用于用非晶硅膜对高深宽比沟槽进行间隙填充的两步工艺制造技术

提供了用于用非晶硅膜对半导体器件特征(诸如高深宽比沟槽)进行间隙填充的方法。首先，将基板定位在处理腔室中，所述基板具有形成在所述基板的第一表面中的特征。然后执行保形沉积工艺，以在所述特征的侧壁和所述基板的处于所述特征之间的暴露的第一表面上沉积保形硅衬垫层。然后执行可流动沉积工艺以在所述保形硅衬垫层之上沉积可流动硅层。然后执行固化工艺以增大所述可流动硅层的硅密度。本文所述的方法一般通过所述保形硅沉积和所述可流动硅沉积两步工艺来改进整体蚀刻选择性，以用高品质非晶硅膜来实现特征之间的无缝间隙填充。

Two step process for gap filling of high aspect ratio groove with amorphous silicon film

A method for gap filling of semiconductor device features such as high aspect ratio grooves with amorphous silicon film is provided. First, the substrate is positioned in the processing chamber, and the substrate has the characteristics formed in the first surface of the substrate. A conformal deposition process is then performed to deposit a conformal silicon pad layer on an exposed first surface between the sidewall of the feature and the substrate. A flowable deposition process is then performed to deposit a flowable silicon layer on the conformal silicon backing layer. A curing process is then performed to increase the silicon density of the flowable silicon layer. The method described in this paper generally improves the overall etching selectivity through the two-step process of conformal silicon deposition and flowable silicon deposition to achieve seamless gap filling between features with high-quality amorphous silicon film.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于用非晶硅膜对高深宽比沟槽进行间隙填充的两步工艺
技术介绍

本公开的示例总体涉及半导体制造工艺，更具体地，涉及用非晶硅膜对半导体器件的高深宽比沟槽进行间隙填充的方法，以及由此形成的器件。相关技术的描述对于许多半导体器件制造工艺，需要填充具有大于例如10∶1的高深宽比的窄沟槽，而没有空隙。这种工艺的一个示例是浅沟槽隔离(STI)，其中膜需要具有高品质并在整个沟槽中具有很少的泄漏。随着半导体器件结构的尺寸持续减小而深宽比持续增大，后固化工艺变得越来越困难并产生在整个被填充的沟槽中的具有不同组成的膜。常规地，已经将非晶硅(a-Si)用在半导体制造工艺中，因为a-Si一般相对于其它膜(诸如氧化硅(SiO)和非晶碳(a-C))提供了良好的蚀刻选择性。然而，常规的a-Si沉积方法(诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和保形沉积)不能用于对高深宽比沟槽进行间隙填充，因为高深宽比沟槽中形成了缝隙。缝隙包括侧壁之间的沟槽中形成的间隙，其在后固化工艺期间进一步打开并最终导致产量降低或甚至半导体器件失效。此外，a-Si的PECVD一般也导致在沟槽的底部处的空隙，这也可导致器件性能降低或甚至失效。因此，需要可以提供无缝膜生长的用于对半导体器件的高深宽比沟槽进行间隙填充的方法。
技术实现思路
