缘体层可包 括或可由第一附加绝缘体层制造，并且致密化第二附加绝缘体层可包括或可由第二交联氧 化物层制造。在一项特定实施例中，注意交联氧化物层、第一交联氧化物层及第二交联氧化 物层可为或可包括诸如致密化可流动氧化物材料等相同材料。在另一实施例中，交联氧化 物层、第一交联氧化物层及第二交联氧化物层可为或可包括诸如致密化高深宽比氧化物材 料等相同材料。
[0040] 下文引用为易于了解未依比例绘示的图式，其中，各个不同图中所用相同的参考 元件符号表示相同或类似组件。
[0041] 举例来说，图1A至图II绘示用于界定半导体结构的隔离区域的增强方法的实施 例。如下文所述，根据本发明的一或多项态样，其优点在于具有致密化绝缘体层的隔离区域 使用例如气体团簇离子束（GCIB)程序取得。
[0042] 图1A根据本发明的一或多项态样，为半导体制造处理早期阶段期间取得的结构 100的一项具体实施例的截面立视图。在一项实施例中，结构100可为或可包括晶圆，可由 该晶圆制造许多微忍片。
[0043] 结构100可包括衬底102,例如：主体半导体材料，例如主体娃晶圆。在一项实施 例中，衬底102可为或可包括任何含娃衬底，其包括但不局限于娃（Si)、单晶娃、多晶Si、非 晶Si、气孔上覆娃（SON)、绝缘层上覆娃（SOI)、或取代层上覆娃（SRI)衬底及类似者。衬 底102可包括其它合适的基本半导体，举例而言，例如：晶体中的错（Ge)、化合物半导体，诸 如碳化娃（SiC)、神化嫁（GaAs)，憐化嫁（GaP)、憐化铜（InP)、神化铜（InAs)、及/或錬化铜 (InSb)或其组合；合金半导体，包括GaAsP、AlInAs、GalnAs、GalnP、或GalnAsP或其组合。 虽然图中未绘示，仍可视需要地布置一或多层于衬底102上方而有助于在衬底102内进行 图案化及蚀刻W形成一或多个凹口，并且举例而言可用于在后续处理期间保护衬底。
[0044] 图1B说明在衬底102内形成一或多个凹口 104后的图1A的结构。于图1B中绘 示的制造阶段，一（多）个凹口 104可用各种习知制造程序中的任一者来形成，其可包括图 案化及材料移除等一或多个步骤。在一项实施例中，衬底102可使用各个方法图案化，包括 直接微影、侧壁影像移转技术、极紫外光微影巧UV)、电子束技术、微影蚀刻微影蚀刻技术、 或微影蚀刻微影冻结技术。图案化后，可使用诸如蚀刻程序等任一合适的移除程序移除衬 底102的材料W形成一（多）个凹口 104。在一项实施例中，取决于所蚀刻层的材料，蚀刻 可为使用适当化学的非等向性蚀刻，例如：反应性离子蚀刻巧IE)。在一特定实施例中，反 应性离子蚀刻可使用氣系化学及气体来进行，例如：四氣甲烧（CF4)、^氣甲烧（CHF3)、二氣 甲烧（CH2F2)、氣代甲烧（CHsF)，八氣甲烧（CaFs)、六氣-1，3-下二締（C4F6)、六氣化硫佛6) 及氧化）。
[0045] 图1C说明具有已经保形布置用W部分填充一（多）凹口 104的绝缘体层106的图 1B的结构。举例来说，在一个具体实施例中，绝缘体层可包括或可由单体先驱物材料制造， 并且可使用诸如化学气相沉积（CVD)程序等习知沉积程序来沉积。在一项实施例中，单体 先驱物材料可为或可包括氧基硅烷先驱物材料，举例而言，例如：四乙基硅氧烷（TE0巧、Ξ 乙基硅氧烷灯RIES)、四甲氧硅烷灯M0巧或Ξ甲氧硅烷灯RIM0S)。在另一实施例中，单体先 驱物材料亦可为或可包括硅氧烷先驱物材料，举例来说，例如：六甲氧基二硅氧烷（HM0D巧 或八甲氧基Ξ硅氧烷（0M0TS)。在又另一具体实施例中，绝缘体层可包括或可由寡聚先驱物 材料制造，例如，具有娃-氧（Si-0)及/或娃-氮（Si-N)官能基的至少一者布置于其中的 寡氮硅烷先驱物材料。在一项实施例中，寡氮硅烷先驱物可自含娃、氮及氨（SixNyHz)前驱 物获得，举例而言，例如硅烷胺（TSA)或二硅烷胺。在一项具体实施例中，注意部分布置 于一（多）凹口 104内的绝缘体层的高度可取决于所运用的制程参数及技术节点。
[0046] 图1D说明利用一或多个物种的气体团簇轰击绝缘体层106 (图1C) W促使修改绝 缘体层的至少一种材料特性后的图1C的结构。在运项具体实施例中，利用一或多个物种的 气体团簇轰击绝缘体层106 (图1C)可部分利用气体团簇离子束（GCIB)程序来完成。举例 来说，气体团簇物种可包括或可由氧化气体分子制造，举例而言，例如：氣（Ar)、水化2〇)、氧 化)、氣加水（Ar+HzO)、二氧化碳似)2)、臭氧化)、一氧化碳（C0)分子。
[0047] 在一项实施例中，含氧制程气体（例如：臭氧）环境下例如氧基硅烷先驱物材料 (举例而言，例如：四乙基硅氧烷（TE0巧）的轰击其优点促使氧化四乙基硅氧烷先驱物材料 W形成原位氧化膜。运种原位氧化膜转而解离W获得交联氧化物材料及一或多种副产物 材料，在该（些）凹口内产生致密化绝缘体层106'。在运项实施例中，交联氧化物材料可 为或可包括例如致密化高深宽比（HAR巧氧化物材料，并且该一（多）种副产物材料可为 或可包括挥发性材料，例如娃醇（Si-OH)、水化2〇)及/或其它有机副产物材料，例如：乙醇 佑2馬0巧 分子。另外，绝缘体层的高能量轰击也促使由致密化绝缘体层移除该一（多）种 副产物材料。
[004引在另一实施例中，在例如氣加水（Ar+H20)的氧化气体分子的环境下轰击例如寡氮 硅烷先驱物材料（举例来说，其具有娃-氧（Si-0)及/或娃-氮（Si-N)官能基的至少一 者布置于其中）的寡聚先驱物材料其优点促使将寡氮硅烷先驱物转换成寡聚氧化物材料。 另外，绝缘体层的高能量轰击也促使解离寡聚氧化物材料W获得交联氧化物材料及一或多 种副产物材料，在该（些）凹口内产生致密化绝缘体层106'。绝缘体层的高能量轰击也促 使由致密化绝缘体层移除该一（多）种副产物材料。在运项实施例中，交联氧化物材料可 为或可包括例如致密化可流动氧化物材料，并且由该致密化绝缘体层移除的一（多）种副 产物材料可为或可包括挥发性材料，举例来说，例如娃醇（Si-OH)、水化20)及/或其它有机 副产物材料，例如：乙醇也馬(曲分子。
[0049] 另外或在一替代具体实施例中，具有例如寡氮硅烷先驱物材料的寡聚先驱物材料 可经受一或多道退火程序W促使将寡氮硅烷先驱物材料转换成寡聚氧化物材料。运一或多 道退火程序可使用例如快速热退火或蒸汽退火来进行。在一项实施例中，退火程序可在诸 如水等氧化制程气体的环境下W约400°C至600°C的溫度使用蒸汽退火程序来进行。寡聚 氧化物材料随后可经由例如气体团簇离子束（GCIB)程序利用一（多）个气体团簇物种来 轰击，用W获得交联氧化物材料及一或多种副产物材料，产生致密化绝缘体层，如上述。
