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：
，特別涉及一種用于產(chǎn)生等離子體的系統(tǒng)。
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)地對芯片制造工藝提出了更高的要求，其中一個具有挑戰(zhàn)性的難題就是絕緣介質(zhì)在各個薄膜層之間均勻無孔的填充以提供充分有效的隔離保護。在制造工藝進入深亞微米技術(shù)節(jié)點之后，器件之間的絕緣隔離均采用淺溝槽隔離(shallowtrenchisolation,STI)結(jié)構(gòu)。STI隔離結(jié)構(gòu)的形成首先需要在襯底中刻蝕溝槽，然后在溝槽中填充絕緣物質(zhì)。在90nm技術(shù)節(jié)點，由于STI隔離溝槽通常具有較高的深寬比，為了實現(xiàn)均勻無孔隙(void)的填充，通常采用HDP-CVD(高密度等離子化學(xué)氣相淀積)工藝填充溝槽。HDPCVD工藝是在同一個反應(yīng)腔中同步地進行淀積和賊射的工藝，如圖1所示。具體來說，在常見的HDPCVD工藝中，淀積過程10通常是由硅烷SiH4和氧氣O2的反應(yīng)來實現(xiàn)，而濺射過程20通常是由Ar或He和02的離子轟擊作用來完成。在器件特征尺寸進入65納米及以下工藝節(jié)點后，隔離溝槽具有更高的深寬比(通常大于5)。為了進一步增強溝槽的填充能力，實現(xiàn)無孔隙填充，通常在反應(yīng)室內(nèi)交替進行HDP-CVD淀積-原位(insuit)刻蝕-再原位HDP-CVD淀積的工藝，對溝槽進行填充。圖2A至圖2F為說明現(xiàn)有STI溝槽填充過程的器件剖面示意圖。如圖2A所示，首先在襯底100刻蝕出溝槽200，并在溝槽表面形成襯墊氧化層(lineroxide)(圖中未示出)；然后，如圖犯所示，在溝槽200中利用HDP-CVD淀積工藝30淀積二氧化硅300，此處的淀積工藝30即包括圖1中所示的淀積過程10和濺射過程20;隨后利用干法刻蝕工藝，例如等離子刻蝕工藝40回刻溝槽200中淀積的二氧化硅300,如圖2C所示；繼續(xù)利用淀積工藝30在溝槽200中淀積二氧化硅300，如圖2D所示；并再次利用刻蝕工藝40刻蝕該淀積的二氧化硅300,如圖2E所示；這樣循環(huán)幾次淀積工藝30和刻蝕工藝40，直至將所述溝槽200填滿。但是，由于在刻蝕過程中采用的刻蝕劑通常為含氟(F)氣體，例如CF4或CHF3，當由刻蝕工藝40轉(zhuǎn)換為淀積工藝30時，剩余的刻蝕氣體中的F離子會與淀積氣體(硅烷SiH4)反應(yīng)，在溝槽200的側(cè)壁表面生成含F(xiàn)雜質(zhì)殘留物400，如圖2F所示。此外，現(xiàn)有用于處理12英寸大圓片的HDP-CVD反應(yīng)室受大面積線圏自身電感的影響，產(chǎn)生的電磁場均勻度不一致，線圈的中間部分產(chǎn)生的電磁場強度要大于邊緣部分的電磁場強度；另外還受到電子與反應(yīng)室壁的碰撞導(dǎo)致的能量耗散的影響，使線圈中間區(qū)域產(chǎn)生的等離子體能量要高于邊緣部分的等離子體能量，導(dǎo)致等離子體對晶片中心區(qū)域的刻蝕速率高于晶片邊緣區(qū)域的刻蝕速率。這種刻蝕速率的差異會使晶片邊緣區(qū)域和中心區(qū)域的平坦程度差異增大，給后續(xù)的晶片平坦化帶來了較高難度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種隔離溝槽的填充方法，能夠避免由含氟刻蝕氣體產(chǎn)生的雜質(zhì)殘留物，并提高晶片的平坦程度。為達到上述目的，本發(fā)明提供的一種隔離溝槽的填充方法，包括提供一半導(dǎo)體襯底，所述襯底表面具有隔離溝槽；執(zhí)行一高密度等離子化學(xué)氣相淀積工藝，在所述溝槽中沉積絕緣物質(zhì)；交替執(zhí)行一濕法刻蝕工藝和一高密度等離子化學(xué)氣相淀積工藝，直至所述高密度等離子化學(xué)氣相淀積工藝淀積的絕緣物質(zhì)填滿所述溝槽。