TW200402848A - Method for filling trench and relief geometries in semiconductor structures - Google Patents

Description

200402848 五、發明說明（1) ___ 本發明關於一種用來充埴 何的方法。 、‘體結構之渠溝和凹凸幾 半導體組件之連續性依比· 隨著其内形成在基板上之準文匕（sca】 mg )通常亦伴 /寬度）加大。就-。00毫凸結構的縱橫比（深度 會達成大約0. 1。的孔徑角。，、、結構級，在某些情況中 些極為陡峭的輪廓越來趫來錐。、' 孔彳k角使得要充填這 導性或絕緣性填充層開發出高< =t有特別針對眾多傳 卜極小的製程指定輪積，法（幾乎是 理想之閉合㈣（空洞）：此 生。 考此4场渠溝和凹凸結構發 、此等空洞的特殊缺點在於其以一未受控 傳導性填充物的幾何斷面且因而提高二對〜式縮小 =面影響。因此，咖單元之存儲電容數 牛例來說為進行深渠蝕刻、對渠溝壁施予 ^ k方式 以一傳導性材料充填該渠溝。此傳導性填充物內"且隨後 未叉控制的方式提高其電阻。 之二洞以 就經常發生之案例來說，其中渠溝或凹凸社 物為了機能性理由而必須經表層平坦化處理或' 之填充 )回钱（淺凹蝕刻），此時填充物内的空洞依Z (局部地 會導致平垣化作業或淺凹蝕刻的速率有區域2 ^ $小而定 致平坦化區域或淺凹區之深度位置和輪廓有不 。這導 2。-般而言’空洞區域就寬度和深度來說是麫=制的起 ，。在某些情況下，這以一在一後繼層沈 ς 顯放大

第7頁 w V荼中再現 200402848 五、發明說明（2) __ 主填充物平坦化表面或淺凹表面之一不可再犯 凸結構影響到後續處理以及這些排列的泉數。形）凹 藉由在淺凹表面上進行各向異性RIE蝕刻在^之後 )的方式再次去除後續的層，其不合—入' 反應離子蝕刻 後繼層之層材料已經沈積深入空洞區二，然^這二，在亨 短路（假設有絕緣性填充層和傳導性後繼層、）或:= )’還可能在後續處理期間成為-顆繼層 迄今避免此等空洞之產生的方式為運用充 f 凸結構輪廓。在填充層之一高保〜:：的 : 接縫處以無空洞方式從底部到頂部地 靖側壁的可再現設定是非常有問題 正陡 越來越無法發生作用。 疋此方法為何 同類刑以ΐ、、二芦務證明可能方式為使用一包括與主填充層 Κ =才枓（傳導性或絕緣性）之附加薄保形 以及在凹凸姓i濕ί式）去除沈積在基板表面上 凹凸、纟。構之側壁上的草皮填充層。 經改在良此二V因為在草皮填充之前進行的淺凹钮刻未 Λ，^ 八、、點。但根本上來况是草皮填充之淺凹蝕刻 、、塞；ω :口非常小。導致有殘餘物殘留在基板表面上和準 溝或凹凸結構之壁上，或者是空洞再次完全地或局iL;

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五、發明說明（3) 開。 美國專利第6 3 5 9 3 0 0 A號揭示一種具備盔* 圓内的深渠電容器。該渠溝電容器包括一Y:填充之晶 該基板内之渠溝以及一完全填滿該渠溝 ：形成在 矽鍺合金的傳導性填充材料。 括摻雜鍺或一 為達成一無空洞填充，將該傳導性摻雜 沈積在該渠溝内且在該基板上產生一填充層者。成石夕鍺合金 該晶圓力口熱至該填充層⑫化並完全流入該渠溝=此之後將 此一方法對多晶矽、s i 〇2或金屬填充層 為所需溫度太高。 兀不貝用，因 本發明係以此目標為基礎並提出一種用 結構之渠溝和凹凸結構的方法，#由此 充7導體 洞產生，且能以一柙罝甘右占太呻U从士 = τ罪地避免空 太菸明☆ A ρ^有成本效显的方式實現該方法。 i ΐ太ϊ 經由申請專利範圍第1項之特徵化特％ 達成。本务明之一特定改進見於申請專利範圍第2項。 本發明之其他特點見於後續申請專利範圍附屬項。 依巨據本發明之方法的優點在於從一開始就達成依比例 夂卜溝和凹凸結構之-完全無空洞填充，與渠溝和凹Λ 結構之輪廓無關。特定言之，即使渠溝和凹凸、纟士 ΐ::: (因程序容差而波動）或甚至；溝和凹ί 〜構有負像（懸垂）輪廓亦能達成一無空洞填充。 此外’得以避免在前言中提到的後繼缺點，且充填 序與渠溝和凹凸結構之起始輪廓脫離關係導致理^ 中的程序穩定性提高。 、里馬