[0050] 在一项具体实施例中，注意经由例如气体团簇离子束（GCIB)程序利用一（多）个 气体团簇物种轰击绝缘体层可藉由控制诸如所选气体团簇的物种、团簇束的能量、绝缘体 层的材料、及一（多）个气体团簇遭受轰击的角度等制程参数来完成，W便促使修改绝缘 体层的至少一种材料特性。举例来说，绝缘体层的轰击其优点可促使形成致密化绝缘体层 106'，W及与绝缘体层106 (图1C)的厚度相比，可缩减致密化绝缘体层的厚度。在一项实 施例中，可在绝缘体层厚度约10 %至50 %的范围内缩减致密化绝缘体层的厚度。
[0051] 如已知，在气体团簇离子束（GCIB)程序期间，绝缘体层的上表面可藉由一束高能 量纳米级气体团簇物种来轰击，举例而言，例如：氧（〇2)或水化2〇)。举例来说，例如藉由在 高压气体绝热膨胀成真空期间凝结个别气体原子（或分子）所形成的气体团簇物种典型为 可在高速下加速而聚焦成高能量离子束，该高能量离子束一经轰击便于绝缘体层的上表面 内提供局部化高能量交互作用。举例来说，气体团簇离子束一经冲击，其高能量便转换成热 能，在W微微秒的时标生成例如高溫，有助于各种表面改质程序，例如：致密化绝缘体层、W 及缩减致密化绝缘体层的厚度。在一项实施例中，取决于运用的制程参数，可利用一（多） 个气体团簇将绝缘体层轰击到约2nm至20nm的深度，藉W控制致密化绝缘体层的厚度。注 意气体团簇离子束（GCIB)程序的局部化高能量交互作用其优点有助于使运种程序适合与 半导体材料搭配使用，举例而言，例如：憐化铜（InP)、神化铜（InAs)、及/或錬化铜（InSb) W及周期表的其它IV-VI族材料。再者，绝缘体层可利用一（多）个气体团簇W垂直于半 导体结构的入射角来轰击，W便促使依入射角的方向缩减绝缘体层的厚度。另外，可控制利 用一（多）个气体团簇轰击绝缘体层所造成的局部化高能量交互作用，W便影响对致密化 绝缘体层的上表面的所欲变化，但不会对致密化绝缘体层造成次表面破坏。举例来说，如此 其优点导致致密化绝缘体层的拉伸应力降低，转而促使产生的一（多）个装置的结构变化 减少或减至最少。
[0052] 图1E说明具有布置于致密化绝缘体层106'上方的第一附加绝缘体层108的图 1D的结构。第一附加绝缘体层108的材料可类似或等同于绝缘体层106的材料，并且可使 用为了提供关于图1C的绝缘体层106所述的沉积程序的任一者来形成。简言之，第一附加 绝缘体层可包括或可由单体先驱物材料制造，举例来说，例如：氧基硅烷先驱物材料，包括 但不局限于四乙基硅氧烷（TE0巧。在另一实施例中，单体先驱物材料可包括或可由硅氧烷 先驱物材料制造，举例来说，例如：六甲氧基二硅氧烷（HM0D巧。在又另一具体实施例中，第 一附加绝缘体层可包括或可由寡聚先驱物材料制造，例如具有娃-氧（Si-0)及/或娃-氮 (Si-N)官能基布置于其中的寡氮硅烷先驱物材料。在一项具体实施例中，注意部分布置于 一（多）个凹口 104内的第一附加绝缘体层108的高度可取决于所运用的制程参数及技术 节点。
[0053] 图1F说明利用一或多个物种的气体团簇轰击第一附加绝缘体层108 (图1E) W促 使修改第一绝缘体层的至少一种材料特性后的图1E的结构。第一附加层的轰击可部分利 用为了轰击关于图1D的绝缘体层106所述的气体团簇离子束程序来完成。如W上所示及 所述，利用一（多）个气体团簇轰击第一附加绝缘体层108 (图1巧导致形成致密化第一附 加绝缘体层108'，W及缩减第一附加绝缘体层的厚度。在一项具体实施例中，注意致密化第 一附加绝缘体层108'的材料可类似或等同于W上关于图1D所述的致密化绝缘体层106' 的材料。在一项实施例中，致密化第一附加绝缘体层108'及致密化绝缘体层106'可为或 可包括交联氧化物材料，举例来说，例如：致密化可流动氧化物材料。在另一实施例中，致密 化第一附加绝缘体层108'及致密化绝缘体层106'可为或可包括交联氧化物材料，举例来 说，例如：致密化高深宽比（HARP)氧化物材料。
[0054] 图1G说明具有布置于致密化第一绝缘体层108'上方的第二附加绝缘体层110的 图1F的结构。第二附加绝缘体层110的材料可类似或等同于绝缘体层106及第一附加绝缘 体层108的材料，并且可使用为了提供关于图1C的绝缘体层106所述的沉积程序的任一者 来形成。简言之，第二附加绝缘体层可包括或可由单体先驱物材料制造，举例来说，例如：氧 基硅烷先驱物材料，包括但不局限于四乙基硅氧烷（TE0巧。在另一实施例中，单体先驱物材 料亦可包括或可由硅氧烷先驱物材料制造，举例来说，例如：六甲氧基二硅氧烷（HM0D巧。 在又另一具体实施例中，第二附加绝缘体层110可包括或可由寡聚先驱物材料制造，例如 具有娃-氧（Si-0)及/或娃-氮（Si-脚官能基布置于其中的寡氮硅烷先驱物材料。在一 项具体实施例中，注意部分布置于一（多）个凹口 104内的第二附加绝缘体层110的高度 可取决于所运用的制程参数及技术节点。
[0055] 图1H说明利用一或多个物种的气体团簇轰击第二附加绝缘体层110(图1G) W促 使修改第二绝缘体层的至少一种材料特性后的图1G的结构。第二附加层的轰击可部分利 用为了轰击关于图1D的绝缘体层106所述的气体团簇离子束程序来完成。如W上所示及 所述，利用一（多）个气体团簇轰击第二附加绝缘体层110(图1G)导致形成致密化第二附 加绝缘体层110'，W及缩减第二附加绝缘体层的厚度。在一项具体实施例中，注意致密化第 二附加绝缘体层110'的材料可类似或等同于W上关于图1D所述的致密化绝缘体层106' 的材料、W及W上关于图1F所述的致密化第二绝缘体层108'的材料。在一项实施例中，致 密化第二附加绝缘体层110'可为或可包括交联氧化物材料，举例来说，例如：致密化可流 动氧化物材料。在另一实施例中，致密化第二附加绝缘体层110'可为或可包括交联氧化物 材料，举例来说，例如：致密化高深宽比（HARP)氧化物材料。
[0056] 继续引用图1H，在一项具体实施例中，虽然未在图中绘示，但图1G至图1H中绘示 的程序步骤可循序反复进行一或多个迭代，举例来说，如上所述，用W促使W-或多个致密 化附加绝缘体层填充凹口。在一特定实施例中，程序步骤可包括例如在先前致密化的附加 绝缘体层上方提供附加绝缘体层，部分利用气体团簇离子束（GCIB)程序W-（多）个气体 团簇轰击该附加绝缘体层，用W修改该附加绝缘体层的至少一种材料特性。在一项实施例 中，注意待进行W便实质填充凹口的程序步骤的周期数可取决于诸如半导体结构的凹口的 宽度及/或待用的致密化附加绝缘体层的材料等参数。举例来说，在致密化附加绝缘体层 为致密化高深宽比（HAR巧氧化物的情况下，可反复进行更少周期的程序步骤，而至于用W 实质填充凹口的致密化可流动氧化物材料，则可能需要 更大周期数的程序步骤。
[0057] 如图II所示，（在一项具体实施例中）可将衬底102的上表面当作蚀刻终止使用， 进行非选择性化学机械研磨或回蚀研磨W移除过量的致密化绝缘体层106'、致密化第一附 加绝缘体层108'及致密化第二绝缘体层110'，藉W至少部分界定结构100的一（多）个隔 离区域112。
