DE10328343B4 - Manufacturing method for a semiconductor structure and corresponding semiconductor structure - Google Patents

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Abstract

Herstellungsverfahren für eine Halbleiterstruktur mit den Schritten:
Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (1) mit einer Hartmaske (5) und einem mittels der Hartmaske (5) erzeugten Graben (2);
Abscheiden von einem germaniumhaltigen und ansonsten undotierten Silikatglas (10), das eine Aufschmelztemperatur zwischen 800 und 950 °C besitzt, so dass der Graben (2) aufgefüllt und die den Graben (2) umgebende Hartmaske (5) bedeckt wird, wobei sich ein Lunker (15) oder eine Saumnaht (20) im Graben (2) ausbildet;
Aufschmelzen des Silikatglases (10), so dass der Lunker (15) oder die Saumnaht (20) im Graben (5) beseitigt wird;
Anschließendes Rückpolieren des Silikatglases (10) bis zur Oberseite der den Graben umgebenden Hartmaske (5);
Tempern des rückpolierten Silikatglases (10) im Graben (2) in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre, so dass seine Oberfläche hinsichtlich des Germaniums verarmt wird; und
selektives Entfernen der Hartmaske (5), um einen Überstand (50) des rückpolierten Silikatglases (10) gegenüber dem Halbleitersubstrat (1) zu...Manufacturing method for a semiconductor structure with the steps:
Providing a semiconductor substrate (1) with a hard mask (5) and a trench (2) produced by means of the hard mask (5);
Depositing a germanium-containing and otherwise undoped silicate glass (10) having a melting temperature between 800 and 950 ° C, so that the trench (2) is filled and the hard mask (5) surrounding the trench (2) is covered, leaving a voids (15) or a seam seam (20) in the trench (2) is formed;
Melting the silicate glass (10) so that the voids (15) or the seam (20) in the trench (5) is removed;
Subsequent polishing back of the silicate glass (10) to the top of the hard mask (5) surrounding the trench;
Annealing the re-polished silicate glass (10) in the trench (2) in a hydrogen-containing atmosphere so that its surface is depleted of germanium; and
selectively removing the hard mask (5) to form a supernatant (50) of the polished silica glass (10) over the semiconductor substrate (1).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Halbleiterstruktur und eine entsprechende Halbleiterstruktur.The The present invention relates to a manufacturing method for a semiconductor structure and a corresponding semiconductor structure.

1a-e zeigen schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens einer ersten Halbleiterstruktur, bei dem im Wesentlichen auf ein Verfahren wie in der US 6,271,150 B1 zurückgegriffen wird. 1a -e show schematic representations of successive process stages of a manufacturing method of a first semiconductor structure, which essentially relates to a method as in US 6,271,150 B1 is used.

In 1a bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Silizium-Halbleitersubstrat, in das ein Graben 2, beispielsweise ein Isolationsgraben, eingebracht worden ist. An der Oberfläche des Silizium-Substrats 1 befindet sich eine Nitrid-Hartmaske 5, auf der ein Nitrid-Liner 9 abgeschieden worden ist. Auf der Substratoberfläche im Graben 2 befindet sich eine Oxidschicht 7.In 1a denotes reference numeral 1 a silicon semiconductor substrate into which a trench 2 , For example, an isolation trench, has been introduced. At the surface of the silicon substrate 1 there is a nitride hardmask 5 on which a nitride liner 9 has been deposited. On the substrate surface in the trench 2 there is an oxide layer 7 ,

Auf der resultierenden Struktur ist ein Silikatglas 10 ganzflächig abgeschieden, so dass es den Graben 2 füllt und die umgebende Struktur bedeckt.On the resulting structure is a silicate glass 10 deposited over the entire surface, leaving the ditch 2 fills and covers the surrounding structure.

Mit Bezug auf 1b erfolgt dann nach einem Annealen ein chemisch-mechanischer Polierschritt, um das Silikatglas von der Oberfläche der umgebenden Struktur zu entfernen und ein wenig in den Graben 2 einzupolieren, wo es als verbleibendes Silikatglas 10' zurückbleibt.Regarding 1b Then, after annealing, a chemical-mechanical polishing step is performed to remove the silicate glass from the surface of the surrounding structure and a little into the trench 2 to polish where it is as remaining silicate glass 10 ' remains.

