[發(fā)明專利]一種提高淺溝槽隔離介電質(zhì)薄膜填充能力的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201410254087.5
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN103996649A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘斌
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 王宏婧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體涉及半導(dǎo)體制造中淺溝槽隔離介電質(zhì)薄膜填充能力提高的整合流程，更具體地說，本發(fā)明涉及一種提高淺溝槽隔離介電質(zhì)薄膜填充能力的方法。

背景技術(shù)

淺溝槽隔離(Shallow?Trench?Isolation，STI)技術(shù)是集成電路制造中普遍采用一種隔離方法，用于氧化硅填充淺溝槽來隔離不同的半導(dǎo)體器件，避免產(chǎn)生漏電流及短路現(xiàn)象。隨著芯片制造技術(shù)向尺寸更小的新工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)邁進(jìn)，淺溝槽的寬度不斷減小，但淺溝槽的高度不能成比例的降低，導(dǎo)致淺溝槽的深寬比隨著新工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)增加。淺溝槽深寬比的增加使得淺溝槽介電質(zhì)薄膜填充(gap?fill)容易產(chǎn)生空洞(void)或縫隙(seam)。淺溝槽介電質(zhì)薄膜中的空洞或縫隙會直接導(dǎo)致器件性能下降甚至失效。

目前主要有兩種化學(xué)沉積法用于半導(dǎo)體制造中淺溝槽隔離介電質(zhì)薄膜制備：一種是用高密度等離子(High?Density?Plasma，HDP)化學(xué)氣相沉積，但此方法只能對深寬比小于6：1的淺溝槽填充做到不造成空洞或縫隙；另一種方法是高深寬比工藝(High?Aspect?Ratio?Process，HARP)可以做到最高10：1的深寬比填充，但淺溝槽需要做成V型結(jié)構(gòu)，而且溝槽側(cè)墻角度最好小過87°，這種V型結(jié)構(gòu)要求在20納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)鰭式場效應(yīng)晶體管(Fin?Field-Effect?Transistor，F(xiàn)inFET)中將難以實現(xiàn)，高深寬比工藝的另一個缺陷是會在填充后的現(xiàn)場水汽生成退火(In-Situ?Steam?Generation，ISSG)過程中氧化有源區(qū)硅元素造成有源區(qū)尺寸的縮小。

為了避免介電質(zhì)薄膜中空洞或縫隙的形成，一種新的制備方法是流動式化學(xué)氣相沉積(Flowable?CVD，F(xiàn)CVD)，介電質(zhì)材料可以在液體形態(tài)下自由流動到需要填充的各種形狀的結(jié)構(gòu)中，填充形式為自底向上，而且填充結(jié)構(gòu)中不會產(chǎn)生空洞或縫隙，填充的深寬比甚至可以做到30：1。盡管流動式化學(xué)氣相沉積法具有優(yōu)越的填充能力，利用流動式化學(xué)氣相法在沉積淺溝槽隔離氧化物薄膜(Flowable?Oxide，F(xiàn)OX)時遇到兩個主要的技術(shù)問題：一是相比高密度等離子工藝和高深寬比工藝，利用流動式化學(xué)氣相沉積法制備的薄膜濕法刻蝕速度太快，不利于在填充后的濕法刻蝕處理中控制薄膜厚度，雖然現(xiàn)場水汽生成退火工藝可以提高薄膜的抗刻蝕性能，退火工藝同樣也會產(chǎn)生有源區(qū)硅氧化造成有源區(qū)尺寸縮小的問題；第二個問題是流動式化學(xué)氣相沉積制備的薄膜在后續(xù)的退火工藝中會有薄膜收縮現(xiàn)象，大塊的寬溝槽收縮量多過小塊的窄溝槽，這就造成了寬溝槽和窄溝槽間的細(xì)長有源區(qū)結(jié)構(gòu)向大塊溝槽方向彎曲變形(如圖1所示)，彎曲程度隨著退火工藝的溫度增加而變得越嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種全新的工藝流程將流動式化學(xué)氣相沉積，現(xiàn)場水汽生成退火和高密度等離子化學(xué)氣相沉積，高深寬比工藝整合在一起，為20納米及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)淺溝槽隔離提供無空洞(void-free)和無縫隙(seam-free)的解決方案。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種提高淺溝槽隔離介電質(zhì)薄膜填充能力的方法，其包括：

第一步驟：接收預(yù)沉積薄膜硅片；

第二步驟：在硅片中刻蝕出淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)并進(jìn)行預(yù)處理；

第三步驟：預(yù)填充襯底以形成預(yù)填充層；

第四步驟：在預(yù)填充襯底后利用流動式化學(xué)氣相沉積法部分填充淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)以形成淺溝槽隔離氧化物薄膜；

第五步驟：沉積覆蓋經(jīng)過流動式化學(xué)氣相沉積法部分填充之后淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的上層薄膜；

第六步驟：執(zhí)行高溫退火處理以提高淺溝槽隔離氧化物薄膜和上層薄膜的抗?jié)穹涛g性能和致密性。

優(yōu)選地，所述提高淺溝槽隔離介電質(zhì)薄膜填充能力的方法還包括：

第七步驟：對化學(xué)機(jī)械研磨法對薄膜進(jìn)行平坦化處理；

第八步驟：執(zhí)行濕法化學(xué)處理。

優(yōu)選地，所述第四步驟、所述第五步驟和所述第六步驟被多次依次循環(huán)執(zhí)行。

優(yōu)選地，預(yù)填充層的厚度在2nm以上。

優(yōu)選地，高溫退火處理為現(xiàn)場水汽生成退火處理或干法快速熱退火處理。

優(yōu)選地，在第三步驟中利用化學(xué)氣相沉積法或高深寬比工藝預(yù)填充襯底以形成預(yù)填充層。

優(yōu)選地，在第五步驟中利用化學(xué)氣相沉積法或高深寬比工藝沉積覆蓋經(jīng)過流動式化學(xué)氣相沉積法部分填充之后淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的上層薄膜。