专利名称：具有介电层的半导体结构及该介电层的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体制作，且特别涉及一种具有经改善绝缘特性的介电层的制造方法，以及具有经改善绝缘特性的介电层的半导体结构的制造方法。
背景技术：
在半导体制作中形成介电绝缘材料、半导体材料与导电材料等多个膜层，以制作出多层(multilevel)半导体装置。
朝向更小组件尺寸与更高密度的半导体装置的持续演进的众多限制因素之一为形成于半导体组件内用于隔离金属内连物与其内的被动或主动构件的介电绝缘材料的绝缘特性不足，这是因为介电绝缘材料的厚度或间隔受到减少。举例来说，氧化硅为广为应用的介电绝缘材料之一，其可作为如多层内部连结物、浅沟槽隔离物、闸间隔物、以及源极/汲极接触隔离物等众多应用之一的绝缘层。氧化硅膜层可利用热化学气相沉积或电浆加强型化学气相沉积制程所沉积。然而，在半导体装置的前段制程(front-end process)完成,后续形成的氧化娃膜层将会在相对低温度(例如不大于600°C的温度)下形成，以避免在前段制程中所形成的组件(如CMOS组件)受到毁损。然而此相对低温度可能在其厚度更为减少时使所形成的氧化硅的绝缘特性劣化，例如体电阻率(bulk resistivity)、漏电流(leakage current)、电崩溃电压(electricalbreakdown voltage)以及机械或化学稳定度(mechanical and chemical stability)等。因此，需要一种具有经改善的绝缘特性的介电层的制造方法，以使得绝缘层的厚度可随着如金属内连导线宽度或介于邻近主动/被动组件或金属内连导线之间的间距等其它特性的降低而更为降低。
发明内容
依据一实施例，本发明提供了一种具有经改善绝缘特性的介电层的制造方法，包括提供一介电层，该介电层具有第一电阻率；对该介电层施行氢电衆掺杂制程；以及回火该介电层，其中该介电层在该回火之后具有高于该第一电阻率的第二电阻率。依据又一实施例，本发明提供了一种具有经改善绝缘特性的介电层的半导体结构的制造方法，包括提供具有介电层形成于其上的半导体基板，该介电层具有第一电阻率；对该介电层施行氢电浆掺杂制程；以及回火该介电层，其中该介电层在该回火之后具有高于该第一电阻率的第二电阻率。为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举经改善的实施例，并配合所附的图式，作详细说明如下
图I为流程图，显示了依据本发明的一实施例的具有经改善的绝缘特性的介电层的半导体结构的制造方法；以及图2A、2B与2C为一系列剖面图，分别显示了依据本发明的多个实施例的具有经改善的绝缘特性的介电层的半导体结构。
主要组件符号说明S1、S2、S3、S4 步骤;100 半导体基板；102 介电层；104 沟槽；200 半导体基板；202 源极/汲极区；204 闸介电层；206 闸电极；208 绝缘间隔物；210 介电层；212 导电接触物；300、304、306 介电层；302 导电组件；310 内连组件。
具体实施例方式图I为流程图，显示了依据本发明的一实施例的具有经改善的绝缘特性的介电层的半导体结构的制造方法。请参照图1，此方法起始于步骤SI，首先提供具有介电层形成于其上的半导体基板或半导体结构。此半导体基板例如为硅基板。而此介电层可用作绝缘层，并可包括如氧化硅、未掺杂硅玻璃(USG)、硼硅玻璃(BSG)、磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)等介电绝缘材料例。此介电层的制作方法例如为旋转涂布、化学气相沉积、电浆加强型化学气相沉积方法或相似方法。介电层的表面为露出的，而此介电层的例如电阻率(resistivity，P )与崩溃电荷(breakdown charge, QBD)则与其形成方法有关。