In einem weiteren Verfahrensschritt, der in 1c illustriert ist, erfolgt dann ein Rückätzprozess, um nur noch einen Teil des Grabens 2 mit dem verbleibenden Silikatglas 10'' gefüllt zu lassen. Somit hat das Silikatglas 10'' einen defi nierten Abstand zur Oberfläche der Struktur, was für folgende Prozessschritte von Bedeutung ist.In a further process step, which in 1c is illustrated, then takes place a Rückätzprozess to only a portion of the trench 2 with the remaining silicate glass 10 '' to be filled. Thus, the silicate glass has 10 '' a defi ned distance to the surface of the structure, which is important for the following process steps.

Mit Bezug auf 1d erfolgt schließlich noch eine Entfernung des Nitrid-Liners 9.Regarding 1d Finally, there is a removal of the nitride liner 9 ,

Auf die weiteren Prozessschritte wird hier nicht weiter eingegangen, da sie für die Erläuterung nicht von Bedeutung sind.On the further process steps will not be discussed further here, since they are for the explanation is not are of importance.

2 zeigt Probleme, welche bei einem ersten üblichen Herstellungsverfahren der ersten Halbleiterstruktur auftreten. 2 shows problems that occur in a first conventional manufacturing method of the first semiconductor structure.

Gemäß 2 kann sich bei dem Füllen des Grabens 2 mit undotiertem Silikatglas 10 ab einem bestimmten Aspektverhältnis, hier beispielsweise 4:1 bei einem HDP-Prozess, ein Lunker 15 im Graben bilden. Dieser Lunker 15 wirkt sich nachteilig beim Rückätzprozess aus und würde theoretisch – je nach Abscheidungsprozess – ein Wiederaufschmelzen bei mindestens 1100°C erfordern.According to 2 can be at the filling of the trench 2 with undoped silicate glass 10 above a certain aspect ratio, here for example 4: 1 in a HDP process, a blowhole 15 in the ditch. This blowhole 15 has a detrimental effect on the etch back process and theoretically - depending on the deposition process - would require remelting at at least 1100 ° C.

3 zeigt Probleme, welche bei einem zweiten üblichen Herstellungsverfahren der ersten Halbleiterstruktur auftreten. 3 shows problems which occur in a second conventional manufacturing method of the first semiconductor structure.

Bei dem in 3 gezeigten Problembeispiel wurde das LPCVD-Verfahren zur Abscheidung des undotierten Silikatglases 10 verwendet, wobei sich hierbei kein Lunker, sondern eine Saumnaht 20 bildet, die entsprechende Nachteile beim Rückätzen schafft.At the in 3 The problem example shown was the LPCVD method for depositing the undoped silicate glass 10 used, in which case no voids, but a seam seam 20 forms, which creates corresponding disadvantages in etching back.

Bei dem Verfahren der 1 wird dem ansonsten undotierten Silikatglas 10 ein Germanium-Anteil von typischerweise 50 bis 80 % beigemischt, der es ermöglicht, dass ein Wiederaufschmelzen bereits im Temperaturbereich zwischen 800 °C und 850 °C stattfinden kann, und zwar je nach Germanium-Konzentration, also in einem Temperaturbereich durchgeführt werden kann, der für bereits existierende aktive Gebiete unschädlich ist.In the process of 1 becomes the otherwise undoped silicate glass 10 a germanium content of typically 50 to 80% admixed, which allows a re-melting can take place already in the temperature range between 800 ° C and 850 ° C, and that can be carried out depending on the germanium concentration, ie in a temperature range, the is harmless to existing active areas.

Bei diesem Verfahren erfolgt ein Wiederaufschmelzen bis zu 30 min. lang vor dem Rückpolieren gemäß 1b.In this process, re-melting takes place for up to 30 minutes. long before re-polishing according to 1b ,

Obwohl prinzipiell auf beliebige integrierte Schaltungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf integrierte Speicherschaltungen mit Grabenkondensatoren in Silizium-Technologie erläutert.Even though in principle be applicable to any integrated circuits the present invention and its underlying problem in relating to integrated memory circuits with trench capacitors in silicon technology explained.

