形成溝槽結(jié)構(gòu)的方法
【專利摘要】本發(fā)明為形成溝槽結(jié)構(gòu)的方法，包括形成一種填充有可流動(dòng)介電層的淺溝槽隔離（STI）結(jié)構(gòu)，包括實(shí)施注入，以在可流動(dòng)介電層的上部生成通道。該通道使熱退火中的氧源能夠在將可流動(dòng)介電層的SiONH網(wǎng)狀物轉(zhuǎn)變?yōu)镾iOH和SiO的網(wǎng)狀物的熱退火期間到達(dá)STI結(jié)構(gòu)的底部附近的可流動(dòng)介電層。該通道還有助于在用于將SiOH和SiO的網(wǎng)狀物轉(zhuǎn)變?yōu)镾iO2的另一熱退火期間，提供用于生成的副產(chǎn)物離開(kāi)的路徑。
【專利說(shuō)明】形成溝槽結(jié)構(gòu)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，具體而言，涉及一種形成溝槽結(jié)構(gòu)的方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 諸如淺溝槽隔離件（STI)的溝槽結(jié)構(gòu)用于將半導(dǎo)體晶圓上的有源區(qū)域相互分開(kāi)和 隔離。通過(guò)在襯底中蝕刻溝槽，利用諸如氧化物的電介質(zhì)過(guò)填充該溝槽，然后去除任何多余 的電介質(zhì)來(lái)形成STI。STI幫助將有源區(qū)域相互電隔離。
[0003] 然而，隨著電路密度持續(xù)增大，STI的溝槽的寬度減小，從而增大了 STI溝槽的高 寬比。溝槽(或者間隙）的高寬比定義為溝槽高度(或者間隙高度）除以溝槽寬度(或者間隙 寬度)。對(duì)于先進(jìn)的技術(shù)來(lái)說(shuō)，使用間隙填充介電材料完全填充又窄又深的溝槽變得非常困 難。未完全的間隙填充導(dǎo)致不期望的空隙，并且當(dāng)去除多余電介質(zhì)期間暴露出該不期望的 空隙時(shí)，增加了包含不期望缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。該空隙還可能導(dǎo)致有源區(qū)域之間的隔離不充分。 STI中空隙的出現(xiàn)將會(huì)影響產(chǎn)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種形成半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)的方法，包括：在襯底的溝槽中沉積可流動(dòng)介電層；對(duì)所述可流動(dòng)介電層實(shí)施注入 工藝；實(shí)施具有氧源的第一熱退火；實(shí)施第二熱退火；以及實(shí)施平坦化工藝，以去除所述溝 槽外側(cè)的多余的可流動(dòng)介電層。
[0005] 在上述方法中，還包括：在沉積所述可流動(dòng)介電層之后以及實(shí)施所述注入工藝之 前實(shí)施〇3固化。
[0006] 在上述方法中，其中，所述注入工藝注入H原子或者He原子。
[0007] 在上述方法中，其中，所述注入工藝的注入深度在大約〗〇()0 A至大約2500 A的 范圍內(nèi)。
[0008] 在上述方法中，其中，注入能量在大約6keV至大約25keV的范圍內(nèi)。
[0009] 在上述方法中，其中，注入深度與所述溝槽的深度的比率在大約1/3至大約1/2的 范圍內(nèi)。
[0010] 在上述方法中，其中，所述注入工藝為所述第一熱退火的氧源創(chuàng)建到達(dá)所述溝槽 的底部附近的所述可流動(dòng)介電層的通道。
[0011] 在上述方法中，其中，所述第一熱退火的峰值退火溫度在大約500°c至大約800°C 的范圍內(nèi)，并且所述氧源是蒸汽。
[0012] 在上述方法中，其中，所述第二熱退火的峰值退火溫度在大約1000°C至大約 1200°C的范圍內(nèi)。
[0013] 在上述方法中，其中，所述第一熱退火和所述第二熱退火的總退火時(shí)間在大約6 小時(shí)至大約15小時(shí)的范圍內(nèi)。
[0014] 在上述方法中，其中，用于沉積所述可流動(dòng)介電層的源氣是三硅烷基胺（TSA )。
[0015] 在上述方法中，其中，通過(guò)自由基組分化學(xué)汽相沉積（CVD)工藝沉積所述可流動(dòng)介 電層。
[0016] 在上述方法中，其中，沉積而成的所述可流動(dòng)介電層包括SiONH網(wǎng)狀物。