接着，在步骤S2中，在介电层的露出表面上施行氢电浆掺杂制程(hydrogenplasma doping process, hydrogen PLAD),以改善如电阻率及崩溃电荷等绝缘特性。此氢电衆掺杂制程利用电衆掺杂离子布植机(PLAD ion implanter)所施行,而非采用已知的离子束离子布植机(beam-line ion implanter)所施行。在此,所应用的电衆掺杂离子布植机可为如VllSta PLAD (由Varian公司产制)及P3i (由Applied material公司产制)的商用化机型。在此氢电衆掺杂制程中，采用纯氢气(purehydrogen)作为气体源,在一固定剂量及变动布植能量下采用氢原子以掺杂此介电层。此介电层可具有如约2-500奈米的厚度，而氢电浆掺杂制程可在约为20-50000eV的布植能量以及在约为Iel6_lel7/平方公分的布植剂量下施行。在一实施例中，在氢电衆掺杂制程中的布植能量可在如2000_5000eV间的特定区间内线性地上升。然而，在氢电浆掺杂制程中所使用的布植剂量、布植时间与布植能量则依照介电层的厚度而定。举例来说，在一实施例中，当介电层的厚度约为50奈米时，布植剂量则约为4el6-8el6/每平方公分，而布植时间约为53_98秒，而布植能量约为2000-5000eV。而在另一实施例中，当介电层的厚度约为30奈米时，布植剂量约为2el6-4el6/每平方公分，而布植时间约为30-53秒，而布植能量约为1000_3000eV。而在另一实施例中，当介电层的 厚度约为100奈米时，布植剂量约为4el6-lel7/每平方公分，而布植时间约为60-100秒，而布植能量约为2000-10000eV。接着，在步骤S3中，在上述氢电浆掺杂制程完成后施行回火程序，以均匀地驱动在介电层内的氢原子。在一实施例中，此回火制程介于约300-600°C的温度及在纯氮气条件下施行约30-60分钟。回火温度与回火制程的时间则依照上述氢电浆掺杂制程的布值剂量、布值时间以及布值能量而定。在回火制程后，形成在半导体结构上且经过氢电浆布值程序处理的介电层的如电阻率及崩溃电荷等绝缘特性相较其在施行氢电浆掺杂制程的前的绝缘特性在数量上得到了提升。举例来说，经氢电浆掺杂制程与回火制程处理后的介电层的电阻率可较在未经氢电浆掺杂制程与回火制程处理的介电层的电阻率增加了至少2. 2倍，而经氢电浆掺杂制程与回火制程处理后的介电层的崩溃电荷可较未经氢电浆掺杂制程与回火制程处理的介电层的崩溃电荷增加了至少50倍。如此，介电层的绝缘特性经由氢电浆掺杂制程与回火制程的处理而得到了改善。接着，在步骤S4中，可接着施行其它后续程序，以图案化介电层或在介电层之内或之上形成其它的组件或构件，进而形成适用于特定功能的具有经改善的绝缘特性介电层的一半导体结构。图2A、2B与2C为一系列剖面图，分别显示了依据本发明的多个实施例的具有经改善的绝缘特性的介电层的半导体结构。如图2A、2B与2C所示的多个半导体结构可通过如图I所示方法而制程，而这些不同的半导体结构中可包括利用如图I内步骤S2-S3所述方法所形成的具有经改善的绝缘特性的介电层。如图2A所示，显示了包括具有沟槽104形成于其内以及介电层102形成于其上的半导体基板100的示范半导体结构。介电层102系形成于半导体基板100之上并填入沟槽104内，以作为如浅沟槽隔离物的隔离组件。由于介电层102依照如图I内步骤S2-S3所示而形成，因而具有经改善的绝缘特性，其可提供足够的绝缘性质而不会受到较小组件尺寸与较高密度的持续演进中的绝缘层102的厚度或隔离空间的减少的影响。此外，如图2B所示，显示了包括具有源极/汲极区202形成于其内以及闸介电层204、闸电极206、数个绝缘间隔物208与具有导电接触物212形成于其内的介电层210形成于其上的半导体基板200的另示范性半导体结构。