TW201812910A - 使用摻雜拋光材料控制內部晶片的均勻性 - Google Patents

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Abstract

各種實施例包括方法以及積體電路結構。在某些情況下，形成一積體電路結構的一方法可包括：形成一遮罩於一氧化層以及一底層鰭片結構組的上方，該鰭片結構組包括多個鰭片，各該鰭片具有一基板基部以及位於該基板基部上方的一矽化層；通過一開口注入該氮化層於該遮罩中；移除該遮罩；於移除該遮罩後，拋光覆蓋該鰭片結構組的該氧化層以暴露該鰭片結構組；以及形成一氮化層於該鰭片結構組的上方。

Description

使用摻雜拋光材料控制內部晶片的均勻性
本發明公開的標的關於積體電路設備。更具體而言，該標的關於形成積體電路設備的製程。
隨著積體電路(IC)技術的不斷進步，這些設備的尺寸也相應減小。特別是，作為設備的規模減小以符合越來越小的封裝，更嚴格的約束應用於它們的尺寸和間距。
更小的積體電路要求用於形成獨立的積體電路晶片的該晶片內部具有更好的均勻性。例如，一些產品的限制可能會要求小於兩奈米(nm)的內部晶片的均勻性。這些約束可能特別難以滿足某些製程方法，例如化學機械拋光(CMP)，於該製程方法中，宏觀負載(macro-loading)會導致該晶片內部的結構密度的變化。
各種實施例包括方法以及積體電路結構。在某些情況下，形成一積體電路的一方法可包括：形成一遮罩於一氧化層以及一底層鰭片結構組的上方，該鰭片結 構組包括多個鰭片，各該鰭片具有一基板基部以及位於該基板基部上方的一矽化層；通過一開口注入該氧化層於該遮罩中；移除該遮罩；於移除該遮罩後拋光覆蓋該鰭片結構組的該氧化層以暴露該鰭片結構組；以及形成一氮化層於該鰭片結構組的上方。
本發明的一第一方面包括形成一積體電路結構的一方法，該方法包括：形成一遮罩於一氧化層以及一底層鰭片結構組的上方，該鰭片結構組包括多個鰭片，各該鰭片具有一基板基部以及位於該基板基部上方的一矽化層；通過一開口將該氧化層注入該遮罩中；移除該遮罩；於移除該遮罩後，拋光覆蓋該鰭片結構組的該氧化層以暴露該鰭片結構組；以及形成一氮化層於該鰭片結構組的上方。
本發明的一第二方面包括形成一積體電路結構的一方法，該方法包括：形成一遮罩於一氧化層以及一底層鰭片結構組的上方，該鰭片結構組包括多個鰭片，各該鰭片具有一基板基部以及位於該基板基部上方的一矽化層；用碳、磷或硼中的至少一種離子通過一開口將該氧化層注入該遮罩中；移除該遮罩；於移除該遮罩後，拋光覆蓋該鰭片結構組的該氧化層以暴露該鰭片結構組；以及形成一氮化層於該鰭片結構組的上方，其中該氮化層的一高度於該鰭片結構組上為基本一致。
本發明的一第三方面包括一積體電路(IC)結構，具有：一基板；一鰭片結構組，其覆蓋於該基板上， 各該鰭片結構組包括一基板基部以及位於該基板基部上方的一矽化層；一氧化物，其位於該鰭片結構組中的相鄰鰭片之間；以及一氮化層，其位於該鰭片結構組的上方，其中，該氮化層的一高度於該鰭片結構組上為基本一致。
1‧‧‧第一區域、區域
2‧‧‧前體結構
3‧‧‧第二區域、區域
4‧‧‧氧化層、氧化物
6‧‧‧鰭片結構組、鰭片結構
8‧‧‧鰭片、底層鰭片結構組
10‧‧‧基板基部
12‧‧‧矽化層、基板、圖案化基板基部
14‧‧‧表面輪廓
16‧‧‧遮罩
17‧‧‧離子
18‧‧‧開口
20‧‧‧大氧化區域、氧化區域
21‧‧‧部分
22‧‧‧氮化層
23‧‧‧上表面
24‧‧‧剩餘部分
26‧‧‧積體電路結構
P1A~P5‧‧‧製程
通過以下針對本發明的各個方面的詳細描述並結合用於描繪本發明的各種實施例的圖式，本發明的這些以及其他特徵將變得更容易理解，其中：第1圖為根據本發明的各種實施例的一方法中的流程示意圖。
第2A圖為根據本發明的各種實施例所示的通過第一鰭片結構組的一前體結構內部的一第一區域的一示意性截面視圖。
