[發明專利]溝槽填充方法及成膜裝置

有效

• 申請號: 201110442021.5
• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN102543830A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 渡邊將久;岡田充弘
• 申請（專利權）人: 東京毅力科創株式會社
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;張會華

技術領域

本發明涉及溝槽填充方法及成膜裝置。

背景技術

半導體集成電路裝置在其內部具有微細的溝槽構造。微細的溝槽構造的典型例子是STI(Shallow?Trench?Isolation)。

STI是用于將半導體元件的活性區域相互分離的元件分離區域，其是通過在硅基板中形成微細的溝槽、并在該微細的溝槽內部填充絕緣物而形成的。

作為填充的絕緣物，例如專利文獻1所述那樣公知有SOD(Spin-On?Dielectric)，特別是將PHPS(PerHydroPolySilazane：SiH₂NH)作為主要成分的無機聚合物受到注目。PHP?S例如在水蒸氣氣氛中燒制時變為硅氧化物(SiO₂)。反應式如下。

SiH₂NH+2H₂O→SiO₂+NH₃+2H₂

但是，PHPS在變為硅氧化物時收縮。因此，會在微細的溝槽內部產生空隙。

因此，專利文獻1是預估PHPS的收縮量、預先在微細的溝槽內部形成能夠膨脹的膜之后填充PHPS。能夠膨脹的膜是硅(Si)膜。專利文獻1是通過使硅膜變為硅氧化膜而使其膨脹，來抵消PHPS的收縮量，抑制在微細的溝槽內部產生空隙。

專利文獻1：美國專利第7,112,513號說明書

在專利文獻1中，加入了使硅膜變為硅氧化膜的工序、即氧化工序。因此，在形成硅膜之前，在微細的溝槽內部形成作為難以使氧通過的氧化阻擋層的膜。其原因在于，防止氧化到達硅基板而在硅基板中進行氧化。在專利文獻1中，作為氧化阻擋層的膜是硅氮化膜(Si₃N₄)。

但是，在溝槽的微細化進一步發展時，能夠預測除了能夠膨脹的膜之外，還在溝槽的內部形成作為氧化阻擋層的膜變得困難或不可能。

發明內容

本發明即是鑒于上述情況而做成的，提供一種即使溝槽的微細化進一步發展、也能夠在溝槽的內部形成能夠膨脹的膜和作為氧化阻擋層的膜的溝槽填充方法、以及能夠實施該溝槽填充方法的成膜裝置。

本發明的第1技術方案的溝槽填充方法包括以下工序：(1)在形成于半導體基板的溝槽內部形成氧化阻擋層膜；(2)在上述氧化阻擋層膜上形成能夠膨脹的膜；(3)使用因燒制而會收縮的填充材料，由上述氧化阻擋層膜、上述能夠膨脹的膜和上述填充材料填充上述溝槽；(4)對上述填充材料進行燒制；上述(1)工序包括以下工序：向形成有上述溝槽的半導體基板供給氨基硅烷類氣體，在上述溝槽的內部形成第1晶種層；在上述第1晶種層上形成氮化硅膜；上述(2)工序包括以下工序：向形成有上述氮化硅膜的半導體基板供給氨基硅烷類氣體，在上述氮化硅膜上形成第2晶種層；在上述第2晶種層上形成硅膜。

本發明的第2技術方案的溝槽填充方法包括以下工序：(6)將形成有溝槽的半導體基板氧化，在上述溝槽的內部形成氧化膜；(7)對上述氧化膜進行氮化處理；(8)在上述氮化處理后的上述氧化膜上形成能夠膨脹的膜；(9)使用因燒制而會收縮的填充材料，由上述氮化處理后的氧化膜、上述能夠膨脹的膜和上述填充材料填充上述溝槽；(10)對上述填充材料進行燒制；上述(8)工序包括以下工序：向形成有上述氮化處理后的氧化膜的半導體基板供給氨基硅烷類氣體，在上述氮化處理后的氧化膜上形成晶種層；在上述晶種層上形成硅膜。

本發明的第3技術方案的成膜裝置包括：處理室，其用于收容形成有溝槽的半導體基板；氣體供給機構，其用于向上述處理室內供給氨基硅烷類氣體、硅烷類氣體及含有氮化劑的氣體；加熱裝置，其用于對上述處理室內進行加熱；排氣裝置，其用于對上述處理室內進行排氣；控制器，其用于控制上述氣體供給機構、上述加熱裝置、上述排氣裝置；上述控制器控制上述氣體供給機構、上述加熱裝置、上述排氣裝置，從而在上述處理室內對上述半導體基板執行上述第1技術方案或者上述第2技術方案的溝槽填充方法。

本發明的其他目的和優點在后述中說明，并且某種程度上對于本領域技術人員根據后述說明是顯而易見的，或者是本領域技術人員根據經驗能夠得知的。

通過后述的手段和結合能夠實現本發明的目的和優點。

附圖說明

圖1是表示本發明的第1實施方式的溝槽填充方法的順序的一例子的流程圖。

圖2A～圖2I是概略表示圖1所示的順序中的半導體基板的狀態的剖視圖。

圖3是表示堆積時間與硅膜的膜厚的關系的圖。