在此实施例中，作为闸间隔物(gatespacers)用的绝缘间隔物208及/或作为源极/汲极接触隔离物用的介电层210依照如图I中步骤S2-S3所示形成，因而具有经改善的绝缘特性，其可提供足够的绝缘性质而不会受到较小组件尺寸与较高密度的持续演进中的绝缘间隔物208及/或介电层210的厚度或隔离空间的减少的影响。再者，请参照图2C，显示了包括了形成于半导体基板(图中未示出)之上的堆栈介电层300、304与306、形成于介电层300内的导电组件302以及形成于介电层304与306内的内连组件310的另一示范性半导体结构。在本实施例中，至少介电层300、304与306其中之一依照如图I中步骤S2-S3所示形成，因而具有经改善的绝缘特性，其可提供足够的绝缘性质而不会受到较小组件尺寸与较高密度的持续演进中的介电层300、304与306其中之一的厚度或隔离空间的减少的影响。表一形成在硅基板上的氧化硅层的绝缘特性的量测结果。
权利要求
1.一种具有经改善的绝缘特性的介电层的制造方法，包括 提供介电层，所述介电层具有第一电阻率； 对所述介电层施行氢电浆掺杂制程；以及 回火所述介电层，其中所述介电层在所述回火之后具有高于所述第一电阻率的第二电阻率。
2.如权利要求I所述的具有经改善的绝缘特性的介电层的制造方法，其中所述氢电浆掺杂制程是在线性变化的布值能量下施行的。
3.如权利要求I所述的具有经改善的绝缘特性的介电层的制造方法，其中所述介电层包括氧化硅、未掺杂硅玻璃、硼硅玻璃、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃。
4.如权利要求I所述的具有经改善的绝缘特性的介电层的制造方法，其中所述介电层在所述氢电浆掺杂制程之前具有第一崩溃电荷，且在所述回火之后具有高于所述第一崩溃电荷的第二崩溃电荷。
5.如权利要求I所述的具有经改善的绝缘特性的介电层的制造方法，其中所述氢电浆掺杂制程是由电浆掺杂离子布值机所施行的。
6.如权利要求I所述的具有经改善的绝缘特性的介电层的制造方法，其中所述介电层具有约2-500奈米的厚度，而所述氢电浆掺杂制程介于20-50000eV的布值能量以及约介于Iel6-lel7/立方公分的布值剂量下施行。
7.如权利要求I所述的具有经改善的绝缘特性的介电层的制造方法，其中所述介电层包括氧化硅，而所述第二电阻率约大于所述第一电阻率的2. 2倍。
8.如权利要求4所述的具有经改善的绝缘特性的介电层的制造方法，其中所述介电层包括氧化硅，而所述第二崩溃电荷约大于所述第一崩溃电荷的50倍。
9.一种具有经改善的绝缘特性的介电层的半导体结构的制造方法，包括 提供具有介电层形成于其上的半导体基板，所述介电层具有第一电阻率； 对所述介电层施行氢电浆掺杂制程；以及 回火所述介电层，其中所述介电层在所述回火之后具有高于所述第一电阻率的第二电阻率。
10.如权利要求9所述的具有经改善的绝缘特性的介电层的半导体结构的制造方法，其中所述介电层用作层间介电层、金属层间介电层或位于所述半导体基板上的绝缘构件。
11.如权利要求9所述的具有经改善的绝缘特性的介电层的半导体结构的制造方法，其中所述介电层包括氧化硅，而所述第二电阻率约大于所述第一电阻率的2. 2倍。
12.如权利要求9所述的具有经改善的绝缘特性的介电层的半导体结构的制造方法，其中所述介电层包括氧化硅，而所述第二崩溃电荷约大于所述第一崩溃电荷的50倍。
全文摘要
一种具有经改善绝缘特性的介电层的制造方法，包括提供介电层，该介电层具有第一电阻率；对该介电层施行氢电浆掺杂制程；以及回火该介电层，其中该介电层在该回火之后具有高于该第一电阻率的第二电阻率。
文档编号H01L21/02GK102623326SQ20111010870
公开日2012年8月1日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年1月26日
发明者秦树 申请人:南亚科技股份有限公司