專利名稱：用于不同深度的溝槽隔離的控制井泄漏的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般而言涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，特別涉及一種在半導(dǎo)體器件中控制井泄漏(well leakge)的方法，其中該半導(dǎo)體器件具有不同深度的溝槽隔離。
為了確保組件、或者組件群得到適當(dāng)隔離，現(xiàn)今半導(dǎo)體工藝包括在基底的不同區(qū)域中形成淺溝槽隔離(shallow trench isolations，STI)。這些淺溝槽隔離一般通過(guò)在半導(dǎo)體基底中蝕刻溝槽、且隨后以絕緣材料(亦即絕緣體，如二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅，或其它類似材料)填充該溝槽而形成。
在形成溝槽隔離之后，通常執(zhí)行離子注入工藝，以通過(guò)該溝槽隔離而將摻雜的離子注入至在溝槽隔離底之下的基底。此注入工藝的目的，有時(shí)稱作“溝道阻擋”注入，在于幫助確保半導(dǎo)體器件得到適當(dāng)隔離。簡(jiǎn)言之，此注入有助于避免所不希望的電子遷移超過(guò)特定界限。所使用的摻雜原子的類型以及離子注入工藝中所使用的不同能量等級(jí)，則依所構(gòu)造的組件而有所不同。例如，對(duì)N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)組件而言，溝道阻擋注入可包括P型摻雜材料，如硼。對(duì)P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)組件而言，溝道阻擋注入可包括N型摻雜材料，如砷或磷。
希望以這種方式完成注入工藝溝道阻擋注入的峰值濃度位于溝槽隔離的底部或稍低于溝槽隔離的底部。當(dāng)然，后續(xù)的熱處理工藝可導(dǎo)致?lián)诫s原子在某種程度上遷移。形成溝道阻擋注入所使用的注入工藝的參數(shù)根據(jù)所設(shè)想的溝槽深度和/或絕緣材料(通過(guò)該絕緣材料來(lái)執(zhí)行溝道阻擋注入)的厚度而定。然而，不同的制造參數(shù)可能從負(fù)面上影響可接受的(或者至少是較為有效的)溝道阻擋注入的形成。
例如由于操作者的誤差、用以形成溝槽的蝕刻工具的差異等等原因，所形成的溝槽深度可能會(huì)大于或小于在所預(yù)期的數(shù)值，其中該蝕刻工具用以形成溝槽等。此外，由于在拋光或形成該絕緣材料中的誤差等，形成于溝槽中的絕緣材料(通過(guò)該絕緣材料來(lái)執(zhí)行該溝道阻擋注入工藝)的厚度可能比預(yù)期的較厚或者較薄。
上述各種差異(若未考慮到)會(huì)導(dǎo)致較無(wú)效的溝道阻擋注入的形成，并從而導(dǎo)致較無(wú)效的半導(dǎo)體器件的隔離的形成。例如，若所形成的溝槽的深度大于所預(yù)期的，和/或在溝槽中絕緣材料的厚度大于所預(yù)期的，根據(jù)溝槽深度與絕緣材料的厚度所使用的設(shè)計(jì)參數(shù)而執(zhí)行的溝道阻擋注入工藝將導(dǎo)致注入無(wú)法穿透至基底，達(dá)到原本所希望的深度。相反地，若所形成的溝槽太淺和/或所形成的絕緣材料的厚度少于所預(yù)期的，最終在基底中所形成的溝道阻擋注入就會(huì)比原本所希望的更深。況且，在現(xiàn)今的半導(dǎo)體制造中(其中隨著集成電路裝置封裝得更密集，溝槽隔離的寬度在減少)，溝道阻擋注入的適當(dāng)形成變得甚至更為重要。
本發(fā)明目的在于一種構(gòu)成半導(dǎo)體器件的方法，其將上述的若干問(wèn)題或全部問(wèn)題減至最少。
本發(fā)明可通過(guò)以下的說(shuō)明并結(jié)合附圖而了解，其中相同的參考數(shù)字表示相同的組件，并且其中

