專利名稱：深溝槽的填充方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種深溝槽的填充方法。
背景技術：
在半導體集成電路制造工藝中，隨著半導體器件的特征尺寸的不斷減少，現(xiàn)有器件的隔離技術大量采用淺溝槽絕緣技術(STI shallow trench isolation),現(xiàn)有STI工藝是在硅片即晶圓上先形成一淺溝槽，然后再在所述淺溝槽中填入絕緣介質(zhì)層如二氧化硅形 成的，最后通過化學機械研磨工藝對所述絕緣介質(zhì)層進行研磨使所述淺溝槽上的絕緣介質(zhì)層平坦化?，F(xiàn)有STI中的淺溝槽的深度一般為O. 35 μ m O. 6 μ m，填充所述絕緣介質(zhì)層是采用HDP CVD (高密度等離子體化學氣相淀積)工藝淀積形成。由于HDP CVD工藝在淀積時同時具有淀積和濺射兩個功能，能夠在填充所述淺溝槽的過程中邊淀積邊刻蝕。其中成膜濺射比也即淀積刻蝕比(DS ratio)為一個重要的參數(shù)，成膜濺射比的值為總的淀積速率即成膜速率除以刻蝕速率即濺射速率。所述淺溝槽在淀積過程中，在所述淺溝槽的頂部拐角處的淀積速率要大于所述淺溝槽底部的淀積速率，當成膜濺射比大于I時，淀積速率大于刻蝕速率，如果淀積速率過大，則形成于所述淺溝槽兩側拐角出的絕緣介質(zhì)層會快速生長并在橫向上不斷靠攏從而在所述淺溝槽的頂部處產(chǎn)生封口，封口后在封口的下方就會形成空洞，從而影響到所述淺溝槽的絕緣性能。所述淺溝槽在濺射過程中，最大的刻蝕速率的位置也在所述淺溝槽的頂部拐角位置處，當成膜濺射比小于I時即淀積速率小于刻蝕速率時，則會在所述淺溝槽的拐角處產(chǎn)生凈刻蝕，這樣會對所述淺溝槽的頂部產(chǎn)生削角，從而會對形成于所述淺溝槽頂部的膜層造成破壞?，F(xiàn)有HDP CVD工藝能夠根據(jù)所述淺溝槽的不同的深度或深寬比對所述成膜濺射比進行不同的調(diào)整，從而能實現(xiàn)對淺溝槽的良好填充。由于現(xiàn)有的淺溝槽都比較淺，所以現(xiàn)有HDP CVD工藝都是采用一步成膜即采用具有同一個成膜濺射比和其它工藝參數(shù)的步驟就能對所述淺溝槽實現(xiàn)從底部到頂部的良好填充。但是，隨著半導體產(chǎn)品的廣泛應用，對深溝槽填孔技術的需求日益增加，例如低電壓(20-200V)大電流開關模式電源的開關主要由深溝槽MOS充當。所述深溝槽的深度一般為I. 2μπι 1.4 μ m，要比所述淺溝槽的深度深；其寬度和所述淺溝槽相比保持不變，開口較??；所述深溝槽的側壁也和所述淺溝槽的側壁一樣為垂直底部的結構。由于所述深溝槽的深度增加，采用現(xiàn)有HDP CVD工藝的一步成膜法對所述深溝槽進行良好填充是無法實現(xiàn)，因為無法找到一個恰好的成膜濺射比來實現(xiàn)避免在所述深溝槽內(nèi)出現(xiàn)空洞或在所述淺溝槽的頂部出現(xiàn)削角，二者必居其一，故要實現(xiàn)對所述深溝槽的良好填充，必須找到一種更好的填充方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種深溝槽的填充方法，能夠?qū)ι疃葹?br> I.2μπι I. 4μπι的深溝槽進行良好的填充，能避免在深溝槽中出現(xiàn)空洞或在深溝槽的頂部出現(xiàn)削角。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的深溝槽的填充方法采用HDP CVD工藝淀積絕緣介質(zhì)層對所述深溝槽進行填充；淀積所述絕緣介質(zhì)層的工藝步驟分成三個步驟步驟一、采用具有第一成膜濺射比的淀積工藝形成第一層膜，所述第一層膜將所述深溝槽的底部填充；所述第一成膜濺射比大于后續(xù)步驟三中的第三成膜濺射比，且所述第一成膜濺射比的值滿足在形成所述第一層膜的過程中使所述深溝槽的底部的成膜速率大于在所述深溝槽的側壁的成膜速率。步驟二、采用具有第二成膜濺射比的淀積工藝形成第二層膜，所述第二成膜濺射比大于所述第三成膜濺射比、且所述第二成膜濺射比小于所述第一成膜濺射比；所述第二層膜填充于位于所述第一層膜上的所述深溝槽的中部，所述第二層膜的厚度要滿足保證在所述深溝槽的頂部留有空間。步驟三、采用具有所述第三成膜濺射比的淀積工藝形成第三層膜，所述第三層膜將所述深溝槽完全填充，所述第三成膜濺射比的值滿足在形成所述第三層膜過程中保持在所述深溝槽的頂部不封口。所述第三層膜淀積完后，由所述第一層膜、所述第二層膜和所述第三層膜組成所述絕緣介質(zhì)層并實現(xiàn)對所述深溝槽的良好填充。