[0058] 图1J说明一替代具体实施例中具有已布置于致密化绝缘体层106'上方的附加绝 缘体层114的图1D的结构。附加绝缘体层114可包括或可由诸如高密度等离子（皿巧氧化 物等氧化物材料制造，并且可使用各种技术来沉积，举例而言，例如：化学气相沉积（CVD)、 等离子增强型CVD、或次大气压热CVD(SACVD)程序。附加绝缘体层114的厚度（在一项实 施例中）可足W进行后续的结构平坦化。在运项实施例中，注意附加绝缘体材料的高密度 等离子（皿巧氧化物材料充分密集，W便促使凹口内的材料均匀沉积，进而排除对利用一 (多）个气体团簇物种进行轰击的需求。在运项实施例中，亦注意所运用的致密化绝缘体层 106'，举例来说，可为致密化可流动氧化物材料。
[0059] 如图化所示，（在一项具体实施例中）可将衬底102的上表面当作蚀刻终止使用， 进行非选择性化学机械研磨或回蚀研磨W移除过量的附加绝缘体层114、及致密化绝缘体 层106'，藉W至少部分界定结构100的一（多）个隔离区域116。
[0060] 本文所使用的术语用途只是说明特殊具体实施例并且无意于限制本发明。如本 文中所用，单数形式"一"、"一种"、"一个"、W及"该"的用意在于同时包括复数形式，上下 文另有所指除外。将再理解术语"包含"（w及包含的任何形式，如单数的「包含」和动名 词的"包含"）、"具有"（W及具有的任何形式，如单数的「具有」和动名词的"具有"）、"包 括"（W及包含的任何形式，如单数的"包括"和动名词的"包括"）、"含有"（W及包含的任 何形式，如单数的"含有"和动名词的"含有"）为开放式连接动词。因此，"包含"、"具有"、 "包括"或"含有"一或多个步骤或元件的方法或装置处理那些一或多个步骤或元件，但不受 限于仅处理那些一或多个步骤或元件。同样地，"包含"、"具有"、"包括"或"含有"一或多个 特征的方法的步骤或装置的元件处理那些一或多个特征，但不受限于仅处理那些一或多个 特征。此外，W特定方式予W配置的装置或结构W至少那方式予W配置，但也可用未列示的 方式予W配置。
[0061] 权利要求书中所有手段或步骤加上功能元件的相应结构、材料、动作、及均等意， 若存在，有意于包括W明确主张专利权的其它所主张专利权元件共同用于进行功能的任何 结构、材料、或动作。已为了描述及说明而呈现本发明的说明，但无意于具有彻底性或局限 于所掲示形式的发明。许多改进及变化对于具有本技术普通技能者将显而易知而不脱离本 发明的范畴及精神。具体实施例经选用及说明是为了解释本发明一或多个态样的原理及实 际应用，并且令具有本技术普通技能者随着适于所思的特定使用能够对于具有各种改进的 各种具体实施例理解本发明的一或多个态样。
【主权项】
1. 一种方法，其包含： 提供具有凹口于其中的半导体结构； 在该半导体结构中的该凹口内保形布置绝缘体层以部分填充该凹口； 修改该绝缘体层的至少一种材料特性以在该凹口内获得致密化绝缘体层，其中，与该 绝缘体层的厚度相比，该修改缩减该致密化绝缘体层的厚度；以及 在该致密化绝缘体层上方于该凹口内沉积至少一个附加绝缘体层，其中，该凹口内的 该致密化绝缘体层至少部分界定该半导体结构的隔离区域。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，修改该绝缘体层的该至少一种材料特性包含利 用至少一物种的气体团簇轰击该绝缘体层以修改其该至少一种材料特性。3. 根据权利要求2所述的方法，其中，该轰击部分使用气体团簇离子束程序。4. 根据权利要求2所述的方法，其中，该至少一物种的气体团簇包含下列的至少一者： 氩（Ar)、水（H20)、氩加水（Ar+H20)、二氧化碳（C02)、臭氧（03)或一氧化碳（C0)分子。5. 根据权利要求1所述的方法，其中，该布置该绝缘体层包含于该凹口内保形提供单 体先驱物材料，并且其中，该修改包含轰击该绝缘体层以促使解离该单体先驱物材料，用以 获得该致密化绝缘体层及至少一种副产物材料，该轰击将该至少一种副产物材料从该致密 化绝缘体层移除。6. 根据权利要求5所述的方法，其中，该修改包含利用离子束能量轰击该绝缘体层以 于该绝缘体层的上表面内提供局部化高能量交互作用，该高能量交互作用缩减该绝缘体层 的该厚度。7. 根据权利要求5所述的方法，其中，该修改包含以垂直于该半导体结构的入射角轰 击该绝缘体层，用以促使依该入射角的方向缩减该绝缘体层的厚度。8. 根据权利要求5所述的方法，其中，该绝缘体层包含氧基硅烷先驱物材料，并且其 中，该致密化绝缘体层包含至少部分由修改该具有该氧基硅烷先驱物材料的该绝缘体层而 获得的交联氧化物材料。9. 根据权利要求1所述的方法，其中，该布置该绝缘体层包含提供寡聚先驱物材料，并 且其中，该修改包含轰击该绝缘体层以将该寡聚先驱物材料转换成寡聚氧化物材料，该轰 击解离该寡聚氧化物材料以获得该致密化绝缘体层及至少一种副产物材料。10. 根据权利要求9所述的方法，其中，该轰击该绝缘体层促使移除布置于其中的该至 少一种副产物。11. 根据权利要求9所述的方法，其中，该修改进一步包含退火该绝缘体层以促使至少 部分氧化该绝缘体层，用以形成寡聚氧化物材料及至少一种副产物材料，并且其中，该轰击 偏向移除该至少一种副产物材料。12. 根据权利要求9所述的方法，其中，该绝缘体层包含寡氮硅烷（oligo-azasilane) 先驱物材料，并且其中，该致密化绝缘体层包含由修改具有该寡氮硅烷先驱物材料的该绝 缘体层至少部分而获得的交联氧化物材料。13. 根据权利要求1所述的方法，其中，该修改包含利用至少一物种的气体团簇轰击该 绝缘体层以促使降低其拉伸应力。14. 根据权利要求1所述的方法，其中，该致密化绝缘体层包含第一材料层，并且该附 加绝缘体层包含第二材料层，该第一材料层与该第二材料层为不同材料层。15. 根据权利要求14所述的方法，其中，该第一材料层包含交联氧化物材料，并且该第 二材料层包含高密度等离子氧化物材料。16. 根据权利要求1所述的方法，其中，该方法包含修改该至少一个附加绝缘体层的至 少一种材料特性以获得致密化的至少一个附加绝缘体层，该致密化的至少一个附加绝缘体 层布置于该致密化绝缘体层上方。17. 根据权利要求16所述的方法，其中，该至少一个附加绝缘体层包含第一附加绝缘 体层及第二附加绝缘体层，并且该方法进一步包含修改该第一附加绝缘体层的至少一种材 料特性以获得致密化第一附加绝缘体层，并且其中，该方法进一步包含修改该第二附加绝 缘体层的至少一种材料特性以获得致密化第二附加绝缘体层，该致密化第二附加绝缘体层 布置于该致密化第一附加绝缘体层上方。18. 根据权利要求17所述的方法，其中，该致密化绝缘体层包含交联氧化物层，并且该 第一附加绝缘体层包含第一交联氧化物层，并且该致密化第二附加绝缘体层包含第二交联 氧化物层，并且其中，该交联氧化物层、该第一交联氧化物层及该第二交联氧化物层为相同 材料。19. 根据权利要求18所述的方法，其中，该相同材料包含致密化可流动氧化物材料。20. 根据权利要求18所述的方法，其中，该相同材料包含致密化高深宽比氧化物材料。
