專利名稱：溝槽的填充方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路制造工藝，特別是涉及一種溝槽的填充工藝。
背景技術(shù)：
采用APCVD(常壓化學(xué)氣相淀積)工藝或SACVD(亞常壓化學(xué)氣相淀積)工藝、 以TEOS(正硅酸乙酯，分子式為Si(C2H5O)4)和O3(臭氧)進(jìn)行反應(yīng)淀積出的SiO2( 二氧化 硅)薄膜具有非常好的保形性，被廣泛的用于半導(dǎo)體集成電路中的溝槽填充。但是，APCVD TEOS-O3SiO2薄膜(即以APCVD工藝、以TEOS和O3為原料淀積的SiO2薄膜)和SACVD TEOS-O3SiO2薄膜(即以SACVD工藝、以TEOS和O3為原料淀積的SiO2薄膜)在后續(xù)的高溫 爐退火工藝中具有很大的收縮率，這會(huì)在SiO2和Si (硅)之間產(chǎn)生較大的應(yīng)力，導(dǎo)致SiO2 薄膜開裂。作為一種改進(jìn)，APCVD或SACVD TEOS-O3SiO2薄膜通常和別的SiO2薄膜結(jié)合起來(lái) 淀積，從而減小SiO2和Si之間的張應(yīng)力。例如在0. 35 μ m禾Π 0. 6 μ m的淺溝槽隔離(STI) 工藝中使用APCVD或SACVD TEOS-O3SiO2薄膜結(jié)合PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積) TEOS-O2 (氧氣)SiO2薄膜(即以PECVD工藝、以TEOS和O2為原料淀積的SiO2薄膜)的雙 層薄膜結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)溝槽填充。通過兩層SiO2薄膜厚度匹配減小在后續(xù)高溫爐退火過程中的 熱應(yīng)力，解決薄膜開裂的問題。但是，當(dāng)溝槽尺寸(寬度)增加至Ιμπι以上，溝槽深度增加至3μπι以上時(shí)，為保 證溝槽填充效果，APCVD或SACVD TEOS-O3SiO2薄膜的淀積需要達(dá)到5000Α以上的厚度。這 樣在后續(xù)的高溫爐退火時(shí)薄膜收縮更加顯著、熱應(yīng)力更大，即使結(jié)合PECVD TEOS-O2SiO2薄 膜也無(wú)法完全避免薄膜開裂的問題。請(qǐng)參閱圖1，最右方的溝槽內(nèi)所填充的SiO2薄膜發(fā)生 了破裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種溝槽的填充方法，該方法采用APCVD或 SACVD TEOS-O3SiO2薄膜，同時(shí)避免了后續(xù)高溫爐退火工藝中APCVD或SACVD TEOS-O3SiOJ^ 膜開裂的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明溝槽的填充方法，所述溝槽的寬度在Iym以上，溝 槽的深度在3μπι以上，包括如下步驟第1步，在具有溝槽的硅片表面上，采用LPCVD工藝以TEOS為原料淀積一層SiO2 ；第2步，在硅片表面上，采用APCVD或SACVD工藝以TEOS和O3為原料再淀積一層 SiO2 ；第3步，在硅片表面上，采用PECVD工藝以TEOS和O2為原料再淀積一層Si02。按照本發(fā)明所述方法對(duì)溝槽填充后，溝槽內(nèi)的填充物為多層薄膜結(jié)構(gòu)，在后續(xù)高
溫爐退火工藝(通常為800 1000°C，最高不超過1050°C )中該多層薄膜結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生破 m農(nóng)。


圖1是SACVD TEOS-O3SiO2薄膜結(jié)合PECVD TEOS-O2SiO2薄膜填充溝槽、產(chǎn)生薄膜 破裂的硅片剖面示意圖；圖2是本發(fā)明溝槽的填充方法的流程圖；圖3a 圖3d是本發(fā)明溝槽的填充方法的各步驟硅片剖面示意圖。
圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明10為溝槽；11為第一填充層；12為第二填充層；13為第三填充層；20為空洞。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明溝槽的填充方法具體包括開始時(shí)的狀態(tài)，硅片表面剛刻蝕出溝槽10，在具有溝槽10的硅片表面熱氧化生長(zhǎng) 一層二氧化硅(未圖示)，這一層二氧化硅的厚度在50 1000A之間。這一步稱為熱氧修 復(fù)，在半導(dǎo)體集成電路制造工藝中，熱氧修復(fù)是溝槽刻蝕后必不可少的步驟，用于修復(fù)溝槽 刻蝕后的硅的表面狀態(tài)。接著在硅片表面又淀積了淀積一層二氧化硅，這一層二氧化硅是 襯墊層(未圖示)，厚度在100 2000A (優(yōu)選值是100 1000A)之間，用來(lái)改善硅與溝 槽填充物(例如二氧化硅)之間的粘附性。第1步，請(qǐng)配合參閱圖3a，在具有溝槽的硅片表面上，采用LPCVD工藝以TEOS為原 料淀積一層SiO2，作為第一填充層11，淀積厚度為500 10000A。這一步可以加入O2，也可 以不加。反應(yīng)條件通常是0. 1 5Torr的淀積壓力、650 750°C的淀積溫度。此時(shí)，溝槽10未被封閉，仍為打開狀態(tài)。第2步，請(qǐng)配合參閱圖3b，在硅片表面上，采用APCVD或SACVD工藝以TEOS和O3 為原料再淀積一層SiO2，作為第二填充層12，淀積厚度為1000 20000A。這一步的反應(yīng)條 件例如可采取30 760Torr的淀積壓力、360 560°C的淀積溫度。