進一步的改進為，所述第一成膜濺射比為所述第三成膜濺射比的2. I 2. 4倍。進一步的改進為，所述第二成膜濺射比為所述第三成膜濺射比的I. 4 I. 7倍。進一步的改進為，所述第三成膜濺射比為6. 5 8. 5。進一步的改進為，所述第一層膜的厚度為所述深溝槽深度的O. 35 O. 55倍。進一步的改進為，所述第二層膜的厚度為所述深溝槽深度的O. 47 O. 54倍。進一步的改進為,所述深溝槽的深度為1.2μηι 1.4μηι。進一步的改進為，所述絕緣介質(zhì)層的材料為二氧化硅。本發(fā)明通過采用三步成膜法能實現(xiàn)對所述深溝槽的良好填充，步驟一、二和三中的成膜濺射比設置為依次減小的大中小結構，利用步驟一中的較大的成膜濺射比能夠?qū)崿F(xiàn)對所述深溝槽的快速填充；利用步驟二中的中等的成膜濺射比能夠相對增加刻蝕速率、降低淀積速率，從而防止在所述深溝槽的頂部過早的封口，并能保持一個良好的填充速率，使所述深溝槽繼續(xù)得到填充；利用步驟三中的較小的成膜濺射比，能夠進一步的增加刻蝕速率，能夠?qū)⑺鰷喜凵喜康慕^緣介質(zhì)層去除，保持在所述深溝槽的頂部沒有封口，同時由于有絕緣介質(zhì)層的保護，也能夠避免較大的刻蝕速率對所述淺溝槽的頂部出現(xiàn)削角。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖I是本發(fā)明實施例方法的流程圖；圖2Α是本發(fā)明實施例方法形成的位于晶圓中心的深溝槽填充結構的SEM照片圖2Β是本發(fā)明實施例方法形成的位于晶圓中心的深溝槽填充結構的SEM照片-* ;圖3A是本發(fā)明實施例方法形成的位于晶圓邊緣的深溝槽填充結構的SEM照片—■ ·
---，圖3B是本發(fā)明實施例方法形成的位于晶圓邊緣的深溝槽填充結構的SEM照片四。
具體實施例方式圖I是本發(fā)明實施例方法的流程圖。本發(fā)明實施例深溝槽的填充方法采用HDPCVD工藝淀積絕緣介質(zhì)層對所述深溝槽進行填充；所述深溝槽為在硅片即晶圓上的將所述深溝槽區(qū)域的硅刻蝕后形成的溝槽，所述深溝槽的深度為I. 2μπ I. 4μ ，寬度為 O.55μπι左右，所述深溝槽的側壁和底部垂直。所述絕緣介質(zhì)層的材料為二氧化硅。淀積所述絕緣介質(zhì)層的工藝步驟分成三個步驟步驟一、采用具有第一成膜濺射比的淀積工藝形成第一層膜。淀積的工藝條件為反應氣體為SiH4和02，反應腔體的壓強為小于5毫托，所述第一成膜濺射比遠大于I且為后續(xù)步驟三中的第三成膜濺射比的2. I 2. 4倍。在淀積所述第一層膜的過程中所述深溝槽的底部的成膜速率大于在所述深溝槽的側壁的成膜速率。所述第一成膜濺射比遠大于I即為步驟一中的淀積速率遠大于濺射速率，能使所述深溝槽的底部迅速抬高，加快填充速率，在本實施例中最后形成的所述第一層膜的厚度為所述深溝槽深度的O. 35 O. 55倍。步驟二、采用具有第二成膜濺射比的淀積工藝形成第二層膜。淀積的工藝條件為反應氣體為SiH4和02，反應腔體的壓強為小于5毫托，所述第二成膜濺射比略遠大于I即所述第二成膜濺射比要小于所述第一成膜濺射比，且所述第二成膜濺射比為所述第三成膜濺射比的I. 4 I. 7倍。所述第二層膜填充于位于所述第一層膜上的所述深溝槽的中部，所述第二層膜的厚度要滿足保證在所述深溝槽的頂部留有空間，在本實施例中最后形成的所述第二層膜的厚度為所述深溝槽深度的O. 47 O. 54倍。本步驟在步驟一和步驟三之間起到承上啟下的作用，本步驟中通過調(diào)低成膜濺射比的值，即能夠防止所述深溝槽過早封口，又能同時保持較快速的淀積并為步驟三的淀積成膜留出工藝空間。步驟三、采用具有所述第三成膜濺射比的淀積工藝形成第三層膜。淀積的工藝條件為反應氣體為SiH4和02，反應腔體的壓強為小于5毫托，所述第三成膜濺射比的值滿足在形成所述第三層膜過程中保持在所述深溝槽的頂部不封口，在本實施例中所述第三成膜濺射比為7. 