【专利摘要】提供用于界定半导体结构的隔离区域的方法。举例而言，本方法包括：提供具有凹口于其中的半导体结构；在该半导体结构中的该凹口内保形布置绝缘体层以部分填充该凹口；修改该绝缘体层的至少一种材料特性以在该凹口内获得致密化绝缘体层，其中，与该绝缘体层的厚度相比，该修改缩减该致密化绝缘体层的厚度；以及在该致密化绝缘体层上方于该凹口内沉积至少一个附加绝缘体层，其中，该凹口内的该致密化绝缘体层至少部分界定该半导体结构的隔离区域。
【IPC分类】H01L21/762
【公开号】CN105489547
【申请号】CN201510645162
【发明人】E·T·瑞安
【申请人】格罗方德半导体公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年10月8日
【公告号】US9349631, US20160099168
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种界定半导体结构的隔离区域的方法。
【背景技术】
[0002] 诸如集成电路的半导体装置典型地由半导体晶圆大批量制造。接着将半导体晶圆 分切成个别晶粒、或微忍片，随后加 W封装。举例而言，在集成电路制造期间，通过制造诸如 深沟槽隔离区域及浅沟槽隔离区域的隔离区域，可将个别装置（如晶体管）彼此电性隔离。 至少部分由于，举例而言，包括制造藉W在晶圆上形成电路结构的隔离区域在内的制造程 序中的效能增强，因而造成对更小电路结构及更快装置效能的需求日益增加。
【发明内容】
[0003] 在一项态样中，通过提供一种方法克服先前技术的缺点并提供附加优点，举例而 言，该方法包括：提供具有凹口于其中的半导体结构；在该半导体结构中的该凹口内保形 布置绝缘体层W部分填充该凹口；修改该绝缘体层的至少一种材料特性W在该凹口内获得 致密化绝缘体层，其中，与该绝缘体层的厚度相比，该修改缩减该致密化绝缘体层的厚度； W及在该致密化绝缘体层上方于该凹口内沉积至少一个附加绝缘体层，其中，该凹口内的 该致密化绝缘体层至少部分界定该半导体结构的隔离区域。
[0004] 附加特征及优点通过本发明的技术来实现。本发明的其它具体实施例及态样于本 文中详述，并且视为本发明的一部分。
【附图说明】
[0005] 本发明的一或多项态样特别指出并且清楚地主张作为本说明书结论处权利要求 书中的实施例。本发明的前述及其它目的、特征、W及优点经由下文的详细说明配合附图将 显而易知，其中：
[0006] 图1A根据本发明的一或多项态样，为半导体结构制造程序的一项具体实施例期 间所获得的结构的截面立视图；
[0007] 图1B根据本发明的一或多项态样，绘示衬底内形成一或多个凹口后的图1A的结 构；
[0008] 图1C根据本发明的一或多项态样，绘示具有已经布置用W部分填充凹口的绝缘 体层的图1B的结构；
[0009] 图1D根据本发明的一或多项态样，绘示W-或多个物种的气体团簇轰击绝缘体 层W举例而言获得致密化绝缘体层后的图1C的结构；
[0010] 图1E根据本发明的一或多项态样，绘示具有布置于致密化绝缘体层上方的第一 附加绝缘体层的图1D的结构；
[0011] 图1F根据本发明的一或多项态样，绘示W-或多个物种的气体团簇轰击第一附 加绝缘体层W举例而言获得致密化第一附加绝缘体层后的图1E的结构；
[0012] 图IG根据本发明的一或多项态样，绘示具有已布置于致密化第一附加绝缘体层 上方的第二附加绝缘体层的图1F的结构；
[0013] 图1H根据本发明的一或多项态样，绘示W-或多个物种的气体团簇轰击第二附 加绝缘体层W举例而言获得致密化第二附加绝缘体层后的图1G的结构；
[0014] 图II根据本发明的一或多项态样，绘示平坦化致密化绝缘体层及一或多个致密 化附加绝缘体层W至少部分界定半导体结构的隔离区域后的图1H的结构；
[0015] 图1J根据本发明的一或多项态样，绘示具有已布置于致密化绝缘体层上方的附 加绝缘体层的图1D的结构；W及
[0016] 图化根据本发明的一或多项态样，绘示平坦化致密化绝缘体层及附加绝缘体层 W至少部分界定半导体结构的隔离区域后的图1J的结构。
[0017] 附图标记说明：
[001引 100 结构
[001引 102 衬底
[0020] 104 凹口
[00川 106 绝缘体层
[0022] 106' 致密化绝缘体层
[0023] 108 第一附加绝缘体层
[0024] 108' 致密化第一附加绝缘体层
[0025] 110 第二附加绝缘体层
[0026] 110' 致密化第二附加绝缘体层
[0027] 112U16 一（多）个隔离区域
[002引 114 附加绝缘体层。
【具体实施方式】
[0029] 本发明的态样及特定特征、优点、及其细节引用附图所示非限制性具体实施例于 下文更完整阐释。省略众所周知的材料、制造工具、处理技术等的说明W避免非必要地混淆 本发明的实施方式。然而，应该了解的是，实施方式及特定实施例虽然指示本发明的具体实 施例，但仍仅W说明方式来提供，并非作为限制。本发明概念的精神及/或范畴内的各种取 代、修改、添加及/或配置经由本掲露对所属技术领域中的技术人员将显而易见。
[0030] 本文中掲示者部分为一种用于界定具有致密化绝缘体层的半导体结构的隔离区 域的方法。在一项态样中，半导体装置制造于早期制造阶段典型为含括制造隔离区域W在 单一忍片或晶圆区内电性隔离各种集成电路的程序。举例来说，隔离区域可包括例如浅沟 槽隔离（STI)区域及深沟槽隔离值TI)区域。举例来说，藉由在半导体衬底中图案化或蚀 刻一或多个凹口，且随后在该（些）凹口内布置绝缘体层，可形成欲有电性隔离的浅沟槽隔 离（STI)区域。随着技术节点的尺寸转变为7纳米W下的尺寸，现有半导体制造程序技术 可能持续面临重大挑战。
[0031] 举例来说，布置于半导体结构中该（些）凹口内的绝缘体层可包括或可由W下材 料制造，举例而言，诸如于所欲集成电路间生成电性隔离的可流动氧化物材料或高深宽比 程序（HAR巧氧化娃材料。举一特定实施例来说，布置于半导体结构中凹口内的寡氮硅烷 先驱物材料（举例而言，获得自娃、氮、及含氨（SixN州z)先驱物，举例而言，诸如Ξ硅烷胺 (TSA)或二硅烷胺）可能经受例如一或多道退火程序W至少部分氧化寡氮硅烷材料，用W 形成诸如氧化娃材料的氧化物材料。举例来说，退火程序可在溫度为约400°C至700°C的含 有例如蒸汽或水等制程气体的氧环境下进行约30分钟至3小时的时间周期W形成氧化物 材料。运种氧化物材料一经受诸如热或干式退火程序等附加退火程序后，便促使解离氧化 物材料W获得诸如可流动氧化物材料等交联氧化物材料，并且移除产生的诸如含娃醇、水 或氮副产物材料等副产物材料。所属技术领域中的技术人员知道热或干式退火程序典型可 在溫度为约500°C至1200°C的含氧制程气体环境下进行约1分钟至2小时，用W获得于半 导体结构内界定隔离区域的交联氧化物材料。在一项实施例中，诸如可流动氧化物材料等 交联氧化物材料的形成可表示如下：
