專(zhuān)利名稱(chēng)：具有介電層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及該介電層的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作，且特別涉及一種具有經(jīng)改善絕緣特性的介電層的制造方法，以及具有經(jīng)改善絕緣特性的介電層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制作中形成介電絕緣材料、半導(dǎo)體材料與導(dǎo)電材料等多個(gè)膜層，以制作出多層(multilevel)半導(dǎo)體裝置。
朝向更小組件尺寸與更高密度的半導(dǎo)體裝置的持續(xù)演進(jìn)的眾多限制因素之一為形成于半導(dǎo)體組件內(nèi)用于隔離金屬內(nèi)連物與其內(nèi)的被動(dòng)或主動(dòng)構(gòu)件的介電絕緣材料的絕緣特性不足，這是因?yàn)榻殡娊^緣材料的厚度或間隔受到減少。舉例來(lái)說(shuō)，氧化硅為廣為應(yīng)用的介電絕緣材料之一，其可作為如多層內(nèi)部連結(jié)物、淺溝槽隔離物、閘間隔物、以及源極/汲極接觸隔離物等眾多應(yīng)用之一的絕緣層。氧化硅膜層可利用熱化學(xué)氣相沉積或電漿加強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積制程所沉積。然而，在半導(dǎo)體裝置的前段制程(front-end process)完成,后續(xù)形成的氧化娃膜層將會(huì)在相對(duì)低溫度(例如不大于600°C的溫度)下形成，以避免在前段制程中所形成的組件(如CMOS組件)受到毀損。然而此相對(duì)低溫度可能在其厚度更為減少時(shí)使所形成的氧化硅的絕緣特性劣化，例如體電阻率(bulk resistivity)、漏電流(leakage current)、電崩潰電壓(electricalbreakdown voltage)以及機(jī)械或化學(xué)穩(wěn)定度(mechanical and chemical stability)等。因此，需要一種具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的制造方法，以使得絕緣層的厚度可隨著如金屬內(nèi)連導(dǎo)線(xiàn)寬度或介于鄰近主動(dòng)/被動(dòng)組件或金屬內(nèi)連導(dǎo)線(xiàn)之間的間距等其它特性的降低而更為降低。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)一實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種具有經(jīng)改善絕緣特性的介電層的制造方法，包括提供一介電層，該介電層具有第一電阻率；對(duì)該介電層施行氫電衆(zhòng)摻雜制程；以及回火該介電層，其中該介電層在該回火之后具有高于該第一電阻率的第二電阻率。依據(jù)又一實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種具有經(jīng)改善絕緣特性的介電層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，包括提供具有介電層形成于其上的半導(dǎo)體基板，該介電層具有第一電阻率；對(duì)該介電層施行氫電漿摻雜制程；以及回火該介電層，其中該介電層在該回火之后具有高于該第一電阻率的第二電阻率。為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉經(jīng)改善的實(shí)施例，并配合所附的圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下


圖I為流程圖，顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法；以及圖2A、2B與2C為一系列剖面圖，分別顯示了依據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
主要組件符號(hào)說(shuō)明S1、S2、S3、S4 步驟;100 半導(dǎo)體基板；102 介電層；104 溝槽；200 半導(dǎo)體基板；202 源極/汲極區(qū)；204 閘介電層；206 閘電極；208 絕緣間隔物；210 介電層；212 導(dǎo)電接觸物；300、304、306 介電層；302 導(dǎo)電組件；310 內(nèi)連組件。
具體實(shí)施例方式圖I為流程圖，顯示了依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。請(qǐng)參照?qǐng)D1，此方法起始于步驟SI，首先提供具有介電層形成于其上的半導(dǎo)體基板或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。此半導(dǎo)體基板例如為硅基板。而此介電層可用作絕緣層，并可包括如氧化硅、未摻雜硅玻璃(USG)、硼硅玻璃(BSG)、磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)等介電絕緣材料例。此介電層的制作方法例如為旋轉(zhuǎn)涂布、化學(xué)氣相沉積、電漿加強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法或相似方法。