提供了用于用非晶硅膜对半导体器件特征(诸如高深宽比沟槽)进行间隙填充的方法。首先，将基板定位在处理腔室中，所述基板具有形成在所述基板的第一表面中的特征。然后执行保形沉积工艺，以在所述特征的侧壁和所述基板的处于所述特征之间的暴露的第一表面上沉积保形硅衬垫层。然后执行可流动沉积工艺以在所述保形硅衬垫层之上沉积可流动硅层。然后执行固化工艺以增大所述可流动硅层的硅密度。本文所述的方法一般通过所述保形硅沉积和所述可流动硅沉积两步工艺来改进整体蚀刻选择性，以用高品质非晶硅膜来实现在特征之间的无缝间隙填充。在一个示例中，公开了一种用于制造半导体器件的方法。所述方法包括：提供基板，所述基板具有形成在所述基板的表面中的至少一个特征，所述至少一个特征具有侧壁和底表面；在所述基板表面、所述至少一个特征的所述侧壁和所述底表面之上保形地沉积硅衬垫层；用可流动硅膜来填充所述至少一个特征；以及将所述硅衬垫层和所述可流动硅膜固化以使所述硅衬垫层和所述可流动硅膜凝固并且形成基本上无缝的间隙填充物。在另一个示例中，公开了一种用于制造半导体器件的方法。所述方法包括：提供基板，所述基板具有形成在所述基板的表面中的至少一个特征，所述至少一个特征具有侧壁和底表面；在所述基板表面以及所述至少一个特征的所述侧壁和所述底表面之上保形地沉积硅衬垫层，所述硅衬垫层具有小于约5％的氢浓度；用可流动硅膜来填充所述至少一个特征，所述可流动硅膜具有大于约30％的氢浓度；以及将所述硅衬垫层和所述可流动硅膜固化以使所述硅衬垫层和所述可流动硅膜凝固并且形成基本上无缝的间隙填充物，所述基本上无缝的间隙填充物具有在约10％与15％之间的氢浓度。在又一个示例中，公开了一种半导体器件。所述半导体器件包括：基板，所述基板具有形成在所述基板的表面中的至少一个特征，所述至少一个特征具有侧壁和底表面；保形硅衬垫层，所述保形硅衬垫层设置在所述基板表面以及所述至少一个特征的所述侧壁和所述底表面之上，所述硅衬垫层具有小于约5％的氢浓度；以及可流动硅膜，所述可流动硅膜设置在所述保形硅衬垫层之上，所述可流动硅膜具有大于约30％的氢浓度。附图说明为了能够详细地理解本公开的上述特征的方式，可参考示例获得上面简要地概述的本公开的更具体的描述，其中一些示例在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了本公开的典型示例并因此不应视为限制范围，因为本公开可以允许其它同等有效示例。图1是概述根据本文所述的一个示例的方法的流程图。图2A至图2D描绘了根据图1的方法的半导体器件的制造的阶段。图3是根据实施方式的处理腔室的示意性剖视图。为了便于理解，已经尽可能地使用相同的附图标记标示各图共有的相同要素。此外，一个示例的要素可以有利地适于用在本文所述的其它示例中。具体实施方式提供了用于用非晶硅膜对半导体器件特征(诸如高深宽比沟槽)进行间隙填充的方法。首先，将基板定位在处理腔室中，所述基板具有形成在所述基板的第一表面中的特征。然后执行保形沉积工艺，以在特征的侧壁和基板的处于所述特征之间的暴露的第一表面上沉积保形硅衬垫层。然后执行可流动沉积工艺以在保形硅衬垫层之上沉积可流动硅层。然后执行固化工艺以增大可流动硅层的硅密度。本文所述的方法一般通过保形硅沉积和可流动硅沉积两步工艺来改进整体蚀刻选择性，以用高品质非晶硅膜来实现在特征之间的无缝间隙填充。图1是概述用于用非晶硅膜对半导体器件的高深宽比沟槽进行间隙填充的方法100的流程图。图2A至图2D描绘了根据图1的方法100的半导体器件200的制造的阶段。下面根据如图2A至图2D所示的用非晶硅膜对半导体器件200的高深宽比沟槽进行间隙填充的阶段来描述方法100。以下的描述将涉及在基板上形成的高深宽比沟槽；然而，本文所述的方法也适用于在其它半导体器件特征之间的间隙填充。特征一般具有任何合适的形状，包括但不限于沟槽和柱形通孔。一般来讲，“特征”表示任何有意的表面不规则处。特征的合适示例包括但不限于：具有一个顶部、两个侧壁和一个底部的沟槽；具有一个顶部和两个侧壁的尖峰。特征可以具有任何合适的深宽比，或者说是特征的深度与特征的宽度的比率。在一些示例中，深宽比大于或等于约5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1或40∶1。方法100开始于操作102，在操作102处，将在其中具有多个特征212(示为沟槽)的基板210定位在处理腔室内。处理腔室可以包括沉积腔室，诸如可从加利福尼亚州圣克拉拉市应用材料公司(AppliedMaterials，Inc.ofSantaClara，California)获得的沉积腔室。