[發(fā)明專利]利用沉積刻蝕序列的間隙填充處理

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680030938.1
• 申請日: 2006-06-15
• 公開（公告）號: CN101278380A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曼杰·維萊卡爾;赫曼特·P·芒格卡;揚·S·李;奧野康利;湯淺浩
• 申請（專利權(quán)）人: 應(yīng)用材料公司;松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社
• 主分類號: H01L21/31
• 分類號: H01L21/31
• 代理公司: 北京東方億思知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 趙飛

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展中所面臨的一個持久挑戰(zhàn)是希望增加襯底上的電路元件和互連的密度而不會引入它們之間的寄生相互作用。一般通過提供填充有電絕緣材料的間隙或溝槽來物理地和電地隔離元件，防止所不希望出現(xiàn)的相互作用。然而，隨著電路密度的增大，這些間隙的寬度減小，從而增大了其深寬比并使得逐漸更難以在不留下空洞(void)的前提下填充這些間隙。當(dāng)間隙未被完全填充時所形成的空洞是不希望出現(xiàn)的，因為它們可能例如通過捕獲絕緣材料內(nèi)的雜質(zhì)的方式不利地影響完成后的器件的操作。

用于這種間隙填充應(yīng)用的常用技術(shù)是化學(xué)氣相沉積(“CVD”)技術(shù)。常規(guī)的熱CVD處理向襯底表面提供反應(yīng)氣體，在襯底表面發(fā)生熱誘導(dǎo)(heat-induced)化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生期望的膜。等離子體增強(qiáng)CVD(“PECVD”)技術(shù)通過向接近襯底表面的反應(yīng)區(qū)域施加射頻(“RF”)能量促進(jìn)了反應(yīng)氣體的激發(fā)和/或解離，從而生成等離子體。相比于常規(guī)的熱CVD處理，等離子體物質(zhì)的高反應(yīng)率減少了發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所需的能量，從而降低了這種CVD處理所需的溫度。這些優(yōu)點在高密度等離子體(“HDP”)CVD技術(shù)中可得到進(jìn)一步的體現(xiàn)，在該技術(shù)中，在低真空壓強(qiáng)下形成密集的等離子體從而使等離子體物質(zhì)更具有活性。盡管廣義上這些技術(shù)中的每一種都落入“CVD技術(shù)”的范疇，但是每種都有其特征屬性，從而使其更適于或更不適于某種特定應(yīng)用。

在某些間隙具有大深寬比和窄寬度的示例中，利用“沉積/刻蝕/沉積”處理，通過順序地沉積材料、刻蝕沉積材料的一部分并且再沉積另外的材料來以熱CVD技術(shù)填充間隙。刻蝕步驟用來對部分填充的間隙進(jìn)行重整形，在其上開口使得更多的材料可以在其閉合并留下內(nèi)部空洞之前沉積進(jìn)去。也可以用PECVD技術(shù)來進(jìn)行這種沉積/刻蝕/沉積處理，但是即使通過循環(huán)進(jìn)行沉積和刻蝕步驟，某些熱和PECVD技術(shù)仍然不能填充具有非常大的深寬比的間隙。

通常在本領(lǐng)域技術(shù)人員看來，沉積和刻蝕步驟的循環(huán)在HDP-CVD處理的環(huán)境中是無用的。這是因為和PECVD處理非常不同的是，HDP-CVD處理期間等離子體的高密度離子化物質(zhì)使得即使在沉積的同時亦會導(dǎo)致對膜的濺射。這種在沉積處理期間材料濺射和沉積的同時進(jìn)行試圖在沉積期間保持間隙開口，因此被認(rèn)為使分離的中間刻蝕步驟多余。這種流行觀點被證明是部分正確的，因為利用HDP-CVD處理可以填充具有比利用PECVD沉積/刻蝕/沉積處理可填充的更大深寬比的間隙。然而，在Kent?Rossman1998年3月20日提交的美國專利No.6,194,038中，獲得了意想不到的結(jié)果，即通過在某些HDP-CVD處理條件下使用沉積/刻蝕/沉積處理，可以進(jìn)一步改進(jìn)間隙填充。該結(jié)果隨后在George?D.Papasouliotis等人1998年5月5日提交的美國專利No.6,030,881中得到了證實。

現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)即使使用HDP-CVD處理的沉積和濺射組合，當(dāng)填充窄寬度大深寬比的結(jié)構(gòu)時，間隙仍然容易閉合。HDP處理中所使用的沉積/刻蝕/沉積技術(shù)因此還是采用沉積/刻蝕/沉積技術(shù)的傳統(tǒng)路線，即沉積足夠的材料以部分填充間隙，然后為了進(jìn)一步沉積而進(jìn)行刻蝕以對間隙進(jìn)行重整形。特征尺寸的不斷減小目前正面臨其中這類技術(shù)的實用性正在接近極限的階段。這對于某些可能具有窄的間隙和寬松區(qū)域兩者的結(jié)構(gòu)幾何形狀(諸如淺溝槽隔離(“STI”)結(jié)構(gòu))尤其如此。隨著間隙變得更加窄深，為了填充間隙，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)需要不斷增加循環(huán)次數(shù)，結(jié)果每個沉積步驟通過沉積更少量的材料而對間隙填充更小的程度。因此，相應(yīng)小的量的材料被沉積在寬松區(qū)域中，結(jié)果后續(xù)的刻蝕步驟往往去除寬松區(qū)域中的材料薄層中的太多材料，損傷了下面的結(jié)構(gòu)。

因此，在本領(lǐng)域中仍然需要改進(jìn)HDP-CVD沉積/刻蝕/沉積處理，以適應(yīng)窄的大深寬比的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容