圖1為一個(gè)示例性的原有技術(shù)的半導(dǎo)體器件的剖面圖，該半導(dǎo)體器件形成于半導(dǎo)體基底之上；圖2為溝槽隔離結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例性實(shí)施例的放大剖視圖；圖3為一個(gè)流程圖，其說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例；以及圖4說(shuō)明可與本發(fā)明一起使用的一個(gè)系統(tǒng)的示例性實(shí)施例。
雖然本發(fā)明易于有不同的變型與替代的型式，但仍通過(guò)附圖來(lái)顯示若干示例性的實(shí)施例并對(duì)其詳加說(shuō)明。然而，應(yīng)了解本文中對(duì)特定實(shí)施例的說(shuō)明并非意在將本發(fā)明限制為所描述的特定型式，相反地，本發(fā)明應(yīng)涵蓋由所附權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明的精神與范疇內(nèi)的所有變型、等效與替代方案。
發(fā)明實(shí)施方案本發(fā)明的實(shí)施例說(shuō)明如下。為了清楚起見，并非實(shí)際實(shí)施方案的所有特征均描述于本說(shuō)明書中。當(dāng)然應(yīng)了解在開發(fā)任何這樣的實(shí)際實(shí)施方案時(shí)，必須作出數(shù)目眾多的依實(shí)施方案而定的決定，以達(dá)到開發(fā)人員的特定目標(biāo)，如符合系統(tǒng)相關(guān)以及業(yè)務(wù)相關(guān)的限制，這種限制將依不同的實(shí)施方案而異。還應(yīng)了解，這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜并且耗時(shí)的，但是對(duì)從本文中獲益的本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，這種開發(fā)只是例行工作。
現(xiàn)在將參考圖1～4而說(shuō)明本發(fā)明。雖然說(shuō)明于附圖中的半導(dǎo)體器件的不同區(qū)域與結(jié)構(gòu)具有非常精確、清楚的圖案與外形，但實(shí)際上本領(lǐng)域技術(shù)人員知道這些區(qū)域與結(jié)構(gòu)并非如附圖所示的一樣精確。此外，繪于附圖中的不同圖案的相對(duì)尺寸相較于已制造的裝置上的圖案大小的尺寸可能是夸大或不足的。然而，所附各圖是用以說(shuō)明并解釋本發(fā)明的示例性實(shí)施例的。
一般而言，本發(fā)明為一種控制井泄漏的方法，其用于不同深度的溝槽隔離。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，完整地讀完本發(fā)明就會(huì)知道，本發(fā)明的方法顯而易見地可適用于不同的技術(shù)(如NMOS、PMOS、CMOS等)，并且本發(fā)明易于適用至不同的裝置，包括(但非限制至)邏輯裝置、存儲(chǔ)器裝置等。
如圖1中所顯示，示例性半導(dǎo)體器件12形成在半導(dǎo)體基底10的表面11之上。裝置12形成在基底10的有效區(qū)域(active area)13中，該有效區(qū)域13由該溝槽隔離21所界定。示于圖1的示例性半導(dǎo)體器件12為NMOS晶體管，其包括柵極絕緣層16、柵極14、側(cè)壁間隔物20及源極/漏極區(qū)18。示于圖1的示例性晶體管的不同單元可以用不同技術(shù)形成，并且其可包括各種不同的材料。因此，用于形成示例性半導(dǎo)體器件12的特定技術(shù)、裝置12的結(jié)構(gòu)或材料，不應(yīng)被視為對(duì)本發(fā)明的限制。
在開始時(shí)，溝槽隔離21形成在基底10中。圖2為示例性的溝槽隔離21的放大剖面圖。特別是，通過(guò)蝕刻工藝(如非各向等性的蝕刻工藝)在基底10中形成溝槽22。溝槽22具有底部28以界定溝槽22的深度。溝槽22的寬度、深度與外形可依在構(gòu)造中的裝置而定。因此，除了在所附權(quán)利要求書中特別提出之外，本文中所說(shuō)明的溝槽22的特定結(jié)構(gòu)、寬度與深度不應(yīng)被視為本發(fā)明的限制。
