專利名稱：制造介電層的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是有關(guān)于一種制造集成電路的系統(tǒng)，特別是有關(guān)于一種于半導(dǎo)體基底上制造介電層的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
集成電路是由設(shè)置于基底上的一或多個裝置(電路組件)所構(gòu)成。集成電路的主動組件密度(例如每一集成電路面積上所含裝置的數(shù)目)與功能性密度(例如每一集成電路面積上所含內(nèi)聯(lián)機(jī)裝置的數(shù)目)均受限于半導(dǎo)體的制程步驟，在制程上影響裝置形成的限制包括有最微尺寸的制作，即制作具有最小尺寸的組件或?qū)Ь€，以及有關(guān)于介電層的形成，該介電層是用來隔離集成電路中不同的導(dǎo)電層與裝置。
介電層是集成電路中用來隔離不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體區(qū)域的物質(zhì)，但隨著組件尺寸不斷縮小，深寬比不斷增加，介電層的制作已愈顯困難，困難其一即是須在不超過半導(dǎo)體基底熱預(yù)算(制程中于降解發(fā)生前所接收的最大熱能量)的情況下，提供一均勻形成的介電層，因微小組件的制作，須相對低的熱預(yù)算以避免摻質(zhì)自摻雜區(qū)域擴(kuò)散出來，然而，傳統(tǒng)制造介電層的方法，其所需的制程溫度與持續(xù)時間均超過目前微小裝置的熱預(yù)算。
另一困難則是須使介電層于一窄且深的溝槽中形成均一的步階效果，例如利用傳統(tǒng)方法于一深溝槽中形成一介電層，即會導(dǎo)致填入深度不均或分布不完全，造成集成電路的表現(xiàn)與穩(wěn)定性不佳。
因此，發(fā)展出一套可于相對低溫改善介電層形成的系統(tǒng)是必須的。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種制造介電層的系統(tǒng)，以克服傳統(tǒng)制造介電層控制工藝溫度熱預(yù)算不佳以及介電層填入深度不均勻的缺陷，該制造介電層的系統(tǒng)包括一超臨界制程環(huán)境，是包含一于一制程腔室中的基底，該制程腔室內(nèi)具有一制程溫度與一制程壓力；一控制裝置，是控制該制程腔室于一超臨界狀態(tài)；一流體擾亂裝置，是提供一氣膠態(tài)的非超臨界流體至該制程腔室中；以及一加熱裝置，是加熱該基底至一超臨界溫度，其中該流體是因該制程腔室中的該制程壓力與該制程溫度而轉(zhuǎn)變?yōu)橐怀R界流體，且藉由該基底與該超臨界流體的接觸形成一介電層。
由此，本實(shí)用新型的制造介電層的系統(tǒng)，有效的克服了傳統(tǒng)制造介電層工藝中所需的制程溫度與持續(xù)時間均超過目前微小裝置的熱預(yù)算的缺陷，采用本實(shí)用新型的制造介電層的系統(tǒng)于一深溝槽中形成一介電層時，可以形成深度均勻并且分布完整的介電層，由此制造的集成電路可以有非常好的表現(xiàn)與穩(wěn)定性。


圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例，介電層制程的流程圖。
圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例的相圖。
圖3至圖7b是根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例，不同裝置的剖面示意圖。
圖8是根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例，高壓反應(yīng)系統(tǒng)的示意圖。
符號說明100～形成介電層的方法；102～產(chǎn)生超臨界制程條件；
104～導(dǎo)入流體至制程腔室；106～維持超臨界狀態(tài)；108～停止供應(yīng)流體至制程腔室；110～檢視介電層是否合乎制程要求；200～溫度與壓力關(guān)系圖；202～X軸；204～Y軸；206～超臨界狀態(tài)；208、210～次臨界狀態(tài)；300、504～場效晶體管；302、404、506、602、702～基底；304～摻雜井；306、508、606～介電層；308～導(dǎo)電層；310～間隙壁；400～LOCOS結(jié)構(gòu)；402～介電隔離區(qū)；500～鑲嵌式結(jié)構(gòu)；502～內(nèi)聯(lián)機(jī)；600～半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；604～溝槽；700～電機(jī)微機(jī)械裝置；704～第一犧牲層；706～結(jié)構(gòu)層；708～第二犧牲層；800～高壓反應(yīng)系統(tǒng)；
