溝槽填充方法
【專利摘要】本發(fā)明在現(xiàn)有的溝槽填充方法的基礎(chǔ)上，于溝槽填充完成后對(duì)襯底表面進(jìn)行研磨直至露出孔隙，再對(duì)細(xì)小的孔隙進(jìn)行擴(kuò)大，然后進(jìn)行第二次填充。并且重復(fù)孔隙擴(kuò)大和第二次填充步驟直至填充層中無(wú)縫隙出現(xiàn)。本方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法對(duì)細(xì)小溝槽進(jìn)行無(wú)縫隙填充的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】溝槽填充方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種溝槽填充方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體器件集成度的不斷提高，工藝特征尺寸的不斷的縮小，允許填充材料的間隙或者溝槽的寬度也變得越來(lái)越小，從而增大了填充的深寬比。在這種情形下，填充溝槽的難度變得越來(lái)越大，因?yàn)楫?dāng)需填充的溝槽在進(jìn)行沉積的時(shí)候，容易在溝槽側(cè)壁的肩部產(chǎn)生沉積物堆積，當(dāng)堆積到一定程度時(shí)就會(huì)封閉溝槽的開(kāi)口，使得在溝槽內(nèi)部形成孔洞，從而造成器件橋接等問(wèn)題，嚴(yán)重影響器件的性能及可靠性。
[0003]高密度等離子體化學(xué)氣相淀積(HDP-CVD)工藝的出現(xiàn)在很大程度上解決了上述問(wèn)題，因?yàn)槠渚哂性诘矸e的同時(shí)還能進(jìn)行刻蝕的特點(diǎn)，利用刻蝕步驟對(duì)部分填充的溝槽進(jìn)行重整，去除掉溝槽側(cè)壁堆積的多余沉積物，即通過(guò)沉積/刻蝕/再沉積/再刻蝕這樣的循環(huán)過(guò)程完成溝槽的填充，這對(duì)于填充具有高的深寬比的間隙有很大的優(yōu)勢(shì)，因此，HDP-CVD工藝被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路的制造中，如可以用HDP-CVD工藝形成的二氧化硅層來(lái)填充層間介質(zhì)層和淺溝槽隔離(STI)的間隙，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的填充淺溝槽隔離的間隙的能力。
[0004]然而，當(dāng)溝槽的深寬比小到一定程度時(shí)，即便優(yōu)化了 HDP-CVD的工藝并大幅增加沉積和刻蝕的周期，溝槽中依然會(huì)有少量的孔洞。比如在淺溝槽隔離(STI)工藝中，當(dāng)所需的柵極特征尺寸到了 40nm，淺溝槽的形狀和深寬比對(duì)填充的影響巨大，即使將HDP-CVD的工藝中的沉積和刻蝕的周期增大到了 7個(gè)周期，仍會(huì)出現(xiàn)孔洞，造成器件橋接的問(wèn)題，嚴(yán)重影響器件的性能及可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所述的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種溝槽填充方法，可解決深寬比很大時(shí)溝槽填充易出現(xiàn)孔洞的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明所述溝槽填充方法包括以下步驟:
[0007]提供一具有溝槽的襯底；
[0008]對(duì)所述溝槽進(jìn)行沉積形成填充層，所述填充中具有孔隙；
[0009]進(jìn)行研磨工藝直至露出所述孔隙；以及
[0010]對(duì)所述孔隙進(jìn)行沉積。
[0011]進(jìn)一步的，進(jìn)行研磨工藝之后，對(duì)所述孔隙進(jìn)行沉積工藝之前，進(jìn)行孔隙刻蝕工藝以擴(kuò)大所述孔隙的尺寸。
[0012]進(jìn)一步的，將所述孔隙刻蝕步驟和對(duì)所述孔隙進(jìn)行沉積步驟作為一個(gè)周期重復(fù)I?2次，直至消除所述孔隙。
[0013]進(jìn)一步的，所述孔隙刻蝕為等離子體蝕刻，并采用02、He、H2和Ar的混合氣體。
[0014]進(jìn)一步的，所述填充層為絕緣材料。[0015]進(jìn)一步的，對(duì)所述溝槽進(jìn)行沉積以及對(duì)所述孔隙進(jìn)行沉積步驟中，所述沉積是HDP-CVD。
[0016]進(jìn)一步的，對(duì)所述孔隙進(jìn)行沉積步驟中采用SiH4、02、He、H2和Ar。
[0017]進(jìn)一步的，所述研磨工藝是CMP工藝。
[0018]進(jìn)一步的，所述溝槽為STI溝槽。
[0019]進(jìn)一步的，所述襯底上還具有襯墊層和位于所述襯墊層上的保護(hù)層，所述研磨工藝進(jìn)行至所述保護(hù)層被完全磨掉。
