溝槽填充方法
【專利摘要】一種溝槽填充方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)具有溝槽；在所述溝槽內(nèi)形成覆蓋所述溝槽底部和側(cè)壁的第一介質(zhì)層；采用旋涂工藝，將前驅(qū)物填充滿所述溝槽；真空烘烤并驅(qū)除反應(yīng)副產(chǎn)物，在溝槽內(nèi)的第一介質(zhì)層表面形成非晶硅層，所述非晶硅層填充滿所述溝槽，與未反應(yīng)之前的前驅(qū)物相比，所述非晶硅層的體積發(fā)生變化；將所述非晶硅層氧化，形成氧化硅層，所述氧化硅層對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力作用。
【專利說明】溝槽填充方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種溝槽填充方法。
【背景技術(shù)】
[0002]亞微米和更小特征尺寸是下一代超大規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體器件的超大規(guī)模集成的關(guān)鍵技術(shù)之一。不斷縮小的尺寸對半導(dǎo)體的形成工藝提出了更高的要求，為了實(shí)現(xiàn)更高的電路密度，不僅半導(dǎo)體器件的特征尺寸被減小，器件之間的隔離結(jié)構(gòu)的尺寸也會對應(yīng)的縮小。
[0003]由于集成電路元件規(guī)格的不斷減小，已對集成電路晶體管的設(shè)計(jì)進(jìn)行了很多的改進(jìn)，以便將這些元件的性能保持在適當(dāng)?shù)乃缴?。例如，采用輕摻雜結(jié)構(gòu)(LDD)、暈圈(halo)摻雜和分級的雜質(zhì)分布以減小短溝道和擊穿效應(yīng)。在場效應(yīng)晶體管中保持適當(dāng)性能的一個重要因素是載流子遷移率，載流子遷移率會影響在溝道中流動的電流或電荷量?？梢圆捎脩?yīng)力增強(qiáng)技術(shù)以增強(qiáng)應(yīng)力，從而增加載流子的遷移率以最終提高器件的驅(qū)動電流。對于NMOS來說，拉伸應(yīng)力能提高溝道中電子的遷移速率；對于PM0S，壓縮應(yīng)力能提高溝道中空穴的遷移速率。而芯片中，淺溝槽隔離區(qū)域作為一個重要的應(yīng)力源，可以為溝道區(qū)域提供拉伸或者壓縮的應(yīng)力，有助于提高晶體管的載流子的遷移率。
[0004]現(xiàn)有的STI填充工藝一般通過原子層沉積、可流動性化學(xué)沉積等工藝，但是在現(xiàn)有的填充工藝中，工藝步驟較復(fù)雜，成本高，而且很難控制STI內(nèi)填充介質(zhì)層對溝道區(qū)域的應(yīng)力大小。
[0005]更多關(guān)于STI填充的技術(shù)，請參考美國專利US7582555B1的公開文本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問題是提供一種溝槽填充方法，通過填充工藝控制溝槽對位于所述溝槽兩側(cè)的有源區(qū)的應(yīng)力，工藝步驟簡單，并且形成的溝槽填充質(zhì)量高。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案提出了一種溝槽填充方法，包括:一種溝槽填充方法，其特征在于，包括:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)具有溝槽和位于溝槽兩側(cè)的有源區(qū)；在所述溝槽內(nèi)形成覆蓋所述溝槽底部和側(cè)壁的第一介質(zhì)層；采用旋涂工藝，將前驅(qū)物填充滿所述溝槽，所述前驅(qū)物為液態(tài)聚合物和固態(tài)硅化合物的混合物，所述前驅(qū)物在真空高溫條件下能反應(yīng)形成非晶硅及反應(yīng)副產(chǎn)物；真空烘烤，使所述前驅(qū)物發(fā)生反應(yīng)，在溝槽內(nèi)的第一介質(zhì)層表面形成非晶硅層，并驅(qū)除反應(yīng)副產(chǎn)物，所述非晶硅層填充滿所述溝槽；將所述非晶硅層氧化處理，形成氧化硅層，所述氧化硅層對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力作用。
[0008]可選的，所述前驅(qū)物包括液態(tài)的聚氫硅烷和固態(tài)的硅氮前驅(qū)物，形成的非晶硅層為氮化非晶硅層。
[0009]可選的，所述硅氮前驅(qū)物為H2N (SiH3)、HN (SiH3)、N (SiH3) 3中的一種或幾種。
[0010]可選的，所述硅氮前驅(qū)物為H2N(SiH3)。[0011]可選的，通過調(diào)整液態(tài)聚合物和固態(tài)硅化合物的體積比來控制所述填充的氧化硅層對所述溝道兩側(cè)的有源區(qū)的應(yīng)力大小。