[0017] 在上述方法中，其中，所述第一熱退火和所述第二熱退火將沉積而成的所述可流 動(dòng)介電層轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸瑁⊿i02)。
[0018] 在上述方法中，其中，所述第一熱退火和所述第二熱退火將沉積而成的所述可流 動(dòng)介電層轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸瑁⊿iO)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種在襯底中形成淺溝槽隔離（STI)結(jié)構(gòu)的方 法，包括：通過(guò)化學(xué)汽相沉積（CVD)工藝在所述襯底的溝槽中沉積可流動(dòng)介電層，其中，所 述可流動(dòng)介電層填充所述溝槽且不形成空隙；使用〇3固化沉積而成的所述可流動(dòng)介電層； 對(duì)所述可流動(dòng)介電層實(shí)施注入工藝，其中，所述注入工藝在所述可流動(dòng)介電層的頂部生成 通道；實(shí)施具有氧源的蒸汽熱退火；實(shí)施干式熱退火；以及實(shí)施平坦化工藝，以去除所述溝 槽外側(cè)的多余的可流動(dòng)介電層。
[0020] 在上述方法中，其中，用于沉積所述可流動(dòng)介電層的源氣是三硅烷基胺（TSA)，并 且通過(guò)自由基組分化學(xué)汽相沉積（CVD)工藝沉積所述可流動(dòng)介電層。
[0021] 在上述方法中，其中，所述蒸汽熱退火和所述干式熱退火將沉積而成的所述可流 動(dòng)介電層中的SiONH網(wǎng)狀物轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸瑁⊿i02)。
[0022] 在上述方法中，其中，所述注入工藝注入H原子或者He原子。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種在襯底中形成淺溝槽隔離（STI)結(jié)構(gòu)的方 法，包括：在所述襯底的溝槽中沉積可流動(dòng)介電層，其中，所述溝槽的高寬比大于大約8,其 中，所述可流動(dòng)介電層填充所述溝槽且不形成空隙；對(duì)所述可流動(dòng)介電層實(shí)施注入工藝； 實(shí)施具有氧源的第一熱退火；實(shí)施第二熱退火；以及實(shí)施平坦化工藝，以去除所述溝槽外 側(cè)的多余的可流動(dòng)介電層。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024] 將如附圖所示參考本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明。應(yīng)該理解，這些附圖用于示出 的目的，因此并非按比例繪制。
[0025] 圖1至圖8是根據(jù)一些實(shí)施例的在各個(gè)制造階段的用于形成淺溝槽隔離（STI)結(jié) 構(gòu)的連續(xù)工藝的橫截面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 應(yīng)該理解，以下公開(kāi)的內(nèi)容提供了多個(gè)不同實(shí)施例或者實(shí)例以實(shí)現(xiàn)不同特征。以 下描述了部件和布置的特定實(shí)例來(lái)簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例而并不旨在進(jìn)行限 定。另外，本發(fā)明可以在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或文字。這種重復(fù)用于簡(jiǎn)化和清楚 的目的，其本身并不表示所描述的各個(gè)實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。
[0027] 隨著晶體管尺寸的減小，與形成晶體管相關(guān)的各個(gè)部件的尺寸也隨之減小。這種 部件之一是形成在有源區(qū)域之間的用于提供隔離的淺溝槽隔離件（STI)。如所述，因?yàn)镾TI 的開(kāi)口變小而深度未變小，所以部件尺寸的減小導(dǎo)致了高寬比的增大。用于填充具有較小 高寬比的STI的技術(shù)無(wú)法用于充分填充先進(jìn)技術(shù)中的具有較大高寬比的STI。在多個(gè)化學(xué) 汽相沉積（CVD)工藝中，將含硅前體和含氧氣體與等離子體共同使用以在襯底表面上直接 形成氧化硅。這些等離子基CVD工藝以沉積的方式形成氧化硅，然而，它們對(duì)具有較大高寬 比的結(jié)構(gòu)會(huì)填充不良。