第2B圖顯示了第2A圖的該前體結構中一第二區域的一示意性截面視圖，該截面通過一第二鰭片結構組。
第3A圖為根據各種實施例所示的處於一製程中的一結構的一第一區域的一示意性截面圖，該截面通過一第一鰭片結構組。
第3B圖為第3A圖的該結構的一第二區域的一示意性截面視圖，該截面通過一第二鰭片結構組。
第4A圖為根據各種實施例所示的處於一製程中的一結構的一第一區域的一示意性截面圖，該截面通過一第一鰭片結構組。
第4B圖為第4A圖的該結構的一第二區域的一示意性截面圖，該截面通過一第二鰭片結構組。
第5A圖為根據各種實施例所示的處於一製程中的一結構的一第一區域的一示意性截面圖，該截面通過一第一鰭片結構組。
第5B圖為第5A圖的該結構的一第二區域的一示意性截面圖，該截面通過一第二鰭片結構組。
第6A圖為根據各種實施例所示的處於一製程中的一結構的一第一區域的一示意性截面圖，該截面通過一第一鰭片結構組。
第6B圖為第6A圖的該結構的一第二區域的一示意性截面圖，該截面通過一第二鰭片結構組。
第7A圖為根據各種實施例所示的處於一製程中的一結構的一第一區域的一示意性截面圖，該截面通過一第一鰭片結構組。
第7B圖為第7A圖的該結構的一第二區域的一示意性截面圖，該截面通過一第二鰭片結構組。
第8A圖為根據各種實施例所示的一積體電路(IC)結構的一第一區域的一示意性截面圖，該截面通過一第一鰭片結構組。
第8B圖為第8A圖的該結構的一第二區域的一示意性截面圖，該截面通過一第二鰭片結構組。
應注意的是，本發明的圖式不一定按照比例繪製。該圖式僅用於描述本發明的典型方面，因此不應 被視為限制本發明的範圍。在圖式中，圖式之間相似的元件符號代表相似的元件。
如上所述，在此所披露的該標的涉及積體電路(IC)設備。更具體而言，該標的涉及控制積體電路設備中的內部晶片均勻性。
本文所述的該術語"內部晶片均勻性"是指在一給定晶片內的高度及/或密度的一致性。眾所周知，形成IC設備的該製程中，材料層常常在一大的晶圓的上方形成、修飾等等，然後被切割(或切塊)以形成獨立晶片，其中的每一個被稱為一晶片。
與常規方法相比，本發明的各種實施例包括用於在一IC結構或設備的一層中形成具有基本一致的高度的氮化物區域的方法。也就是，根據各種實施例，本文所述的方法可以控制(例如增進)IC結構中的內部晶片的均勻性(例如矽化層中的高度一致性)。
在下面的描述中，所附的圖式構成參考的一部分，其通過可以實行的本案的教示以說明具體實施例的方式予以顯示。這些實施例通過足夠充分詳細的描述以使所屬技術領域中具有通常知識者能夠實踐本案的教示，並應理解為其他的實施例方式也可以利用，且可在不脫離當前教示範圍的情況下進行變更。因此，下面的描述僅僅是說明性的。
正如本文所述，"沉積"可包括任何適用於材 料沉積的現有已知或將來開發的技術，包括但不限於例如：化學氣相沉積(CVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、半大氣化學氣相沉積(SACVD)以及高密度等離子體化學氣相沉積(HDPCVD)、快熱化學氣相沉積(RTCVD)、超高真空化學氣相沉積(UHVCVD)，限制反應製程化學氣相沉積(LRPCVD)，金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)，濺射沉積(sputtering deposition)，離子束沉積(ion beam deposition)，電子束沉積(electron beam deposition)，鐳射輔助沉積(laser assisted deposition)，熱氧化，熱氮化，旋塗(spin-on)方法、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)，化學氧化法(chemical oxidation)，分子束磊晶(molecular beam epitaxy；MBE)，電鍍，蒸發法(evaporation)。