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後繼空洞、、修理步驟 得以避免。 (草皮填充）及相關問題同樣 填充物 窗輪廓 以一較佳多晶矽〜金屬 的可、结合性以及較佳接觸 設定亦有其好處。 範例實施例1 : 用在記憶體渠溝填充應用 用在隔絕間隙填充應^的 圖1 a概要繪出一半莫鹏 且欲由依據本發明之=基：該基板具備-已經製備 、 匕括具備極光滑表面之未松吨=!t 晶矽的第一填充層沈穑名吁、、巨隹3 ^ <禾播雜非 Ιέ A —雷將π Μ Μ積在朱溝和凹凸結構内❶然後最好 猎由一電水-化予蝕刻步驟在此Si層内形成一 =在此钱刻步驟”，將钕刻速率設定為使 溝冰度内2速率比在表面處的钱刻速率大幅減緩且在卞 400〜1 0 0 0毫微米的深度降到零（ARDE :與縱橫比有關的蝕 刻/RIE遲滯）。在此之後藉由氣相摻雜（最好是用胂 該經V形银刻的S i層重度摻雜。 然後藉由沈積具備一極光滑表面之未摻雜非晶矽的方 式由一第二填充層3 (圖1 d和e )充填此v形輪廓，其導電 能力係由後續積集程序之熱步驟當中As充分地從第一填充 層2向外擴散至第二填充層3内的方式實現。 ' 该二非結晶沈積的石夕填充層2，3之極光滑表面係用來以 一理想地光滑且全然無空洞的方式建構渠溝結構之填充物 内的閉合接頭。 在此範例實施例之一變異型中，第一填充層2包括以一

第10頁 200402848 五、發明說明（5) 未摻雜方式沈積有一炻止。 « is ^ ^ ; Λ 才先、/月表面的非日日矽，其在稍後藉由 摻雜。第二填充層3為-金屬層， 成。 ^ 回熔點且具備一極光滑表面的材料製 該二填充層之極本、、典 然無空洞的方式建^月表面係用來以—理想地光滑且全 也 建構木溝結構之填充物内的閉合接頭。 儲ΪίΪ;;Πί:金”（第二層3)的組合對渠溝存 方面特別有：。 穩定性/完整性和極小漏茂電流等 範例實施例2 0 ;、冓真充之個別步驟能從圖2 a〜k中看到。開始點再-欠 疋二已，製備的渠溝和凹凸結構，如圖2a所示 再_人 輔助#4^，層2内之V形輪廓的製造方式為首先將一填充 2c):隨後取在好/板？的。〇2)沈積在第-填充層2上、(圖 助層去除面上以-平坦化方式再次將該填充輔 (偏餘），直^中勢填等充向^生作用（最好是濕化學）钮刻步驟 声2之;bF M f中真充辅助層之材料的去除速率比第一填充 層材枓的去除速率高5~20倍（圖2e)。 充 間之依前此方在 1巨溝到内基/古表面上之第一填充層2完全去除的時 好到兑深产木^會有一 V形輪廊形成於第一填充層2内正 兹刻時ί僅從基板表面完全去除第一填充層2的 僅〃填充辅助層4之材料的蝕刻速率有關。