802、810、812、816、818～閥；804～制造塔；806～工作塔；808～流體幫浦；814～預(yù)熱裝置；820～制程腔室；822～壓力計；824～腔室壓力調(diào)節(jié)裝置；826～低壓膨脹裝置；828～排放系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
為讓本實(shí)用新型的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下本實(shí)用新型是有關(guān)于一種制造集成電路的系統(tǒng)，特別是有關(guān)于一種于半導(dǎo)體基底上制造集成電路的系統(tǒng)。以下是透過各實(shí)施方式或?qū)嵤├衣侗緦?shí)用新型的不同特征，其中關(guān)于組成與排列的特殊實(shí)施例是用以簡化說明而非限定本實(shí)用新型，此外，本實(shí)用新型在不同實(shí)施例中，重復(fù)使用相同的標(biāo)號或字母，使說明達(dá)簡化、清晰的目的，而非指陳不同實(shí)施例或圖示間的關(guān)系。
請參閱圖1的制程流程。根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例，于一半導(dǎo)體基底上形成一介電層的方法100，在本實(shí)施例中，該半導(dǎo)體基底是置于一制程腔室內(nèi)的一底座上，于后會有詳細(xì)的描述，方法100是利用一超臨界流體(如圖2所示)來形成該介電層。
仍請參閱圖2，圖2是一溫度(代表X軸202)與壓力(代表Y軸204)的關(guān)系圖200，若以一流體例如為水作說明，當(dāng)溫度達(dá)Ts，壓力達(dá)Ps時，該流體會進(jìn)入一超臨界狀態(tài)206，在該超臨界狀態(tài)206中，液態(tài)流體的密度會與氣態(tài)相同，且該流體同時擁有液體與氣體的性質(zhì)。例如，水的超臨界狀態(tài)，其溫度大體為攝氏374度，壓力大體為221大氣壓。次臨界狀態(tài)208與210表示僅壓力達(dá)Ps，而溫度未達(dá)Ts(208)，或是僅溫度達(dá)Ts，而壓力未達(dá)Ps(210)。
續(xù)請參閱圖1，方法100是以產(chǎn)生超臨界制程條件(例如溫度或壓力)的步驟102為起始步驟，若本實(shí)施例以水作為試驗流體，則在該制程腔室中會產(chǎn)生溫度大體為攝氏374度，壓力大體為221大氣壓的一水的超臨界狀態(tài)。
超臨界條件可由數(shù)種方式產(chǎn)生，例如，僅須維持該制程腔室內(nèi)的壓力與鄰近該基底的溫度于該超臨界范圍，而腔室內(nèi)其它部分的溫度可停留在一次臨界范圍，此種不須維持腔室溫度一致性的方式，保留了更多制程上的彈性空間。又例如該基底可藉由一置于該制程腔室內(nèi)的熱底座加熱至該超臨界溫度，其中該底座可利用包埋于該底座內(nèi)或置于該底座附近的鐵線圈加熱。在一實(shí)施例中，該基底透過一照射一紅外線于該半導(dǎo)體基底上的快速熱制程加熱至該超臨界溫度，其中該紅外線的波長是與硅或其它物質(zhì)的吸收波長相同。
步驟104是導(dǎo)入該流體于該制程腔室中，例如可藉由一耦接一氣化模塊(如圖8所示)的液體質(zhì)流控制器計量供給水并氣化之，其中該氣化模塊是利用包含一惰性氣體或氧氣的氣體產(chǎn)生一流體蒸氣。另一導(dǎo)入該流體于該制程腔室中的方法是導(dǎo)入一氣膠態(tài)流體，該氣膠態(tài)流體可藉由一噴霧裝置或一超聲波分散裝置于該超臨界狀態(tài)下形成，當(dāng)該氣膠態(tài)流體導(dǎo)入該制程腔室時，該流體會因該腔室內(nèi)或該基底表面壓力與溫度的緣故，進(jìn)入鄰近于該基底的超臨界狀態(tài)區(qū)域。
步驟106是該半導(dǎo)體基底暴露于該流體時，維持該超臨界狀態(tài)以利該介電層形成于該基底上，該流體持續(xù)供應(yīng)至該基底，待該介電層達(dá)到一理想厚度為止。