第1圖為說明根據本發明的各種實施例所執行的製程的一流程圖。通過第8A圖及第8B圖的第2A圖及第2B圖為用於說明根據各實施例所執行的製程的積體電路結構(及前體結構)的區域的截面示意圖。應理解的是，在此所列的製程可以按照在一些實施例中所描述的不同順序予以執行。此外，並非所有在此列出的製程都必須根據各實施例予以執行。
轉向通過第8A圖及第8B圖的第2A圖及第2B圖，並繼續參考第1圖，其為根據各實施例所示的執行在前體結構2的一第一區域1(第2A圖)與前體結構2的一第二區域3上所形成一積體電路(IC)結構26(如第8A圖及 第8B圖)的製程的示意圖。用數字"A"標注的第一區域1包括相對於用數字"B"標注的一較低密度區域(第二區域3)的一較高密度區域(具有更多數量的鰭片8)。如第2A圖及第2B圖所示，前體結構2可包括一鰭片結構組6上方的一氧化層4，其中，該底層鰭片結構組6可包括具有一基板基部10以及覆蓋該基板基部10的一矽化層12的多個鰭片8。在各種實施例中，氧化層4可包括二氧化矽(SiO2)。如第2A圖至第7B圖所示為關於兩個不同的區域1,3(穿過鰭片8的截面)的製程。
基板基部10可從一基板12形成(例如蝕刻)，基板12可包括矽、摻雜的矽或矽鍺。在某些情況下，基板12可包括一個或多個基板材料，例如矽、鍺、矽鍺、碳化矽，以及本質上由具有由公式AlX1GaX2InX3AsY1PY2NY3SbY4所定義的一個或多個III-V族化合物半導體所組成的那些材料，其中，X1、X2、X3、Y1、Y2、Y3及Y4代表相對比例，其每一個均大於或等於零，且X1+X2+X3+Y1+Y2+Y3+Y4=1(1為總相對摩爾量)。其他適合的基板包括具有一ZnA1CdA2SeB1TeB2組成的II-VI族化合物半導體，其中，A1、A2、B1、及B2為相對比例，每一者均大於或等於零，且A1+A2+B1+B2=1(1為一總摩爾量)。此外，基板12的一部分或整體可以形變(strained)。在不同的實施例中，例如，在包括一摻雜矽的基板12中、基板12可包括元素半導體材料(elemental semiconductor materials)(例如，矽、鍺、碳、或其合金)，III-V族半導體材料，或II-VI族半導體材料。 根據各種實施例，該(摻雜的)矽基板12沉積為一塊狀矽，最後進行離子化以摻雜該體矽材料(bulk silicon material)。在其他情況下，基板12的一部分被電離(例如，受到電離輻射)以形成一摻雜的矽層。在不同的實施例中，一傳統的遮罩及蝕刻製程用於形成鰭片8，例如從基板基部10，例如包括於基板基部10的上方形成一硬遮罩並使用該遮罩蝕刻該底層矽(例如摻雜矽)以移除該基板基部10位於該多個鰭片8之間的部分。然而，應理解的是，鰭片8可根據本領域中各種已知的方法而形成。在非限制性的示例中，鰭片8可通過圖案化基板基部12上方的鰭片8的部分等方式以磊晶生長基板12上方的鰭片8的至少一部分而形成。
如圖所示，根據不同實施例中的製程可包括：如第2A圖至第2B圖以及第3A圖至第3B圖所說明的製程P1A(根據不同實施例的一可選預處理製程)，包括：拋光氧化層4，其中，氧化層4包括該拋光(第3A圖，第3B圖)之前的表面輪廓(surface contours)14(第2A圖，第2B圖)。在不同的實施例中，表面輪廓14可包括形成氧化層4的一不均勻上表面的凸塊或凸起。在不同的實施例中，拋光氧化層4包括執行本領域中的一傳統的化學機械拋光(平坦化)技術，例如使用一拋光設備以及一化學漿料以移除部分氧化層4。如第2A圖及第2B圖所示，在拋光之前，表面輪廓14可能由於氧化層4形成於底層鰭片8的上方以及那些鰭片8之間的空隙而存在。表面輪廓14 可對應於在一特定區域中的鰭片8的一密度，例如，由於當相比於第二區域3時，第一區域1的鰭片8的密度更高，而使其可能具有一更大濃度的表面輪廓14。