[0020]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明于溝槽填充完成后對(duì)襯底表面進(jìn)行研磨直至露出孔隙，再對(duì)細(xì)小的孔隙進(jìn)行擴(kuò)大，然后進(jìn)行第二次填充。并且重復(fù)孔隙擴(kuò)大和第二次填充步驟直至填充層中無(wú)縫隙出現(xiàn)。本方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法對(duì)細(xì)小溝槽進(jìn)行無(wú)縫隙填充的問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明所述溝槽填充方法的流程圖。
[0022]圖2-圖6為本發(fā)明一實(shí)施例所述溝槽填充方法各階段的溝槽截面示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0024]本發(fā)明提供了一種溝槽填充方法，如圖1所示，包含如下步驟:
[0025]提供一具有溝槽的襯底；
[0026]對(duì)所述溝槽進(jìn)行第一次填充，使其容置一定量的填充層；
[0027]對(duì)所述襯底的表面進(jìn)行研磨直至在所述填充層的表面露出孔隙；
[0028]對(duì)所述孔隙第二次填充所述填充層。
[0029]在上述步驟中，所述襯底為半導(dǎo)體襯底，可以是單晶硅、多晶硅或非晶硅，也可以是硅、鍺、硅鍺化合物或砷化鎵等，所述半導(dǎo)體襯底還可以具有外延層或絕緣層上硅結(jié)構(gòu)，還可以是其他半導(dǎo)體材料，這里不一一列舉。且在襯底上可以具有介質(zhì)層，溝槽可以是形成于介質(zhì)層中。
[0030]對(duì)所述溝槽的第一次填充采用HDP-CVD的方式，但本發(fā)明不以此為限，也可采用其他的填充方式。第一次填充通常會(huì)將溝槽填充滿。在第一次填充后出現(xiàn)在填充層中出現(xiàn)了孔隙，可對(duì)襯底的表面進(jìn)行研磨直至填充層的空隙暴露于表面。研磨的方式可采用CMP工藝。
[0031]填充層的孔隙暴露于襯底表面之后，對(duì)孔隙進(jìn)行第二次填充。對(duì)所述溝槽的第二次填充亦采用HDP-CVD的方式，但本發(fā)明不以此為限，也可采用其他的填充方式。但通常情況下，經(jīng)過(guò)一次填充后在填充層中出現(xiàn)的孔隙會(huì)更小，因此采用HDP-CVD的方式對(duì)孔隙邊淀積邊蝕刻，可更好地填充孔隙。
[0032]在半導(dǎo)體工藝中，具有多種物質(zhì)的填充制程，本發(fā)明所述填充層亦可以是半導(dǎo)體工藝中的多種填充層，比如各種金屬或各種絕緣材料等。[0033]上述步驟中，在第二次填充的步驟之前可進(jìn)行孔隙的擴(kuò)大，以減小所述孔隙的深寬比，待孔隙擴(kuò)大之后，可更好地進(jìn)行第二次填充。對(duì)孔隙的擴(kuò)大可采用等離子蝕刻的方式。
[0034]孔隙的擴(kuò)大和第二次填充的步驟可作為一個(gè)循環(huán)反復(fù)進(jìn)行多次，以達(dá)到完全消除孔洞的目的。
[0035]下面結(jié)合圖2至圖6更詳細(xì)的說(shuō)明本發(fā)明所述溝槽填充方法。
[0036]本發(fā)明可用于半導(dǎo)體工藝中各類細(xì)小溝槽的填充，本實(shí)施例并不限制溝槽的類型和填充層的類型。本實(shí)施例中，所述溝槽用于形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)。如圖2所示，所述襯底100上形成有襯墊層102和位于所述襯墊層102上的保護(hù)層103。在進(jìn)行本實(shí)施例所述的溝槽填充方法之前，首先在襯底100上形成襯墊層102并在襯墊層102上形成保護(hù)層103，然后蝕刻所述保護(hù)層103、襯墊層102以及部分厚度的襯底100形成溝槽10。具體地，襯墊層102為氧化硅層，
[0037]保護(hù)層103為氮化硅層。
[0038]然后，對(duì)溝槽10進(jìn)行第一次填充，形成填充層200。由于填充工藝的特性，通常填充完成后，填充層200還覆蓋于襯底100的表面。在本實(shí)施例中，需在溝槽10中填充電絕緣材料。具體地，在本實(shí)施例中填充層200為硅的氧化物，淀積的方式為高密度等離子體化學(xué)氣相淀積(HDP-CVD)。當(dāng)特征尺寸達(dá)到40nm以下時(shí)，溝槽的深寬比都非常大，此時(shí)采用的HDP-CVD工藝完成后往往在溝槽10中形成孔隙300，如圖3所示。
[0039]然后，對(duì)所述襯底100的表面進(jìn)行研磨直至在所述填充層200的表面露出孔隙300。在本實(shí)施例中，對(duì)所述襯底100的表面進(jìn)行研磨的步驟進(jìn)行至所述保護(hù)層103被完全磨掉為止，因?yàn)樵诘谝淮翁畛渫瓿珊蟊Ｗo(hù)層103已無(wú)存在的必要，且采用HDP-CVD方式填充STI時(shí)孔隙300的上端通常會(huì)高于襯墊層102的上表面。所述研磨的具體方式為CMP (化學(xué)機(jī)械平坦化)。由于保護(hù)層103的質(zhì)地較作為填充層200的硅氧化物更硬，因此在磨掉保護(hù)層103后，襯底100上填充層200的上表面略低于襯底100上的襯墊層102的上表面，如圖4所示。