[0032]
[0033] 上述用W界定半导体结构的隔离区域的方法所面临的一项挑战在于，提供绝缘体 层期间典型运用的高溫退火程序其缺点会导致半导体结构的半导体材料降解。运转而会对 可用于高深宽比半导体制造处理的半导体材料造成不理想的限制。另外，由于隔离区域与 装置衬底（例如：包括娃的半导体材料）的热膨胀系数（CT巧不同，提供绝缘体层期间运用 的高溫退火程序也会在隔离区域中导致显著拉伸应力（tensile stress)。隔离区域邻近处 所产生的应力其缺点会造成结构改变，举例来说，产生的装置的罐形结构会弯曲。
[0034] 为了要克服运些问题，在一项态样中，本文中于下文掲示一种用于界定半导体结 构的隔离区域的增强方法，其举例而言利用制程溫度降低的气体团簇离子束（GCIB)程序 W获得布置于其中的致密化绝缘体层。举例来说，本方法包括提供具有凹口的半导体结构； 在该半导体结构中的该凹口内保形布置绝缘体层W部分填充该凹口；修改该绝缘体层的至 少一种材料特性W于该凹口内获得致密化绝缘体层，其中，与该绝缘体层的厚度比较，该修 改缩减该致密化绝缘体层的厚度；W及在该致密化绝缘体层上方于该凹口内沉积至少一个 附加绝缘体层，其中，该凹口内的该致密化绝缘体层至少部分界定该半导体结构的隔离区 域。
[0035] 举例来说，修改该绝缘体层的该至少一种材料特性可包括利用至少一物种的气体 团簇轰击该绝缘体层W修改其该至少一种材料特性。举例来说，该轰击部分使用气体团簇 离子束程序。在一项实施例中，该至少一物种的气体团簇可为或可包括下列的至少一者：氣 (Ar)、水化2〇)或氣加水（Ar+H2〇)、二氧化碳（C〇2)、一氧化碳（C0)或臭氧（〇3)分子。
[0036] 在一个具体实施例中，该布置该绝缘体层可包括于该凹口内保形提供单体先驱物 材料，并且该修改可包括轰击该绝缘体层W促使解 离该单体先驱物材料，用W获得该致密 化绝缘体层及至少一种副产物材料，其中，该轰击促使将该至少一种副产物材料从该致密 化绝缘体层移除。在运项实施例中，注意由致密化绝缘体层移除的至少一种副产物材料可 为或可包括例如娃醇（Si-OH)及/或水化2〇)分子。在运项实施例中，该修改可包括利用离 子束能量轰击该绝缘体层W于该绝缘体层的上表面内提供局部化高能量交互作用，其中， 该高能量交互作用其优点促使缩减该绝缘体层的厚度。修改可进一步包括W垂直于该半导 体结构的入射角轰击该绝缘体层，用W促使依该入射角的方向缩减该绝缘体层的厚度。在 一项实施例中，布置于凹口内的单体先驱物材料可包括或可由诸如四乙氧基硅烷（TE0巧 等氧基硅烷先驱物材料制造，并且致密化绝缘体层可包括或可由至少部分由修改具有氧基 硅烷先驱物材料的绝缘体层获得的交联氧化物材料制造。注意交联氧化物材料可包括举例 而言具有Si-0-Si交链布置于其中的致密化高深宽比（HARP)氧化物材料。
[0037] 在另一具体实施例中，布置该绝缘体层可包括提供寡聚先驱物材料，并且该修改 可包括轰击该绝缘体层W将该寡聚先驱物材料转换成寡聚氧化物材料，其中，该轰击解离 该寡聚氧化物材料W获得该致密化绝缘体层及至少一种副产物材料。在运项实施例中， 注意轰击该绝缘体层更促使移除布置于其中的至少一种副产物材料，其中，该至少一种副 产物材料可为或可包括举例而言具有一或多个径基布置于其中的娃醇（Si-OH)及/或水 化2〇)分子。在另一实施例中，该修改可进一步包括退火具有举例而言寡聚先驱物材料的 绝缘体层，用W促使至少部分氧化绝缘体层W形成寡聚氧化物（Si-0-Si)材料及至少一种 副产物材料。在运项实施例中，该轰击偏向移除至少一种副产物材料，举例而言例如：娃醇 (Si-OH)、水化2〇)及/或诸如乙醇（C2H5OH)分子等其它有机副产物材料。在运项具体实施 例中，寡聚先驱物材料可包括或可由具有至少一种娃-氧（Si-0)及/或娃-氮（Si-N)基 团布置于其中的寡氮硅烷先驱物材料制造，并且致密化绝缘体层可包括或可由举例而言诸 如致密化可流动氧化物材料等交联氧化物材料制造，该致密化可流动氧化物材料至少部分 经由修改具有寡氮硅烷先驱物材料的绝缘体层获得。
[0038] 在一项态样中，该修改包括利用至少一物种的气体团簇轰击绝缘体层W促使降低 致密化绝缘体层的拉伸应力。在一项特定实施例中，致密化绝缘体层可包括或可由诸如交 联氧化物材料（例如：致密化可流动氧化物材料）等第一材料层制造，并且附加绝缘体层可 包括或可由诸如高密度等离子（皿巧氧化物材料等第二材料层制造。注意第一材料层及第 二材料层为不同材料层。
[0039] 在另一态样中，至少一个附加绝缘体层可包括第一附加绝缘体层及第二绝缘体 层。举例来说，本方法可进一步包括修改第一附加绝缘体层的至少一种材料特性W获得致 密化第一附加绝缘体层，并且修改第二绝缘体层的至少一种材料特性W获得致密化第二附 加绝缘体层，并且致密化第二附加绝缘体层布置于致密化第一附加绝缘体层上方。举例来 说，致密化绝缘体层可包括或可由交联氧化物层制造，并且致密化第一附加绝缘体层可包 括或可由第一附加绝缘体层制造，并且致密化第二附加绝缘体层可包括或可由第二交联氧 化物层制造。在一项特定实施例中，注意交联氧化物层、第一交联氧化物层及第二交联氧化 物层可为或可包括诸如致密化可流动氧化物材料等相同材料。在另一实施例中，交联氧化 物层、第一交联氧化物层及第二交联氧化物层可为或可包括诸如致密化高深宽比氧化物材 料等相同材料。
[0040] 下文引用为易于了解未依比例绘示的图式，其中，各个不同图中所用相同的参考 元件符号表示相同或类似组件。
[0041] 举例来说，图1A至图II绘示用于界定半导体结构的隔离区域的增强方法的实施 例。如下文所述，根据本发明的一或多项态样，其优点在于具有致密化绝缘体层的隔离区域 使用例如气体团簇离子束（GCIB)程序取得。
[0042] 图1A根据本发明的一或多项态样，为半导体制造处理早期阶段期间取得的结构 100的一项具体实施例的截面立视图。在一项实施例中，结构100可为或可包括晶圆，可由 该晶圆制造许多微忍片。
