一种薄膜填充方法技术

本发明专利技术公开了一种薄膜填充方法，首先在反应腔室中通入含有含硅基气体、含氧气体、惰性气体及流动性气体的反应气体；通过HDP?CVD工艺在沟槽或间隙中形成第一沉积薄膜；停止通入含硅基气体及含氧气体，继续通入刻蚀性气体和流动性气体，对第一沉积薄膜表面进行溅射；停止通入刻蚀性气体，继续通入含硅基气体及含氧气体，在经过溅射的第一沉积薄膜表面进行薄膜沉积，形成第二沉积薄膜；停止通入含硅基气体及含氧气体，继续通入刻蚀性气体和流动性气体，对第二沉积薄膜表面进行溅射；重复后两步，停止通入刻蚀性气体，继续通入含硅基气体及含氧气体，在经过溅射的第二沉积薄膜表面进行薄膜沉积，形成完全填充沟槽或间隙的第三沉积薄膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路制造
，更具体地说，涉及ー种薄膜填充方法。
技术介绍
在半导体エ业的发展过程中，持续面临的挑战来自于电路元件密度的不断增加和随之产生的寄生效应，从而导致了更多的互连延迟，并且，这种延迟越来越成为影响器件的瓶颈。随着技术的进步，这种反面的效应可以借助绝缘材料来实现物理和电隔离来加以降低，如低K材料技术、气隙技术等。然而，对于一些借助间隙进行的隔离，由于随着电路密度的増加，间隙的宽度不断降低，进ー步増加了间隙的AR(深宽比)值，使得填充无孔洞的薄膜更加困难。如果间隙内部存在小的孔洞，即间隙没有被完全填充时，便可以严重影响整个器件的操作，形成漏电或器件失效。 常规的填充技术包括CVD (Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积)エ艺，如最初传统的热CVDエ艺，通过加热发生化学反应形成期望的薄膜，以及逐渐发展起来的PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,等离子体增强化学气相沉积)技木。PECVDエ艺通过RF (射频)产生等离子体，促进反应气体的激发和/或解离。由于等离子体中反应基的高反应活性，降低了化学反应所需要的能量，从而降低了化学反应所需的温度。然而，器件尺寸的持续微缩，间隙的深宽比也随之增加，导致PECVD无法填充更高深宽比的间隙。一些取代或改良PECVD的方法中，对于ー些具有大的AR值以及窄的宽度的间隙例子中，通过PECVD技术借助于沉积-刻蚀-沉积的エ艺序列来实现薄膜的填充，即先沉积ー层厚的薄膜，然后刻蚀掉一部分，再沉积额外的材料。刻蚀步骤扮演着重新打开间隙开ロ的功能，以致在开ロ关闭内部形成孔洞前可以填充更多的材料。但是，这种改良的PECVD技术却不能用来填充大的AR(> 2 I)值的间隙，即使是采用循环的沉积/刻蚀步骤。目前，从 0. 25Um 节点开始，HDP CVD (High-Density Plasma Chemical VaporDeposition，高密度等离子体化学气相沉积)被广泛地应用于浅沟槽隔离(STI)，这种技术能够填充0.3μπι及以下的间距及AR为2 I或以上的沟槽。随着等离子体的产生，溅射和沉积エ艺同时发生，溅射过程有助于使沟槽的开ロ处有效打开，降低了开ロ处的过多沉积，不至于提前封死，使得自底向上的填充得以持续进行。而沉积过程则是自下而上进行，这ー点与传统的PECVD沉积相同。溅射与沉积的结合，使得HDPCVD的填充孔洞的能力更强。參照图1，为现有HDP CVD半导体制造エ艺中采用ー步エ艺进行沟槽或间隙的薄膜填充示意图。可见，对于高AR值的沟槽或间隙，填充完成后容易在沟槽或间隙中形成含有类似孔洞的薄膜。这是由干，对传统的HDP CVD技术，同溅射相关的ー个问题是轰击材料的角度依赖效应，已沉积的薄膜在离子轰击下会重新沉积在沟槽或间隙的另外ー侧，导致在该侧面上的过多沉积，从而限制了开ロ的打开。如果重沉积的薄膜过多，将使得填充的沟槽开ロ闭合，沟槽或间隙无法完全填充，留下孔洞埋入沟槽或间隙。而如果沟槽或间隙的薄膜填充中存在孔洞，后续エ艺中的互连金属将可能填充进入这些孔洞中，使得器件之间出现高的漏电流路径，从而导致器件失效，良率降低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供ー种薄膜填充方法，能够有效实现沟槽或间隙中的无孔洞薄膜填充。 本专利技术实施例是这样实现的ー种薄膜填充方法，包括步骤A、在反应腔室中通入含有含硅基气体、含氧气体、惰性气体及流动性气体的反应气体，所述反应腔室内置有具有沟槽或间隙的半导体衬底；步骤B、通过HDP CVDエ艺使得所述反应气体形成低压高密度等离子体，在所述沟槽或间隙中形成第一沉积薄膜；步骤C、停止通入所述含硅基气体及含氧气体，继续通入刻蚀性气体和所述流动性气体，对所述第一沉积薄膜表面进行溅射，防止所述沟槽或间隙的闭合；步骤D、停止通入所述刻蚀性气体，继续通入所述含硅基气体及含氧气体，形成低压高密度等离子体，在经过所述溅射的第一沉积薄膜表面进行薄膜沉积，形成第二沉积薄膜；步骤E、停止通入所述含硅基气体及含氧气体，继续通入所述刻蚀性气体和流动性气体，对所述第二沉积薄膜表面进行溅射，防止所述沟槽或间隙的闭合；重复执行步骤D E N次之后，继续执行步骤F，其中，N为大于等于I的整数；步骤F、停止通入所述刻蚀性气体，继续通入所述含硅基气体及含氧气体，形成低压高密度等离子体，在经过所述溅射的第二沉积薄膜表面进行薄膜沉积，形成完全填充所述沟槽或间隙的第三沉积薄膜。