介電層的表面為露出的，而此介電層的例如電阻率(resistivity，P )與崩潰電荷(breakdown charge, QBD)則與其形成方法有關(guān)。接著，在步驟S2中，在介電層的露出表面上施行氫電漿摻雜制程(hydrogenplasma doping process, hydrogen PLAD),以改善如電阻率及崩潰電荷等絕緣特性。此氫電衆(zhòng)摻雜制程利用電衆(zhòng)摻雜離子布植機(jī)(PLAD ion implanter)所施行,而非采用已知的離子束離子布植機(jī)(beam-line ion implanter)所施行。在此,所應(yīng)用的電衆(zhòng)摻雜離子布植機(jī)可為如VllSta PLAD (由Varian公司產(chǎn)制)及P3i (由Applied material公司產(chǎn)制)的商用化機(jī)型。在此氫電衆(zhòng)摻雜制程中，采用純氫氣(purehydrogen)作為氣體源,在一固定劑量及變動(dòng)布植能量下采用氫原子以摻雜此介電層。此介電層可具有如約2-500奈米的厚度，而氫電漿摻雜制程可在約為20-50000eV的布植能量以及在約為Iel6_lel7/平方公分的布植劑量下施行。在一實(shí)施例中，在氫電衆(zhòng)摻雜制程中的布植能量可在如2000_5000eV間的特定區(qū)間內(nèi)線(xiàn)性地上升。然而，在氫電漿摻雜制程中所使用的布植劑量、布植時(shí)間與布植能量則依照介電層的厚度而定。舉例來(lái)說(shuō)，在一實(shí)施例中，當(dāng)介電層的厚度約為50奈米時(shí)，布植劑量則約為4el6-8el6/每平方公分，而布植時(shí)間約為53_98秒，而布植能量約為2000-5000eV。而在另一實(shí)施例中，當(dāng)介電層的厚度約為30奈米時(shí)，布植劑量約為2el6-4el6/每平方公分，而布植時(shí)間約為30-53秒，而布植能量約為1000_3000eV。而在另一實(shí)施例中，當(dāng)介電層的 厚度約為100奈米時(shí)，布植劑量約為4el6-lel7/每平方公分，而布植時(shí)間約為60-100秒，而布植能量約為2000-10000eV。接著，在步驟S3中，在上述氫電漿摻雜制程完成后施行回火程序，以均勻地驅(qū)動(dòng)在介電層內(nèi)的氫原子。在一實(shí)施例中，此回火制程介于約300-600°C的溫度及在純氮?dú)鈼l件下施行約30-60分鐘。回火溫度與回火制程的時(shí)間則依照上述氫電漿摻雜制程的布值劑量、布值時(shí)間以及布值能量而定。在回火制程后，形成在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上且經(jīng)過(guò)氫電漿布值程序處理的介電層的如電阻率及崩潰電荷等絕緣特性相較其在施行氫電漿摻雜制程的前的絕緣特性在數(shù)量上得到了提升。舉例來(lái)說(shuō)，經(jīng)氫電漿摻雜制程與回火制程處理后的介電層的電阻率可較在未經(jīng)氫電漿摻雜制程與回火制程處理的介電層的電阻率增加了至少2. 2倍，而經(jīng)氫電漿摻雜制程與回火制程處理后的介電層的崩潰電荷可較未經(jīng)氫電漿摻雜制程與回火制程處理的介電層的崩潰電荷增加了至少50倍。如此，介電層的絕緣特性經(jīng)由氫電漿摻雜制程與回火制程的處理而得到了改善。接著，在步驟S4中，可接著施行其它后續(xù)程序，以圖案化介電層或在介電層之內(nèi)或之上形成其它的組件或構(gòu)件，進(jìn)而形成適用于特定功能的具有經(jīng)改善的絕緣特性介電層的一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。圖2A、2B與2C為一系列剖面圖，分別顯示了依據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。如圖2A、2B與2C所示的多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可通過(guò)如圖I所示方法而制程，而這些不同的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中可包括利用如圖I內(nèi)步驟S2-S3所述方法所形成的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層。如圖2A所示，顯示了包括具有溝槽104形成于其內(nèi)以及介電層102形成于其上的半導(dǎo)體基板100的示范半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。介電層102系形成于半導(dǎo)體基板100之上并填入溝槽104內(nèi)，以作為如淺溝槽隔離物的隔離組件。由于介電層102依照如圖I內(nèi)步驟S2-S3所示而形成，因而具有經(jīng)改善的絕緣特性，其可提供足夠的絕緣性質(zhì)而不會(huì)受到較小組件尺寸與較高密度的持續(xù)演進(jìn)中的絕緣層102的厚度或隔離空間的減少的影響。