[0040]然后，進(jìn)行對(duì)孔隙300進(jìn)行蝕刻以擴(kuò)大所述孔隙300的步驟。如圖5所示，孔隙300擴(kuò)大后變?yōu)殚_(kāi)口 300’。蝕刻擴(kuò)大的目的在于更利于后續(xù)第二次填充的進(jìn)行。具體蝕刻的方法為等離子體蝕刻，在本實(shí)施例中，將襯底100整體放入等離子體機(jī)臺(tái)的腔體中(本實(shí)施例繼續(xù)采用HDP-CVD機(jī)臺(tái))，并在腔體中充入02、He、H2和Ar氣體，氣體在機(jī)臺(tái)的低頻射頻源中離化并在高頻射頻源的控制下轟擊孔隙300的表面，使孔隙300在轟擊中不斷擴(kuò)大，孔隙300擴(kuò)大為開(kāi)口 300’。
[0041]之后進(jìn)行第二次填充步驟，具體方式為HDP-CVD，對(duì)開(kāi)口 300邊淀積填充層200邊刻蝕。在本實(shí)施例中，方法為HDP-CVD機(jī)臺(tái)中通入SiH4和02氣體及He，H2和Ar氣體，其中SiH4和02氣體所占比例較高，氣體在機(jī)臺(tái)的低頻射頻源中離化并在高頻射頻源的控制下到達(dá)開(kāi)口 300’的表面，SiH4離子和氧離子在開(kāi)口 300’表面上反應(yīng)并生成填充層200，即硅氧化物。而He，H2和Ar離子會(huì)濺射開(kāi)口 300’，將開(kāi)口 300’肩部的懸突消掉，擴(kuò)大開(kāi)口300，。
[0042]本實(shí)施例中，蝕刻和第二次填充的步驟作為一個(gè)周期重復(fù)I?2次，即可去除孔隙300，形成如圖6所示的情況，溝槽10中充滿填充層200。[0043]綜上所述，本發(fā)明在現(xiàn)有的溝槽填充方法的基礎(chǔ)上，于溝槽填充完成后對(duì)襯底表面進(jìn)行研磨直至露出孔隙，再對(duì)細(xì)小的孔隙進(jìn)行擴(kuò)大，然后進(jìn)行第二次填充。并且重復(fù)孔隙擴(kuò)大和第二次填充步驟直至填充層中無(wú)縫隙出現(xiàn)。本方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法對(duì)細(xì)小溝槽進(jìn)行無(wú)縫隙填充的問(wèn)題。
[0044]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種溝槽填充方法，其特征在于，包括: 提供一具有溝槽的襯底； 對(duì)所述溝槽進(jìn)行沉積形成填充層，所述填充中具有孔隙； 進(jìn)行研磨工藝直至露出所述孔隙；以及 對(duì)所述孔隙進(jìn)行沉積。
2.如權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，進(jìn)行研磨工藝之后，對(duì)所述孔隙進(jìn)行沉積工藝之前，進(jìn)行孔隙刻蝕工藝以擴(kuò)大所述孔隙的尺寸。
3.如權(quán)利要求2所述的溝槽填充方法，其特征在于，將所述孔隙刻蝕步驟和對(duì)所述孔隙進(jìn)行沉積步驟作為一個(gè)周期重復(fù)I?2次，直至消除所述孔隙。
4.如權(quán)利要求2所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述孔隙刻蝕為等離子體蝕刻，并采用02、He、H2和Ar的混合氣體。
5.如權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述填充層為絕緣材料。
6.如權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，對(duì)所述溝槽進(jìn)行沉積以及對(duì)所述孔隙進(jìn)行沉積步驟中，所述沉積是HDP-CVD。
7.如權(quán)利要求6所述的溝槽填充方法，其特征在于，對(duì)所述孔隙進(jìn)行沉積步驟中采用SiH4, O2, He, H2 Ar。
8.如權(quán)利要求1所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述研磨工藝是CMP工藝。
9.如權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述溝槽為STI溝槽。
10.如權(quán)利要求9所述的溝槽填充方法，其特征在于，所述襯底上還具有襯墊層和位于所述襯墊層上的保護(hù)層，所述研磨工藝進(jìn)行至所述保護(hù)層被完全磨掉。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK103915369SQ201410138990
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】朱亞丹, 周軍, 曾真 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司