[发明专利]用于先进CMP及凹槽流的间隙填充膜改性

说明书

本文描述的实施方案关于用于形成间隙填充材料的方法。在沉积间隙填充材料之后并在间隙填充材料上执行CMP工艺之前，利用一种或多种离子注入工艺来处理沉积的间隙填充材料。所述一种或多种离子注入工艺包括使用第一离子能量在所述间隙填充材料中注入第一离子物种，并且随后使用低于所述第一离子能量的第二离子能量在所述间隙填充材料中注入第二离子物种。所述一种或更多种离子注入工艺最小化CMP凹陷并改良凹槽的轮廓。

技术领域

本公开内容的实施方案一般涉及用于在基板上形成间隙填充材料的方法。具体而言，本文提供的实施方案涉及用于形成间隙填充材料的工艺流程。

背景技术

在半导体工艺中，制造的装置具有持续减小的特征尺寸。用以在这些先进技术节点制造的装置的特征时常包括高深宽比结构，而且往往需要使用诸如绝缘材料的间隙填充材料来填充高深宽比结构之间的间隙。将绝缘材料用于间隙填充应用的实例包括：浅沟道隔离(shallow trench isolation,STI)、金属间介电层(inter-metal dielectriclayers,ILD)、金属前介电质(pre-metal dielectrics,PMD)、钝化层、图案化应用等。随着装置几何尺寸的缩小和热预算减少，由于现有沉积工艺的限制，高深宽比空间的无孔隙填充变得越来越困难。

间隙填充材料可以通过各种沉积工艺沉积，例如可流动化学气相沉积(FCVD)、旋涂(spin-on)、原子层沉积(ALD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、或低压化学气相沉积(LPCVD)。初沉积(as-deposited)的间隙填充材料通常品质差，特征是高湿式蚀刻速率比(wet etch rate ratio,WERR)和高应力。执行诸如固化及/或退火的后续工艺来改良间隙填充材料的品质。即使如此，间隙填充材料仍然面临若干关键的挑战，例如由化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)工艺引起的凹陷和非平坦的凹槽轮廓。

因此，需要用于形成间隙填充材料的改良工艺。

发明内容

本公开内容的实施方案一般涉及用于在基板上形成间隙填充材料的方法。在一个实施方案中，一种用于处理间隙填充材料的方法包括以下步骤：使用第一离子能量在所述间隙填充材料中注入第一离子物种；使用第二离子能量在所述间隙填充材料中注入第二离子物种，其中所述第一离子能量大于所述第二离子能量；在所述间隙填充材料暴露于所述第二离子物种之后使所述间隙填充材料退火；以及在所述间隙填充材料上进行化学机械抛光工艺，其中所述间隙填充材料的凹陷小于8nm。

在另一个实施方案中，一种用于处理间隙填充材料的方法包括以下步骤：使用第一离子能量在所述间隙填充材料中注入氦离子物种；使用第二离子能量在所述间隙填充材料中注入硅离子物种，其中所述第一离子能量大于所述第二离子能量；在所述间隙填充材料暴露于所述硅离子物种之后使所述间隙填充材料退火；以及在经退火的所述间隙填充材料上进行化学机械抛光工艺。

在另一个实施方案中，一种用于形成间隙填充材料的方法包括：在基板上沉积间隙填充材料和处理所述间隙填充材料。所述处理包括以下步骤：使用第一离子能量在所述间隙填充材料中注入氦离子物种；和使用第二离子能量在所述间隙填充材料中注入硅离子物种，其中所述第一离子能量大于所述第二离子能量。所述方法进一步包括：在所述间隙填充材料暴露于所述硅离子物种之后使所述间隙填充材料退火以形成经退火的间隙填充材料，以及在所述经退火的间隙填充材料上进行化学机械抛光工艺。

附图说明

为详细了解本公开内容的上述特征，可参照实施方案(其中一些图示于附图中)而获得上文简要概述的本公开内容的更特定的描述。然而，应注意的是，附图仅图示示例性实施方案，因此不应被视为限制本公开内容的保护范围，可容许其它同等有效的实施方案。

图1图示依据本文描述的一个实施方案的用于在基板上形成间隙填充材料的方法。

图2A-2B为图示依据本文描述的实施方案的离子注入对湿式蚀刻速率比的影响的曲线图。