[0028] -種改進(jìn)填充的可選方式涉及使用可流動(dòng)介電材料替代傳統(tǒng)的沉積的氧化硅。顧 名思義，可流動(dòng)介電材料可以在沉積以填充間隙中的空隙的過(guò)程中"流動(dòng)"。通常，可以在含 硅前體中加入各種化學(xué)物質(zhì)以實(shí)現(xiàn)沉積膜的流動(dòng)。在一些實(shí)施例中，可以加入氮?dú)滏I?？?流動(dòng)電介質(zhì)前體的實(shí)例（特別是可流動(dòng)的氧化硅前體）包括硅酸鹽、硅氧烷、甲基倍半硅氧 烷（MSQ)、氫硅倍半氧烷（HSQ)、MSQ/HSQ、全氫硅氮烷（TCPS)、全氫聚硅氮烷（PSZ)、正硅酸 乙酯（TE0S)或者硅烷胺，諸如三硅烷基胺（TSA)。這些可流動(dòng)的氧化硅材料在多步操作工 藝中形成。在沉積可流動(dòng)膜之后，固化該可流動(dòng)膜，然后進(jìn)行退火以去除不期望的元件以形 成氧化硅。當(dāng)去除不期望元件之后，可流動(dòng)膜致密化并發(fā)生收縮。在一些實(shí)施例中，實(shí)施多 個(gè)退火工藝。固化和退火可以導(dǎo)致溝槽側(cè)壁氧化并且將隔離區(qū)域變寬。另外，在延長(zhǎng)的時(shí)間 (諸如總共30小時(shí)或者更長(zhǎng)的時(shí)間）內(nèi)將可流動(dòng)膜在高溫(諸如大約1000°C至大約1200°C) 下多次固化和退火。固化和退火有效地降低了用于剩余半導(dǎo)體制造工藝的熱預(yù)算。另外， 對(duì)于先進(jìn)技術(shù)的器件而言，可能無(wú)法接受在高退火溫度下的長(zhǎng)期退火循環(huán)。因此，亟需改進(jìn) 出用于形成STI結(jié)構(gòu)的不同方法。
[0029] 圖1至圖8是根據(jù)一些實(shí)施例的在襯底50中形成STI結(jié)構(gòu)200的各個(gè)階段的截面 圖。圖1示出了形成在襯底50中的溝槽100。溝槽的形成包括圖案化襯底及蝕刻襯底的多 個(gè)操作。襯底50可以是體硅(摻雜或者未摻雜）或者絕緣體上硅（SOI)襯底的有源層。通 常，SOI襯底包括半導(dǎo)體材料的有源層，半導(dǎo)體材料諸如硅、鍺、硅鍺、絕緣體上硅鍺（SG0I) 或者它們的組合?？梢允褂玫钠渌r底包括多層襯底、梯度襯底或者混合取向襯底。
[0030] 圖1還示出了在一些實(shí)施例中的形成在襯底50的頂面110上方的圖案化硬掩模 層102和該圖案化硬掩模層102下面的保護(hù)層101。保護(hù)層101保護(hù)頂面110免于與硬掩 模層102直接接觸。例如，如果襯底50緊挨著溝槽100的部分由硅制成，則保護(hù)層101保 護(hù)有源區(qū)域120。有源區(qū)域120用于在STI結(jié)構(gòu)（200)形成之后形成器件(諸如晶體管、電 阻器等)。根據(jù)將要形成的器件，有源區(qū)域120可以包含根據(jù)設(shè)計(jì)需要決定的n阱或者p阱。
[0031] 在一些實(shí)施例中，保護(hù)層101由熱氧化物制成。保護(hù)層101的厚度在大約20nm至 大約100nm的范圍內(nèi)。硬掩模層102有助于在蝕刻溝槽100期間保持圖案的完整性。在一 些實(shí)施例中，硬掩模層102在去除填充溝槽100的多余可流動(dòng)電介質(zhì)膜期間用作平坦化停 止層。在一些實(shí)施例中，硬掩模層102由SiN制成。然而，還可以使用其他材料，諸如SiON、 碳化硅或者它們的組合。硬掩模層102的厚度在大約200nm至大約1200nm的范圍內(nèi)。硬 掩模層102可以由諸如化學(xué)汽相沉積（CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積（PECVD)或者低壓 化學(xué)汽相沉積（LPCVD)的工藝形成?？蛇x地，硬掩模層102通過(guò)首先制成為氧化硅，然后再 通過(guò)氮化轉(zhuǎn)化為SiN的方式制成。一旦形成，通過(guò)合適的光刻和蝕刻工藝將硬掩模102和 保護(hù)層101圖案化，以在表面110的上方形成用于溝槽100的開(kāi)口。
