CN101673660A - 一种缝隙填充的处理方法和浅沟道隔离槽的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缝隙填充的处理方法，用于在带有缝隙的半导体衬底上形成薄膜并完全填充该缝隙，包括：使用高密度等离子体化学气相沉积的方法进行填隙；使用三氟化氮对所述缝隙边角处沉积的悬突进行刻蚀；通入氢气进行氢钝化处理后，通入氧气与所述氢钝化处理后残留的氢气反应，并排出反应腔中的全部气体，返回执行所述填隙操作直到完成对所述缝隙的填充。本发明实施例提供的这种缝隙填充的处理方法，在进行氢钝化处理后通入氧气，能够去除反应腔中残余的氢气，从而避免了氢气被引入生成的薄膜中，从而能够避免各种因H₂而产生的性能降低，提高薄膜性能。本发明还同时公开了一种浅沟道隔离槽的制作方法，能够提高隔离槽薄膜的性能。

Description

一种缝隙填充的处理方法和浅沟道隔离槽的制作方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术，具体涉及一种缝隙填充的处理方法和浅沟道隔离槽的制作方法。

背景技术

目前，集成电路技术已经进入超大规模集成电路时代，随着集成电路的工艺尺寸向65纳米乃至更精细的结构发展，部分器件中缝隙的深宽比(即缝隙深度与缝隙宽度之比)已经达到了4∶1甚至更高。在这种情况下，对各种缝隙的填充，特别是对高深宽比的缝隙的填充提出了更高的工艺要求。

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)由于能够通过化学气体反应的方式在半导体衬底上沉积一层薄膜(Film)，因而在对缝隙进行填充(通常也简称为填隙，或gap-fill)的制程中得到了广泛的应用。随着技术的发展，在传统的CVD方法的基础上相继出现了等离子增强型化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)，该方法通过使用射频(Radio-frequency，RF)促使反应气体的激发和/或分解，比传统的CVD方法降低了化学反应所需的能量，从而不需要提供太高的反应温度；上述优点进一步被高密度等离子体化学气相沉积(High Density PlasmaChemical Vapor Deposition，HDPCVD)的方法所继承，且由于HDPCVD方法中的低真空压力所产生的高密度等离子体具有更大的激发能力，因此可以在更低的温度下，制备出能够填充高深宽比缝隙的film，从而在65纳米及以下集成电路加工工艺的gap-fill操作中，以及制造浅沟道隔离槽(ShallowTrench Isolation，STI)时得到了广泛的应用。

在gap-fill的过程中，一个非常关键的问题就是：必须避免在所述缝隙被完全填充之前，缝隙两侧边角处的悬突(overhang)，如图1(a)所示，将缝隙的开口封住，从而形成一个内部尚未被完全填充的空心的孔洞(Void)，如图1(b)所示。可见，必须保证进行填隙时所采用的HDPCVD工艺具有良好的填隙能力(gap-fill capability)。

因此，现有技术将传统的一次填隙操作变为多次填隙操作，其基本流程如图2所示，其中包括：

步骤201：使用HDPCVD进行gap-fill；

步骤202：使用NF₃对所述缝隙边角处沉积的overhang进行刻蚀(etch)，以避免其封住缝隙的开口；

上述刻蚀完成后，所述边角处的overhang将被消除，然后返回继续执行步骤201，直到所述缝隙被完全填充。

采用上述方法，可以很好的实现对具有高深宽比的缝隙的gap-fill操作并且可以完全消除void的产生。但是，步骤202中采用NF₃对所述overhang进行etch操作时，会引入氟(F)元素，而F元素混杂在所述STI薄膜中，将会影响所述STI的绝缘性能并可能导致漏电。

为了将F从所述STI薄膜中清除，业界进一步对上述流程进行了改进，在步骤202之后，并不立即返回步骤201，而是继续执行步骤203：

一次刻蚀完成后，通入H₂，之后再返回步骤201。

通入的H2能够与步骤202中得到的F元素进行反应，通过把生成的反应物抽出反应腔(chamber)，就能够有效地去除所述影响STI性能的F元素，通常也将所述步骤203称为氢钝化操作或氢钝化工艺。

上述氢钝化的方法能够有效去除F元素，但是用于清除F元素的H₂，在反应后仍然会有部分残留在chamber中，并在后续的gap-fill操作中进入生成的STI薄膜。H₂进入STI薄膜后，将会降低薄膜的多项性能参数：比如，STI薄膜的密度降低、均匀性变差、刻蚀率变大从而影响刻蚀效果，同时STI薄膜的热稳定性也会降低；此外，STI薄膜中的H₂还有可能会迁移到Si-SiO₂的交界面导致其出现界面态(Interface States)。

可见，经过氢钝化工艺处理后的STI薄膜，虽然消除了F元素的影响，但随之引入的H₂仍然会降低薄膜的性能。

发明内容

本发明实施例提供一种缝隙填充的处理方法，能够消除由于氢钝化而引入的H₂对STI薄膜的影响，提高STI薄膜的性能。

本发明实施例还提供一种浅沟道隔离槽的制作方法，能够消除由于氢钝化而引入的H₂对STI薄膜的影响，提高生成的STI薄膜的性能。

为达到上述目的的第一个方面，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种缝隙填充的处理方法，用于在带有缝隙的半导体衬底上形成薄膜并完全填充该缝隙，其中包括：