Bei der Skalierung von Strukturen von integrierten Speicherschaltungen in Silizium-Technologie treten oft Gräben mit hohen Aspektverhältnisse auf, insbesondere bei Speicherschaltungen mit sogenannten tiefen Grabenkondensatoren (deep trenches). Typischerweise führen diese Aspektverhältnisse für Strukturen unterhalb von 100 nm teilweise zu einem Öffnungswinkel von größenordnungsmäßig 0,1°. Diese sehr steilen Profile machen es zunehmend schwieriger, die Grabenstrukturen mit Füllmaterialien zu füllen. Trotz ausgefeilter Abscheideverfahren gelingt es nicht, derartige Grabenstrukturen zu füllen, ohne das Lunker bzw. Saumnähte im Graben entstehen, wobei diese Tendenz natürlich noch verstärkt wird, wenn es auch nur zu den geringsten Profilschwankungen kommt.at the scaling of structures of integrated memory circuits In silicon technology trenches with high aspect ratios often occur on, especially in memory circuits with so-called deep Trench capacitors (deep trenches). Typically, these lead aspect ratios for structures below 100 nm, partially to an opening angle of the order of 0.1 °. This very much steep profiles make it increasingly difficult to dig the trench structures with filling materials to fill. Despite sophisticated separation processes, it is not possible to achieve such Fill trench structures, without the voids or hem seams arise in the ditch, whereby this tendency is of course even reinforced if it comes even to the slightest profile fluctuations.

Undotiertes Silikatglas (SiO2) ist zwar je nach Abscheideverfahren zwischen 1000 °C und 1400 °C aufschmelzbar, doch ist ein solcher Aufschmelzschritt zur Verdichtung des Glases im Graben in der Regel unmöglich, da er bereits erstellte Strukturen, z.B. Dotierungsprofile, zerstören würde.Although undoped silicate glass (SiO 2 ) can be melted between 1000 ° C. and 1400 ° C. depending on the deposition method, such a melting step for densifying the glass in the trench is generally impossible because it would destroy already created structures, eg doping profiles.

Heutzutage werden verschiedene Techniken für die Füllung von STI-Gräben (STI = shallow trench isolation) mit Silikatglas verwendet, wobei diese Techniken im wesentlichen bei Aspektverhältnissen im Bereich zwischen 2:1 und 7:1 erfolgreich anwendbar sind.Today, various techniques for filling STI trenches (STI = shallow trench isolation) with silicate glass, these techniques being essentially applicable at aspect ratios ranging between 2: 1 and 7: 1.

Eine erste Technik ist eine HDP(high density plasma)-CVD-Abscheidung, mit welcher sich ein Grenzwert von 4:1 für das Aspektverhältnis erreichen lässt. Bei höheren Aspektverhältnissen gibt es eine Tendenz, dass sich Überhänge an den Stegen zwischen den Gräben bilden und somit Lunker in den Gräben. Mittels Mehrschritt-Ansätzen oder Unterstützung durch Fluor (NF3/SiF4) lässt sich dieser Prozess bis auf Aspektverhältnisse von 7:1 ausdehnen.A first technique is HDP (high density plasma) CVD deposition, which achieves a 4: 1 aspect ratio limit. At higher aspect ratios, there is a tendency for overhangs to form on the lands between the trenches and thus voids in the trenches. By means of multi-step approaches or fluorine support (NF 3 / SiF 4 ), this process can be extended to aspect ratios of 7: 1.

Eine weitere Technik ist die LPCVD-Technik (Low Pressure CVD), welche eine sehr hohe Konformalität zeigt. Allerdings bilden sich in den Gräben Saumnähte, wo die gegenüberliegenden Schichten zusammenwachsen. Das durch diese Technik abgeschiedene undotierte SiO2 lässt sich jedoch schon bei 1000°C bis 1100°C aufschmelzen.Another technique is the LPCVD technique (Low Pressure CVD), which shows a very high conformity. However, seams form in the trenches, where the opposite layers grow together. However, the undoped SiO 2 deposited by this technique can already be melted at 1000 ° C. to 1100 ° C.

Weitere Techniken sind die APCVD(Atmospheric Pressure CVD)- und die SACVD(Subatmospheric Pressure CVD)-Technik.Further Techniques are the APCVD (Atmospheric Pressure CVD) - and the SACVD (Subatmospheric Pressure CVD) technology.

Eine weitere Technik ist ein selektives Aufwachsen von Oxid, was allerdings nur auf freiliegenden Silizium-Oberflächen möglich ist. Somit verhindert diese Technik den Einsatz von Linern oder einer Oxidation der aktiven Bereiche vor dem selektiven Aufwachsen des Oxids.A Another technique is a selective growth of oxide, which, however only possible on exposed silicon surfaces. Thus prevented This technique involves the use of liners or oxidation of the active ones Areas before the selective growth of the oxide.