第11頁 200402848 五、發明說明（6) 在達到此處理階段之 > 向性（最好是濕化學）蝕刻停止偏敍且運用另一優勢等 溝内之填充輔助層4的材料、錯由此作業使殘留在渠 選擇性完全脫離渠溝（圖2f )_人。以相對於第一填充層2之高 在此範例實施例之一變異型中，夕 取代偏I虫作業，其中第— 夕步驟钱刻作業 別相對於其他層有高選遮、f層2和填充辅助層4係以一分 層進行蝕刻時用一指定蝕广方式交替地蝕除，在對每一 (小）厚度量。此多步::：作；除特定 之第一填充層2完全去除為止 ”直進仃到基板表面上 此程序有著許多優於單 製備兩種蝕刻液而不用屈^偏蝕的優點。因此，得 填充輔助層4之材料當t 十第—填充層2之材料或 地，在偏敍過程中餘刻\^擇^刻作用者。相反 層2和填充輔助層4之—二^概度必須就第一填充 另一優點為在_ 、 J速率比非常精確地設定。 彳炎‘，、、占馬在钱刻步驟中分別去除夕筮—，古士 p疋 充輔助層4的厚度得藉由^ 真充層2和填 校正。相反地，在偏ΛΛ 隨後非常精確地 和溫度來實現。偏银過…這必須藉由银刻液之成分 最後，依據習知枯蓺與綠々曰μ 刻步驟序列得由呈右二Λ 不同蝕刻液的循環餘 效；有兩精度之程式化自動姓刻設備非常有 後、、寅用以去除殘留在渠溝内之填充辅助層4殘餘材粗4 對於第-填充層2有高選擇性的必要㈣步驟就㈣液來目 第12頁 200402848 五、發明說明（7) 說與填充輔助層4之多步驟蝕刻作業期間所用钱刻液相 且月b以一間單方式整合在多步驟虫刻程序的程式化序

内。 工 I 在此之後如同第1範例實施例，由具備一極光滑表面 未摻雜非晶石夕的沈積以一第二填充層3 (圖2丨和k )^ V形輪廓。 λ 就填充層來說’各實施例最好使用與第1範例實施例相 同者。 、 範例實施例3 本範例實施例防止STI (淺渠隔離）填充物内發生空 洞。本範例實施例未參照圖式。 x 工 藉由一蝕刻步驟在第一填充層（最好是Si02)内 望的V形輪廓，該步驟内在隔離渠溝之深度内的去除速/ 比起STI輪廓表面之去除速率大幅降低，是以此廓 面比在其深度擴展至一較大範圍。 在表 此產生一容許用第二填充層（最好是Si02)達成完全盔 空洞填充的適宜凹凸形式。在此之後是STI隔離物平坦化… 及以一習知方式進行的後續處理。 範例實施例4 ―以下不參照®式說明相鄰閘/字元線或金屬化執條間之 隔離間隙的兩階段填充，盆中在镇 . ’、 的是V形触刻步驟。 ”中在弟-填充層沈積之後進行 将Λ在第：填：;層（最好是Si〇2)内製成期望V形輪廓最 好疋由一弟一餘刻步驟進行，其中在相鄰軌條間之隔離^

第13頁 200402848 五、發明說明（8) _ 隙之深度內ΛΛ 4- 表面的去H速率比起在間隙輪廓（間隙隔離物）之 度擴展因r此輪f在細^ 凹凸形式容許用—已第一 ::J ，好,ς且的凹凸形式。此 盔空洞填奋户弟一填充層（取好疋心〇2 )達成一完全 知、方式進:的ΐΐίί機 實現在直之:/異型t ’第一填充層係用未摻雜的Si〇2 程序之係由摻雜的Si〇2構成。藉由運用接觸窗 能讓後繼: = ; =填f隔離物之接雜的相關性，有可 近執停之ί 窗的輪廓以-至少以最為鄰 平面之dm式適切地構形。這降低該接觸窗 接觸基與軌條之間發生短路的頻率。 範例實施例5 以下不芩照圖式說明在第一填充層 刻步驟的兩階段接觸塞填充，藉此避貝後有-V形蝕 充物内發生空洞。 妾觸自之傳導性填 —第一填充層（在此例中最好是多晶矽） 错由一蝕刻步驟製成，其中在接觸窗之之V形輪廓係 比起在接觸窗輪廓之表面的去除速率大;^内的去除速率 觸窗輪廓在表面區域比在其深度擴 二二氏。因此，接 造出-更為適宜的凹凸形式，此凹凸“車:“大範圍。這創 充層（在此例中最好是金屬）達成—完=用—第二填 在本範例實施例之一變異型中，第一王埴、、二/同填充。 的且最好包括一包含一薄障壁層和一金屬、填充層亦為金屬 、充層的層堆。 第14頁 200402848 五、發明說明（9) 就接觸塞係形成為一獨立於後繼金屬化層之層系統的情況 、 來說，接觸填充物之平坦化係在之後進行且後續處理（亦 ’ 即金屬化層之沈積和形成圖案）係以一習知方式在之後進 * 行。 就接觸塞係形成為與他者同一層系統内之金屬化層之 一部分的情況來說，沈積第一填充層之後是V形蝕刻，然 後沈積第二填充層然後以一習知方式使金屬化層形成圖 案。