[0043] 结构100可包括衬底102,例如：主体半导体材料，例如主体娃晶圆。在一项实施 例中，衬底102可为或可包括任何含娃衬底，其包括但不局限于娃（Si)、单晶娃、多晶Si、非 晶Si、气孔上覆娃（SON)、绝缘层上覆娃（SOI)、或取代层上覆娃（SRI)衬底及类似者。衬 底102可包括其它合适的基本半导体，举例而言，例如：晶体中的错（Ge)、化合物半导体，诸 如碳化娃（SiC)、神化嫁（GaAs)，憐化嫁（GaP)、憐化铜（InP)、神化铜（InAs)、及/或錬化铜 (InSb)或其组合；合金半导体，包括GaAsP、AlInAs、GalnAs、GalnP、或GalnAsP或其组合。 虽然图中未绘示，仍可视需要地布置一或多层于衬底102上方而有助于在衬底102内进行 图案化及蚀刻W形成一或多个凹口，并且举例而言可用于在后续处理期间保护衬底。
[0044] 图1B说明在衬底102内形成一或多个凹口 104后的图1A的结构。于图1B中绘 示的制造阶段，一（多）个凹口 104可用各种习知制造程序中的任一者来形成，其可包括图 案化及材料移除等一或多个步骤。在一项实施例中，衬底102可使用各个方法图案化，包括 直接微影、侧壁影像移转技术、极紫外光微影巧UV)、电子束技术、微影蚀刻微影蚀刻技术、 或微影蚀刻微影冻结技术。图案化后，可使用诸如蚀刻程序等任一合适的移除程序移除衬 底102的材料W形成一（多）个凹口 104。在一项实施例中，取决于所蚀刻层的材料，蚀刻 可为使用适当化学的非等向性蚀刻，例如：反应性离子蚀刻巧IE)。在一特定实施例中，反 应性离子蚀刻可使用氣系化学及气体来进行，例如：四氣甲烧（CF4)、^氣甲烧（CHF3)、二氣 甲烧（CH2F2)、氣代甲烧（CHsF)，八氣甲烧（CaFs)、六氣-1，3-下二締（C4F6)、六氣化硫佛6) 及氧化）。
[0045] 图1C说明具有已经保形布置用W部分填充一（多）凹口 104的绝缘体层106的图 1B的结构。举例来说，在一个具体实施例中，绝缘体层可包括或可由单体先驱物材料制造， 并且可使用诸如化学气相沉积（CVD)程序等习知沉积程序来沉积。在一项实施例中，单体 先驱物材料可为或可包括氧基硅烷先驱物材料，举例而言，例如：四乙基硅氧烷（TE0巧、Ξ 乙基硅氧烷灯RIES)、四甲氧硅烷灯M0巧或Ξ甲氧硅烷灯RIM0S)。在另一实施例中，单体先 驱物材料亦可为或可包括硅氧烷先驱物材料，举例来说，例如：六甲氧基二硅氧烷（HM0D巧 或八甲氧基Ξ硅氧烷（0M0TS)。在又另一具体实施例中，绝缘体层可包括或可由寡聚先驱物 材料制造，例如，具有娃-氧（Si-0)及/或娃-氮（Si-N)官能基的至少一者布置于其中的 寡氮硅烷先驱物材料。在一项实施例中，寡氮硅烷先驱物可自含娃、氮及氨（SixNyHz)前驱 物获得，举例而言，例如硅烷胺（TSA)或二硅烷胺。在一项具体实施例中，注意部分布置 于一（多）凹口 104内的绝缘体层的高度可取决于所运用的制程参数及技术节点。
[0046] 图1D说明利用一或多个物种的气体团簇轰击绝缘体层106 (图1C) W促使修改绝 缘体层的至少一种材料特性后的图1C的结构。在运项具体实施例中，利用一或多个物种的 气体团簇轰击绝缘体层106 (图1C)可部分利用气体团簇离子束（GCIB)程序来完成。举例 来说，气体团簇物种可包括或可由氧化气体分子制造，举例而言，例如：氣（Ar)、水化2〇)、氧 化)、氣加水（Ar+HzO)、二氧化碳似)2)、臭氧化)、一氧化碳（C0)分子。
[0047] 在一项实施例中，含氧制程气体（例如：臭氧）环境下例如氧基硅烷先驱物材料 (举例而言，例如：四乙基硅氧烷（TE0巧）的轰击其优点促使氧化四乙基硅氧烷先驱物材料 W形成原位氧化膜。运种原位氧化膜转而解离W获得交联氧化物材料及一或多种副产物 材料，在该（些）凹口内产生致密化绝缘体层106'。在运项实施例中，交联氧化物材料可 为或可包括例如致密化高深宽比（HAR巧氧化物材料，并且该一（多）种副产物材料可为 或可包括挥发性材料，例如娃醇（Si-OH)、水化2〇)及/或其它有机副产物材料，例如：乙醇 佑2馬0巧 分子。另外，绝缘体层的高能量轰击也促使由致密化绝缘体层移除该一（多）种 副产物材料。
[004引在另一实施例中，在例如氣加水（Ar+H20)的氧化气体分子的环境下轰击例如寡氮 硅烷先驱物材料（举例来说，其具有娃-氧（Si-0)及/或娃-氮（Si-N)官能基的至少一 者布置于其中）的寡聚先驱物材料其优点促使将寡氮硅烷先驱物转换成寡聚氧化物材料。 另外，绝缘体层的高能量轰击也促使解离寡聚氧化物材料W获得交联氧化物材料及一或多 种副产物材料，在该（些）凹口内产生致密化绝缘体层106'。绝缘体层的高能量轰击也促 使由致密化绝缘体层移除该一（多）种副产物材料。在运项实施例中，交联氧化物材料可 为或可包括例如致密化可流动氧化物材料，并且由该致密化绝缘体层移除的一（多）种副 产物材料可为或可包括挥发性材料，举例来说，例如娃醇（Si-OH)、水化20)及/或其它有机 副产物材料，例如：乙醇也馬(曲分子。
[0049] 另外或在一替代具体实施例中，具有例如寡氮硅烷先驱物材料的寡聚先驱物材料 可经受一或多道退火程序W促使将寡氮硅烷先驱物材料转换成寡聚氧化物材料。运一或多 道退火程序可使用例如快速热退火或蒸汽退火来进行。在一项实施例中，退火程序可在诸 如水等氧化制程气体的环境下W约400°C至600°C的溫度使用蒸汽退火程序来进行。寡聚 氧化物材料随后可经由例如气体团簇离子束（GCIB)程序利用一（多）个气体团簇物种来 轰击，用W获得交联氧化物材料及一或多种副产物材料，产生致密化绝缘体层，如上述。
[0050] 在一项具体实施例中，注意经由例如气体团簇离子束（GCIB)程序利用一（多）个 气体团簇物种轰击绝缘体层可藉由控制诸如所选气体团簇的物种、团簇束的能量、绝缘体 层的材料、及一（多）个气体团簇遭受轰击的角度等制程参数来完成，W便促使修改绝缘 体层的至少一种材料特性。举例来说，绝缘体层的轰击其优点可促使形成致密化绝缘体层 106'，W及与绝缘体层106 (图1C)的厚度相比，可缩减致密化绝缘体层的厚度。在一项实 施例中，可在绝缘体层厚度约10 %至50 %的范围内缩减致密化绝缘体层的厚度。
[0051] 如已知，在气体团簇离子束（GCIB)程序期间，绝缘体层的上表面可藉由一束高能 量纳米级气体团簇物种来轰击，举例而言，例如：氧（〇2)或水化2〇)。举例来说，例如藉由在 高压气体绝热膨胀成真空期间凝结个别气体原子（或分子）所形成的气体团簇物种典型为 可在高速下加速而聚焦成高能量离子束，该高能量离子束一经轰击便于绝缘体层的上表面 内提供局部化高能量交互作用。举例来说，气体团簇离子束一经冲击，其高能量便转换成热 能，在W微微秒的时标生成例如高溫，有助于各种表面改质程序，例如：致密化绝缘体层、W 及缩减致密化绝缘体层的厚度。在一项实施例中，取决于运用的制程参数，可利用一（多） 个气体团簇将绝缘体层轰击到约2nm至20nm的深度，藉W控制致密化绝缘体层的厚度。注 意气体团簇离子束（GCIB)程序的局部化高能量交互作用其优点有助于使运种程序适合与 半导体材料搭配使用，举例而言，例如：憐化铜（InP)、神化铜（InAs)、及/或錬化铜（InSb) W及周期表的其它IV-VI族材料。再者，绝缘体层可利用一（多）个气体团簇W垂直于半 导体结构的入射角来轰击，W便促使依入射角的方向缩减绝缘体层的厚度。另外，可控制利 用一（多）个气体团簇轰击绝缘体层所造成的局部化高能量交互作用，W便影响对致密化 绝缘体层的上表面的所欲变化，但不会对致密化绝缘体层造成次表面破坏。举例来说，如此 其优点导致致密化绝缘体层的拉伸应力降低，转而促使产生的一（多）个装置的结构变化 减少或减至最少。