接著，在溝槽22之中形成絕緣材料24。這可通過(guò)不同的技術(shù)完成，例如橫越在半導(dǎo)體基底10的整個(gè)表面11與溝槽22中的沉積材料層或成長(zhǎng)材料層。溝槽絕緣材料24可包括各種適合執(zhí)行隔離半導(dǎo)體器件的功能的材料，例如氧化物、氧化氮(oxynitride)、氮化物、二氧化硅、氧氮化硅、氮化硅等。接著，可執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光操作以使溝槽絕緣材料24的表面23平坦，從而使得其大體與基底10的表面11共平面?；蛘?，可執(zhí)行平坦化操作以使得絕緣材料24的表面23大體上與另一工藝層(未顯示)的表面共平面，所述另一工藝層在此之前形成于半導(dǎo)體基底10的表面之上。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，絕緣材料24具有頂部表面23，其大致上與基底10的表面11共平面。當(dāng)然，如同本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道，當(dāng)溝槽隔離21的形成完成之后，絕緣材料24的頂部表面23可延伸至基底10的表面11之上。
在溝槽22中形成絕緣材料24之后，如箭頭30所示，用離子注入工藝來(lái)形成圖2中示意性地表示出的溝道阻擋注入26。掩模層31，例如光致抗蝕劑，形成于基底10上并且經(jīng)過(guò)圖案化處理，使溝槽隔離21曝露而受到離子注入處理30。用于形成溝道阻擋注入26的摻雜原子將依構(gòu)造中的裝置的類型(硼、磷、砷等)而異。
如同先前所說(shuō)明的，注入的深度，特別是溝道阻擋注入的峰值濃度的寬度，將依溝槽22的深度與絕緣材料24的厚度而異，通過(guò)該絕緣材料來(lái)執(zhí)行離子注入工藝以形成溝道阻擋注入。然而，為了確保溝道阻擋注入26更精確地定位，要確定在溝槽深度中的變化和/或絕緣材料24的厚度，并利用該信息來(lái)改變用于形成溝道阻擋注入26的離子注入工藝的能量等級(jí)。事實(shí)上，關(guān)于溝槽22的深度和/或絕緣材料24的厚度的信息可向前饋入，并且用來(lái)改變用于形成溝道阻擋注入26的離子注入工藝的能量等級(jí)。這一工作可以在逐組(lot-to-lot)的基礎(chǔ)上完成或是在逐晶片的基礎(chǔ)上完成。
例如，如果確定出溝槽22更深于所預(yù)期的、或者絕緣材料24更厚于所預(yù)期的，那么相應(yīng)于原本所預(yù)期的溝槽22的深度和/或原本所預(yù)期的絕緣材料24的厚度，可增加用于離子注入工藝的能量等級(jí)。相反地，若確定出溝槽22的深度更淺于所預(yù)期的、或者絕緣材料24更薄于所預(yù)期的，則可降低離子注入工藝的能量等級(jí)。
圖3以流程圖形式來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的一示例性實(shí)施例。如該圖中所示，本發(fā)明的方法包括在半導(dǎo)體基底中形成溝槽22——如方框32所示，以及在溝槽22中形成絕緣材料24——如方框34所示。本方法進(jìn)一步包括在溝槽22的深度與絕緣材料24的厚度中，至少確定其中之一，如同方框36所示，并且確定用于離子注入工藝的注入能量，其中根據(jù)所確定的溝槽22的深度或者絕緣材料24的厚度的至少其中之一而通過(guò)該絕緣材料來(lái)執(zhí)行該離子注入工藝。
如同先前所提出的，如方框32所示的形成溝槽22的步驟可通過(guò)不同的工藝來(lái)完成，例如各向異性蝕刻工藝。再者，最終的溝槽22可為任意的形狀，并且可具有非常低或非常高的縱橫比。如方框34所示，形成溝槽絕緣材料24亦可通過(guò)不同的技術(shù)完成，例如沉積、熱成長(zhǎng)等。另外，溝槽絕緣材料24可包括各種材料，例如氧化物、氧化氮等。