[0012]可選的，所述液態(tài)聚合物和固態(tài)硅化合物的體積比越大，對溝道兩側(cè)的有源區(qū)的應(yīng)力越大。
[0013]可選的，所述氧化硅層對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力類型為拉伸應(yīng)力。
[0014]可選的，在采用旋涂工藝將前驅(qū)物填充滿所述溝槽之前，在所述第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層。
[0015]可選的，所述第二介質(zhì)層表面具有疏水性。
[0016]可選的，所述第二介質(zhì)層的材料為非晶硅。
[0017]可選的，形成所述第二介質(zhì)層的工藝為原子層沉積、化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積或等離子體增強(qiáng)原子層沉積。
[0018]可選的，所述真空烘烤的溫度范圍為150°C?650°C。
[0019]可選的，所述旋涂和真空烘烤工藝在惰性氣體氛圍中進(jìn)行。
[0020]可選的，所述惰性氣體的壓強(qiáng)范圍為200托飛00托。
[0021]可選的，所述反應(yīng)副產(chǎn)物為環(huán)戊硅烷和碳?xì)浠衔铩?br> [0022]可選的，將所述非晶硅層氧化處理，形成氧化硅層的工藝為熱氧化工藝。
[0023]可選的，所述第一介質(zhì)層的材料為氧化硅或氮氧化硅。
[0024]可選的，形成所述第一介質(zhì)層的工藝為原位水汽生成工藝、熱氧化工藝或化學(xué)氣相沉積工藝。
[0025]可選的，所述填充后的溝槽作為淺溝道隔離結(jié)構(gòu)。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0027]本發(fā)明的技術(shù)方案，在所述溝槽內(nèi)形成覆蓋溝槽底部和側(cè)壁的第一介質(zhì)層之后，采用旋涂工藝將前驅(qū)物填充滿溝槽，真空烘烤，并驅(qū)除副產(chǎn)物，在所述溝槽內(nèi)形成非晶硅層，然后將所述非晶硅層氧化后形成氧化硅層。由于前驅(qū)物發(fā)生反應(yīng)固化并排除了副產(chǎn)物，最終形成的氧化硅層與未反應(yīng)之前的前驅(qū)物相比，體積會發(fā)生變化，從而會在氧化硅層內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。由于所述氧化硅層與溝槽側(cè)壁接觸，所以所述氧化硅層內(nèi)部的應(yīng)力會傳遞給溝槽兩側(cè)的有源區(qū)，使所述有源區(qū)受到應(yīng)力作用。并且采用旋涂工藝，能夠使前驅(qū)物充分填充溝槽，減少溝槽內(nèi)填充物的缺陷，提高最終填充后的溝槽的隔離效果。
[0028]進(jìn)一步的，所述前驅(qū)物為液態(tài)聚合物和固態(tài)硅化合物的混合物。通過真空烘烤，所述液態(tài)聚合物和固態(tài)硅化合物反應(yīng)形成固態(tài)的非晶硅層，然后將所述非晶硅層氧化后形成氧化硅層作為溝槽內(nèi)的隔離介質(zhì)。由于所述填充物從液態(tài)變成固態(tài)，并且排出了副產(chǎn)物，所以形成的非晶硅層與最初的前驅(qū)物相比，體積會有變小的趨勢，從而在所述非晶硅層內(nèi)部會產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，進(jìn)而形成的氧化硅層內(nèi)部也具有壓縮應(yīng)力。由于所述氧化硅層和覆蓋溝槽內(nèi)部的第一介質(zhì)層的接觸面上的分子會通過共價(jià)鍵連接，通過所述第一介質(zhì)層將應(yīng)力傳遞給溝槽兩側(cè)的有源區(qū)，使有源區(qū)受到應(yīng)力作用。并且，所述前驅(qū)物中，液態(tài)聚合物的比例越大，最后形成的固態(tài)的氧化硅層，與包含液態(tài)聚合物的前驅(qū)物相比，體積變化趨勢越大，產(chǎn)生的應(yīng)力也越大。
[0029]進(jìn)一步的，所述前驅(qū)物為液態(tài)的聚氫硅烷和固態(tài)的硅氮前驅(qū)物的混合物，所述聚氫硅烷和硅氮前驅(qū)物在真空烘烤條件下會發(fā)生反應(yīng)，形成氮化非晶硅層和副產(chǎn)物，所述氮化非晶硅層的體積與反應(yīng)前溝槽內(nèi)的前驅(qū)物相比，有縮小的趨勢，從而在氮化非晶硅層內(nèi)部產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，同時對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。其中固態(tài)的硅氮前驅(qū)物的比例越小，則液態(tài)聚氫硅烷的比例越大，從液態(tài)變化到固態(tài)產(chǎn)生的體積變化越大，從而所述聚氫硅烷和硅氮前驅(qū)物的混合物反應(yīng)后形成的氮化非晶硅層的體積縮小趨勢越大，從而對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力越大。所以本發(fā)明的技術(shù)方案，可以通過調(diào)整所述硅氮前驅(qū)物和液態(tài)的聚氫硅烷的體積比，來控制最終形成的溝槽內(nèi)的氧化硅層對溝槽兩側(cè)有源區(qū)的拉伸應(yīng)力的大小。