7。所述第三層膜將所述深溝槽完全填充，所述第三層膜的厚度可以按照具體的工藝進行調(diào)節(jié)，本實施例中所述第三層膜的厚度為O. 7μπι。本步驟主要是通過較高的濺射速率把所述深溝槽上部的所述絕緣介質(zhì)層即二氧化硅去除，保持所述深溝槽頂部沒有封口。同時第三步成膜對最終成膜的形貌有很大影響。所述第三層膜淀積完后，由所述第一層膜、所述第二層膜和所述第三層膜組成所述絕緣介質(zhì)層即二氧化硅并實現(xiàn)對所述深溝槽的良好填充。如圖2Α和圖2Β所示，是本發(fā)明實施例方法形成的位于晶圓中心的深溝槽填充結構的掃描電子顯微鏡(SEM)照片一和照片二；照片一的放大倍數(shù)是照片二的放大倍數(shù)的兩倍，可以清楚的看到，位于晶圓中心的所述深溝槽的填充結構良好，沒有空洞或削角的出現(xiàn)。如圖3Α和圖3Β所示，是本發(fā)明實施例方法形成的位于晶圓邊緣的深溝槽填充結構的SEM照片三和照片四，可以清楚的看到，位于晶圓邊緣的所述深溝槽的填充結構良好，沒有空洞或削角的出現(xiàn)。
以上通過具體實施例對本 發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種深溝槽的填充方法，其特征在于采用HDP CVD工藝淀積絕緣介質(zhì)層對所述深溝槽進行填充；淀積所述絕緣介質(zhì)層的工藝步驟分成三個步驟 步驟一、采用具有第一成膜濺射比的淀積工藝形成第一層膜，所述第一層膜將所述深溝槽的底部填充；所述第一成膜濺射比大于后續(xù)步驟三中的第三成膜濺射比，且所述第一成膜濺射比的值滿足在形成所述第一層膜的過程中使所述深溝槽的底部的成膜速率大于在所述深溝槽的側壁的成膜速率； 步驟二、采用具有第二成膜濺射比的淀積工藝形成第二層膜，所述第二成膜濺射比大于所述第三成膜濺射比、且所述第二成膜濺射比小于所述第一成膜濺射比；所述第二層膜填充于位于所述第一層膜上的所述深溝槽的中部，所述第二層膜的厚度要滿足保證在所述深溝槽的頂部留有空間； 步驟三、采用具有所述第三成膜濺射比的淀積工藝形成第三層膜，所述第三層膜將所述深溝槽完全填充，所述第三成膜濺射比的值滿足在形成所述第三層膜過程中保持在所述深溝槽的頂部不封口。
2.如權利要求I所述深溝槽的填充方法，其特征在于所述第一成膜濺射比為所述第三成膜濺射比的2. I 2. 4倍。
3.如權利要求I所述深溝槽的填充方法，其特征在于所述第二成膜濺射比為所述第三成膜濺射比的I. 4 I. 7倍。
4.如權利要求I所述深溝槽的填充方法，其特征在于所述第三成膜濺射比為6.5 8.5。
5.如權利要求I所述深溝槽的填充方法，其特征在于所述第一層膜的厚度為所述深溝槽深度的O. 35 O. 55倍。
6.如權利要求I所述深溝槽的填充方法，其特征在于所述第二層膜的厚度為所述深溝槽深度的O. 47 O. 54倍。
7.如權利要求I所述深溝槽的填充方法，其特征在于所述深溝槽的深度為I.2 μ m L 4 μ m0
8.如權利要求I所述深溝槽的填充方法，其特征在于所述絕緣介質(zhì)層的材料為二氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種深溝槽的填充方法，本發(fā)明通過采用三個步驟成膜實現(xiàn)對能夠?qū)ι顪喜圻M行良好的填充，步驟一、二和三中的成膜濺射比設置為依次減小的大中小結構。利用步驟一中的較大的成膜濺射比能夠?qū)崿F(xiàn)對深溝槽的快速填充。利用步驟二中的中等的成膜濺射比能夠相對增加刻蝕速率、降低淀積速率，從而防止在深溝槽的頂部過早的封口，并能保持一個良好的填充速率，使深溝槽繼續(xù)得到填充。利用步驟三中的較小的成膜濺射比，能夠進一步的增加刻蝕速率，能夠?qū)喜凵喜康慕^緣介質(zhì)層去除，保持在深溝槽的頂部沒有封口，從而能夠避免空洞的形成；同時由于有絕緣介質(zhì)層的保護，也能夠避免較大的刻蝕速率對淺溝槽的頂部出現(xiàn)削角。
文檔編號C23C16/44GK102867775SQ20111019087
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權日2011年7月8日
發(fā)明者孫玲玲, 楊繼業(yè) 申請人:上海華虹Nec電子有限公司