Aus S. M. Fisher et al. "Solid States Technology", Bd. 36, S. 55 ff (1993) ist es bekannt, dass Zusätze von Bor oder Phosphor den Aufschmelzpunkt von undotierten Silikatgläsern drastisch herabsetzen können, beispielsweise auf 650°C bis 750°C. Phosphor bringt beim Einsatz im Vormetallstadium insbesondere den Vorteil eines Schwermetallionengetters. Allerdings bringen diese Dotierstoffe elektrische Probleme aufgrund von Ausdiffusion in elektrische aktive Bereiche mit sich und erfordern somit die vorherige Abscheidung einer entsprechenden Barriere, z.B. aus Siliziumnitrid.Out S. M. Fisher et al. "Solid States Technology ", Bd. 36, p 55 ff (1993) it is known that additions of boron or phosphorus the Melting point of undoped silicate glasses can drastically reduce, for example at 650 ° C up to 750 ° C. Phosphor brings in the use in the Vormetallstadium particular the Advantage of a heavy metal ion getter. However, these bring Dopants electrical problems due to diffusion into electrical active areas and thus require the previous deposition a corresponding barrier, e.g. made of silicon nitride.

Schließlich gibt es die Technik der Spin-On-Gläser oder der Flow-Fill-Oxide, welche ebenfalls eine sehr hohe Temperatur > 1000 °C zur Verdichtung der Filme benötigen. Dies resultiert in einer erheblichen Filmschrumpfung und schafft mechanische Spannungen für die aktiven Bereiche. Daraus wiederum resultieren elektrische Stromprobleme. Weiterhin treten nach der Verdichtung Schwankungen der Nassätzrate über die jeweilige Filmdicke auf.Finally there it's the technique of spin-on glasses or the flow-fill oxides, which also have a very high temperature> 1000 ° C for compression need the movies. This results in a considerable film shrinkage and creates mechanical stresses for the active areas. This in turn results in electrical power problems. Farther occur after compression fluctuations in the wet etch rate over the respective film thickness.

Insbesondere benötigen alle undotierten Silikatgläser, welche durch Nicht-HDP-Techniken aufgebracht worden sind, ein Annealing bei sehr hohen Temperaturen, und sogar danach ist die Ätzrate noch höher als für HDP-Oxid. Bekannt ist auch eine Lösung, bei der derartige Filme als Vorfüllung benutzt werden und mit einem HDP-Oxid als Kappe versehen werden.Especially need all undoped silicate glasses, which have been applied by non-HDP techniques, annealing at very high temperatures, and even after that, the etch rate is still higher than for HDP oxide. Also known is a solution in such films as a pre-filling be used and capped with a HDP oxide.

Aus der US 6,271,150 B1 ist es bekannt, Germaniumsilikatglas mit einem Germaniumgehalt zwischen 60 % und 85 % in Gräben vorzusehen und durch Aufschmelzen die Gräben vollständig zu füllen. Außerdem wird dort eine Temperung in einer Dampfatmosphäre angegeben, um die Aufschmelztemperatur des Germaniumsilikatglases zu reduzieren.From the US 6,271,150 B1 It is known to provide Germaniumsilikatglas with a germanium content between 60% and 85% in trenches and completely fill the trenches by melting. In addition, an annealing in a vapor atmosphere is specified there in order to reduce the melting temperature of the germanium silicate glass.

Die US 2003/0019427 A1 beschreibt das Problem der Lunker- und Saumnahtbildung von Gräben mit hohem Aspektverhältnis sowie die prinzipielle Lösung des Problems durch eine Wiederverflüssigung des Füllmaterials, dass dort Bor-Phosphor-Silikatglas ist.The US 2003/0019427 A1 describes the problem of voids and seam formation of trenches with a high aspect ratio as well as the principle solution the problem by a re-liquefaction of the filling material, that there boron-phosphorus silicate glass is.

Die US 6,077,786 A und die US 6,010,948 A betreffen das Füllen von Gräben mit Bor-Phosphor-Silikatglas.The US 6,077,786 A. and the US 6,010,948 A concern the filling of trenches with borophosphosilicate glass.

Die US 5,190,889 A offenbart das Vorsehen von Germanosilikatglas in einem Graben in Form einer Linerschicht, wobei das Germanosilikatglas einen fünfzigprozentigen Germaniumanteil aufweist.The US 5,190,889 A discloses the provision of germanosilicate glass in a trench in the form of a liner layer wherein the germanosilicate glass has a fifty percent germanium content.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für eine Halbleiterstruktur und eine entsprechende Halbleiterstruktur zu schaffen, bei der die obigen Füllprobleme beseitigt sind und bei dem im Hinblick auf folgende Ätzschritte die Naßätzrate eines Überstands der Füllung niedrig ist.It The object of the present invention is a production process for one Semiconductor structure and a corresponding semiconductor structure to create in which the above filling problems are eliminated and in terms of the following etching steps the wet etch rate of a supernatant the filling is low.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch das in Anspruch 1 angegebene Herstellungsverfahren und durch die in Anspruch 7 angegebene Halbleiterstruktur gelöst.According to the invention this Problem by the manufacturing method specified in claim 1 and solved by the specified in claim 7 semiconductor structure.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.In the dependent claims find advantageous developments and improvements of respective subject of the invention.

Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein stark mit Germanium dotiertes und ansonsten undotiertes Silikatglas zum Füllen von Gräben mit hohem Aspektverhältnis zu verwenden und anschließend ein Wiederaufschmelzen in einem Temperaturbereich durchzuführen, welcher insbesondere mit dem FEOL-Prozessstadium verträglich ist.A The idea underlying the present invention is that a heavily doped with germanium and otherwise undoped silicate glass to fill of trenches with a high aspect ratio to use and then to perform a remelting in a temperature range, which particularly compatible with the FEOL process stage.

Mittels der erfindungsgemäßen Abscheidung eines germaniumhaltigen, ansonsten undotierten Silikatglases, beispielsweise durch ein HDP-Verfahren oder ein LPCVD-Verfahren bzw. ein APCVD- oder SACVD-Verfahren, können Filme abgeschieden werden, die bereits im Temperaturbereich 800°C bis 950°C aufschmelzbar sind. Dabei reichen Aufschmelzzeiten von typischerweise 30 min. aus, um störende Lunker bzw. Saumnähte zu beseitigen.By means of the deposition according to the invention of a germanium-containing, otherwise undoped silicate glass, for example by an HDP process or an LPCVD method or an APCVD or SACVD method, it is possible to deposit films which are already meltable in the temperature range 800 ° C. to 950 ° C. Melting times of typically 30 minutes are sufficient. to eliminate annoying voids or hem seams.

Erfindungsgemäß wird das Silikatglas nach dem Aufschmelzen im Graben in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre getempert, um seine Oberfläche hinsichtlich des Germaniums zu verarmen. Die Nassätzrate von Germanium-dotiertem Silikatglas ist niedriger als diejenige von Phosphor-dotiertem Silikatglas, aber höher als diejenige von vollständig undotiertem Silikatglas. Das Annealen in wasserstoffhaltiger Atmosphäre bewirkt, dass Sauerstoff aus GeO2 abgespalten wird und das verbleibende GeO sich verflüchtigt. Durch Diffusionsprozesse rücken dann Siliziumatome an die Stelle der fehlenden Germanium-Atome und reichern somit den entsprechenden Oberflächenbereich mit undotiertem Silikatglas an, was eine lokale Herabsetzung der Nassätzrate an der Oberfläche mit sich bringt.According to the invention, the silicate glass is tempered after melting in the trench in a hydrogen-containing atmosphere in order to deplete its surface with respect to the germanium. The wet etching rate of germanium-doped silicate glass is lower than that of phosphorus-doped silicate glass, but higher than that of completely undoped silicate glass. Annealing in a hydrogen-containing atmosphere causes oxygen to be split off from GeO 2 and the remaining GeO volatilizes. By diffusion processes, silicon atoms then replace the missing germanium atoms and thus enrich the corresponding surface area with undoped silicate glass, which causes a local reduction of the wet etching rate at the surface.

Die Germanium-Dotierung kann im Bereich zwischen 30 % und 85 %, vorzugsweise 50 % bis 80 %, liegen, indem beispielsweise GeH4 oder TEOG oder TMOG der Prozesschemie beigefügt wird. Elektrisch gibt es durch den Zusatz von Germanium keine Probleme, da es die stabilen Gitterplätze des Silizium einnimmt.The Germanium doping may range between 30% and 85%, preferably 50% to 80%, for example, by GeH4 or TEOG or TMOG attached to the process chemistry becomes. Electrically there are no problems with the addition of germanium because it's the stable lattice sites of silicon.

Die Abscheidung der Germanium-dotierten Silikat-Gläser ist nicht selektiv bezüglich der darunterliegenden Oberflächen und erfordert kein Vorliegen irgendwelcher Liner-Schichten oder irgendwelche speziellen Oberflächenvorbehandlungen.The Deposition of germanium-doped silicate glasses is not selective with respect to underlying surfaces and does not require the presence of any liner layers or any special surface treatments.