所述濕法刻蝕的刻蝕劑為氬氟酸。所述氫氟酸的稀釋濃度為100:1。采用所述氫氟酸進行濕法刻蝕的時間為46分鐘。所述高密度等離子化學(xué)氣相淀積工藝的工藝參數(shù)包括射頻偏置功率為3300-4000W;氫氣的流量為130200sccm;氦氣的流量為3005000sccm;氧氣的流量為190300sccm;石圭烷的流量為50150sccm。所述絕緣物質(zhì)為二氧化硅。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點高深寬比隔離溝槽的填充方法采用HDP-CVD工藝加原位(insuit)等離子刻蝕工藝，即通過淀積+濺射一等離子刻蝕一再淀積的工藝步驟，能夠?qū)崿F(xiàn)對高深寬比溝槽的無孔隙填充。然而如前所述，刻蝕氣體會間接在溝槽側(cè)壁產(chǎn)生殘留物，影響絕緣性能；而且受設(shè)備影響大面積晶片的邊緣區(qū)域和中心區(qū)域的刻蝕速率不同，造成晶片平坦度下降。本發(fā)明的隔離溝槽填充方法采用HDP-CVD加濕法刻蝕的工藝，即通過淀積+濺射一濕法刻蝕一再淀積的工藝步驟在隔離溝槽中填充絕緣物質(zhì)。由于采用了濕法刻蝕的方法回刻填充的絕緣物質(zhì)，一方面不會在溝槽側(cè)壁產(chǎn)生含氟殘留物，改善了絕緣性能；另一方面削弱了刻蝕速率的差異對晶片表面平坦程度的影響，進一步提高了晶片表面中心和邊緣區(qū)域的平坦程度，有利于后續(xù)晶片表面的平坦化。通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中，為清楚明了，放大了層和區(qū)域的厚度。圖1為說明HDP-CVD工藝過程的簡化示意圖2A至圖2F為i兌明現(xiàn)有STI溝槽填充過程的器件剖面示意圖3A至圖3F為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例填充晶片邊緣區(qū)域隔離溝槽的剖面示意圖。具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。本發(fā)明是關(guān)于半導(dǎo)體集成電路制造
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是關(guān)于在半導(dǎo)體器件制造過程中填充隔離溝槽的方法。這里需要說明的是，本說明書提供了不同的實施例來說明本發(fā)明的各個特征，但這些實施例僅是利用特別的組成和結(jié)構(gòu)以方便說明，并非對本發(fā)明的限定。深亞微米工藝節(jié)點STI溝槽的深寬比相對較高，因此采用高密度等離子化學(xué)氣相淀積(High-Density-PlasmaCVD，HDP-CVD)工藝加原位刻蝕工藝在溝槽中填充絕緣物。HDP-CVD工藝是在同一個反應(yīng)腔室中同步地進行淀積與賊射反應(yīng)。具體來說，在溝槽填充過程中，隨著淀積的進行在溝槽頂部沉積物會不斷積累使頂部開口縮小，影響絕緣物質(zhì)的進一步沉積，同步進行的濺射作用將不斷積累的沉積物質(zhì)刻蝕掉，再沉積進入溝槽底部，從而避免了孔隙的產(chǎn)生。繼續(xù)進行的原位刻蝕工藝回刻填充的絕緣物質(zhì)，使溝槽進一步打開，有利于后續(xù)的絕緣物質(zhì)沉積。然而原位刻蝕工藝釆用干法刻蝕(例如等離子刻蝕)時，刻蝕氣體中的氟離子會與淀積氣體反應(yīng)，從而在溝槽側(cè)壁產(chǎn)生殘留物，影響絕緣性能；而且受設(shè)備影響大面積晶片的邊緣區(qū)域和中心區(qū)域的刻蝕速率不同，造成晶片平坦度下降。本發(fā)明的隔離溝槽填充方法采用交替進行HDP-CVD工藝和濕法刻蝕工藝，即通過HDP-CVD—濕法刻蝕一HDP-CVD的工藝步驟在隔離溝槽中填充絕緣物質(zhì)。