[發明專利]一種氧化硅薄膜的可流動化學氣相沉積方法

有效

• 申請號: 201810977212.3
• 申請日: 2018-08-26
• 公開（公告）號: CN109166787B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 合肥安德科銘半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/762
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種具有較低蝕刻速率的氧化硅薄膜的可流動化學氣相沉積方法，以具有環形分子結構的環硅烷作為前驅體，與含氮化合物反應沉積到襯底上，形成可流動的硅氮薄膜，經過氧化性氣體氧化，得到氧化硅薄膜。本發明形成的氧化硅薄膜的Si?H鍵密度顯著降低，濕蝕刻速率也大大降低，經過高溫退火或紫外固化之后，在有圖案的硅晶片上，可實現從下至上的、無縫間隙填充；在空白硅晶片上，可形成高質量的氧化硅薄膜；均勻性好，覆蓋性能優良。

【技術領域】

本發明涉及氧化硅薄膜技術領域，具體講是一種氧化硅薄膜的可流動化學氣相沉積方法。

【背景技術】

在半導體處理中，由于器件的尺寸要求越來越小，因此半導體通常具有高深寬比(HAR)的結構，且必須以絕緣材料來填充高深寬比結構間的縫隙。縫隙填充應用中使用絕緣材料的實例包括淺槽隔離、金屬間介電層、鈍化層、圖案化應用等。由于器件的幾何形狀縮小且熱負載降低，傳統的熱沉積工藝對高深寬比結構的無縫間隙填充越來越困難。

可流動化學氣相沉積(FCVD)是薄膜材料的一種新型制備方法，通常使用氨基硅烷化合物及含氮化合物作為前驅體，通過受控分解和縮合反應沉積在襯底上形成流動性比較好的含硅的薄膜，然后再施加一種或多種能量源(例如熱能量源、等離子體能量源)使薄膜發生致密化。由于FCVD膜呈現良好的共形性、階梯覆蓋與充分填充高深寬比空間(HAR>10：1)的能力，所以FCVD膜可被應用于高深寬比縫隙的填充。

然而，FCVD膜的濕蝕刻速率比傳統熱沉積薄膜的濕蝕刻速率高出很多，即使通過高于500℃的水蒸氣處理及高溫退火工藝以改善膜密度，FCVD制得的氧化硅薄膜在稀氫氟酸(HF)溶液中的濕刻蝕速率仍然比傳統熱沉積制得的氧化硅薄膜快5倍以上；即使采用最新的“沉積-紫外退火-等離子處理”的循環模式，所制得的薄膜在稀HF溶液中的濕刻蝕速率仍然比傳統熱沉積制得的氧化硅薄膜快3倍以上，這嚴重地限制了其應用。究其原因，這是因為FCVD薄膜具有高密度的Si-H鍵，由于這些Si-H鍵的大量存在，使得薄膜在稀HF溶液中的濕蝕刻速率比較高。因此，降低薄膜的H∶Si比例，是目前降低FCVD薄膜濕蝕刻速率的有效途徑。經過我們的研究發現，薄膜的H∶Si比例主要取決于前驅體。在FCVD中，常用的前驅體三甲硅烷基胺(TSA)沉積的H∶Si比例為3∶1。在WO2016065219A1專利申請中，公開了可以降低H-Si鍵密度的前驅體雙(二甲硅烷基氨基)硅烷(IIB)和三(乙基甲硅烷基)胺，這樣的TSA雙聚物或三聚物雖然能降低氫含量，但其H∶Si的比例仍舊是很高，達到14∶5，仍然不能滿足實際需求。因此，目前缺乏具有較低蝕刻速率的含硅膜的可流動化學氣相沉積方法，而這又恰恰是可流動化學氣相沉積方法商業應用的唯一潛在路徑。

【發明內容】

本發明所要解決的是提供一種具有較低蝕刻速率的氧化硅薄膜的可流動化學氣相沉積方法。

本發明的技術解決方案如下：一種氧化硅薄膜的可流動化學氣相沉積方法，以具有環形分子結構的環硅烷作為前驅體，與含氮化合物反應沉積到襯底上，形成可流動的硅氮薄膜，經過氧化性氣體氧化，得到氧化硅薄膜；再通過固化處理，得到致密的氧化硅薄膜。

由于環硅烷為環形結構，分子較大，這有利于可流動化學氣相沉積中形成流動性好的長鏈結構或高聚物結構。以具有環形分子結構的環硅烷作為前驅體，與含氮化合物反應沉積到襯底上，形成可流動的硅氮薄膜，利用階梯覆蓋與充分填充高深寬比空間(HAR>10：1)的半導體元件；通過氧化性氣體氧化，形成氧化硅薄膜；通過后續的固化處理(如紫外、退火、轟擊等)，最終固化形成高質量的致密的氧化硅薄膜。更為重要的是，環硅烷分子中H原子數目減少，H∶Si的比例降低，因此采用環硅烷作前驅體，與含氮化合物反應進行可流動化學氣相沉積，這樣形成的氧化硅薄膜的Si-H鍵密度顯著降低，濕蝕刻速率也大大降低。在有圖案或凹槽的硅晶片上，該方法可以實現從下至上的、無縫間隙填充；在空白硅晶片上，經過氧化和高溫處理后，可形成高質量的氧化硅薄膜。