Die in dem abgeschiedenen Film eingebaute Spannung ist niedrig im Vergleich zur bekannten HDP-Abscheidung von vollständig undotiertem Silikatglas. Die Filmschrumpfung während des Ernährens ist mäßig, in der Regel kleiner als 2 %.The built-in voltage in the deposited film is low in comparison for the known HDP deposition of completely undoped silicate glass. The film shrinkage during of nutrition is moderate, in usually less than 2%.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Silikatglas mittels einer HDP- oder SACVD-Abscheidung abgeschieden, bei der sich ein Lunker ausbildet.According to one Another preferred development is the silicate glass means deposited a HDP or SACVD deposition, in which a voids formed.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Silikatglas mittels einer konformen LPCVD- oder APCVD-Abscheidung abgeschieden, bei der sich eine Saumnaht ausbildet.According to one Another preferred development is the silicate glass means a conformal LPCVD or APCVD deposition deposited at which forms a seam seam.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Halbleiterstruktur in einem Front-End-Of-Line Stadium hergestellt.According to one Another preferred development is the semiconductor structure in a front-end-of-line stage made.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung liegt das Atomverhältnis vom Germanium zwischen 50 % und 80 %.According to one Another preferred development is the atomic ratio of Germanium between 50% and 80%.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Aspektverhältnis des Grabens größer als 7:1.According to one Another preferred development is the aspect ratio of Trench greater than 7. 1

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie Erläuterungen zur zugrundeliegenden Problematik sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments the invention and explanations The underlying problem is shown in the drawings and explained in more detail in the following description.

1a-e zeigen schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens einer ersten Halbleiterstruktur, das nicht unter die Erfindung fällt. 1a 10 show schematic representations of successive process stages of a production method of a first semiconductor structure, which does not fall under the invention.

2 zeigt Probleme, welche bei einem ersten üblichen Herstellungsverfahren der ersten Halbleiterstruktur auftreten; 2 shows problems which occur in a first conventional manufacturing method of the first semiconductor structure;

3 zeigt Probleme, welche bei einem zweiten üblichen Herstellungsverfahren der ersten Halbleiterstruktur auftreten; 3 shows problems which occur in a second conventional manufacturing method of the first semiconductor structure;

4a-c zeigen schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens einer zweiten Halbleiterstruktur, bei der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anwendbar ist; 4a -c are schematic representations of successive process stages of a manufacturing method of a second semiconductor structure to which an embodiment of the present invention is applicable;

5 zeigt Probleme, welche bei einem ersten üblichen Herstellungsverfahren der zweiten Halbleiterstruktur auftreten; und 5 shows problems which occur in a first conventional manufacturing method of the second semiconductor structure; and

6 zeigt Probleme, welche bei einem zweiten üblichen Herstellungsverfahren der zweiten Halbleiterstruktur auftreten. 6 shows problems which occur in a second conventional manufacturing method of the second semiconductor structure.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.In the same reference numerals designate the same or functionally identical Ingredients.

4a-c zeigen schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens einer zweiten Halbleiterstruktur, bei der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anwendbar ist. 4a -c show schematic representations of successive process stages of a manufacturing method of a second semiconductor structure to which an embodiment of the present invention is applicable.

Bei dem in 4a gezeigten Ausführungsbeispiel fehlen die Oxidschicht 7 und Linerschicht 9 der ersten Halbleiterstruktur, und das Silikatglas 10 wird direkt über dem Halbleitersubstrat 1 mit der Hartmaske 5 und dem darin mit der Hartmaske erzeugten Graben 2 abgeschieden.At the in 4a In the embodiment shown, the oxide layer is missing 7 and liner layer 9 the first semiconductor structure, and the silicate glass 10 is directly above the semiconductor substrate 1 with the hard mask 5 and the trench created therein with the hardmask 2 deposited.

Danach erfolgt gemäß 4b ein chemisch-mechanisches Polieren analog zu 1b und daraufhin gemäß 4c ein selektives Entfernen der Nitrid-Hartmaske 5, um einen STI-Überstand 50 zu generieren.Thereafter, according to 4b a chemical-mechanical polishing analogous to 1b and then according to 4c selectively removing the nitride hardmask 5 to an STI supernatant 50 to to generate.

5 zeigt Probleme, welche bei einem ersten üblichen Herstellungsverfahren der zweiten Halbleiterstruktur auftreten. 5 shows problems which occur in a first conventional manufacturing method of the second semiconductor structure.

Mit Bezug auf 5 ist in Analogie zu 2 die Bildung eines Lunkers 15 bei der HDP-Abscheidung von undotiertem Silikatglas 10 gezeigt, welches bei Aspektverhältnissen größer 4:1 auftritt.Regarding 5 is in analogy to 2 the formation of a voucher 15 in the HDP deposition of undoped silicate glass 10 shown which occurs at aspect ratios greater than 4: 1.