步驟108是停止供應(yīng)該流體至該制程腔室，步驟110是決定該介電層是否滿足制程要求(例如理想厚度或均勻分布等)，依步驟110的檢視結(jié)果，若該介電層滿足要求，則方法100可終止，然若不滿足，方法100須重復(fù)步驟104再次導(dǎo)入水于該制程腔室中。
可利用步驟104循環(huán)供應(yīng)該流體至該基底，例如經(jīng)歷供應(yīng)水至該基底的一t1期間以及停止供應(yīng)水的另一t2期間。步驟104至110可重復(fù)執(zhí)行，待該介電層到達(dá)一理想厚度為止。由于透過上述重復(fù)執(zhí)行的步驟會使該介電層厚度超過理想值的可能性變得很小，遂該提供流體的循環(huán)步驟可有效控制該介電層的厚度，且該方法亦可提供一致密的介電層。
藉由一包含超臨界流體、一硅基底與一濕氧化制程的方法100所形成的一介電層例如為二氧化硅，二氧化硅可利用一濕氧化步驟如熱成長獲得，然而，傳統(tǒng)的濕氧化方法須使用一相對高的制程溫度(例如攝氏1150度)及一相對低的制程壓力(例如1大氣壓)，且其成長速率相對緩慢，例如每分鐘成長1～2埃。具高溫與低成長速率的傳統(tǒng)濕氧化制程對低熱預(yù)算的裝置會有不良影響，傳統(tǒng)濕氧化制程的缺點(diǎn)尚包括高能量消耗及于該制程腔室中無法獲得均一溫度。
如方法100所示，改善傳統(tǒng)濕氧化制程的方式是于該濕氧化反應(yīng)中使用超臨界流體，通入的超臨界流體是有助于介電層的形成。與傳統(tǒng)濕氧化制程相比，超臨界流體氧化可在一相對低的溫度下實(shí)施，例如適合氧化的超臨界流體其壓力大體為22.1百萬帕，溫度大體攝氏374度，遂可看出本實(shí)用新型的制程溫度與傳統(tǒng)濕氧化須攝氏1150度有明顯差降。
使用超臨界流體亦可增加氧化速率，例如即使是結(jié)合較低制程溫度的超臨界制程，其氧化速率仍高于傳統(tǒng)的濕氧化方法，而此氧化速率的增加是由于水的密度降低，使得擴(kuò)散與離子遷移速率增加。例如制程條件在溫度大體攝氏374度，壓力大體221大氣壓的情況下，會使暴露于超臨界水的硅其氧化速率達(dá)每分鐘5埃以上。
利用超臨界水亦可形成一步階較佳的介電層，特別對高深寬比的組件具有其效果，超臨界水低黏度與低表面張力的特性，使其可穿透窄溝槽并使步階均一，遂即使極窄、深的組件，仍可獲得一步階均勻的氧化層。
由于超臨界流體低極性與低表面張力的特性，使其有能力移除各種有機(jī)物質(zhì)，達(dá)到清潔半導(dǎo)體基底表面的效果，該低極性特性是因水在超臨界制程條件下，失去大量氫鍵所致，而使制程腔室中非極性的有機(jī)物溶于超臨界水或與氧氣結(jié)合，之后再藉由水、二氧化碳或其它流體將非極性有機(jī)物帶離該基底。
請參閱圖3，說明一具有利用圖1方法100制造的介電層的集成電路裝置，例如一場效晶體管(FET)300，該FET是包括一基底302，例如為一硅、類鉆碳、絕緣層上覆硅(SOI)或鍺化硅基底，基底302可摻雜P型如磷或N型如硼的摻質(zhì)，而形成基底302中P型或N型的摻雜井304，所述多個摻質(zhì)可藉如離子布植、氣體擴(kuò)散、CVD、PECVD、ALD或其它適合的制程方法嵌入該基底中。
該FET是包括一包含多個硼摻雜區(qū)與重氫-硼復(fù)合區(qū)的類鉆碳基底302，其中所述多個硼摻雜區(qū)包含多個P型區(qū)，而所述多個重氫-硼復(fù)合區(qū)則包含多個N型區(qū)。所述多個硼摻雜區(qū)與重氫-硼復(fù)合區(qū)可形成基底302上多個微電子裝置的多個源/汲極區(qū)。
所述多個硼摻雜區(qū)(硼摻雜類鉆碳)可于一真空制程環(huán)境中藉由實(shí)施一碳/重氫比大體介于0.1％～5.0％的高密度電漿而形成，硼布植制程是由含硼氣體與含碳/氫氣體的混合氣體提供摻質(zhì)，其中含硼氣體是包含B2H6、B2D6或其它含硼的氣體，硼布植的濃度是依據(jù)含硼氣體的量而定。該制程環(huán)境的壓力范圍大體介于0.1毫托～500托，基底302是置于溫度大體介于攝氏150度～1100度的環(huán)境中，該高密度電漿是由一微波電子回旋共振(ECR)電漿源、一螺旋波電漿源、一感應(yīng)耦合電漿(ICP)源或其它高密度電漿源所產(chǎn)生，例如ECR電漿源可利用大體介于800瓦～2500瓦的微波范圍。