此外，如圖2B所示，顯示了包括具有源極/汲極區(qū)202形成于其內(nèi)以及閘介電層204、閘電極206、數(shù)個(gè)絕緣間隔物208與具有導(dǎo)電接觸物212形成于其內(nèi)的介電層210形成于其上的半導(dǎo)體基板200的另示范性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在此實(shí)施例中，作為閘間隔物(gatespacers)用的絕緣間隔物208及/或作為源極/汲極接觸隔離物用的介電層210依照如圖I中步驟S2-S3所示形成，因而具有經(jīng)改善的絕緣特性，其可提供足夠的絕緣性質(zhì)而不會(huì)受到較小組件尺寸與較高密度的持續(xù)演進(jìn)中的絕緣間隔物208及/或介電層210的厚度或隔離空間的減少的影響。再者，請(qǐng)參照?qǐng)D2C，顯示了包括了形成于半導(dǎo)體基板(圖中未示出)之上的堆棧介電層300、304與306、形成于介電層300內(nèi)的導(dǎo)電組件302以及形成于介電層304與306內(nèi)的內(nèi)連組件310的另一示范性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，至少介電層300、304與306其中之一依照如圖I中步驟S2-S3所示形成，因而具有經(jīng)改善的絕緣特性，其可提供足夠的絕緣性質(zhì)而不會(huì)受到較小組件尺寸與較高密度的持續(xù)演進(jìn)中的介電層300、304與306其中之一的厚度或隔離空間的減少的影響。表一形成在硅基板上的氧化硅層的絕緣特性的量測(cè)結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的制造方法，包括 提供介電層，所述介電層具有第一電阻率； 對(duì)所述介電層施行氫電漿摻雜制程；以及 回火所述介電層，其中所述介電層在所述回火之后具有高于所述第一電阻率的第二電阻率。
2.如權(quán)利要求I所述的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的制造方法，其中所述氫電漿摻雜制程是在線(xiàn)性變化的布值能量下施行的。
3.如權(quán)利要求I所述的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的制造方法，其中所述介電層包括氧化硅、未摻雜硅玻璃、硼硅玻璃、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃。
4.如權(quán)利要求I所述的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的制造方法，其中所述介電層在所述氫電漿摻雜制程之前具有第一崩潰電荷，且在所述回火之后具有高于所述第一崩潰電荷的第二崩潰電荷。
5.如權(quán)利要求I所述的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的制造方法，其中所述氫電漿摻雜制程是由電漿摻雜離子布值機(jī)所施行的。
6.如權(quán)利要求I所述的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的制造方法，其中所述介電層具有約2-500奈米的厚度，而所述氫電漿摻雜制程介于20-50000eV的布值能量以及約介于Iel6-lel7/立方公分的布值劑量下施行。
7.如權(quán)利要求I所述的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的制造方法，其中所述介電層包括氧化硅，而所述第二電阻率約大于所述第一電阻率的2. 2倍。
8.如權(quán)利要求4所述的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的制造方法，其中所述介電層包括氧化硅，而所述第二崩潰電荷約大于所述第一崩潰電荷的50倍。
9.一種具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，包括 提供具有介電層形成于其上的半導(dǎo)體基板，所述介電層具有第一電阻率； 對(duì)所述介電層施行氫電漿摻雜制程；以及 回火所述介電層，其中所述介電層在所述回火之后具有高于所述第一電阻率的第二電阻率。
10.如權(quán)利要求9所述的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其中所述介電層用作層間介電層、金屬層間介電層或位于所述半導(dǎo)體基板上的絕緣構(gòu)件。
11.如權(quán)利要求9所述的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其中所述介電層包括氧化硅，而所述第二電阻率約大于所述第一電阻率的2. 2倍。
12.如權(quán)利要求9所述的具有經(jīng)改善的絕緣特性的介電層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其中所述介電層包括氧化硅，而所述第二崩潰電荷約大于所述第一崩潰電荷的50倍。
全文摘要
一種具有經(jīng)改善絕緣特性的介電層的制造方法，包括提供介電層，該介電層具有第一電阻率；對(duì)該介電層施行氫電漿摻雜制程；以及回火該介電層，其中該介電層在該回火之后具有高于該第一電阻率的第二電阻率。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102623326SQ20111010870
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者秦樹(shù) 申請(qǐng)人:南亞科技股份有限公司