基板210可以是任何合适的尺寸，例如，200mm或300mm基板，并且可以由例如硅、锗和它们的组合形成。特征212从基板表面213延伸了深度(D)到达底表面214。特征212具有限定特征212的宽度(W)的第一侧壁216和第二侧壁218。如图2A所示，基板210具有多个特征212；设想的是，基板210可以具有一个或多于一个特征212，或具有与所示的不同的其它特征。方法100在操作104处继续，其中在特征212中，更具体地，在基板表面213、底表面214、第一侧壁216和第二侧壁218之上，保形地沉积硅衬垫层220，如图2B所示。在一个示例中，硅衬垫层220沉积在基板表面213、底表面214、第一侧壁216和第二侧壁218上并与基板表面213、底表面214、第一侧壁216和第二侧壁21接触。硅衬垫层220一般包括具有小于约百分之(％)6(诸如约小于约5％)的氢(H)浓度的非晶硅。在一个示例中，通过热化学气相沉积(CVD)沉积硅衬垫层220。热CVD工艺一般通过将基板表面213暴露于第一前驱物并将热量供应到处理环境以激活第一前驱物来开始。第一前驱物一般包括甲硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3H8)和丁硅烷(Si4H10)中的一种或多种。第一前驱物的流率一般在约每分钟1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造半导体器件的方法，包括：将基板定位在处理腔室中，所述基板具有至少一个特征，所述至少一个特征形成在所述基板的表面中，所述至少一个特征具有侧壁和底表面；在所述基板表面以及所述至少一个特征的所述侧壁和所述底表面之上保形地沉积硅衬垫层；用可流动硅膜来填充所述至少一个特征；以及将所述硅衬垫层和所述可流动硅膜固化以使所述硅衬垫层和所述可流动硅膜凝固并形成基本上无缝的间隙填充物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.31 US 62/479,3531.一种用于制造半导体器件的方法，包括：将基板定位在处理腔室中，所述基板具有至少一个特征，所述至少一个特征形成在所述基板的表面中，所述至少一个特征具有侧壁和底表面；在所述基板表面以及所述至少一个特征的所述侧壁和所述底表面之上保形地沉积硅衬垫层；用可流动硅膜来填充所述至少一个特征；以及将所述硅衬垫层和所述可流动硅膜固化以使所述硅衬垫层和所述可流动硅膜凝固并形成基本上无缝的间隙填充物。2.如权利要求1所述的方法，其中保形地沉积所述硅衬垫层是通过热沉积来完成，并且其中用所述可流动硅膜来填充所述至少一个特征是通过等离子体增强化学气相沉积来完成。3.如权利要求1所述的方法，其中保形地沉积所述硅衬垫层包括：将在所述基板中形成有至少一个特征的所述基板暴露于第一前驱物，其中将在所述基板中形成有至少一个特征的所述基板暴露于所述第一前驱物发生在约300摄氏度与约550摄氏度之间的温度下且在约10托与约600托之间的压力下，并且所述第一前驱物包括甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷和丁硅烷中的一种或多种。4.如权利要求1所述的方法，其中用所述可流动硅膜来填充所述至少一个特征包括：将所述基板暴露于第二前驱物，所述基板具有在所述基板上的所述硅衬垫层，其中暴露在所述基板上具有所述硅衬垫层的所述基板发生在约-100摄氏度与约50摄氏度之间的温度下、在约1托和约10托之间的压力下且在约10瓦与约200瓦之间的RF功率下，并且所述第二前驱物包括甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷和丁硅烷中的一种或多种。5.如权利要求1所述的方法，其中所述硅衬垫层包括小于百分之5的氢。6.如权利要求5所述的方法，其中所述可流动硅膜包括大于30％的氢。7.如权利要求6所述的方法，其中在所述固化之后，所述硅衬垫层和所述可流动硅膜包括约百分之10与约百分之15之间的氢。8.如权利要求1所述的方法，其中所述固化方法选自由以下项组成的组：热固化、UV固化以及等离子体固化。9.一种制造半导体器件的方法，包括：将基板定位在处理腔室中，所述基板具有形成在所述基板的表面中的至少一个特征，...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·曼纳，江施施，程睿，A·B·玛里克，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US