[0030]進(jìn)一步的，本發(fā)明的技術(shù)方案在形成覆蓋溝槽底部和側(cè)壁的第一介質(zhì)層之后，再形成覆蓋所述第一介質(zhì)層的第二介質(zhì)層并且所述第二介質(zhì)層具有疏水性表面，然后再在所述溝槽內(nèi)采用旋涂工藝填充前驅(qū)物。由于前驅(qū)物中的硅聚合物和硅前驅(qū)物為疏水性材料，所以所述第二介質(zhì)層的疏水性表面能夠提高后續(xù)溝槽內(nèi)填充的前驅(qū)物的表面平整度，提高后續(xù)形成的氧化硅層的填充質(zhì)量，從而提高溝槽的隔離效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1至圖8是本發(fā)明的實(shí)施例的溝槽填充方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖9是本實(shí)施例中，所述H2N(SiH3)在所述前驅(qū)物中的比例與最終填充后的溝槽對有源區(qū)的應(yīng)力大小的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]如【背景技術(shù)】中所述，淺溝槽隔離區(qū)域作為一個重要的應(yīng)力源，可以為溝道區(qū)域提供拉伸或者壓縮的應(yīng)力，有助于提高晶體管的載流子的遷移率。但是現(xiàn)有的溝槽填充技術(shù)中，工藝步驟復(fù)雜，成本高，并且很難控制溝槽內(nèi)填充的介質(zhì)層對溝槽兩側(cè)的溝道區(qū)域的應(yīng)力大小。
[0034]本發(fā)明的實(shí)施例中，在溝槽內(nèi)形成覆蓋溝槽底部和側(cè)壁的第一介質(zhì)層后，采用旋涂工藝，將前驅(qū)物填充滿溝槽，然后真空烘烤，并驅(qū)除副產(chǎn)物，在所述溝槽內(nèi)沉積非晶硅層，再將所述非晶硅層氧化形成氧化硅層。不需要采用沉積工藝，簡化了工藝步驟，降低了成本，并且能夠提高填充的質(zhì)量，避免在填充過程中出現(xiàn)空洞等缺陷。
[0035]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，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。所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的可實(shí)施方式的一部分，而不是其全部。在詳述本發(fā)明實(shí)施例時，為便于說明，示意圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。根據(jù)所述實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下可獲得的所有其它實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。
[0036]請參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100。在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成掩膜層101，所述掩膜層101具有開口。
[0037]所述半導(dǎo)體襯底100的材料包括硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料，可以是體材料也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)如絕緣體上硅。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)半導(dǎo)體襯底100上形成的半導(dǎo)體器件選擇所述半導(dǎo)體襯底100的類型，因此所述半導(dǎo)體襯底的類型不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。所述溝槽作為隔離結(jié)構(gòu)，為溝槽兩側(cè)的有源區(qū)提供隔離，所述溝槽兩側(cè)的有源區(qū)上可以形成MOS晶體管或鰭式場效應(yīng)晶體管等半導(dǎo)體器件，所述應(yīng)力可以對晶體管的溝道區(qū)域產(chǎn)生作用，提高溝道內(nèi)載流子的遷移率。