[0032] 為了在襯底50中形成溝槽100,通過(guò)諸如反應(yīng)離子刻蝕（RIE)的蝕刻工藝去除襯 底50通過(guò)開(kāi)口暴露的部分。溝槽100將襯底50的頂面110附近的有源區(qū)域120分隔開(kāi)。 溝槽100具有側(cè)壁112和底面114。在一些實(shí)施例中，溝槽100的寬度W1在大約20nm至大 約lOOnm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，溝槽100的深度D1在大約50nm至大約350nm的范 圍內(nèi)。
[0033] 在一些實(shí)施例中，溝槽100的高寬比(溝槽深度D1 (在本文有時(shí)稱為溝槽高度）除 以溝槽寬度W1)大于大約8或者大于10。
[0034] 參照?qǐng)D2,根據(jù)一些實(shí)施例，依次沉積氧化硅襯墊121和硅襯墊122來(lái)作為溝槽 100的內(nèi)襯。氧化硅襯墊121和硅襯墊122沉積在側(cè)壁112和底面114上。在一些實(shí)施例 中，在溝槽100的硅壁上熱生長(zhǎng)氧化硅襯墊121。襯底在高溫下暴露于含氧環(huán)境并且暴露于 氧的表面轉(zhuǎn)化為氧化硅。在一些實(shí)施例中，含氧環(huán)境包括蒸氣。氧化硅襯墊121可以包括 位于熱生長(zhǎng)氧化硅層上方的額外的一層或者多層。在一些實(shí)施例中，可以使用等離子體增 強(qiáng)原子層沉積（PEALD)沉積額外的氧化硅層。根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，形成氧化硅襯墊121以保 護(hù)氧化硅襯墊121下方的硅襯底50免受隨后的氧化的影響。諸如熱氧化物膜的致密氧化 硅膜用于在隨后工藝中保護(hù)下方的硅襯底50免受化學(xué)氧化的影響。為了最小化將填充的 已經(jīng)具有較高高寬比的溝槽的高寬比的增量，氧化硅襯墊121相對(duì)較薄，大約是數(shù)十至上 百埃（A )。在一些實(shí)施例中，氧化硅襯墊121的厚度在大約2nm至大約50nm的范圍內(nèi)。
[0035] 參照?qǐng)D2,硅襯墊層122沉積在氧化硅襯墊121上方。硅襯墊層122在可流動(dòng)電 介質(zhì)膜的熱退火(將在以下描述）期間提供應(yīng)力釋放。在一些實(shí)施例中，硅襯墊層122是非 晶硅或者多晶硅。硅襯墊層122的厚度在大約1〇 A至大約40 A的范圍內(nèi)。硅襯墊層122 可以在包含Si2H6、SiH4、Si3H 8、SiCl2H2、SiCl3H或者它們的組合的氣體環(huán)境中通過(guò)使用熔爐 系統(tǒng)來(lái)形成。在一些實(shí)施例中，Si2H6的流量在大約10標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘（seem)至大約 lOOOseem的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，形成硅襯墊層122的溫度在大約200°C至大約600°C 的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，形成硅襯墊層122的壓力范圍在大約lOmTorr至大約lOTorr 的范圍內(nèi)?？蛇x地，硅襯墊層122可以通過(guò)使用能夠形成共型硅層的沉積技術(shù)來(lái)形成，這些 技術(shù)諸如在包含Si3H8、SiH4、SiCl2H 2、SiCl3H或者它們的組合的氣體環(huán)境中的低溫化學(xué)汽相 沉積工藝（CVD)。
[0036] 在一些實(shí)施例中，氣體環(huán)境還包含諸如4的載氣。載氣有助于更好地控制處理均 勻性。在一些實(shí)施例中，Si3H8的流量在大約10標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘（seem)至大約lOOOseem 的范圍內(nèi)，H2的流量在大約5標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘（slm)至大約50slm。在一些實(shí)施例中，在化學(xué) 沉積工藝中形成硅襯墊層122的溫度在大約250°C至550°C的范圍內(nèi)。