圖3A至圖3F為才艮據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例填充晶片邊緣區(qū)域隔離溝槽的剖面示意圖，所述示意圖只是實例，在此不應(yīng)過多限制本發(fā)明保護的范圍。如圖3A所示，首先在襯底100中刻蝕出溝槽200，并在溝槽表面形成襯墊氧化層(lineroxide)(為簡便起見，圖中未示出)；然后，如圖3B所示，在溝槽200中利用HDP-CVD淀積工藝30淀積二氧化硅300。HDP-CVD工藝30中使用的反應(yīng)氣體包括淀積用的反應(yīng)氣體SiH4及02，以及賊射用的氣體H2和He。反應(yīng)室內(nèi)氦氣(He)/氫氣(H2)等氣體的含量影響濺射率，02和SiH4的含量影響淀積率。濺射率和淀積率的比影響填充的效果，而賊射率和淀積率的比與淀積氣體SiH4和02以及濺射氣體H2和He的含量比有關(guān)。由于淀積和濺射工藝是同時進行的，SiH4和02以及H2的含量要適當?shù)卣{(diào)整，以便填充量達到最佳。本實施例的HDP-CVD工藝中，通過調(diào)整SiH4和02以及H2和He的含量以使濺射淀積比為l:1,這種工藝適用于高深寬比的溝槽填充工藝，能夠有效地避免削角和孔洞現(xiàn)象的產(chǎn)生，達到最佳的填充效果。利用HDP-CVD工藝30填充二氧化硅300時，首先將襯底置于反應(yīng)室的真空容器內(nèi)，并在襯底表面形成溝槽。反應(yīng)室的真空容器內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)電性隔壁板，導(dǎo)電性隔壁板將真空容器內(nèi)部隔離為兩個空間，一個空間內(nèi)部形成為配置了射頻電極的等離子體生成空間、另一個空間為成膜處理空間，內(nèi)部配置有承載襯底的襯底保持機構(gòu)。上述導(dǎo)電性隔壁板具有使等離體生成空間和成膜處理空間連通的多個貫通孔，并且具有與等離體生成空間隔離，且通過多個擴散孔與成膜空間連通的內(nèi)部空間。H2和He從外部供給到導(dǎo)電性隔壁板的內(nèi)部空間中與材料氣體SiH4相混合，并通過該多個擴散孔被導(dǎo)入成膜處理空間，同時將02通入等離子體生成空間。利用射頻電極提供射頻電壓，反應(yīng)室底部提供射頻偏置功率，在等離子體生成空間中使02電離生成高密度氧原子等離子體，由等離子體產(chǎn)生原子團，將該原子團穿過上述隔壁板的多個孔導(dǎo)入到成膜處理空間，同時在成膜處理空間中直接導(dǎo)入材料氣體SiH4(從反應(yīng)室的頂部和側(cè)面分別導(dǎo)入)。將該等離子體穿過上述隔壁板的多個孔導(dǎo)入到成膜處理空間，在成膜處理空間該等離子體放電而與材料氣體SiH4進行化學(xué)氣相淀積反應(yīng)，H2和He與材料氣體SiH4進行'減射反應(yīng)，&的作用是與淀積過多而形成凸角的Si02反應(yīng)重新還原生成SiH4。同時通入惰性氣體He加以保護，從而在襯底上淀積生成二氧化硅膜。在成膜處理空間02和SiH4反應(yīng)生成二氧化硅膜的化學(xué)反應(yīng)式為SiH4+02=Si02+H20上述HDP-CVD工藝30的基本工藝參數(shù)的范圍列于表1中，'減射淀積比與(VSiH4的含量比即可由這些基本工藝參數(shù)調(diào)整而得。淀積二氧化硅的厚度700~800人。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>接下來如圖3C所示，在執(zhí)行一HDP-CVD工藝30后，繼續(xù)執(zhí)行濕法刻蝕工藝50。濕法刻蝕的目的是將溝槽內(nèi)填充的二氧化硅減薄以便擴大溝槽開口，便于繼續(xù)沉積。濕法刻蝕工藝50在反應(yīng)室內(nèi)淀積工藝30結(jié)束之后進行，所述濕法刻蝕的刻蝕劑為稀釋的氬氟酸，稀釋濃度為100:1。采用所述氫氟酸進行濕法刻蝕的時間為46分鐘，刻蝕二氧化硅的厚度為100150A。