使用高密度等离子体化学气相沉积的方法进行填隙；

使用三氟化氮对所述缝隙边角处沉积的悬突进行刻蚀；

通入氢气进行氢钝化处理后，返回执行所述填隙操作直到完成对所述缝隙的填充；

该方法在所述通入氢气进行氢钝化处理后，返回执行所述填隙操作之前还包括：

通入氧气与所述氢钝化处理后残留的氢气反应，并排出反应腔中的全部气体。

所述缝隙包括晶体管闸门、内连线和浅沟道隔离槽。

由上述的技术方案可见，本发明实施例的这种缝隙填充的处理方法，在进行氢钝化处理后通入氧气，能够去除反应腔中残余的氢气，从而避免了氢气被引入生成的薄膜中，从而能够避免各种因H₂而产生的性能降低，提高了薄膜性能。

为达到上述目的的另一个方面，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种浅沟道隔离槽STI的制作方法，该方法包括：

使用高密度等离子体化学气相沉积的方法进行STI薄膜沉积；

使用三氟化氮对所述缝隙边角处沉积的悬突进行刻蚀；

通入氢气进行氢钝化处理；

通入氧气与所述氢钝化处理后残留的氢气反应，并将剩余气体排出反应腔，返回执行所述STI薄膜沉积的操作直至完成所述薄膜的制作。

由上述的技术方案可见，本发明实施例的这种浅沟道隔离槽的制作方法，使用HDPCVD的方法进行薄膜沉淀，并在进行氢钝化处理后通入氧气，从而有效去除反应腔中残余的氢气，能够避免氢气被引入生成的STI薄膜中，从而能够避免各种因H₂而产生的性能降低，提高了生成的STI薄膜的性能。

附图说明

图1(a)为现有技术中缝隙两侧边角处的悬突的示意图。

图1(b)为现有技术中缝隙开口被封住后形成的空心孔洞的示意图。

图2为现有技术中多次填隙操作的流程的示意图。

图3为本发明实施例中缝隙填充的处理方法的流程示意图。

图4为本发明实施例中浅沟道隔离槽的制作方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例提供一种缝隙填充的处理方法，用于在带有缝隙的半导体衬底上形成薄膜并完全填充该缝隙，其流程如图3所示，其中包括：

步骤301：使用HDPCVD进行gap-fill；

步骤302：使用NF₃对所述缝隙边角处沉积的overhang进行刻蚀(etch)，以避免其封住缝隙的开口；

步骤303：一次刻蚀完成后，通入H₂进行氢钝化处理；

步骤304：通入氧气与所述氢钝化处理后残留的氢气反应，并将剩余气体排出反应腔，返回继续执行步骤301直到完成对所述缝隙的填充。

需要指出的是，所述缝隙可以包括晶体管闸门、内连线和浅沟道隔离槽等；同时，在步骤301和302之间，还进一步包括步骤301a：对进行gap-fill的半导体衬底进行冷却，排空chamber内的气体；

由于步骤302为刻蚀工艺，而HDPCVD工艺的操作温度虽然低于传统的CVD工艺，但仍然处于较高温度条件下，因此需要在进行刻蚀操作前对所述半导体衬底进行冷却，并在所述刻蚀操作的前后都需要执行抽空chamber中全部气体的步骤，所述步骤与现有技术相同，故只在此作特别说明，并不具体展开。

此外，步骤301～303中，使用HDPCVD进行gap-fill的具体方法，以及各种反应气体的通入时间和流率等参数设置，可以根据需要填充的缝隙的深宽比进行相应的调整，具体实现方法可以参见各种参考文献，以及申请号为“20020040764”的美国专利，本发明实施例中不再详细说明。

由上述可见，本发明实施例提供的这种缝隙填充的处理方法，在进行氢钝化处理后通入氧气，能够去除反应腔中残余的氢气，从而避免了氢气被引入生成的薄膜中，从而能够避免各种因H₂而产生的性能降低，提高了薄膜性能。

本发明实施例还提供一种浅沟道隔离槽的制作方法，其流程如图4所示，其中包括：

步骤401：使用HDPCVD进行STI薄膜沉积；

步骤402：使用NF₃对半导体衬底的缝隙边角处沉积的overhang进行刻蚀(etch)，以避免其封住缝隙的开口；

步骤403：一次刻蚀完成后，通入H₂进行氢钝化处理；

步骤404：通入氧气与所述氢钝化处理后残留的氢气反应，并将剩余气体排出反应腔，返回继续执行步骤401直至完成STI薄膜的制作。

由上述可见，本发明实施例提供的浅沟道隔离槽的制作方法，使用HDPCVD的方法进行薄膜沉淀，并在进行氢钝化处理后通入氧气，从而有效去除反应腔中残余的氢气，能够避免氢气被引入生成的STI薄膜中，从而能够避免各种因H₂而产生的性能降低，提高了生成的STI薄膜的性能。

因此，容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的精神和保护范围，任何熟悉本领域的技术人员所做出的等同变化或替换，都应视为涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1、一种缝隙填充的处理方法，用于在带有缝隙的半导体衬底上形成薄膜并完全填充该缝隙，其中包括：

使用高密度等离子体化学气相沉积的方法进行填隙；

使用三氟化氮对所述缝隙边角处沉积的悬突进行刻蚀；

通入氢气进行氢钝化处理后，返回执行所述填隙操作直到完成对所述缝隙的填充；

其特征在于，该方法在所述通入氢气进行氢钝化处理后，返回执行所述填隙操作之前还包括：

通入氧气与所述氢钝化处理后残留的氢气反应，并排出反应腔中的全部气体。

2、根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述缝隙包括晶体管闸门、内连线和浅沟道隔离槽。

3、一种浅沟道隔离槽STI的制作方法，其特征在于，该方法包括：

使用高密度等离子体化学气相沉积的方法进行STI薄膜沉积；

使用三氟化氮对所述缝隙边角处沉积的悬突进行刻蚀；

通入氢气进行氢钝化处理；

通入氧气与所述氢钝化处理后残留的氢气反应，并将剩余气体排出反应腔，返回执行所述STI薄膜沉积的操作直至完成所述薄膜的制作。

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