[0037] 參照?qǐng)D3,在沉積硅襯墊層122之后，將可流動(dòng)介電材料過(guò)填充溝槽100和硬掩模 層102以形成可流動(dòng)介電層115。通過(guò)使用旋涂電介質(zhì)（S0D)形成工藝，或者通過(guò)利用諸如 自由基組分CVD (radical-component CVD)的化學(xué)汽相沉積（CVD)工藝沉積可流動(dòng)電介質(zhì) 來(lái)形成可流動(dòng)介電層115?？闪鲃?dòng)氧化硅前體的實(shí)例包括硅酸鹽、硅氧烷、甲基倍半硅氧烷 (MSQ)、氫娃倍半氧燒（HSQ)、MSQ/HSQ、全氫娃氮燒（TCPS) (perhydrosilazane)、全氫聚娃 氮燒（PSZ) (perhydro-polysilazane)、正娃酸乙酯（TE0S)或者娃燒胺（SA)。
[0038] 在一些實(shí)施例中，通過(guò)使用含硅前體與另一前體(諸如通過(guò)等離子體生成的"氮自 由基"前體）的反應(yīng)來(lái)沉積可流動(dòng)介電層115。在一些實(shí)施例中，含硅前體不含碳并且包括 硅烷胺，諸如H2N(SiH3)、HN(SiH3)2、N(SiH 3)3或者它們的組合。硅烷胺可以與可用作載氣和 /或反應(yīng)氣體的其他氣體相混合。其他氣體的實(shí)例可以包括H2、N2、NH3、He和Ar等等。硅 烷胺還可以與其他不含碳的含硅氣體混合，諸如硅烷（SiH4)和乙硅烷（Si2H6)、氫(例如，H 2) 和/或氮(例如，n2、nh3)。
[0039] 氮可以包含在自由基前體和/或含硅前體中。當(dāng)自由基前體中存在氮時(shí)，該自由 基前體可以稱為氮自由基前體。氮自由基前體包括通過(guò)激發(fā)等離子體中的更穩(wěn)定的含氮前 體而形成的等離子體流出物（plasma effluents)。例如，可以在室內(nèi)等離子體區(qū)域或加工 室外部的遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)（RPS)中激活含有NH3和/或肼（N2H4)的相對(duì)穩(wěn)定的含氮前體， 以形成氮自由基前體，然后將該氮自由基前體傳送到不含等離子體的襯底處理區(qū)域中。穩(wěn) 定的氮前體還可以是包含NH3、N2和H2的組合的混合物。
[0040] 氮自由基前體還可以伴有諸如氬、氦等的載氣?？梢酝瑫r(shí)將氧（以〇2和/或〇 3的 形式)傳送至遠(yuǎn)程等離子體區(qū)域內(nèi)，以調(diào)節(jié)用于形成以本技術(shù)沉積的可流動(dòng)介電層115的氮 自由基前體中的含氧量。
[0041] 可以在襯底溫度保持在相對(duì)較低溫度時(shí)進(jìn)行可流動(dòng)介電層115的沉積。在一些 實(shí)施例中，在由沉積期間冷卻襯底保持的較低的溫度下，在襯底表面上沉積可流動(dòng)介電層 115。在一些實(shí)施例中，在大約-40°C至大約200°C的溫度范圍內(nèi)實(shí)施沉積。在一些實(shí)施例 中，在低于大約l〇〇°C的溫度下實(shí)施沉積。
[0042] 在一些實(shí)施例中，沉積壓力在從大約lOOmTorr至大約lOTorr的范圍內(nèi)。在一些 實(shí)施例中，反應(yīng)源使用包含三硅烷基胺（Si3H9N或者TSA)和NH3的氣體環(huán)境。在一個(gè)實(shí)施 例中，Si3H9N的流量在大約lOOsccm至大約lOOOsccm的范圍內(nèi)，NH3的流量在大約lOOsccm 至大約2〇〇〇sccm的范圍內(nèi)。這個(gè)特定介電膜可以由Alectrona?系統(tǒng)(加利福尼亞的圣克 拉拉的應(yīng)用材料公司提供）形成。在美國(guó)專利第8, 318, 584號(hào)中描述了通過(guò)上述自由基組 分CVD工藝沉積可流動(dòng)介電層115的示例性細(xì)節(jié)。
[0043] 沉積而成的可流動(dòng)介電層115能夠填充又窄又深的間隙，并且防止在STI結(jié)構(gòu)100 中產(chǎn)生空隙和中斷。沉積而成的可流動(dòng)介電層115包含Si0ANBHc (或者SiONH)的可流動(dòng)網(wǎng) 狀物。在一些實(shí)施例中，A是在大約0.8至大約2的范圍內(nèi)的數(shù)字，B是在大約0.01至大 約1的范圍內(nèi)的數(shù)字，而C是在大約0.01至大約1的范圍內(nèi)的數(shù)字。在一些實(shí)施例中，硬 掩模層102上方的可流動(dòng)介電層115的厚度在大約1〇〇〇 A至大約3000 A的范圍內(nèi)。
