專利名稱：隔離溝槽的填充方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種淺溝槽(shallowtrench isolation STI)隔離溝槽的填充(Gap-filling)方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件特征尺寸的顯著減小，相應(yīng)地也對芯片制造工藝提出了更高的要求，伴隨著IC器件的進(jìn)一步高密度化、微細(xì)化和高速化，特別是隨著半導(dǎo)體特征尺寸向65納米乃至更精細(xì)的結(jié)構(gòu)發(fā)展，工藝容差范圍相應(yīng)縮小，對絕緣介質(zhì)的填充，特別是對淺槽隔離(shallow trench isolation，STI)提出了更高的要求。
公開號為CN1531057A的專利公開了一種STI溝槽填充方法，其利用HDP(High-density Plasma)工藝在溝槽中填充絕緣物質(zhì)。圖1為STI隔離結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，在半導(dǎo)體基底上100上生長一薄層氧化物層(SiO2)101，然后在氧化物層101上沉積一層氮化硅層102。接著，利用選擇性蝕刻在半導(dǎo)體基底上100上形成淺溝槽104。再利用高密度等離子體(high density plasma，HDP)工藝在溝槽104中沉積氧化物層110。沉積高度應(yīng)盡量填平溝槽104的頂部。最后，利用化學(xué)機(jī)械拋光處理(CMP，chemical mechanical planarization)進(jìn)行拋光制程，形成一個淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)。但是，經(jīng)過該技術(shù)進(jìn)行溝槽填充時僅僅進(jìn)行一步沉積，即一次將絕緣物質(zhì)填滿溝槽。這樣，會造成該現(xiàn)有技術(shù)形成的STI溝槽表面粗糙度較大。如圖2所示，圖2為一步沉積后的STI溝槽表面的粗糙度效果圖。溝槽表面的粗糙度可以用凸出的波峰201與凹進(jìn)的波谷202的差值表示，較大的粗糙度將影響化學(xué)機(jī)械拋光處理(chemical mechanical planarization，CMP)的效果，導(dǎo)致在氮化硅清除后，STI的結(jié)構(gòu)表面粗糙度較大，進(jìn)而會導(dǎo)致漏電流的產(chǎn)生，影響電學(xué)參數(shù)。因此，我們需要采用有效的辦法來減小STI HDP工藝后粗糙度較大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種隔離溝槽的填充方法，以解決STI隔離結(jié)構(gòu)溝槽填充后表面粗糙度較大的問題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種隔離溝槽的填充方法，包括a在半導(dǎo)體基底上形成溝槽；b沉積絕緣物質(zhì)氧化物層至溝槽高度一半的位置；c晶片旋轉(zhuǎn)一特定角度；d沉積絕緣物質(zhì)氧化物層至溝槽頂部。
所述步驟b中沉積絕緣物質(zhì)所用的設(shè)備包括復(fù)數(shù)根長管和復(fù)數(shù)根短管。所述長管沿圓周均勻分布，所述短管在每兩根長管間沿圓周均勻分布。所述沉積絕緣物質(zhì)所用的氣體分別從長管和短管中流出，所述短管中流出的氣體中包括氧氣O2和SiH4，所述長管中流出的氣體中包括SiH4。在步驟b中，所述長管的氣體流量與所述長管加短管的氣體流量的流量比為0-100％。所述步驟b中沉積溝槽一半高度所需的沉積時間是標(biāo)準(zhǔn)沉積時間的一半。所述特定角度為兩個長管之間夾角的一半。在所述步驟d中，根據(jù)溝槽填充物的表面形態(tài)調(diào)整流量比，所述流量比為0-100％。所述步驟d中沉積至溝槽頂部所用的沉積時間是標(biāo)準(zhǔn)沉積時間的另一半。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的隔離溝槽填充方法根據(jù)現(xiàn)有工藝的缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)，提高了用于STI隔離溝槽的氧化物表面平坦程度。
在進(jìn)行HDP的設(shè)備的反應(yīng)室中包括長管和短管。長管沿圓周均勻分布，短管在每兩根長管間均勻分布，并且短管數(shù)量大于長管數(shù)量。反應(yīng)氣體從長管和短管中流出，經(jīng)等離子化后在晶片表面反應(yīng)沉積。長管管口對應(yīng)晶片的中心位置，短管管口對應(yīng)晶片的邊緣位置。長管流出的反應(yīng)氣體主要影響沉積在晶片的中心位置氧化物的厚度，短管流出的沉積物質(zhì)氣體主要影響沉積在晶片的邊緣位置氧化物的厚度。由于長管的SiH4流量與長管加短管的SiH4總流量的流量比設(shè)置的不恰當(dāng)，如果僅進(jìn)行一步沉積，沉積后往往造成晶片的表面中間和邊緣部分氧化物不均勻的問題，導(dǎo)致晶片表面凸凹不平，表面粗糙度較大。