製程P1(在不同的實施例中，第3A圖及第4A圖所示的製程P1A之後)：於氧化層4以及一底層鰭片結構組8的上方形成一遮罩16。在不同的實施例中，遮罩16可包括一傳統光阻及/或遮罩材料，例如一氮化物，如氮化矽。在某些情況下，使用傳統的沉積技術沉積遮罩16於氧化層4的上方，然後，在其他情況下，遮罩16可以磊晶生長或其他方式形成於氧化層4的上方。在某些情況下，遮罩16可使用傳統的光刻技術而形成，包括但不限於深紫外線(DUV)或極端紫外線(EUV)製程，側壁成像轉移製程，或多個圖案化製程。在各種實施例中，如第4A圖及第4B圖的並行比較所示，遮罩16可以選擇性的僅形成於一區域(例如第一區域1)的上方，且未形成於其他一個或多個區域(例如第二區域3)的上方。
製程P2(如第5A圖及第5B圖所示)：通過一開口18將(離子17)氧化層4注入遮罩16中。如第5A圖及第5B圖所示，遮罩16可形成於第一區域1中的鰭片8的上方，留下鰭片結構6於通過一個或多個開口18而暴露的第二區域3中(例如在具有一較低濃度的鰭片8的區域中，其中，鰭片8相鄰於大氧化區域20)。在各種實施例中，通過傳統的離子注入技術在氧化物4以及氧化區域20(例如分離相鄰的多組鰭片結構6)中注入離子17。遮罩 16可以防止注入至氧化層4及鰭片8的底層區域中。在某些情況下，使用碳(C)，磷(P)或硼(P)的至少一種的離子進行離子注入。相比於第一區域1中的非注入氧化物4，使用C,P或B離子的注入可以減少後續第二區域3中氧化物4的移除率(例如拋光率)。
製程P3(如第6A圖及第6B圖所示的後注入)：移除遮罩16，例如通過傳統蝕刻技術，如濕蝕刻或乾蝕刻。在某些情況下，可以使用一化學蝕刻製程將遮罩16從第一區域1移除。例如，剩餘的遮罩16可以通過乾等離子灰化或(選擇性的)濕法清洗(如使用過氧化硫酸)而移除。如圖所示，在先前暴露於遮罩16之間的第二區域3中的氧化層4的一部分21中注入離子。
製程P4(第7A圖，第7B圖)：在移除遮罩16之後，拋光覆蓋該鰭片結構組6的氧化層4以暴露該鰭片結構組6的一上表面23。在各種實施例中，拋光氧化層4包括執行本技術領域中已知的一傳統的化學機械拋光(平坦化)技術，例如使用一拋光設備及一化學漿料以移除部分氧化層4。在某些情況下，是在穿過第一區域1以及第二區域3的一單一製程中執行拋光，因此，無需針對相比於較高密度區域(例如第一區域1)的較低密度區域(例如第二區域3)的附加製程。
製程P5(第8A圖，第8B圖)：形成一氮化層22於該鰭片結構組6上方。在各種實施例中，氮化層22可包括氮化矽(SiN)。根據一些實施例，形成氮化層22 可包括形成(如沉積)一矽(如薄層)於暴露的鰭片結構組6以及氧化層4的一剩餘部分24的上方，以及將矽暴露於氮氣並加熱以將該矽轉化為SiN。根據各種實施例，例如為在低密度區域(第二區域3)的大氧化區域20中注入氧化物4，可以減少這些區域中的該氧化物4的該移除率，並且允許氮化層22在相鄰鰭片8之間的一寬間隙上水準形成。
也就是，拋光製程(P4)是減少氧化層4內游離氧化物殘基的一個重要製程。然而，如本文所述，大的氧化區域的存在之處，例如第二區域3中的氧化物4，來自拋光的宏觀負載會導致傳統氧化結構的拋光速率不同，非理想的快。根據本發明的各種實施例，這些區域(例如第二區域3中的大的氧化區域20)中的氧化物4被離子注入，以相比於在更密集封裝區域(如第一區域1)中的氧化物4，減少其氧化物4的移除(如拋光)率。相比於第一區域1中氧化物4，通過減少第二區域3中的大的氧化區域20的該移除率，可以在該兩個區域1,3之間形成一更均勻的上表面，允許IC結構26中的氮化層22的水準形成。
根據各種實施例，如第8A圖及第8B圖所示的該IC結構26中，氮化層22的一高度(h)於該鰭片結構組6上基本一致，例如氮化層22具有於該鰭片結構6以及氧化物4上的一基本一致的厚度。換句話說，通過一平面(p)來衡量，該基本一致的高度(h)被定義為在該鰭片結構組6與氧化物4上方的氮化層上具有小於約2奈米的一偏差。如本文所述，形成氮化層22以使其具有在IC結構 26中的一高度一致性，可以幫助克服與傳統積體電路中的非均勻密度相關的性能問題。
