[發(fā)明專利]隔離溝槽的填充方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610027583.2
• 申請(qǐng)日: 2006-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN101090088A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 游寬結(jié);楊海濤;平延磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/762
• 分類號(hào): H01L21/762;H01L21/316
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 逯長(zhǎng)明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種淺溝槽(shallowtrench?isolation?STI)隔離溝槽的填充(Gap-filling)方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件特征尺寸的顯著減小，相應(yīng)地也對(duì)芯片制造工藝提出了更高的要求，伴隨著IC器件的進(jìn)一步高密度化、微細(xì)化和高速化，特別是隨著半導(dǎo)體特征尺寸向65納米乃至更精細(xì)的結(jié)構(gòu)發(fā)展，工藝容差范圍相應(yīng)縮小，對(duì)絕緣介質(zhì)的填充，特別是對(duì)淺槽隔離(shallow?trench?isolation，STI)提出了更高的要求。

公開號(hào)為CN?1531057A的專利公開了一種STI溝槽填充方法，其利用HDP(High-density?Plasma)工藝在溝槽中填充絕緣物質(zhì)。圖1為STI隔離結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，在半導(dǎo)體基底上100上生長(zhǎng)一薄層氧化物層(SiO2)101，然后在氧化物層101上沉積一層氮化硅層102。接著，利用選擇性蝕刻在半導(dǎo)體基底上100上形成淺溝槽104。再利用高密度等離子體(high?density?plasma，HDP)工藝在溝槽104中沉積氧化物層110。沉積高度應(yīng)盡量填平溝槽104的頂部。最后，利用化學(xué)機(jī)械拋光處理(CMP，chemical?mechanical?planarization)進(jìn)行拋光制程，形成一個(gè)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)。但是，經(jīng)過該技術(shù)進(jìn)行溝槽填充時(shí)僅僅進(jìn)行一步沉積，即一次將絕緣物質(zhì)填滿溝槽。這樣，會(huì)造成該現(xiàn)有技術(shù)形成的STI溝槽表面粗糙度較大。如圖2所示，圖2為一步沉積后的STI溝槽表面的粗糙度效果圖。溝槽表面的粗糙度可以用凸出的波峰201與凹進(jìn)的波谷202的差值表示，較大的粗糙度將影響化學(xué)機(jī)械拋光處理(chemical?mechanical?planarization，CMP)的效果，導(dǎo)致在氮化硅清除后，STI的結(jié)構(gòu)表面粗糙度較大，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致漏電流的產(chǎn)生，影響電學(xué)參數(shù)。因此，我們需要采用有效的辦法來減小STI?HDP工藝后粗糙度較大的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種隔離溝槽的填充方法，以解決STI隔離結(jié)構(gòu)溝槽填充后表面粗糙度較大的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種隔離溝槽的填充方法，包括：

a在半導(dǎo)體基底上形成溝槽；

b沉積絕緣物質(zhì)氧化物層至溝槽高度一半的位置；

c晶片旋轉(zhuǎn)一特定角度；

d沉積絕緣物質(zhì)氧化物層至溝槽頂部。

所述步驟b中沉積絕緣物質(zhì)所用的設(shè)備包括復(fù)數(shù)根長(zhǎng)管和復(fù)數(shù)根短管。所述長(zhǎng)管沿圓周均勻分布，所述短管在每?jī)筛L(zhǎng)管間沿圓周均勻分布。所述沉積絕緣物質(zhì)所用的氣體分別從長(zhǎng)管和短管中流出，所述短管中流出的氣體中包括氧氣O₂和SiH4，所述長(zhǎng)管中流出的氣體中包括SiH4。在步驟b中，所述長(zhǎng)管的氣體流量與所述長(zhǎng)管加短管的氣體流量的流量比為0-100％。所述步驟b中沉積溝槽一半高度所需的沉積時(shí)間是標(biāo)準(zhǔn)沉積時(shí)間的一半。所述特定角度為兩個(gè)長(zhǎng)管之間夾角的一半。在所述步驟d中，根據(jù)溝槽填充物的表面形態(tài)調(diào)整流量比，所述流量比為0-100％。所述步驟d中沉積至溝槽頂部所用的沉積時(shí)間是標(biāo)準(zhǔn)沉積時(shí)間的另一半。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的隔離溝槽填充方法根據(jù)現(xiàn)有工藝的缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)，提高了用于STI隔離溝槽的氧化物表面平坦程度。

在進(jìn)行HDP的設(shè)備的反應(yīng)室中包括長(zhǎng)管和短管。長(zhǎng)管沿圓周均勻分布，短管在每?jī)筛L(zhǎng)管間均勻分布，并且短管數(shù)量大于長(zhǎng)管數(shù)量。反應(yīng)氣體從長(zhǎng)管和短管中流出，經(jīng)等離子化后在晶片表面反應(yīng)沉積。長(zhǎng)管管口對(duì)應(yīng)晶片的中心位置，短管管口對(duì)應(yīng)晶片的邊緣位置。長(zhǎng)管流出的反應(yīng)氣體主要影響沉積在晶片的中心位置氧化物的厚度，短管流出的沉積物質(zhì)氣體主要影響沉積在晶片的邊緣位置氧化物的厚度。由于長(zhǎng)管的SiH4流量與長(zhǎng)管加短管的SiH4總流量的流量比設(shè)置的不恰當(dāng)，如果僅進(jìn)行一步沉積，沉積后往往造成晶片的表面中間和邊緣部分氧化物不均勻的問題，導(dǎo)致晶片表面凸凹不平，表面粗糙度較大。

本發(fā)明將STI?HDP工藝劃分為兩個(gè)步驟來解決上述問題。即在第一步沉積后，根據(jù)晶片表面粗糙度的情況調(diào)整反應(yīng)氣體流量比，同時(shí)將晶片旋轉(zhuǎn)兩個(gè)長(zhǎng)管夾角的一半的角度，進(jìn)行第二步沉積。這是因?yàn)?，通過旋轉(zhuǎn)，將晶片在第一步淀積時(shí)對(duì)應(yīng)長(zhǎng)管的位置旋轉(zhuǎn)至對(duì)應(yīng)短管的位置，再調(diào)整流量比。改變?cè)诘谝徊匠练e后，長(zhǎng)管下方對(duì)應(yīng)的氧化物和短管下方對(duì)應(yīng)的氧化物在晶片表面分布不均勻的問題，第二步沉積后晶片表面相比一步沉積要平整很多。