本發(fā)明將STI HDP工藝劃分為兩個步驟來解決上述問題。即在第一步沉積后，根據(jù)晶片表面粗糙度的情況調(diào)整反應(yīng)氣體流量比，同時將晶片旋轉(zhuǎn)兩個長管夾角的一半的角度，進(jìn)行第二步沉積。這是因?yàn)?，通過旋轉(zhuǎn)，將晶片在第一步淀積時對應(yīng)長管的位置旋轉(zhuǎn)至對應(yīng)短管的位置，再調(diào)整流量比。改變在第一步沉積后，長管下方對應(yīng)的氧化物和短管下方對應(yīng)的氧化物在晶片表面分布不均勻的問題，第二步沉積后晶片表面相比一步沉積要平整很多。
通過本發(fā)明的方法，將STI HDP工藝后晶片表面粗糙度大大降低，有利于后續(xù)工藝的順利進(jìn)行。


圖1為STI隔離結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為采用現(xiàn)有的STI HDP工藝進(jìn)行一步沉積后的效果圖；圖3為本發(fā)明隔離溝槽填充方法的流程圖；圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例所使用的HDP反應(yīng)室(chamber)的結(jié)構(gòu)圖；圖5長管短管在HDP反應(yīng)室(chamber)的相對位置的示意圖；圖6為本發(fā)明方法經(jīng)過第一步沉積后的溝槽結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為采用本發(fā)明方法進(jìn)行第一步沉積后的晶片表面氧化物的三維效果圖；圖8為采用本發(fā)明方法進(jìn)行第一步沉積后的晶片表面氧化物的二維效果圖；圖9為采用本發(fā)明方法進(jìn)行第二步沉積后的晶片表面氧化物的三維效果圖。
圖號說明100半導(dǎo)體基底101氧化物層 102氮化物層104溝槽 106內(nèi)襯氧化物層 110HDP氧化物201波峰 202波谷 401晶片承載臺402長管 403短管 501晶片502短管 503長管601凹槽填充氧化物形狀線701短管下方對應(yīng)主要沉積位置
702長管下方對應(yīng)主要沉積位置801晶片表面氧化物等高線901短管下方對應(yīng)主要沉積位置902長管下方對應(yīng)主要沉積位置具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。
圖3為本發(fā)明半導(dǎo)體器件制造方法的流程圖。首先，在半導(dǎo)體基底上形成溝槽(S301)；然后，沉積氧化物層至溝槽高度一半的位置(S302)；接著，將晶片旋轉(zhuǎn)某一特定角度(S303)；最后，沉積氧化物層至溝槽頂部(S304)。上述方法只是對本發(fā)明技術(shù)方案的簡要說明，在說明書的下文中將對本發(fā)明的方法做詳細(xì)說明。
圖4為HDP反應(yīng)室(chamber)的結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示，此圖為晶片在沉積室(chamber)進(jìn)行沉積時的位置結(jié)構(gòu)圖。在本發(fā)明的實(shí)施例中，六根長管402均勻地分布于一個圓周上，即每兩根長管間相隔60度，每兩根長管間等分地插入5根短管403，即每兩根短管間相隔10度，而晶片承載臺401位于圓周的中心位置。
圖5為長管和短管的相對位置的示意圖。如圖5所示，短管502中流出的氣體中包括氧氣O2和硅烷SiH4，長管503中流出的氣體中包括硅烷SiH4。流量比采用37.5％，流量比是指長管的SiH4流量與長管加短管的SiH4總流量的比值。由于長管與短管在HDP反應(yīng)室(chamber)的特殊排列設(shè)置，所以造成晶片501表面中間所沉積的氧化物較薄，溝槽邊緣所沉積氧化物較厚。第二步沉積時，流量比的調(diào)整原則是參考第一次沉積后的晶片表面氧化物厚度的分布情況，如果中間部分較薄，就加大流量比；如果中間部分較厚，就減小流量比。
如圖6所示，圖6為本發(fā)明方法經(jīng)過第一步沉積后的溝槽結(jié)構(gòu)示意圖。601表示第一步沉積結(jié)束后，溝槽被絕緣物質(zhì)沉積的表面形態(tài)。此過程結(jié)束后，只沉積到溝槽深度的一半。如圖7所示，圖7為采用本發(fā)明方法進(jìn)行第一步沉積后晶片表面厚度分布的三維效果圖。這說明第一步沉積后，晶片表面中間部分，即長管下方對應(yīng)主要沉積位置702，沉積的氧化物厚度較小；晶片表面邊緣的部分，即短管下方對應(yīng)主要沉積位置701，沉積的氧化物厚度較大。
圖8為采用本發(fā)明方法進(jìn)行第一步沉積后的晶片表面氧化物的厚度二維效果圖。如圖8所示，等高線801中間部分都是“-”號，四周部分都是“+”號?！?”號表示，該部分在等高線以下，為凹進(jìn)去的部分；“+”號表示，該部分在等高線以上，為凸出來的部分。這表明晶片表面中間部分氧化物的厚度較薄，晶片表面邊緣部分氧化物的厚度較厚。結(jié)合圖7與圖8兩幅圖，得知為了改善晶片表面氧化物的厚度均勻分布狀況，要采用凹凸互補(bǔ)的原則，即加大長管的流量，以將第一步沉積后，中間分較薄部分增厚，這樣短管的流量也就相對的減小，從而減薄邊緣的厚度。