應瞭解的是，在此所述的方法可以在形成積體電路的任意階段予以執行，例如，前道工序(FEOL)，後道工序(BEOL)及/或中間工序(MOL)製程。如本領域技術人員所悉知，FEOL可包括在設備製造至第一金屬化的過程中，於該半導體晶片上進行的操作，BEOL可包括在設備製造後的第一金屬化的過程中，於該半導體晶片上進行的操作，以及MOL可包括第一金屬化期間，於該半導體晶片上進行的操作。
當一個元件或層被稱為在另一元件或層"上"，或"接合"、"連接"或"耦接"至另一元件或層時，其可能直接位於該另一元件或層上，直接接合、連接或耦接至另一元件或層，或者可能存在中間元件或層。相反的，當一元件被稱為直接位於另一元件或層"上"，或"直接接合"、"直接連接"或"直接耦接"至另一元件或層，可能不存在中間元件或層。用於描述元件之間的關係的其他的詞應該以類似的方式來解釋(例如，"之間"對"直接之間"，"鄰接"對"直接鄰接"等)。如本文所述，該術語"及/或"包括該一個或多個相關聯的列表項的任意以及所有組合。
空間相關術語，如"內"、"外"、"下"、"下方"、"低於"、"上方"、"上"等，可易於描述圖式中一個元件或特徵與另一元件或特徵的關係描述。空間上的相對術語可包括使用或操作中的該設備的不同方向，除了在圖中描 繪的方向。例如，如果圖中的該設備被翻轉，被描述為位於其他元件或特徵"下"或"下面"的元件則將轉為位於該其他元件或特徵的"上方"。因此，該設備或可以旋轉(旋轉90度或其他方向)，且本文所使用的該空間上的相關描述亦作此相應的解釋。
本文所使用的該術語僅用於描述特定的實施例的目的，但並非用於限制本發明。本文所使用的，該單數形式的"一"、"一個"和"該"也可包括複數形式，除非上下文有清楚的表明。還應瞭解的是，在本說明書中使用的該術語"包括"及/或"包含"用於指定聲明的特徵、整數、步驟、操作、元件、及/或組件的存在，但不排除存在或添加一個或多個其他的特徵、整數、步驟、操作、元件、組件、及/或上述各項的組合。還應瞭解的是，該術語"前"和"後"並不意味著限制，並在適當的地方可以進行互換。
此書面說明書所使用的實施例用於揭示本發明，包括最好的模式，可用於使任何所屬技術領域中具有通常知識者可實踐本發明，包括製造和使用任何設備或系統，以及執行任何併入方法。本發明的可專利範圍是由申請專利範圍所定義，並可包括其他發生在這些技術領域的實施例。如果具有與該申請專利範圍的字面語言並非不同的結構元件，或包括與該申請專利範圍的字面語言存在無實質差異的均等性結構元件，這些其他的實施例亦應在申請專利範圍的保護範圍內。
本發明的各種實施例的描述僅用於說明， 其並非詳盡且並不局限於所揭示的這些實施例。在不背離所述實施例的範圍及精神下，各種修改或變更對於所屬技術領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的。本文所使用的術語被用於最好地解釋各實施例的原則，在市場上發現的技術的實際應用或技術改進，或使所屬技術領域中具有通常知識者瞭解本文所揭示的實施例。

Claims (20)

  1. 一種形成一積體電路(IC)結構之方法，該方法包括：形成一遮罩於一氧化層以及一底層鰭片結構組的上方，該鰭片結構組包括多個鰭片，各該鰭片具有一基板基部以及位於該基板基部上方的一矽化層；通過一開口將該氧化層注入該遮罩中；移除該遮罩；於移除該遮罩後，拋光覆蓋該鰭片結構組的該氧化層以暴露該鰭片結構組；以及形成一氮化層於該鰭片結構組的上方。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該氮化層的一高度於該鰭片結構組上為基本一致。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，該基本一致的高度被定義為在該鰭片結構組上方的該氮化層上具有小於約2奈米的一偏差。