[發明專利]固化氫倍半硅氧烷和在納米級溝槽內致密化的方法

無效

• 申請號: 200680018547.8
• 申請日: 2006-06-12
• 公開（公告）號: CN101185160A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: 陳偉;B·K·黃;J－K·李;E·S·梅爾;M·J·斯波爾丁;S·王
• 申請（專利權）人: 陶氏康寧公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 張欽

相關申請的交叉參考

[0001]無

發明領域

[0002]在高長徑比的納米級溝槽內固化氫倍半硅氧烷(HSQ)的方法。高長徑比一般是指又窄又深的溝槽。相對于溝槽深度，溝槽寬度越窄，則長徑比越高。固化技術牽涉在三個不同溫度范圍下在諸如水蒸汽和/或一氧化二氮之類氧化劑等存在下進行的三階段工序。

發明背景

[0003]集成電路技術在半導體基底上使用窄的溝槽，以隔離諸如預金屬電介質(PMD)之類的電路和淺溝槽隔離(STI)。絕緣材料沉積在溝槽內，形成絕緣層，并使形貌平面化。化學氣相沉積(CVD)和旋涂玻璃沉積(SOD)是典型地使用的在半導體基底上填充溝槽技術，以便形成電介質層，例如二氧化硅(SiO₂)和二氧化硅基層。

[0004]典型的CVD方法牽涉將基底置于工藝過程氣體引入其內并加熱的反應器腔室內。這將誘導一系列的化學反應，所述化學反應將導致在基底上沉積所需的層。可使用CVD方法，制備由硅烷(SiH₄)或四乙氧基硅烷Si(OC₂H₅)制造的二氧化硅膜。已知各類CVD方法，例如大氣壓CVD、低壓CVD或等離子體加強的CVD。然而，CVD方法的缺點可能是，當溝槽的深度尺寸接近亞微米級時，難以充分地填充溝槽。因此CVD技術不適合于本發明具有高長徑比的納米級溝槽填充。

[0005]在典型的SOD方法中，將含成膜材料例如HSQ樹脂的溶液沉積在基底上，并利用某些旋轉參數旋轉鋪涂，形成均勻的薄膜，溶液的可旋涂性直接影響薄膜的質量和性能。在成膜材料沉積于基底上之后，固化成膜材料。SOD是本發明方法的技術。

發明簡述

[0006]本發明涉及填充半導體基底內溝槽的方法。通過下述步驟來填充溝槽：

在半導體基底上和在溝槽內分配成膜材料；

在第一低溫下，在氧化劑存在下固化分配的成膜材料第一預定的時間段；

在第二低溫下，在氧化劑存在下固化分配的成膜材料第二預定的時間段；

在第三高溫下，在氧化劑存在下固化分配的成膜材料第三預定的時間段；和

在半導體基底內形成填充的氧化物溝槽。

[0007]所述成膜材料是氫倍半硅氧烷的溶液，和氧化劑可以是一氧化二氮、氧化一氮、水蒸汽和類似物。通過旋涂方法，將氫倍半硅氧烷成膜材料沉積在半導體基底上和溝槽內。第一低溫是20-25℃至100℃，第二低溫是100-400℃，和第三高溫是800-900℃。視需要，可在400-800℃的溫度下，在一氧化二氮存在下，致密化在半導體基底內的填充的氧化物溝槽。第一、第二和第三預定的時間段以及致密化的時間各自為30-60分鐘。根據以下詳細說明的考慮，本發明的這些和其他特征將變得顯而易見。

附圖簡述

[0008]圖1是在固化并濕法蝕刻在構圖的晶片上制造的膜之后，該膜的掃描電子顯微(SEM)圖像的截面。

發明詳述

氫倍半硅氧烷

[0009]此處所使用的氫倍半硅氧烷是先驅體(preceramic)含硅樹脂，更特別地，含有通式HSi(OH)_x(OR)_yO_z/2的單元的氫硅氧烷樹脂。R獨立地為有機基團，當該有機基團通過氧原子鍵合到硅上時，將形成可水解的取代基。合適的R基包括：烷基，例如甲基、乙基、丙基和丁基；芳基，例如苯基；和鏈烯基，例如烯丙基或乙烯基。X的數值為0-2；y為0-2；z為1-3；和x+y+z之和為3。

[0010]這些樹脂可以是(i)充分縮合的氫倍半硅氧烷樹脂(HSiO_3/2)_n；(ii)僅僅部分水解的，即含有一些≡SiOR的樹脂；和/或部分縮合的，即含有一些≡SiOH的樹脂。另外，該樹脂可含有小于約10％或者不具有氫原子或者具有兩個氫原子的硅原子，或者氧空位以及≡Si-Si≡鍵可在其形成或處理過程中出現。

[0011]氫倍半硅氧烷樹脂是通常符合以下描述結構的梯形或籠形聚合物。

[0012]典型地，n的數值為大于或等于4。作為例舉，當n為4時，以下描述了倍半硅氧烷立方八聚體的化學鍵布局：

[0013]當該序列延長，即n為大于或等于5時，形成無限高分子量的兩股聚硅氧烷，所述聚硅氧烷在其延長的結構內含有規則和反復的交聯。