[0038]具體的，形成所述掩膜層101的方法包括:在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成掩膜材料層，再在所述掩膜材料層表面利用旋涂工藝形成光刻膠層。通過顯影曝光之后圖形化。利用圖形化光刻膠層作為掩膜，刻蝕掩膜層至襯底表面，在掩膜層內(nèi)形成開口，所述開口暴露出半導(dǎo)體襯底的表面。
[0039]請參考圖2，以所述掩膜層101 (請參考圖1)為掩膜，刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成溝槽201，然后去除所述掩膜層。
[0040]具體的，所述刻蝕半導(dǎo)體襯底100形成溝槽201的工藝為干法刻蝕或濕法刻蝕工藝。所述溝槽可以具有垂直的側(cè)壁；也可以具有傾斜的側(cè)壁，所述傾斜側(cè)壁使溝槽具有上大下小的開口，形成所述具有傾斜側(cè)壁的溝槽有助于提高溝槽填充質(zhì)量，同時避免尖銳的溝槽角部所引起的邊緣漏電現(xiàn)象。
[0041]請參考圖3，在所述溝槽201內(nèi)形成覆蓋所述溝槽底部和側(cè)壁的第一介質(zhì)層202。
[0042]具體的，所述第一介質(zhì)層202的材料為氧化硅或氮氧化硅，所述第一介質(zhì)層202的形成工藝可以是熱氧化、濕法氧化或者原位水汽生成工藝。所述第一介質(zhì)層202覆蓋溝槽內(nèi)壁以及半導(dǎo)體襯底100的表面。本實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層202的材料為氧化娃。本實(shí)施例中采用原位水汽生成工藝，具體的,在反應(yīng)腔內(nèi)同時通入H2和O2以及其他氣體(例如惰性氣體)，在高溫下H2和O2產(chǎn)生類似于燃燒的化學(xué)反應(yīng)，生成大量的氣相活性自由基，其中主要是氧原子，所述氧原子將溝槽表面的硅氧化，形成氧化硅。由于氧原子的強(qiáng)氧化作用，最終得到的氧化硅體內(nèi)缺陷少，界面態(tài)密度也比較小。其中H2流量范圍為0.1sccm^l5sccm,O2流量范圍為lsccnT30sccm,反應(yīng)溫度700°C~1200°C,反應(yīng)時間lmin^lOmin。形成所述第一介質(zhì)層202是為了消除上一步驟中通過刻蝕形成溝槽的工藝中，所述刻蝕工藝對溝槽側(cè)壁的晶格損傷，減少所述溝槽表面的缺陷，從而提高后續(xù)工藝中溝槽被填充后的隔離效果。所述第一介質(zhì)層202的厚度為lnnTlOnm。
[0043]請參考圖4，形成覆蓋所述第一介質(zhì)層202的第二介質(zhì)層203。
[0044]具體的，所述第二介質(zhì)層203具有疏水性表面，所述第二介質(zhì)層203的厚度為lnnTlOnm。本實(shí)施例中，所述第二介質(zhì)層203的材料為非晶娃。形成所述第二介質(zhì)層203的工藝可以是原子層沉積、化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積或者等離子體增強(qiáng)原子層沉積等。本實(shí)施例中，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝形成所述第二介質(zhì)層203，具體方法為:將SiH4和H2的混合氣體作為反應(yīng)氣體，在惰性氣體的氛圍下，反應(yīng)形成非晶硅，在所述第一介質(zhì)層表面形成非晶硅層。所述反應(yīng)的壓強(qiáng)為40Pa~200Pa，反應(yīng)溫度為150°C ~400°C，所述反應(yīng)溫度不能過高，溫度過高容易使非晶硅轉(zhuǎn)變成多晶硅，影響第二介質(zhì)層表面的疏水性能。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第二介質(zhì)層203的材料還可以是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的其他具有疏水性表面的材料。所述第二介質(zhì)層203的疏水性表面，有助于提高后續(xù)溝槽內(nèi)的填充材料的表面平整度。
[0045]請參考圖5，采用旋涂工藝將前驅(qū)物204填充滿所述溝槽201，所述前驅(qū)物204在真空高溫條件下能反應(yīng)形成非晶硅及反應(yīng)副產(chǎn)物。
[0046]所述前驅(qū)物204包括液態(tài)的硅聚合物和固態(tài)的硅化合物。所述前驅(qū)物在高溫條件下能夠反應(yīng)形成固態(tài)的非晶硅和反應(yīng)副產(chǎn)物。