6 zeigt Probleme, welche bei einem zweiten üblichen Herstellungsverfahren der zweiten Halbleiterstruktur auftreten. 6 shows problems which occur in a second conventional manufacturing method of the second semiconductor structure.

In 6 ist die beim LPCVD-Abscheideverfahren mit undotiertem Silikatglas 10 gezeigte Bildung der Saumnaht 20 für diese Halbleiterstruktur gezeigt.In 6 is the LPCVD deposition process with undoped silicate glass 10 shown formation of the seam seam 20 shown for this semiconductor structure.

Bei dieser Ausführungsform werden die Probleme gemäß 5 bzw. 6 ebenfalls dadurch vermieden, dass ein Germaniumdotiertes und ansonsten undotiertes Silikatglas mit einem Anteil von 50 % bis 80 % Germanium anstatt des undotierten Silikatglases 10 abgeschieden wird.In this embodiment, the problems according to 5 respectively. 6 also avoided by using a germanium-doped and otherwise undoped silicate glass with a proportion of 50% to 80% germanium instead of the undoped silicate glass 10 is deposited.

Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt ein Wiederaufschmelzen bis zu 30 min. lang ebenfalls vor dem Rückpolieren gemäß 4b.In this embodiment, re-melting takes place for up to 30 minutes. long also before the polishing according to 4b ,

Zusätzlich findet bei dieser Halbleiterstruktur im Prozesszustand gemäß 4c ein Annealen in einer Wasserstoffhaltigen Atmosphäre bei typischerweise 800°C bis 950°C bis zu einer Stunde lang statt, um die Oberfläche der polierten Silikatglasfüllung 10' von Germanium zu verarmen, so dass die Nassätzrate dort niedrig ist. Letzteres ist vorteilhaft, da bei folgenden Ätzschritten der STI-Überstand 50 nicht entfernt wird, weil dieser für die betreffende elektrische Schaltung wichtig ist.Additionally, in this process, according to the state of the semiconductor structure 4c annealing in a hydrogen-containing atmosphere at typically 800 ° C to 950 ° C for up to one hour to the surface of the polished silicate glass fill 10 ' deplete of germanium so that the wet etch rate is low there. The latter is advantageous because in the subsequent etching steps of the STI supernatant 50 is not removed, because this is important for the relevant electrical circuit.

Auf die weiteren Prozessschritte wird hier nicht ebenfalls weiter eingegangen, da sie für die Erläuterung der vorliegenden Ausführungsform nicht von Bedeutung sind.On the further process steps will not be discussed further here, since they are for the explanation the present embodiment are not significant.

Die Erfindung ist prinzipiell für beliebige Grabenstrukturen anwendbar.The Invention is in principle for Any trench structures applicable.

Claims (9)