如同方框36所示，關(guān)于確定溝槽22的深度，這一工作可通過(guò)使用計(jì)量工具，例如阿爾法步驟系統(tǒng)工具(alpha step system tool)，通過(guò)測(cè)量溝槽的深度而完成。關(guān)于在圖2中所說(shuō)明的溝槽22的示例實(shí)施例，溝槽22的深度視為介于基底10的表面11與溝槽22的底部表面28之間的大致距離。如同方框36所示，使用計(jì)量工具，如橢圓儀、熱波(Thermawave)工具，亦可確定絕緣材料24的厚度。所關(guān)心的絕緣材料24的厚度就是絕緣材料量，通過(guò)該絕緣材料來(lái)執(zhí)行溝道阻擋離子注入工藝以形成溝道阻擋注入26。在圖2中所說(shuō)明的示例實(shí)施例，所關(guān)心的厚度尺寸為從絕緣材料24的表面23至溝槽22的底部表面28的尺寸?？稍诖硇缘幕?例如，可作足夠的測(cè)量以滿足使用者用作為測(cè)量的準(zhǔn)確性)測(cè)量溝槽22的深度和/或絕緣材料24的厚度?？墒褂迷摐y(cè)量而在逐組基礎(chǔ)上或逐晶片的基礎(chǔ)上用于后續(xù)的晶片處理。
如同方框38所示，可以各種的技術(shù)完成確定用于溝道阻擋離子注入工藝的注入能量。例如，可發(fā)展關(guān)聯(lián)溝槽22的確定的深度和/或絕緣材料24的確定的厚度至對(duì)應(yīng)至用于溝道阻擋注入工藝的能量等級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)。或者，可根據(jù)溝槽22的確定的深度和/或絕緣材料24的厚度以計(jì)算能量等級(jí)。還可使用其它方法。接著，該方法經(jīng)由在已確定的能量等級(jí)的絕緣材料24以持續(xù)執(zhí)行離子注入工藝。
于本發(fā)明的一實(shí)施例中，根據(jù)溝槽22的深度和/或絕緣材料24的厚度以改變或調(diào)整溝道阻擋注入工藝的能量等級(jí)。在圖4中說(shuō)明可根據(jù)本發(fā)明所使用的示例說(shuō)明的系統(tǒng)。如其中所顯示，用于處理晶圓52的系統(tǒng)50包括計(jì)量工具44、自動(dòng)化過(guò)程控制器48、與離子注入工具46。計(jì)量工具44可以是能夠執(zhí)行較佳的測(cè)量的任何型式的裝置。
在一實(shí)施例中，自動(dòng)化過(guò)程控制器48與計(jì)量工具44共接口以及與離子注入工具46共接口。根據(jù)如計(jì)量工具44所確定的溝槽22的深度和/或絕緣材料24的厚度，可使用控制器48以確定或控制離子注入工藝的能量等級(jí)，其中在離子注入工具46中執(zhí)行該離子注入工藝。亦即，溝槽22的深度和/或絕緣材料24的厚度向前饋入至控制器48，并且根據(jù)這些參數(shù)的至少其中之一控制執(zhí)行于離子注入工具46中的溝道阻擋注入工藝的能量等級(jí)?？刂破?8可以是單獨(dú)存在的裝置，它可以是系統(tǒng)的部分、或者它可以是離子注入工具46或另外的工藝工具(如化學(xué)機(jī)械拋光工具)的部分。再者，計(jì)量工具44可以是單獨(dú)存在的裝置或系統(tǒng)，或者它可與離子注入工具46、另一工藝工具(例如，化學(xué)機(jī)械拋光工具、蝕刻工具等)結(jié)合，或者包含兩者的系統(tǒng)。
在示例說(shuō)明的實(shí)施例中，自動(dòng)過(guò)程控制器48通過(guò)軟件而以計(jì)算機(jī)編程，從而實(shí)現(xiàn)所說(shuō)明的功能。然而，如同本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所了解，可使用設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)特定功能的硬件控制器(未顯示)。本發(fā)明的部分與相對(duì)應(yīng)的詳細(xì)說(shuō)明以軟件、或算法以及在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中資料位上的操作的符號(hào)代表的方式呈現(xiàn)。這些說(shuō)明與代表即為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員有效地傳輸他們的工作內(nèi)容至其它的本領(lǐng)域一般技術(shù)人員。一種算法，如同本文所使用的名詞，并且如同一般的使用，表達(dá)為導(dǎo)致較佳的結(jié)果的步驟的首尾一致的順序(self-consistent sequence)。該步驟為這些所需的物理量的物理操作。通常，雖然不是必須的，這些量以能夠被儲(chǔ)存、傳遞、結(jié)合、以及其它操作的光學(xué)的、電氣的、或磁性的信號(hào)的型式出現(xiàn)。有時(shí)方便地證明，主要為一般使用的理由，對(duì)照這些信號(hào)為位、值、單元、符號(hào)、文字、術(shù)語(yǔ)、數(shù)字等。