基底302的所述多個N型重氫-硼復(fù)合區(qū)是對硼摻雜區(qū)實(shí)施一氘電漿而形成。場效晶體管300的位置是被一光罩(未顯示)所覆蓋，而未被覆蓋的所述多個硼摻雜區(qū)則以一氘電漿處理之。氘離子是提供一懸鍵(dangling bond)末端，使P型區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)镹型區(qū)。氘可由氚、氫或其它含氫氣體所取代。N型區(qū)(重氫-硼復(fù)合區(qū))的濃度可藉由通過基底302的直流電流或射頻偏壓所控制。
之后，利用如圖1的方法100于摻雜井304之間形成一介電層306，介電層306的厚度大體介于1～100埃，接著，對介電層306進(jìn)行圖案化及蝕刻，以形成一形狀、厚度均符合要求的FET柵介電層，續(xù)于介電層306上沉積一導(dǎo)電層308，以形成一柵極，導(dǎo)電層308是由摻雜的復(fù)晶硅或是一利用溫度介于攝氏700～900度的熱氧化爐管形成的金屬硅化物所構(gòu)成，一熱退火制程是將該基底置于溫度大體介于攝氏450～1000度的環(huán)境中，持續(xù)大體3～60秒。
接著，利用如圖1的方法100形成一圍繞介電層306與導(dǎo)電層308的間隙壁310，以方法100制作間隙壁310的優(yōu)點(diǎn)包括超臨界水的氧化不須如傳統(tǒng)氧化沉積制程例如TEOS的CVD、ALD或PECVD將FET300置于較高溫的環(huán)境中，另利用超臨界水氧化形成間隙壁的過程，亦可同時清潔導(dǎo)電層308、介電層306、摻雜井304與基底302表面上的殘留有機(jī)物質(zhì)。
請參閱圖4，說明利用如圖1方法100形成的另一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，圖4是一硅的局部氧化(LOCOS)結(jié)構(gòu)400，例如用來隔離集成電路中的主動裝置，該LOCOS結(jié)構(gòu)400是包括多個形成于一半導(dǎo)體基底404上的介電隔離區(qū)402，介電隔離區(qū)402形成的方法可見于圖1的制程100中。
請參閱圖5，說明利用如圖1方法100形成的另一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，圖5是一鑲嵌式結(jié)構(gòu)500，鑲嵌式結(jié)構(gòu)500是包含多個內(nèi)聯(lián)機(jī)502，例如導(dǎo)線、接觸窗或介層窗，內(nèi)聯(lián)機(jī)502是連接一半導(dǎo)體基底506上的多個集成電路裝置504，例如為FETs，內(nèi)聯(lián)機(jī)502是形成于介電層508中，介電層508是用于絕緣該內(nèi)聯(lián)機(jī)508金屬與隔離所述多個內(nèi)聯(lián)機(jī)，而介電層508可藉由圖1的方法100形成。內(nèi)聯(lián)機(jī)502可填入例如銅或一阻障層(未顯示)如鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、鈦化鎢或氮化鎢的導(dǎo)電物質(zhì)，另當(dāng)超臨界流體產(chǎn)生時，該阻障層可減少或防止加熱內(nèi)聯(lián)機(jī)所造成的銅擴(kuò)散。
請參閱圖6，說明利用如圖1方法100形成的另一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，圖6是一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)600，結(jié)構(gòu)600是包含一具有多個高深寬比溝槽604的基底602，所述多個溝槽604是被一介電層606所覆蓋，其中介電層606可利用圖1方法100制得，而溝槽604可用于例如一浮置柵極或可抹除程序只讀存儲器(EPROM)電極的制作，另溝槽604亦可用來隔離半導(dǎo)體裝置的電性。方法100所使用的超臨界流體，由于其低黏度與低表面張力的特性，遂可用來填入溝槽604，而助于均一步階的形成。即使極窄、深的組件如溝槽604，亦可籍此方法制作均勻的氧化層。
請參閱圖7a，說明利用圖1方法100于電機(jī)微機(jī)械裝置700中形成的一介電層，裝置700可為一數(shù)字微鏡裝置、一機(jī)械齒輪、一搖桿、一加速裝置的核心材料、一測斜裝置或一回轉(zhuǎn)裝置。微機(jī)械裝置700是透過如下所述的犧牲層與結(jié)構(gòu)層設(shè)置于半導(dǎo)體基底702上。
