[發明專利]集成工藝調制一種利用HDP－CVD間隙填充的新型方法

無效

• 申請號: 200710090263.6
• 申請日: 2007-04-17
• 公開（公告）號: CN101079379A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: 斯里維斯·D·內曼尼;楊·S·李;埃利·Y·伊;王安川;賈森·托馬斯·布洛基;韓龍典
• 申請（專利權）人: 應用材料股份有限公司
• 主分類號: H01L21/31
• 分類號: H01L21/31;H01L21/316;H01L21/311;C23C16/00;C23C16/54;C23C16/56;C23C16/40
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐金國;梁揮

相關申請的交叉引用

本發明要求享有在2006年4月17日提交的發明名稱為“INTEGRATED PROCESS?MODULSTION(IPM)A?NOVEL?SOLUTION?FOR?FILLING NARROW?GAPS(<90NM)WITHHDP-CVD-S(集成工藝調制一種利用高密 度等離子體化學汽相沉積填充窄間隙(<90nm)的新型方法)”的美國臨時專 利申請No.60/792,743的優先權，在此引入其全部內容作為參考。

技術領域

本發明公開了一種用于在設置于工藝腔室內的襯底上沉積氧化硅薄膜的 工藝。

背景技術

現代半導體器件制造中的基本步驟之一為在半導體襯底上形成諸如氧化 硅的薄膜。氧化硅作為絕緣層廣泛應用于半導體器件的制造中。公知可利用熱 化學氣相沉積(CVD)或等離子體化學氣相沉積及其他方法沉積氧化硅薄膜。 在傳統的熱CVD工藝中，將反應性氣體提供給進行熱誘導化學反應(均勻或不 均勻)的襯底表面上以形成所需薄膜。在傳統的等離子體工藝中，形成受控的 等離子體以分解和/或激活反應物以形成所需薄膜。

從幾十年以前首次出現半導體器件以來，半導體器件的幾何尺寸已顯著減 小。在某些應用中，例如，在相鄰的導線或蝕刻的溝槽之間，較小特征尺寸的 器件已導致出現增加的孔徑比的間隙。間隙的孔徑比定義為間隙高度或深度與 其寬度之比。利用傳統的CVD方法難以填充這些空隙。薄膜完全填充這些間隙 的能力被稱之為薄膜“間隙填充(gapfilling)”能力。氧化硅為通用于填充 金屬間介電層(IMD)應用、金屬前介電層(PMD)應用和淺溝槽隔離(STT) 等應用中的間隙的其中一種類型的絕緣膜。所述氧化硅薄膜常被稱之為間隙填 充薄膜或間隙填充層。

一些集成電路制造商已轉向利用高密度等離子體化學汽相沉積 (HDP-CVD)系統以沉積氧化硅間隙填充層。HDP-CVD系統形成大約為標 準電容性耦合等離子體CVD系統的密度大小的兩倍或以上的等離子體。 HDP-CVD系統的實施例包括電感耦合等離子體系統和電子回旋共振(ECR) 等離子體系統等。HDP-CVD系統通常在比低密度等離子體系統更低的壓力范 圍操作。HDP-CVD系統中采用的低腔室壓力提供具有長平均自由程和減小的 角分布的激活物質。這些因素結合等離子體密度有助于來自等離子體的大量成 分均勻到達緊密分隔的間隙的最深部分，與在低密度等離子體系統中沉積的薄 膜相比，其提供具有改善的間隙填充能力的薄膜。

與用其他CVD技術沉積的薄膜相比，利用HDP-CVD技術沉積的薄膜允 許具有改善的間隙填充特性的另一因素在于由等離子體的高密度促進的濺射 與薄膜沉積同時進行。HDP沉積的濺射元素減慢在某些形貌諸如突起表面的 角落上沉積，從而有利于HDP沉積膜的改善的間隙填充能力。一些HDP-CVD 系統導入氬氣或類似重惰性氣體以進一步促進濺射效果。這些HDP-CVD系統 通常利用襯底支架基座內的電極，其能產生使等離子體偏向襯底的電場。所述 電場可應用于整個HDP沉積工藝期間以產生濺射并為給定薄膜提供更好的間 隙填充特性。通常用于沉積氧化硅的一種HDP-CVD工藝由包括硅烷(SiH₄)、 氧分子(O₂)和氬(Ar)的工藝氣體形成等離子體。

然而，與濺射相關的局限在于濺射材料的角重新分布(angular redistribution)。例如，在STI間隙填充中，濺射的SiO₂可從溝槽上方濺射并 在溝槽的側面上沉積，這將導致過量聚積并限制實現自下至上的間隙填充所經 過的開口。如果有太多的再沉積，在底部被填充之前該溝槽可能關閉，并在溝 槽內留下內埋孔。

圖1A示出了在具有由襯底上形成的兩個相鄰形貌122、124限定的間隙 120的襯底(未示出)上薄膜沉積的起始階段。如圖1A所示，傳統的HDP-CVD 氧化硅沉積工藝導致在間隙120內的水平表面126上和形貌122、124上的水 平表面128上直接氧化硅沉積。由于隨著氧化硅薄膜生長，從氧化硅薄膜濺射 的物質的再結合，該工藝還導致側壁130上的間接沉積(稱之為再沉積)。在 某些小寬度、高孔徑比的應用中，氧化硅薄膜的繼續生長導致在上部分間隙側 壁上的形成結構132，其以超過薄膜在側壁的下部分134上橫向生長的速率彼 此相對生長(也可參見圖1B)。該工藝的最終結果為形成如圖1C中所示的孔 136。