[0044] 根據(jù)一些實(shí)施例，如圖4所示，在沉積可流動(dòng)介電層115之后，對(duì)沉積而成的可流 動(dòng)介電層115實(shí)施原位固化工藝130。原位意味著在用于沉積可流動(dòng)介電層115的加工室 中實(shí)施固化工藝130。在一些實(shí)施例中，在不同室中（或者非原位）實(shí)施固化工藝130。
[0045] 在一些實(shí)施例中，使用流量在大約lOOsccm至大約5000sccm的范圍內(nèi)的03 (臭 氧)或者使用流量在大約lOOsccm至大約5000SCCm的范圍內(nèi)的蒸汽實(shí)施固化工藝130。在 一些實(shí)施例中，固化工藝130的溫度在大約10°C至大約500°C的范圍內(nèi)?？蛇x地，在固化 工藝期間使用蒸汽代替〇3。在一些實(shí)施例中，固化工藝130的壓力范圍在大約ITorr至大 約760T〇rr。根據(jù)一些實(shí)施例，固化工藝130的持續(xù)時(shí)間在大約10秒至大約2小時(shí)的范圍 內(nèi)。固化工藝130增加了由Si0ANBHc (或者SiONH)的網(wǎng)狀物制成的沉積而成的可流動(dòng)介電 層115的含氧量，特別是沉積而成的可流動(dòng)介電層115的靠近表面的部分。
[0046] 如上所述，固化工藝130增加了沉積而成的可流動(dòng)介電層115的含氧量。靠近表 面的可流動(dòng)介電層115相比于靠近溝槽100底部的可流動(dòng)介電層115更加暴露于03。圖4 示出了靠近表面的示例性SiONH網(wǎng)狀物（I)和靠近溝槽（100)底部的另一示例性SiONH網(wǎng) 狀物（II)?？拷砻娴腟iONH網(wǎng)狀物比靠近底部的SiONH網(wǎng)狀物含有更多氧(或者0)。固 化的可流動(dòng)介電層115包括氮?dú)滏I，且固化的可流動(dòng)介電層115比氧化硅膜的致密性低。
[0047] 為了將SiONH網(wǎng)狀物轉(zhuǎn)變?yōu)镾iO (或者Si02)網(wǎng)狀物，需要額外的熱退火?？梢栽?從大約200°C至大約1KKTC的范圍內(nèi)的溫度下實(shí)施熱退火?？梢蕴峁┭踉?諸如蒸氣）來(lái) 幫助將SiONH網(wǎng)狀物轉(zhuǎn)變?yōu)镾iO網(wǎng)狀物。然而，如果在03固化之后立即應(yīng)用利用蒸汽的熱 退火，則由于表面非常接近于氧源而將在表面上形成一層包含大部分SiO網(wǎng)狀物的致密介 電層。在一些實(shí)施例中，這種致密表面層的厚度在從大約500 A至大約1200 A的范圍內(nèi)。 可流動(dòng)介電層115的表面上的這種致密介電層將會(huì)阻擋氧源(諸如蒸汽)滲透或者擴(kuò)散穿過(guò) 致密的頂層到達(dá)下面的未轉(zhuǎn)變的SiONH網(wǎng)狀物。因此，對(duì)于制造目的來(lái)說(shuō)，SiONH網(wǎng)狀物至 SiO網(wǎng)狀物的轉(zhuǎn)變可能不發(fā)生或者發(fā)生得非常慢。
[0048] 為了解決這個(gè)問(wèn)題，根據(jù)一些實(shí)施例，如圖5所示，實(shí)施注入工藝140建立通道以 使氧源到達(dá)表面下的SiONH網(wǎng)狀物。注入元素可以包括H、He、Si、0或者N。部分襯底50 未被硬掩模層102覆蓋并且不是STI結(jié)構(gòu)。在注入工藝140期間，襯底50的這些部分暴露 于注入源。H和He原子較小，并且不會(huì)對(duì)未覆蓋硅襯底50的這些部分造成損壞。相反，Si、 〇和N原子較重并且可能對(duì)暴露的硅襯底50造成損壞。如果選擇這些之一用作注入源，則 可能需要諸如光刻膠層的保護(hù)掩模。