然而，應(yīng)知道所有這些以及類似的術(shù)語(yǔ)與合適的物理量有關(guān)并且僅為適用至這些量的便利符號(hào)。否則除非特別聲明，或者從討論中為顯而易見的，術(shù)語(yǔ)諸如“處理(processing)”或“計(jì)算(computing)”或“計(jì)算(calculating)”或“確定(determining)”或“顯示(displaying)”等，參照至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、或類似的電子計(jì)算裝置的動(dòng)作與處理，其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或類似的電子計(jì)算裝置處理并且轉(zhuǎn)換代表為在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)緩存器與內(nèi)存中的物理量、電子量的資料至類似地代表為在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存或緩存器或其它的如信息儲(chǔ)存、傳遞或顯示裝置中的其它資料。
能夠適用以執(zhí)行自動(dòng)過(guò)程控制器48的功能的一種示例的軟件系統(tǒng)，如同所說(shuō)明的，由ObjectSpace，Inc.所提供的對(duì)象空間觸媒系統(tǒng)(ObiectSpace Catalyst system)。對(duì)象空間觸媒系統(tǒng)使用半導(dǎo)體設(shè)備與國(guó)際材料(Semiconductor Equipment and Materials International，SEMI)計(jì)算機(jī)集成制造(Computer Integrated Manufacturing，CIM)架構(gòu)順從系統(tǒng)科技，并且根據(jù)進(jìn)階處理控制(Advanced Process Control，APC)架構(gòu)。CIM(SEMI E81-0699-用于CIM架構(gòu)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)的臨時(shí)說(shuō)明書)與APC(SEMI E93-0999-用于CIM架構(gòu)進(jìn)階程序處理單元的臨時(shí)說(shuō)明書)說(shuō)明書可從SEMI公開地獲取。
經(jīng)由使用本發(fā)明，雖然在溝槽深度中和/或絕緣材料的厚度有變化，但可完成有效的溝槽隔離。結(jié)果，可于現(xiàn)今的半導(dǎo)體器件中制造并且使用更有效的溝槽隔離。
以上揭示的特定實(shí)施例僅為示例而已，因?yàn)閷?duì)于從本文指導(dǎo)中獲益的本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，顯而易見的是可改動(dòng)本發(fā)明并且以不同但等效的方式實(shí)施。再者，除了在所附權(quán)利要求書中特別加以說(shuō)明之外，對(duì)于本文中所顯示的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)并無(wú)限制。因此，明顯可將以上所述的特定實(shí)施例加以改動(dòng)或改變，并且所有的這些變型均可視為落入本發(fā)明的范疇與精神之內(nèi)。