第15頁 200402848 圖式簡單說明 圖la〜e繪出以渠溝記憶體單元為例之兩階段渠溝填 充，其中在第一填充層沈積之後有一 V形蝕刻步驟；且 圖2a〜k繪出以渠溝記憶體單元為例之兩階段渠溝填 充，其中在第一填充層沈積之後沈積填充輔助層。 元件符號說明 1 具有渠溝或凹凸結構的半導體基板 2 第一填充層 3 第二填充層 4 填充輔助層

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Claims (1)

1. 200402848 六、申請專利範圍 結丄的；於一半導體基板内之渠溝和凹凸 ^ . f 其特娬在於，該等渠溝和凹凸結構在一第一 ,Ί二被一甘具有高保形度和極小粗糙度的第-主填充 =4:二:：後進行一深達該渠溝結構4 且右一 /乍業，以形成一 v形輪廓，且其中沈積一 ;等：、ί Γ度和極小粗糙度的-第二主填充層（3 )直到 °亥4木溝和凹凸結構被完全封閉。 直 第-2填；Π 第:項之方法， 充輔助iV) 該第-填充層上沈積-填 v ^; |現後在基板表面上以一平to几士』i k 助層去除’其中進行一性式再: ：(2^ 殘留在該渠溝和凹凸結構内之二’藉此使 二相對：該第-填充層（2)之高真選充擇 除，且”中在此之後沈積該第二填充層⑴。兀王 3. 如申請專利範圍第2項之方法，盆牯饩十 輔助層（4 )包含摻雜Si〇2。 ，、特被在於該填充 4. 如申請專利範圍第1至3項中饪一馆夕士丄 在於該第-填充層沈積為一相當：;】之方法’其特徵 度之約10%至30%的厚度。 ；/木/ U凹凸結構之寬 5 ·如申請專利範圍第1或2項之方♦，甘a 士 二填充層（3 )沈積為一相當於該凹、凸=在於:亥弟 之約50 %至1〇〇 %的厚度。 凸〜構之見度

   200402848 六、申請專利範圍 6.如申請專利範圍第項之方法， 形蝕刻係由電漿化學蝕刻作業達成。 /、寺斂在' 丄其特徵在於㈣刻 ;率明顯低於在半導體基板("之表面進二之二度 在於8該圍) 9·如申請專；範圍二也沈積的多晶石夕。 填充層⑴係在該ν形钱刻之方法’其=在於該第一 i〇.如申請專利範圍第！至4項猎中由任乳一相箱擴散方式摻雜。 徵在於該第—填充層（2)包含㈣項之方法，其特 項之方法，其特 其特徵在於該金 屬層2係由如—申雙m範圍第11項之方法…_ 13.如申請專利範圍第!觸2障或^和一金屬填充層。 该第二填充層（3 曰5項之方法，其特徵在於 矽。 括非0曰形地沈積的重度摻雜多晶 晶二sV/。專利㈣13項之方法，其特徵在W 15·如申請專利範圍第1、？弋 該第二填充層（ 或項之方法，其特徵在於 1…請專利範二或5項之方法，其特徵在於 第18頁 200402848

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