[0049] 表I根據(jù)一些實(shí)施例比較了用于固化的可流動(dòng)介電層(類似于上述層115)的注 入物種類、注入能量和所達(dá)到的注入深度。表I中的數(shù)據(jù)示出，在到達(dá)相同深度的條件下， 更重的元素需要更高的注入能量。例如，為了到達(dá)2500 A的注入深度，H原子將需要大約 20keV的注入能量，He原子將需要大約25keV的注入能量，并且N原子將需要大約lOOkeV 的注入能量。在一些實(shí)施例中，H或者He用作注入元素，并且注入能量在大約6keV至大約 25keV的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，注入深度D2在大約1 ()()() A至大約2500 A的范圍內(nèi)。 在一些實(shí)施例中，注入濃度在從大約1E13原子/立方厘米至大約5E15原子/立方厘米的 范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，溝槽的注入深度D2與注入深度Di的比率R至少為1/3。在一些 實(shí)施例中，比率R在大約1/3至大約2/3的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，比率R在大約1/3至 大約1/2的范圍內(nèi)。
[0050]

【權(quán)利要求】
1. 一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括： 在襯底的溝槽中沉積可流動(dòng)介電層； 對(duì)所述可流動(dòng)介電層實(shí)施注入工藝； 實(shí)施具有氧源的第一熱退火； 實(shí)施第二熱退火；以及 實(shí)施平坦化工藝，以去除所述溝槽外側(cè)的多余的可流動(dòng)介電層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 在沉積所述可流動(dòng)介電層之后以及實(shí)施所述注入工藝之前實(shí)施O3固化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述注入工藝注入H原子或者He原子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述注入工藝的注入深度在大約1000 A至大約 2500 A的范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，注入能量在大約6keV至大約25keV的范圍內(nèi)。
6. -種在襯底中形成淺溝槽隔離（STI)結(jié)構(gòu)的方法，包括： 通過(guò)化學(xué)汽相沉積（CVD)工藝在所述襯底的溝槽中沉積可流動(dòng)介電層，其中，所述可流 動(dòng)介電層填充所述溝槽且不形成空隙； 使用O3固化沉積而成的所述可流動(dòng)介電層； 對(duì)所述可流動(dòng)介電層實(shí)施注入工藝，其中，所述注入工藝在所述可流動(dòng)介電層的頂部 生成通道； 實(shí)施具有氧源的蒸汽熱退火； 實(shí)施干式熱退火；以及 實(shí)施平坦化工藝，以去除所述溝槽外側(cè)的多余的可流動(dòng)介電層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，用于沉積所述可流動(dòng)介電層的源氣是三硅烷基 胺（TSA)，并且通過(guò)自由基組分化學(xué)汽相沉積（CVD)工藝沉積所述可流動(dòng)介電層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述蒸汽熱退火和所述干式熱退火將沉積而成 的所述可流動(dòng)介電層中的SiONH網(wǎng)狀物轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸瑁⊿i0 2)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述注入工藝注入H原子或者He原子。
10. -種在襯底中形成淺溝槽隔離（STI)結(jié)構(gòu)的方法，包括： 在所述襯底的溝槽中沉積可流動(dòng)介電層，其中，所述溝槽的高寬比大于大約8，其中，所 述可流動(dòng)介電層填充所述溝槽且不形成空隙； 對(duì)所述可流動(dòng)介電層實(shí)施注入工藝； 實(shí)施具有氧源的第一熱退火； 實(shí)施第二熱退火；以及 實(shí)施平坦化工藝，以去除所述溝槽外側(cè)的多余的可流動(dòng)介電層。
【文檔編號(hào)】H01L21/762GK104517891SQ201410065638
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月4日
【發(fā)明者】蔡俊雄, 薛森鴻, 方子韋 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司