[0047]在本實(shí)施例中，所述前驅(qū)物204中的液態(tài)的硅聚合物為聚氫硅烷，固態(tài)的硅化合物為硅氮前驅(qū)物。所述硅氮前驅(qū)物為H2N(SiH3)、HN(SiH3)、N(SiH3) 3中的一種或幾種硅化合物。本實(shí)施例中，采用的硅氮前驅(qū)物為H2N(SiH3)15采用旋涂工藝將前驅(qū)物填充滿所述溝槽，步驟簡單，能夠降低工藝成本。所述旋涂工藝，在惰性氣體氛圍中進(jìn)行，所述惰性氣體的壓強(qiáng)為200托?500托。
[0048]由于所述前驅(qū)物204為疏水性的混合物，并且所述第二介質(zhì)層203具有疏水性表面，所述前驅(qū)物204與第二介質(zhì)層203的表面能充分接觸，并且接觸角較小，所以填充后的前驅(qū)物204的表面平整，與第二介質(zhì)層的表面齊平。后續(xù)對所述前驅(qū)物204進(jìn)行真空烘烤，形成的非晶硅層表面也會較為平整，充分填充所述溝槽。
[0049]在其他實(shí)施例中，請參考圖6，不形成所述具有疏水性表面的第二介質(zhì)層，直接在溝槽內(nèi)的第一介質(zhì)層202表面填充前驅(qū)物204。采用這一實(shí)施例的方案，后續(xù)對前驅(qū)物進(jìn)行真空烘烤、氧化之后形成的氧化硅層也會對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力。但是，由于，所述第一介質(zhì)層202為氧化硅層，具有親水性表面，而所述前驅(qū)物204為疏水性的物質(zhì)，所以所述前驅(qū)物204在第一介質(zhì)層202的表面上會形成較大的接觸角。疏水性和親水性表面相互接觸，不能很好的相互溶合，由于表面張力的作用，所述溝槽內(nèi)填充的前驅(qū)物表面會呈圓弧狀，表面不平整，不能填充滿溝槽，會影響后續(xù)形成的非晶硅層的填充質(zhì)量，以及對所述非晶硅層氧化后形成的氧化硅層的隔離效果。
[0050]請參考圖7，真空烘烤使所述前驅(qū)物發(fā)生反應(yīng)，在溝槽內(nèi)的第一介質(zhì)層表面形成非晶硅層205，并驅(qū)除反應(yīng)副產(chǎn)物。
[0051]所述真空烘烤的溫度范圍為150°C飛50°C，在惰性氣體氛圍中進(jìn)行，所述惰性氣體的壓強(qiáng)范圍為200托飛00托。前驅(qū)物中的硅聚合物和硅化合物發(fā)生反應(yīng)，形成非晶硅層205。本實(shí)施例中，所述液態(tài)的聚氫硅烷和固態(tài)的H2N(SiH3)在高溫，真空烘烤下發(fā)生反應(yīng)，形成氮化非晶硅層和副產(chǎn)物。所述副產(chǎn)物包括環(huán)戊硅烷和碳?xì)浠衔?。通過惰性氣體吹掃，將所述副產(chǎn)物排出真空烘烤的反應(yīng)腔。由于在填充所述前驅(qū)物之前，形成了具有疏水性表面的第二介質(zhì)層203，所以溝槽內(nèi)的前驅(qū)物204 (請參考圖5)具有平整的表面，從而使得形成的非晶硅層205也具有平整的表面。
[0052]請參考圖8，將所述非晶硅層205 (請參考圖7)氧化處理，形成氧化硅層206，所述氧化硅層206對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力作用。
[0053]將所述非晶硅層205氧化，形成氧化硅層206的工藝為熱氧化工藝。所述熱氧化的溫度范圍為900°C?1200°C。所述氧化硅層206作為絕緣介質(zhì)，隔離所述溝槽兩側(cè)的有源區(qū)。所述氧化硅層對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力為拉伸應(yīng)力。所述氧化硅層對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力作用的數(shù)值范圍為200MPa?lOOOMPa。
[0054]本實(shí)施例中，采用旋涂的方法將前驅(qū)物填充滿溝槽后，真空烘烤，并驅(qū)除副產(chǎn)物，在所述溝槽內(nèi)形成非晶硅層。所述前驅(qū)物為液態(tài)聚合物和固態(tài)硅化合物聚氫硅烷。通過真空烘烤，所述液態(tài)聚合物和固態(tài)硅化合物反應(yīng)形成固態(tài)的非晶硅層后，再氧化形成氧化硅層。由于所述填充物從液態(tài)變成固態(tài)，并且排出了反應(yīng)的副產(chǎn)物，所以形成的非晶硅層體積小于前驅(qū)物的體積，最終形成的氧化硅層體積也小于最初的前驅(qū)物的體積。由于所述氧化硅層和覆蓋溝槽內(nèi)部的第二介質(zhì)層的分子之間會通過共價(jià)鍵連接，會阻礙所述氧化硅層發(fā)生形變從而在所述氧化硅層內(nèi)部會產(chǎn)生一個壓縮應(yīng)力。通過所述第二介質(zhì)層和第一介質(zhì)層將所述應(yīng)力傳遞給溝槽兩側(cè)的有源區(qū)，使所述有源區(qū)受到拉伸應(yīng)力的作用。所以，在所述前驅(qū)物中，液態(tài)聚合物的比例越大，最后形成的氧化硅層與之前的前驅(qū)物相比，體積變化趨勢越大，產(chǎn)生的應(yīng)力也越大。所以在本實(shí)施例中，可以通過調(diào)節(jié)固態(tài)的硅化合物即H2N(SiH3)的比例來調(diào)節(jié)所述對溝槽兩側(cè)有源區(qū)的拉伸應(yīng)力的大小。