[0052] 图1E说明具有布置于致密化绝缘体层106'上方的第一附加绝缘体层108的图 1D的结构。第一附加绝缘体层108的材料可类似或等同于绝缘体层106的材料，并且可使 用为了提供关于图1C的绝缘体层106所述的沉积程序的任一者来形成。简言之，第一附加 绝缘体层可包括或可由单体先驱物材料制造，举例来说，例如：氧基硅烷先驱物材料，包括 但不局限于四乙基硅氧烷（TE0巧。在另一实施例中，单体先驱物材料可包括或可由硅氧烷 先驱物材料制造，举例来说，例如：六甲氧基二硅氧烷（HM0D巧。在又另一具体实施例中，第 一附加绝缘体层可包括或可由寡聚先驱物材料制造，例如具有娃-氧（Si-0)及/或娃-氮 (Si-N)官能基布置于其中的寡氮硅烷先驱物材料。在一项具体实施例中，注意部分布置于 一（多）个凹口 104内的第一附加绝缘体层108的高度可取决于所运用的制程参数及技术 节点。
[0053] 图1F说明利用一或多个物种的气体团簇轰击第一附加绝缘体层108 (图1E) W促 使修改第一绝缘体层的至少一种材料特性后的图1E的结构。第一附加层的轰击可部分利 用为了轰击关于图1D的绝缘体层106所述的气体团簇离子束程序来完成。如W上所示及 所述，利用一（多）个气体团簇轰击第一附加绝缘体层108 (图1巧导致形成致密化第一附 加绝缘体层108'，W及缩减第一附加绝缘体层的厚度。在一项具体实施例中，注意致密化第 一附加绝缘体层108'的材料可类似或等同于W上关于图1D所述的致密化绝缘体层106' 的材料。在一项实施例中，致密化第一附加绝缘体层108'及致密化绝缘体层106'可为或 可包括交联氧化物材料，举例来说，例如：致密化可流动氧化物材料。在另一实施例中，致密 化第一附加绝缘体层108'及致密化绝缘体层106'可为或可包括交联氧化物材料，举例来 说，例如：致密化高深宽比（HARP)氧化物材料。
[0054] 图1G说明具有布置于致密化第一绝缘体层108'上方的第二附加绝缘体层110的 图1F的结构。第二附加绝缘体层110的材料可类似或等同于绝缘体层106及第一附加绝缘 体层108的材料，并且可使用为了提供关于图1C的绝缘体层106所述的沉积程序的任一者 来形成。简言之，第二附加绝缘体层可包括或可由单体先驱物材料制造，举例来说，例如：氧 基硅烷先驱物材料，包括但不局限于四乙基硅氧烷（TE0巧。在另一实施例中，单体先驱物材 料亦可包括或可由硅氧烷先驱物材料制造，举例来说，例如：六甲氧基二硅氧烷（HM0D巧。 在又另一具体实施例中，第二附加绝缘体层110可包括或可由寡聚先驱物材料制造，例如 具有娃-氧（Si-0)及/或娃-氮（Si-脚官能基布置于其中的寡氮硅烷先驱物材料。在一 项具体实施例中，注意部分布置于一（多）个凹口 104内的第二附加绝缘体层110的高度 可取决于所运用的制程参数及技术节点。
[0055] 图1H说明利用一或多个物种的气体团簇轰击第二附加绝缘体层110(图1G) W促 使修改第二绝缘体层的至少一种材料特性后的图1G的结构。第二附加层的轰击可部分利 用为了轰击关于图1D的绝缘体层106所述的气体团簇离子束程序来完成。如W上所示及 所述，利用一（多）个气体团簇轰击第二附加绝缘体层110(图1G)导致形成致密化第二附 加绝缘体层110'，W及缩减第二附加绝缘体层的厚度。在一项具体实施例中，注意致密化第 二附加绝缘体层110'的材料可类似或等同于W上关于图1D所述的致密化绝缘体层106' 的材料、W及W上关于图1F所述的致密化第二绝缘体层108'的材料。在一项实施例中，致 密化第二附加绝缘体层110'可为或可包括交联氧化物材料，举例来说，例如：致密化可流 动氧化物材料。在另一实施例中，致密化第二附加绝缘体层110'可为或可包括交联氧化物 材料，举例来说，例如：致密化高深宽比（HARP)氧化物材料。
[0056] 继续引用图1H，在一项具体实施例中，虽然未在图中绘示，但图1G至图1H中绘示 的程序步骤可循序反复进行一或多个迭代，举例来说，如上所述，用W促使W-或多个致密 化附加绝缘体层填充凹口。在一特定实施例中，程序步骤可包括例如在先前致密化的附加 绝缘体层上方提供附加绝缘体层，部分利用气体团簇离子束（GCIB)程序W-（多）个气体 团簇轰击该附加绝缘体层，用W修改该附加绝缘体层的至少一种材料特性。在一项实施例 中，注意待进行W便实质填充凹口的程序步骤的周期数可取决于诸如半导体结构的凹口的 宽度及/或待用的致密化附加绝缘体层的材料等参数。举例来说，在致密化附加绝缘体层 为致密化高深宽比（HAR巧氧化物的情况下，可反复进行更少周期的程序步骤，而至于用W 实质填充凹口的致密化可流动氧化物材料，则可能需要 更大周期数的程序步骤。
[0057] 如图II所示，（在一项具体实施例中）可将衬底102的上表面当作蚀刻终止使用， 进行非选择性化学机械研磨或回蚀研磨W移除过量的致密化绝缘体层106'、致密化第一附 加绝缘体层108'及致密化第二绝缘体层110'，藉W至少部分界定结构100的一（多）个隔 离区域112。
[0058] 图1J说明一替代具体实施例中具有已布置于致密化绝缘体层106'上方的附加绝 缘体层114的图1D的结构。附加绝缘体层114可包括或可由诸如高密度等离子（皿巧氧化 物等氧化物材料制造，并且可使用各种技术来沉积，举例而言，例如：化学气相沉积（CVD)、 等离子增强型CVD、或次大气压热CVD(SACVD)程序。附加绝缘体层114的厚度（在一项实 施例中）可足W进行后续的结构平坦化。在运项实施例中，注意附加绝缘体材料的高密度 等离子（皿巧氧化物材料充分密集，W便促使凹口内的材料均匀沉积，进而排除对利用一 (多）个气体团簇物种进行轰击的需求。在运项实施例中，亦注意所运用的致密化绝缘体层 106'，举例来说，可为致密化可流动氧化物材料。
[0059] 如图化所示，（在一项具体实施例中）可将衬底102的上表面当作蚀刻终止使用， 进行非选择性化学机械研磨或回蚀研磨W移除过量的附加绝缘体层114、及致密化绝缘体 层106'，藉W至少部分界定结构100的一（多）个隔离区域116。