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，還包括在形成該遮罩之前拋光該氧化層，其中，該氧化層包括於該拋光之前的表面輪廓。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該注入包括使用碳、磷或硼的至少一種進行離子注入。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該氮化層包括氮化矽(SiN)。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，形成該氮化層包括形成一矽於暴露的該鰭片結構組以及該氧化層 的一剩餘部分的上方，以及將該矽暴露於氮氣並加熱以將矽轉化為SiN。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該基板基部包括矽或矽鍺。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該氧化層包括二氧化矽(SiO2)。
  10. 一種形成一積體電路(IC)結構之方法，該方法包括：形成一遮罩於一氧化層以及一底層鰭片結構組的上方，該鰭片結構組包括多個鰭片，各該鰭片具有一基板基部以及位於該基板基部上方的一矽化層；用碳、磷或硼中的至少一種離子通過一開口將該氧化層注入該遮罩中；移除該遮罩；於移除該遮罩後，拋光覆蓋該鰭片結構組的該氧化層以暴露該鰭片結構組；以及形成一氮化層於該鰭片結構組的上方，其中，該氮化層的一高度於該鰭片結構組上為基本一致。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中，該基本一致的高度被定義為在該鰭片結構組上方的該氮化層上具有小於約2奈米的一偏差。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之方法，還包括於形成該遮罩之前拋光該氧化層，其中，該氧化層包括該拋光之前的表面輪廓。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中，該氮化層 包括氮化矽(SiN)。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中，形成該氮化層包括形成一矽於暴露的該鰭片結構組以及該氧化層的一剩餘部分的上方，以及將該矽暴露於氮氣並加熱以將該矽轉化為SiN。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中，該基板基部包括矽或矽鍺。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中，該氧化層包括二氧化矽(SiO2)。
  17. 一種積體電路(IC)結構，包括：一基板；一鰭片結構組，其覆蓋於該基板上，該鰭片結構組包括一基板基部以及位於該基板基部上方的一矽化層；一氧化層，其位於該鰭片結構組中的相鄰鰭片之間；以及一氮化層，其位於該鰭片結構組上方，其中，該氮化層的一高度於該鰭片結構組上為基本一致。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之IC結構，其中，該氧化層包括二氧化矽(SiO 2)並摻雜有碳、磷或硼中的至少一種，其中，該氮化層直接接觸該鰭片結構組。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之IC結構，其中，該基本一致的高度被定義為於該鰭片結構組上方的該氮化層上具有小於約2奈米的一偏差。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之IC結構，其中，該氮化層包括氮化矽(SiN)。
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