接下來如圖3D所示，在反應(yīng)室內(nèi)繼續(xù)以HDP-CVD工藝30填充二氧化硅300，釆用的反應(yīng)條件與上述圖3B所示的相同，淀積的厚度也基本為700~800A。接著如圖3E所示，繼續(xù)執(zhí)行濕法刻蝕工藝50,刻蝕劑為稀釋的氫氟酸，稀釋濃度為100:1，刻蝕的時間為46分鐘，刻蝕的厚度也為100150A。隨后，如圖3F所示，繼續(xù)以HDP-CVD工藝30填充二氧化硅300。根據(jù)隔離溝淀積二氧化硅的厚度700800A，每次刻蝕二氧化硅的厚度為100150A，若已知溝槽200的深度，便可計算出循環(huán)的次數(shù)。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1、一種隔離溝槽的填充方法，包括提供一半導(dǎo)體襯底，所述襯底表面具有隔離溝槽；執(zhí)行一高密度等離子化學(xué)氣相淀積工藝，在所述溝槽中沉積絕緣物質(zhì)；交替執(zhí)行一濕法刻蝕工藝和一高密度等離子化學(xué)氣相淀積工藝，直至所述高密度等離子化學(xué)氣相淀積工藝淀積的絕緣物質(zhì)填滿所述溝槽。2、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述濕法刻蝕的刻蝕劑為氮氟酸。3、如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述氫氟酸的稀釋濃度為100:1。4、如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于采用所述氫氟酸進行濕法刻蝕的時間為4~6分鐘。5、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述高密度等離子化學(xué)氣相淀積工藝的工藝參數(shù)包括射頻偏置功率為3300~4000W;氫氣的流量為130200sccm;氦氣的流量為3005000sccm;氧氣的流量為190300sccm;硅烷的流量為50150sccm。6、如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述絕緣物質(zhì)為二氧化硅。7、一種隔離溝槽的填充方法，包括至少一個在所述溝槽中填充絕緣物質(zhì)的高密度等離子化學(xué)氣相淀積步驟；以及一個濕法刻蝕所述絕緣物質(zhì)的步驟。8、如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述濕法刻蝕的刻蝕劑為氫氟酸。9、如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于采用所述氫氟酸進行濕法刻蝕的時間為4~6分鐘。10、如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述絕緣物質(zhì)為二氧化硅。全文摘要本發(fā)明公開了一種隔離溝槽的填充方法，包括提供一半導(dǎo)體襯底，所述襯底表面具有隔離溝槽；執(zhí)行一高密度等離子化學(xué)氣相淀積工藝，在所述溝槽中沉積絕緣物質(zhì)；交替執(zhí)行一濕法刻蝕工藝和一高密度等離子化學(xué)氣相淀積工藝，直至所述高密度等離子化學(xué)氣相淀積工藝淀積的絕緣物質(zhì)填滿所述溝槽。本發(fā)明的隔離溝槽填充方法能夠避免由含氟刻蝕氣體產(chǎn)生的雜質(zhì)殘留物，并提高晶片的平坦程度。文檔編號H01L21/762GK101192559SQ200610118830公開日2008年6月4日申請日期2006年11月28日優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日發(fā)明者劉明源,吳漢明,鄭春生,郭佳衢申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司