[0055]請參考圖9，為本實(shí)施例中，所述H2N(SiH3)在所述前驅(qū)物中的比例與對有源區(qū)的應(yīng)力大小的關(guān)系圖。
[0056]如圖9所示，氮硅前驅(qū)物H2N(SiH3)在所述前驅(qū)物中的比例越大，最終填充后的溝槽對有源區(qū)的拉伸應(yīng)力越小。
[0057]本實(shí)施例中，由于所述硅氮前驅(qū)物H2N(SiH3)為固態(tài)物質(zhì)，所述硅氮前驅(qū)物H2N(SiH3)的比例越大，則所述前驅(qū)物中液態(tài)環(huán)戊硅烷的比例越小，所以后續(xù)對所述前驅(qū)物進(jìn)行真空烘烤，形成的非晶硅層與后續(xù)形成的氧化硅層，與最初的前驅(qū)物的體積相比，變化量就越小，所述氧化硅層內(nèi)部的壓縮應(yīng)力就越小，從而對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)的拉伸應(yīng)力也就越小。
[0058]所述填充介質(zhì)對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力能夠提高在所述有源區(qū)上形成的MOS晶體管或鰭式場效應(yīng)晶體管的性能。例如，在所述溝槽兩側(cè)的有源區(qū)上形成NMOS晶體管或者N型的FinFet晶體管，利用本實(shí)施例中的溝槽填充方法能對所述NMOS晶體管或者N型的FinFet晶體管的溝道區(qū)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，從而提高NMOS晶體管或者N型的FinFet晶體管的溝道區(qū)域內(nèi)電子的遷移率，從而提高所述NMOS晶體管或者N型的FinFet晶體管的性能。
[0059]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以采用反應(yīng)后體積有變大趨勢的前驅(qū)物來填充所述溝槽，使得最終在溝槽內(nèi)形成的隔離物質(zhì)，例如氧化硅層，內(nèi)部具有拉伸應(yīng)力，從而對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。如果在所述溝槽兩側(cè)的有源區(qū)上形成PMOS晶體管或者P型的FinFet晶體管，利用所述溝槽填充方法能對所述PMOS晶體管或者P型的FinFet晶體管的有源區(qū)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，從而提高PMOS晶體管或者P型的FinFet晶體管的溝道區(qū)域內(nèi)電子的遷移率，從而提高所述PMOS晶體管或者P型的FinFet晶體管的性能。
[0060]本實(shí)施例采用的溝槽填充方法，一方面，采用旋涂工藝，能夠節(jié)約工藝成本，并且提高溝槽填充的質(zhì)量；另一方面，通過控制旋涂工藝填充的前驅(qū)物中的固態(tài)化合物的比例，控制所述填充物對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)的應(yīng)力大小。
[0061 ] 上述通過實(shí)施例的說明，應(yīng)能使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，并能夠再現(xiàn)和使用本發(fā)明。本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)本文中所述的原理可以在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下對上述實(shí)施例作各種變更和修改是顯而易見的。因此，本發(fā)明不應(yīng)被理解為限制于本文所示的上述實(shí)施例，其保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求書來界定。
【權(quán)利要求】