第一犧牲層704是藉圖1的方法100形成，第一犧牲層704是沉積作為結(jié)構(gòu)層706的支持，而待結(jié)構(gòu)層706沉積完成后，即可蝕刻移除該第一犧牲層704。制程100所使用的超臨界流體，由于可穿透復(fù)雜的裂隙，遂對制作第一犧牲層704相當(dāng)有幫助。
續(xù)請參閱圖7b，方法100亦用于第二犧牲層708的制作，于第一犧牲層704移除后，第二犧牲層708是作為保護(hù)與懸吊結(jié)構(gòu)層706之用。
請參閱圖8，說明一制造并傳輸超臨界流體的高壓反應(yīng)系統(tǒng)800，該制程循環(huán)可配合如圖1的方法100作說明，首先，開啟閥802，以調(diào)節(jié)由制造塔804進(jìn)入工作塔806的流體流量，之后，啟動流體幫浦808將工作塔806的流體經(jīng)由一閥810導(dǎo)入一預(yù)熱裝置814，流體可經(jīng)由閥812進(jìn)入預(yù)熱裝置814而達(dá)到一超臨界溫度，或是經(jīng)由鄰近閥812的閥816流至預(yù)熱裝置814周圍。
接著，開啟閥818，使流體進(jìn)入一載有一基底(未顯示)的制程腔室820，制程腔室820內(nèi)更包含有數(shù)個控制超臨界流體進(jìn)入腔室的閥(未顯示)。在此期間，可藉由制程腔室820的泄壓，更換欲作處理的基底。制程進(jìn)行中，腔室820內(nèi)的壓力范圍大體介于50～800大氣壓，另一腔室壓力調(diào)節(jié)裝置可藉由一壓力計與制程腔室820連接，以共同控制腔室壓力。
此外，可提供惰性氣體如氬氣、氮?dú)?、氫氣或氧氣至制程腔?20內(nèi)與超臨界水混合。壓力計822與壓力調(diào)節(jié)裝置824可控制進(jìn)入一低壓膨脹裝置826的水量，其中低壓膨脹裝置826是保持一低于制程腔室820的溫度與壓力。一般來說，低壓膨脹裝置826的溫度大體介于攝氏0～32度，壓力大體介于15～2000psi。水離開膨脹裝置826后，即進(jìn)入一排放系統(tǒng)828，在排放系統(tǒng)中，壓力大體低于1大氣壓，溫度低于膨脹裝置826。排放系統(tǒng)828可作為一水的再生系統(tǒng)，水可藉由再生系統(tǒng)828再循環(huán)、純化及再返回工作塔處理。
雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作更動與潤飾，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種制造介電層的系統(tǒng)，其特征在于，包括一超臨界制程環(huán)境，是包含一于一制程腔室中的基底，該制程腔室內(nèi)具有一制程溫度與一制程壓力；一控制該制程腔室于一超臨界狀態(tài)的控制裝置；一提供一氣膠態(tài)的非超臨界流體至該制程腔室中的流體擾亂裝置；以及一加熱該基底至一超臨界溫度的加熱裝置，其中該基底與該超臨界流體接觸形成一介電層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造介電層的系統(tǒng)，其特征在于，該流體擾亂裝置是一超聲波分散裝置或一噴霧裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造介電層的系統(tǒng)，其特征在于，加熱該基底至一超臨界溫度的該加熱裝置是設(shè)置鄰近于該基底。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種制造介電層的系統(tǒng)。包括一超臨界制程環(huán)境，是包含一于一制程腔室中的基底，該制程腔室內(nèi)具有一制程溫度與一制程壓力；一控制裝置，是控制該制程腔室于一超臨界狀態(tài)；一流體擾亂裝置，是提供一氣膠態(tài)的非超臨界流體至該制程腔室中；以及一加熱裝置，是加熱該基底至一超臨界溫度，其中該流體是因該制程腔室中的該制程壓力與該制程溫度而轉(zhuǎn)變?yōu)橐怀R界流體，且藉由該基底與該超臨界流體的接觸形成一介電層。
文檔編號H01L21/768GK2765320SQ200420084350
公開日2006年3月15日 申請日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月17日
發(fā)明者林俞良, 莊平, 周梅生 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司