[0060] 本文所使用的术语用途只是说明特殊具体实施例并且无意于限制本发明。如本 文中所用，单数形式"一"、"一种"、"一个"、W及"该"的用意在于同时包括复数形式，上下 文另有所指除外。将再理解术语"包含"（w及包含的任何形式，如单数的「包含」和动名 词的"包含"）、"具有"（W及具有的任何形式，如单数的「具有」和动名词的"具有"）、"包 括"（W及包含的任何形式，如单数的"包括"和动名词的"包括"）、"含有"（W及包含的任 何形式，如单数的"含有"和动名词的"含有"）为开放式连接动词。因此，"包含"、"具有"、 "包括"或"含有"一或多个步骤或元件的方法或装置处理那些一或多个步骤或元件，但不受 限于仅处理那些一或多个步骤或元件。同样地，"包含"、"具有"、"包括"或"含有"一或多个 特征的方法的步骤或装置的元件处理那些一或多个特征，但不受限于仅处理那些一或多个 特征。此外，W特定方式予W配置的装置或结构W至少那方式予W配置，但也可用未列示的 方式予W配置。
[0061] 权利要求书中所有手段或步骤加上功能元件的相应结构、材料、动作、及均等意， 若存在，有意于包括W明确主张专利权的其它所主张专利权元件共同用于进行功能的任何 结构、材料、或动作。已为了描述及说明而呈现本发明的说明，但无意于具有彻底性或局限 于所掲示形式的发明。许多改进及变化对于具有本技术普通技能者将显而易知而不脱离本 发明的范畴及精神。具体实施例经选用及说明是为了解释本发明一或多个态样的原理及实 际应用，并且令具有本技术普通技能者随着适于所思的特定使用能够对于具有各种改进的 各种具体实施例理解本发明的一或多个态样。
【主权项】
1. 一种方法，其包含： 提供具有凹口于其中的半导体结构； 在该半导体结构中的该凹口内保形布置绝缘体层以部分填充该凹口； 修改该绝缘体层的至少一种材料特性以在该凹口内获得致密化绝缘体层，其中，与该 绝缘体层的厚度相比，该修改缩减该致密化绝缘体层的厚度；以及 在该致密化绝缘体层上方于该凹口内沉积至少一个附加绝缘体层，其中，该凹口内的 该致密化绝缘体层至少部分界定该半导体结构的隔离区域。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，修改该绝缘体层的该至少一种材料特性包含利 用至少一物种的气体团簇轰击该绝缘体层以修改其该至少一种材料特性。3. 根据权利要求2所述的方法，其中，该轰击部分使用气体团簇离子束程序。4. 根据权利要求2所述的方法，其中，该至少一物种的气体团簇包含下列的至少一者： 氩（Ar)、水（H20)、氩加水（Ar+H20)、二氧化碳（C02)、臭氧（03)或一氧化碳（C0)分子。5. 根据权利要求1所述的方法，其中，该布置该绝缘体层包含于该凹口内保形提供单 体先驱物材料，并且其中，该修改包含轰击该绝缘体层以促使解离该单体先驱物材料，用以 获得该致密化绝缘体层及至少一种副产物材料，该轰击将该至少一种副产物材料从该致密 化绝缘体层移除。6. 根据权利要求5所述的方法，其中，该修改包含利用离子束能量轰击该绝缘体层以 于该绝缘体层的上表面内提供局部化高能量交互作用，该高能量交互作用缩减该绝缘体层 的该厚度。7. 根据权利要求5所述的方法，其中，该修改包含以垂直于该半导体结构的入射角轰 击该绝缘体层，用以促使依该入射角的方向缩减该绝缘体层的厚度。8. 根据权利要求5所述的方法，其中，该绝缘体层包含氧基硅烷先驱物材料，并且其 中，该致密化绝缘体层包含至少部分由修改该具有该氧基硅烷先驱物材料的该绝缘体层而 获得的交联氧化物材料。9. 根据权利要求1所述的方法，其中，该布置该绝缘体层包含提供寡聚先驱物材料，并 且其中，该修改包含轰击该绝缘体层以将该寡聚先驱物材料转换成寡聚氧化物材料，该轰 击解离该寡聚氧化物材料以获得该致密化绝缘体层及至少一种副产物材料。10. 根据权利要求9所述的方法，其中，该轰击该绝缘体层促使移除布置于其中的该至 少一种副产物。11. 根据权利要求9所述的方法，其中，该修改进一步包含退火该绝缘体层以促使至少 部分氧化该绝缘体层，用以形成寡聚氧化物材料及至少一种副产物材料，并且其中，该轰击 偏向移除该至少一种副产物材料。12. 根据权利要求9所述的方法，其中，该绝缘体层包含寡氮硅烷（oligo-azasilane) 先驱物材料，并且其中，该致密化绝缘体层包含由修改具有该寡氮硅烷先驱物材料的该绝 缘体层至少部分而获得的交联氧化物材料。13. 根据权利要求1所述的方法，其中，该修改包含利用至少一物种的气体团簇轰击该 绝缘体层以促使降低其拉伸应力。14. 根据权利要求1所述的方法，其中，该致密化绝缘体层包含第一材料层，并且该附 加绝缘体层包含第二材料层，该第一材料层与该第二材料层为不同材料层。15. 根据权利要求14所述的方法，其中，该第一材料层包含交联氧化物材料，并且该第 二材料层包含高密度等离子氧化物材料。16. 根据权利要求1所述的方法，其中，该方法包含修改该至少一个附加绝缘体层的至 少一种材料特性以获得致密化的至少一个附加绝缘体层，该致密化的至少一个附加绝缘体 层布置于该致密化绝缘体层上方。17. 根据权利要求16所述的方法，其中，该至少一个附加绝缘体层包含第一附加绝缘 体层及第二附加绝缘体层，并且该方法进一步包含修改该第一附加绝缘体层的至少一种材 料特性以获得致密化第一附加绝缘体层，并且其中，该方法进一步包含修改该第二附加绝 缘体层的至少一种材料特性以获得致密化第二附加绝缘体层，该致密化第二附加绝缘体层 布置于该致密化第一附加绝缘体层上方。18. 根据权利要求17所述的方法，其中，该致密化绝缘体层包含交联氧化物层，并且该 第一附加绝缘体层包含第一交联氧化物层，并且该致密化第二附加绝缘体层包含第二交联 氧化物层，并且其中，该交联氧化物层、该第一交联氧化物层及该第二交联氧化物层为相同 材料。19. 根据权利要求18所述的方法，其中，该相同材料包含致密化可流动氧化物材料。20. 根据权利要求18所述的方法，其中，该相同材料包含致密化高深宽比氧化物材料。
【专利摘要】提供用于界定半导体结构的隔离区域的方法。举例而言，本方法包括：提供具有凹口于其中的半导体结构；在该半导体结构中的该凹口内保形布置绝缘体层以部分填充该凹口；修改该绝缘体层的至少一种材料特性以在该凹口内获得致密化绝缘体层，其中，与该绝缘体层的厚度相比，该修改缩减该致密化绝缘体层的厚度；以及在该致密化绝缘体层上方于该凹口内沉积至少一个附加绝缘体层，其中，该凹口内的该致密化绝缘体层至少部分界定该半导体结构的隔离区域。
【IPC分类】H01L21/762
【公开号】CN105489547
【申请号】CN201510645162
【发明人】E·T·瑞安
【申请人】格罗方德半导体公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年10月8日
【公告号】US9349631, US20160099168
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