1.一種溝槽填充方法，其特征在于，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)具有溝槽和位于溝槽兩側(cè)的有源區(qū)； 在所述溝槽內(nèi)形成覆蓋所述溝槽底部和側(cè)壁的第一介質(zhì)層； 采用旋涂工藝，將前驅(qū)物填充滿所述溝槽，所述前驅(qū)物為液態(tài)聚合物和固態(tài)硅化合物的混合物，所述前驅(qū)物能反應(yīng)形成非晶硅及反應(yīng)副產(chǎn)物； 真空烘烤，使所述前驅(qū)物發(fā)生反應(yīng)，在溝槽內(nèi)的第一介質(zhì)層表面形成非晶硅層，并驅(qū)除反應(yīng)副產(chǎn)物，所述非晶硅層填充滿所述溝槽； 將所述非晶硅層氧化處理，形成氧化硅層，所述氧化硅層對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述前驅(qū)物包括液態(tài)的聚氫硅烷和固態(tài)的硅氮前驅(qū)物，形成的非晶硅層為氮化非晶硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述硅氮前驅(qū)物為H2N(SiH3)、HN (SiH3)、N (SiH3) 3 中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述硅氮前驅(qū)物為H2N(SiH3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，通過調(diào)整液態(tài)聚合物和固態(tài)硅化合物的體積比來控制所述填充的氧化硅層對所述溝道兩側(cè)的有源區(qū)的應(yīng)力大小。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述液態(tài)聚合物和固態(tài)硅化合物的體積比越大，對溝道兩側(cè)的有源區(qū)的應(yīng)力越大。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 溝槽填充方法，其特征在于，所述氧化硅層對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力作用的類型為拉伸應(yīng)力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述氧化硅層對溝槽兩側(cè)的有源區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力作用的數(shù)值范圍為200MPa~lOOOMPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，在采用旋涂工藝將前驅(qū)物填充滿所述溝槽之前，在所述第一介質(zhì)層表面形成第二介質(zhì)層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)層表面具有疏水性。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述第二介質(zhì)層的材料為非晶硅。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的溝槽填充方法，其特征在于，形成所述第二介質(zhì)層的工藝為原子層沉積、化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積或等離子體增強(qiáng)原子層沉積。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述真空烘烤的溫度范圍為150。。~650。。。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述旋涂和真空烘烤工藝在惰性氣體氛圍中進(jìn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述惰性氣體的壓強(qiáng)范圍為200托~500托。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述反應(yīng)副產(chǎn)物為環(huán)戊硅烷和碳?xì)浠衔铩?br> 17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，將所述非晶硅層氧化處理，形成氧化硅層的工藝為熱氧化工藝。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層的材料為氧化硅或氮氧化硅。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，形成所述第一介質(zhì)層的工藝為原位水汽生成工藝、熱氧化工藝或化學(xué)氣相沉積工藝。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述填充后的溝槽作為淺溝道隔離結(jié)構(gòu)。`
【文檔編號】H01L21/762GK103871951SQ201210553011
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】三重野文健 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司