优选的，所述第二沉积薄膜形成过程中的溅射/沉积比值大于等于所述第一沉积薄膜形成过程中的溅射/沉积比值；所述第三沉积薄膜形成过程中的溅射/沉积比值大于等于所述第二沉积薄膜形成过程中的溅射/沉积比值。优选的，所述第一沉积薄膜和第二沉积薄膜形成过程中的溅射/沉积比值范围为O. 05 O. 15。优选的，所述第三沉积薄膜形成过程中的溅射/沉积比值范围为O. 15 O. 25。优选的，所述第一沉积薄膜的沉积厚度为所述沟槽或间隙深度的30 50%。优选的，对所述第一沉积薄膜表面进行溅射包括将所述第一沉积薄膜刻蚀掉厚度的5 15%;并且，对所述第二沉积薄膜表面进行溅射包括将所述第二沉积薄膜刻蚀掉厚度的5 15%。优选的，所述第二沉积薄膜的沉积厚度为所述沟槽或间隙深度的2/3 3/4。优选的，所述惰性气体为H2或H2与He的混合气体。优选的,所述惰性气体还包括Ar。优选的，所述刻蚀性气体为H2。优选的，所述刻蚀性气体还包括NF3。进ー步,在步骤C和E中还包括停止通入所述刻蚀性气体和流动性气体,通入相应与薄膜中残留的F原子或自由基可以发生反应的气体，以清除薄膜中残留的F原子或自由基。优选的，所述与薄膜中残留的F原子或自由基可以发生反应的气体为H2。优选的，所述流动性气体为H2。优选的，所述含娃基气体包括SiH4。优选的，所述含氧气体为02。优选的，当填充薄膜为氟硅玻璃时，所述反应气体中还包括含氟的硅基气体；当填充薄膜为磷硅玻璃时，所述反应气体中还包括含磷的气体；当填充薄膜为硼硅玻璃时，所述反应气体中还包括含硼的气体；当填充薄膜为硼磷娃玻璃时，所述反应气体中还包括含硼的气体及含磷的气体。同现有技术相比，本专利技术实施例提供的技术方案具有以下优点和特点 本专利技术通过采用薄膜沉积-薄膜刻蚀循环执行的操作，对半导体衬底上的沟槽或间隙进行薄膜填充，通过薄膜刻蚀对之前已沉积的薄膜进行溅射处理，防止沟槽或间隙的闭合，达到更好的填充效果，最終实现沟槽或间隙中的无孔洞薄膜填充。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是现有HDP CVD半导体制造エ艺中采用ー步エ艺进行沟槽或间隙的薄膜填充示意图；图2是本专利技术实施例提供的ー种薄膜填充方法步骤流程图；图3是本专利技术实施例提供的另ー种薄膜填充方法步骤流程图；图4是本专利技术实施例提供的各阶段中在STI间隙中沉积薄膜的示意图；图5是对应图4的对STI结构进行薄膜填充的エ艺流程示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种薄膜填充方法，其特征在于，包括 步骤A、在反应腔室中通入含有含硅基气体、含氧气体、惰性气体及流动性气体的反应气体，所述反应腔室内置有具有沟槽或间隙的半导体衬底； 步骤B、通过HDP CVDエ艺使得所述反应气体形成低压高密度等离子体，在所述沟槽或间隙中形成第一沉积薄膜； 步骤C、停止通入所述含硅基气体及含氧气体，继续通入刻蚀性气体和所述流动性气体，对所述第一沉积薄膜表面进行溅射，防止所述沟槽或间隙的闭合； 步骤D、停止通入所述刻蚀性气体，继续通入所述含硅基气体及含氧气体，形成低压高密度等离子体，在经过所述溅射的第一沉积薄膜表面进行薄膜沉积，形成第二沉积薄膜；步骤E、停止通入所述含硅基气体及含氧气体，继续通入所述刻蚀性气体和流动性气体，对所述第二沉积薄膜表面进行溅射，防止所述沟槽或间隙的闭合； 重复执行步骤D E N次之后，继续执行步骤F，其中，N为大于等于I的整数； 步骤F、停止通入所述刻蚀性气体，继续通入所述含硅基气体及含氧气体，形成低压高密度等离子体，在经过所述溅射的第二沉积薄膜表面进行薄膜沉积，形成完全填充所述沟槽或间隙的第三沉积薄膜。2.根据权利要求I所述的薄膜填充方法，其特征在于，所述第二沉积薄膜形成过程中的溅射/沉积比值大于等于所述第一沉积薄膜形成过程中的溅射/沉积比值；所述第三沉积薄膜形成过程中的溅射/沉积比值大于等于所述第二沉积薄膜形成过程中的溅射/沉积比值。3.根据权利要求2所述的薄膜填充方法，其特征在干，所述第一沉积薄膜和第二沉积薄膜形成过程中的溅射/沉积比值范围为O. 05 O. 15。4.根据权利要求3所述的薄膜填充方法，其特征在干，所述第三沉积薄膜形成过程中的溅射/沉积比值范围为O. 15 O. 25。5.根据权利要求I所述的薄膜填充方法，其特征在于，所述第一沉积薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟令款，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：