Herstellungsverfahren für eine Halbleiterstruktur mit den Schritten: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (1) mit einer Hartmaske (5) und einem mittels der Hartmaske (5) erzeugten Graben (2); Abscheiden von einem germaniumhaltigen und ansonsten undotierten Silikatglas (10), das eine Aufschmelztemperatur zwischen 800 und 950 °C besitzt, so dass der Graben (2) aufgefüllt und die den Graben (2) umgebende Hartmaske (5) bedeckt wird, wobei sich ein Lunker (15) oder eine Saumnaht (20) im Graben (2) ausbildet; Aufschmelzen des Silikatglases (10), so dass der Lunker (15) oder die Saumnaht (20) im Graben (5) beseitigt wird; Anschließendes Rückpolieren des Silikatglases (10) bis zur Oberseite der den Graben umgebenden Hartmaske (5); Tempern des rückpolierten Silikatglases (10) im Graben (2) in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre, so dass seine Oberfläche hinsichtlich des Germaniums verarmt wird; und selektives Entfernen der Hartmaske (5), um einen Überstand (50) des rückpolierten Silikatglases (10) gegenüber dem Halbleitersubstrat (1) zu erzeugen.A semiconductor structure manufacturing method comprising the steps of: providing a semiconductor substrate ( 1 ) with a hard mask ( 5 ) and one by means of the hard mask ( 5 ) trench ( 2 ); Separation of a germanium-containing and otherwise undoped silicate glass ( 10 ), which has a melting temperature between 800 and 950 ° C, so that the trench ( 2 ) and the ditch ( 2 ) surrounding hard mask ( 5 ), whereby a blowhole ( 15 ) or a seam seam ( 20 ) in the ditch ( 2 ) trains; Melting of the silicate glass ( 10 ), so that the blowholes ( 15 ) or the hem seam ( 20 ) in the ditch ( 5 ) is eliminated; Subsequent polishing of the silicate glass ( 10 ) to the top of the hard mask surrounding the trench ( 5 ); Annealing the polished glass ( 10 ) in the ditch ( 2 ) in a hydrogen-containing atmosphere so that its surface is depleted of germanium; and selectively removing the hard mask ( 5 ) to a supernatant ( 50 ) of the polished silica glass ( 10 ) with respect to the semiconductor substrate ( 1 ) to create. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikatglas (10) mittels einer HDP- oder SACVD-Abscheidung abgeschieden wird, bei der sich ein Lunker (15) ausbildet.Process according to claim 1, characterized in that the silicate glass ( 10 ) is deposited by means of an HDP or SACVD deposition, in which a voids ( 15 ) trains. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikatglas (10) mittels einer konformen LPCVD- oder APCVD-Abscheidung abgeschieden wird, bei der sich eine Saumnaht (20) ausbildet.Process according to claim 1, characterized in that the silicate glass ( 10 ) is deposited by means of a conformal LPCVD or APCVD deposition, in which a seam seam ( 20 ) trains. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterstruktur in einem Front-End-Of-Line Stadium hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the semiconductor structure in a front-end-of-line Stage is made. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Germanium-Anteil des Silikatglases zwischen 50 % und 80 % liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the germanium portion of the silicate glass between 50% and 80%. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aspektverhältnis des Grabens größer als 7:1 ist.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the aspect ratio of the trench is greater than 7: 1 is. Halbleiterstruktur mit einem Halbleitersubstrat (1) mit einem Graben (2), der mit einem germaniumhaltigen und ansonsten undotierten Silikatglas (10) gefüllt ist, das im unteren Bereich eine Aufschmelztemperatur von 800 bis 950 °C besitzt, wobei das Silikatglas (10) lunkerfrei und saumnahtfrei ist und die Oberfläche des Silikatglases (10) durch Tempern in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre hinsichtlich des Germaniums verarmt ist; und wobei das rückpolierte Silikatglas (10) einen Überstand (50) gegenüber dem Halbleitersubstrat (1) aufweist.Semiconductor structure with a semiconductor substrate ( 1 ) with a ditch ( 2 ) containing a germanium-containing and otherwise undoped silicate glass ( 10 ) is filled at the bottom of a melting temperature of 800 to 950 ° C, wherein the silicate glass ( 10 ) is free of cavities and saumnahtfrei and the surface of the silicate glass ( 10 ) is depleted of germanium by annealing in a hydrogen-containing atmosphere; and wherein the polished silica glass ( 10 ) a supernatant ( 50 ) with respect to the semiconductor substrate ( 1 ) having. Halbleiterstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Germanium-Anteil des Silikatglases zwischen 50 % und 80 % liegt.Semiconductor structure according to Claim 7, characterized that the germanium content of the silicate glass between 50% and 80 % lies. Halbleiterstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aspektverhältnis des Grabens grösser als 7:1 ist.Semiconductor structure according to one of vorge claims 7 or 8, characterized in that the aspect ratio of the trench is greater than 7: 1.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5190889A (en) * 1991-12-09 1993-03-02 Motorola, Inc. Method of forming trench isolation structure with germanium silicate filling
US6010948A (en) * 1999-02-05 2000-01-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Shallow trench isolation process employing a BPSG trench fill
US6077786A (en) * 1997-05-08 2000-06-20 International Business Machines Corporation Methods and apparatus for filling high aspect ratio structures with silicate glass
US6271150B1 (en) * 1998-11-30 2001-08-07 North Carolina State University Methods of raising reflow temperature of glass alloys by thermal treatment in steam, and microelectronic structures formed thereby
US20030019427A1 (en) * 2001-07-24 2003-01-30 Applied Materials, Inc. In situ stabilized high concentration BPSG films for PMD application

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5190889A (en) * 1991-12-09 1993-03-02 Motorola, Inc. Method of forming trench isolation structure with germanium silicate filling
US6077786A (en) * 1997-05-08 2000-06-20 International Business Machines Corporation Methods and apparatus for filling high aspect ratio structures with silicate glass
US6271150B1 (en) * 1998-11-30 2001-08-07 North Carolina State University Methods of raising reflow temperature of glass alloys by thermal treatment in steam, and microelectronic structures formed thereby
US6010948A (en) * 1999-02-05 2000-01-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Shallow trench isolation process employing a BPSG trench fill
US20030019427A1 (en) * 2001-07-24 2003-01-30 Applied Materials, Inc. In situ stabilized high concentration BPSG films for PMD application

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