因此，增大第二步沉積的流量比，即增加長管反應(yīng)氣體的流量，將流量比調(diào)整為39％，同時，將晶片旋轉(zhuǎn)30度進(jìn)行沉積。由于晶片中間部分氧化物的厚度分布主要是受到長管503的影響，晶片邊緣部分氧化物的厚度分布主要是受到短管502的影響。如圖4所示，六根長管均勻地分布在360度的圓周上，兩根長管的間隔是60度，中間均勻地插入5根短管，因此旋轉(zhuǎn)30度后，原來第一步沉積中由長管下方對應(yīng)的晶片的位置在進(jìn)行第二步沉積時正好處于短管的下方。這樣，就在第二步沉積中與第一步沉積形成互補(bǔ)。增大流量比，相當(dāng)于加大長管的流量，減小短管的流量。這樣，就將中間較薄的部分增厚，減小邊緣的厚度減薄，從而達(dá)到減小粗糙度的目的。
圖9為采用本發(fā)明方法進(jìn)行第二步沉積后的三維效果圖。由圖9可見，此過程結(jié)束后，在晶片邊緣部分，即短管下方對應(yīng)的主要沉積位置901，與晶片中心部分，即長管下方對應(yīng)主要沉積位置902，所沉積的氧化物厚度差變小。此時的STI隔離溝槽表面粗糙度相比較現(xiàn)有的STIHDP結(jié)構(gòu)表面粗糙度已經(jīng)大大減小。
由此可見，經(jīng)過采用以上兩步分步沉積來使STI HDP的結(jié)構(gòu)表面粗糙度優(yōu)化的方法，工藝過程全部結(jié)束后，淺槽隔離STI的結(jié)構(gòu)表面粗糙度相比較現(xiàn)有的STI HDP的結(jié)構(gòu)表面粗糙度已經(jīng)大大減小。因此，本發(fā)明在沒有提高成本的情況下，優(yōu)化了STI HDP工藝，避免了后續(xù)的化學(xué)機(jī)械平整處理工藝，無用的磨損，從而最終節(jié)約了成本。
以上介紹的是本發(fā)明基于某一設(shè)備進(jìn)行的淺槽隔離STI(shallowtrench isolation)結(jié)構(gòu)的溝槽填充后，表面粗糙度的改善。根據(jù)這一原理，進(jìn)一步廣而推之，對于第二步沉積，只要將長管均等地分布于圓周上，短管也均等地分布于兩個長管之間，只需將溝槽旋轉(zhuǎn)到兩長管間角度的等分線上。同時根據(jù)第一步沉積后，中間部分及邊緣部分的效果，按照中間部分相比較邊緣部分薄，就增大流量比；中間部分相比較邊緣部分厚，就減小流量比的原則，也可以實(shí)現(xiàn)減小STI隔離溝槽填充后的表面粗糙度的目的。
本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種隔離溝槽的填充方法，包括a在半導(dǎo)體基底上形成溝槽；b沉積絕緣物質(zhì)氧化物層至溝槽高度一半的位置；c晶片旋轉(zhuǎn)一特定角度；d沉積絕緣物質(zhì)氧化物層至溝槽頂部。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟b中沉積絕緣物質(zhì)所用的設(shè)備包括復(fù)數(shù)根長管和復(fù)數(shù)根短管。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述長管沿圓周均勻分布。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于所述短管在每兩根長管間沿圓周均勻分布。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述沉積絕緣物質(zhì)所用的氣體分別從長管和短管中流出。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述短管中流出的氣體中包括氧氣O2和SiH4，所述長管中流出的氣體中包括SiH4。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在步驟b中，所述長管的氣體流量與所述長管加短管的氣體流量的流量比為0-100％。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟b中沉積溝槽一半高度所需的沉積時間是標(biāo)準(zhǔn)沉積時間的一半。
9.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述特定角度為兩個長管之間夾角的一半。
10.如權(quán)利要求1或7所述的方法，其特征在于在所述步驟d中，根據(jù)溝槽填充物的表面形態(tài)調(diào)整流量比。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述流量比為0-100％。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述步驟d中沉積至溝槽頂部所用的沉積時間是標(biāo)準(zhǔn)沉積時間的另一半。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種隔離溝槽填充方法，包括a在半導(dǎo)體基底上形成溝槽；b沉積氧化物層至溝槽高度一半的位置；c晶片旋轉(zhuǎn)一特定角度；d沉積氧化物層至溝槽頂部。本發(fā)明能夠有效地解決STI HDP工藝制程后，STI結(jié)構(gòu)表面粗糙度較大的問題，為下一步的CMP做好準(zhǔn)備。
文檔編號H01L21/316GK101090088SQ20061002758
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者游寬結(jié), 楊海濤, 平延磊 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司