因此，本發(fā)明尋求由權(quán)利要求書所提出的范圍內(nèi)的保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在半導(dǎo)體基底(10)中形成溝槽(22)，該溝槽具有深度；在該溝槽(22)中形成絕緣材料(24)，該絕緣材料(24)具有厚度；在該溝槽(22)的深度與該絕緣材料(24)的厚度中，確定至少其中之一；以及根據(jù)所確定的該溝槽(22)的深度與該絕緣材料(24)的厚度的至少其中之一，確定通過(guò)該絕緣材料(24)而執(zhí)行的離子注入工藝的能量等級(jí)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中在半導(dǎo)體基底(10)中形成溝槽(22)包括在半導(dǎo)體基底中蝕刻溝槽(22)。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中在該溝槽(22)中形成溝槽絕緣材料(24)包括在該溝槽(22)中形成由氧化物、氧氮化物(oxynitride)以及氮化物的至少其中之一構(gòu)成的溝槽絕緣材料(24)。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中確定該溝槽(22)的深度與該絕緣材料(24)的厚度的至少其中之一包括測(cè)量該溝槽(22)的深度與該絕緣材料(24)的厚度的至少其中之一。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中根據(jù)所確定的該溝槽(22)的深度與該絕緣材料(24)的厚度的至少其中之一，確定通過(guò)該絕緣材料(24)而執(zhí)行的離子注入工藝的能量等級(jí)包括根據(jù)所確定的該溝槽(22)的深度與該絕緣材料(24)的厚度的至少其中之一，計(jì)算通過(guò)該絕緣材料(24)而執(zhí)行的離子注入工藝的能量等級(jí)。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中根據(jù)所確定的該溝槽(22)的深度與該絕緣材料(24)的厚度的至少其中之一，確定通過(guò)該絕緣材料(24)而執(zhí)行的離子注入工藝的能量等級(jí)包括使得通過(guò)該絕緣材料(24)以而執(zhí)行的離子注入工藝的能量等級(jí)關(guān)聯(lián)于所確定的該溝槽(22)的深度與該絕緣材料(24)的厚度的至少其中之一。
7.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括將所確定的該溝槽(22)的深度與該絕緣材料(24)的厚度的至少其中之一報(bào)告至控制器，該控制器控制用以通過(guò)該絕緣材料而執(zhí)行離子注入工藝的離子注入工具的注入能量。
8.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括使用所確定的能量等級(jí)執(zhí)行該離子注入工藝。
9.一種系統(tǒng)，包括計(jì)量工具(44)，用于確定以下二者的其中之一溝槽(22)的深度與形成在該溝槽中的絕緣材料(24)的厚度；控制器(48)，用于根據(jù)所確定的深度與厚度的至少其中之一，確定通過(guò)該絕緣材料(24)所執(zhí)行的離子注入工藝的能量等級(jí)；以及離子注入工具(46)，用于在所確定的能量等級(jí)上執(zhí)行該離子注入工藝。
全文摘要
一種方法，其包括在半導(dǎo)體基底(10)中形成溝槽(22)以及在該溝槽(22)中形成絕緣材料(24)。該方法進(jìn)一步包括確定該溝槽(22)的深度與該溝槽絕緣材料(24)的厚度的至少其中之一，并且確定離子注入工藝的能量等級(jí)，根據(jù)確定的該溝槽(22)的深度與該絕緣材料(24)的厚度的至少其中之一而通過(guò)該絕緣材料(24)執(zhí)行該離子注入工藝。
文檔編號(hào)H01L21/762GK1437765SQ01810025
公開日2003年8月20日 申請(qǐng)日期2001年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月25日
發(fā)明者H·J·富爾福德 申請(qǐng)人:先進(jìn)微裝置公司