此時(shí)，第二填充層12與第一填充層11融為一體，兩者間的界限以虛線表示。溝槽 10仍未被封閉，溝槽10內(nèi)部形成一個(gè)連通外部的空洞20。第3步，請(qǐng)配合參閱圖3c，在硅片表面上，采用PECVD工藝以TEOS和O2為原料再 淀積一層SiO2,作為第三填充層13，淀積厚度為1000 10000A。反應(yīng)條件通常是40kHz、 400kHz、13. 56MHz或2. 45GHz的射頻功率的頻率、250 450°C的淀積溫度。此時(shí)，第三填充層13與第二填充層12、第一填充層11融為一體，三者間的界限以 虛線表示。溝槽10被封閉，溝槽10內(nèi)部的空洞20或者消失、或者成為封閉空洞。如果空 洞20成為封閉空洞，則空洞20的頂部必定距離硅片表面(即溝槽10側(cè)壁的上表面)具有 一定距離，例如ιοοοΑ。經(jīng)過上述三步以后，溝槽10的填充完成。接下來(lái)通常需要進(jìn)行一步化學(xué)機(jī)械研磨 (CMP)工藝和/或干法刻蝕工藝(反刻)磨平硅片表面上的二氧化硅直至到達(dá)硅片表面。 再接下來(lái)就是高溫爐退火工藝，通常的反應(yīng)溫度是800 1000°C，反應(yīng)時(shí)間是30分鐘。硅的熱膨脹系數(shù)為2. 6 X 10_6/K，在高溫爐退火中具有較大熱膨脹。APCVD或SACVD TEOS-O3SiOj^膜在高溫過程中將有較大的收縮。這便使Si與APCVD或SACVD TEOS-O3SiO2 薄膜的界面處在高溫退火過程中產(chǎn)生較大的應(yīng)力，導(dǎo)致APCVD或SACVD TEOS-O3SiO2薄膜破m農(nóng)。而LPCVD TEOSSiO2 (即以LPCVD工藝、以TEOS為原料淀積的SiO2薄膜)和PECVD TEOS-O2SiO2的熱膨脹系數(shù)接近一般SiO2,約為0. 5XlO-6A,在高溫爐退火中具有相對(duì)較 小的熱膨脹。本發(fā)明在Si和SACVD TEOS-O3SiO2(或APCVD TEOS-O3SiO2)薄膜之間新增 淀積一層LPCVD TEOSSiO2薄膜作為緩沖層，LPCVD TEOS SiO2可以有效的減小硅和SACVD TEOS-O3SiO2 (或 APCVD TEOS-O3SiO2)之間的應(yīng)力，從而徹底解決 SACVD TEOS-O3SiO2 (或 APCVD TEOS-O3SiO2)在后續(xù)的高溫爐退火工藝(不高于1050°C )中的薄膜破裂問題。上述實(shí)施例僅為示意，在不違反本發(fā)明原理及思想的情況下，對(duì)上述實(shí)施例所作 的改變或修飾，均應(yīng)視作為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種溝槽的填充方法，所述溝槽的寬度在1μm以上，溝槽的深度在3μm以上，其特征是，包括如下步驟第1步，在具有溝槽的硅片表面上，采用LPCVD工藝以TEOS為原料淀積一層SiO2；第2步，在硅片表面上，采用APCVD或SACVD工藝以TEOS和O3為原料再淀積一層SiO2；第3步，在硅片表面上，采用PECVD工藝以TEOS和O2為原料再淀積一層SiO2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的填充方法，其特征是， 所述方法第1步后，溝槽仍為打開狀態(tài)；所述方法第2步后，溝槽仍為打開狀態(tài)，溝槽內(nèi)部形成一個(gè)連通外部的空洞； 所述方法第3步后，溝槽為封閉狀態(tài)，溝槽內(nèi)部的空洞或者消失、或者成為封閉空洞。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的填充方法，其特征是，所述方法第1步中，淀積厚度為 500 IOOOOA0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的填充方法，其特征是，所述方法第2步中，淀積厚度為1000 20000A。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的填充方法，其特征是，所述方法第3步中，淀積厚度為1000 10000A。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的填充方法，其特征是，所述方法第2步中，淀積壓力為 30 760Torr，淀積溫度為360 560°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溝槽的填充方法，所述溝槽的寬度在1μm以上，溝槽的深度在3μm以上，包括如下步驟第1步，在具有溝槽的硅片表面上，采用LPCVD工藝以TEOS為原料淀積一層SiO2；第2步，在硅片表面上，采用APCVD或SACVD工藝以TEOS和O3為原料再淀積一層SiO2；第3步，在硅片表面上，采用PECVD工藝以TEOS和O2為原料再淀積一層SiO2。按照本發(fā)明所述方法對(duì)溝槽填充后，溝槽內(nèi)的填充物為多層薄膜結(jié)構(gòu)，在后續(xù)高溫爐退火工藝中該多層薄膜結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生破裂。
文檔編號(hào)H01L21/764GK101872739SQ20091005711
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者季偉, 彭虎, 繆燕, 謝烜 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司