一种有效填充浅沟道隔离沟槽的方法与流程

1.本发明属于半导体制程领域，尤其涉及一种有效填充浅沟道隔离沟槽的方法。


背景技术：

2.用于亚0.11微米工艺的选择性氧化的主要技术是浅沟道隔离(shallow trench isolation；sti)。浅沟道隔离技术制作主动区域之间的绝缘结构已逐渐被普遍采用。sti技术中的主要绝缘材料是淀积氧化物。sti结构的形成通常是先在半导体基底上沉积一层氮化硅层，然后图案化此氮化硅层形成硬掩膜。接着蚀刻基底，在相邻的元件之间形成陡峭的沟槽。最后，在沟槽中填入氧化物形成元件隔离结构。这种热生长的氧化物是硅表面钝化，并且可以使浅槽填充的淀积氧化物与硅相互隔离。它还能作为有效的阻挡层，避免器件中的侧墙漏电流产生。
3.sti沟槽的宽度越小，sti沟槽的高宽比(例如，纵横比)就越大。由于用于填充sti沟槽的氧化物的特性，常规制程填充氧化物等步骤导致在sti沟槽中形成空隙，形成缺陷。研究发现，对于线宽在0.12μm左右的sti沟槽容易出现上述缺陷，尤其在晶圆边缘和晶圆中心出现这种现象的情况会加重。
4.因此，对于上述形成空隙的问题，仍然需要一种有效填充浅沟道隔离沟槽的方法。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提出如下方案：
6.本发明提供了一种有效填充浅沟道隔离沟槽的方法，包括：
7.a.提供衬底以及一个或多个浅沟道隔离沟槽；
8.b.在每个浅沟道隔离沟槽内填充氧化物，其中，包括以下步骤：
9.b1.在填充的氧化物完全封闭浅沟道隔离沟槽的顶部之前，停止填充过程；
10.b2.蚀刻填充后的氧化物，以形成开口；
11.b3.进行氧化物填充。
12.根据本发明的一实施例，步骤b3结束后，若填充氧化物后的浅沟道隔离沟槽内存在空隙，则重复步骤b1-b3；若填充氧化物后的浅沟道隔离沟槽内不存在空隙，则结束上述步骤。
13.根据本发明的一实施例，使用高密度等离子体化学气相淀积进行氧化物填充。
14.根据本发明的一实施例，氧化物为二氧化硅。
15.根据本发明的一实施例，在步骤b1中，在填充的氧化物完全封闭浅沟道隔离沟槽的顶部之前，浅沟道隔离沟槽内存在与外部连通缝隙。
16.根据本发明的一实施例，在步骤b2中，形成的开口为将所述缝隙进一步扩大并且在缝隙顶部形成v形开口。
17.根据本发明的一实施例，在步骤b2中形成的开口的壁的表面为光滑。
18.根据本发明的一实施例，在步骤b2中，蚀刻采用干蚀刻。
19.根据本发明的一实施例，所述干蚀刻为气体蚀刻。
20.根据本发明的一实施例，所述气体蚀刻为使用氢气和/或氦气蚀刻。
21.本发明具有以下有益技术效果：
22.本发明的方法采用重复的打开沟槽内填充氧化物的开口，并重复的进行填充，以达到完全填充且无缝隙的有效填充浅沟道隔离沟槽的方法。
23.本发明的方法打开沟槽内填充氧化物的开口且开口的侧壁变得光滑，使得二次填充氧化物时更加容易，防止了缝隙的产生。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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实施例。
25.图1是示出了现有技术用cvd一步沉积氧化物在沟槽中形成缝隙的截面图；
26.图2a-2c是示出了根据本发明的实施例进行浅沟道隔离沟槽氧化物填充的过程中的每个步骤处的截面图；
27.图3为本发明的实施例的有效填充浅沟道隔离沟槽的方法的工艺流程图。
28.【附图标记说明】
29.101有源区；102隔离氧化层；103氮化物层；104沟槽；105氧化物；106空隙；
30.201开口(一)；202开口(二)；203v型槽；204蚀刻后氧化物的侧壁
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
32.sti技术的氧化物填充前的工艺步骤如下：
33.(1)隔离氧化层。硅表面生长一层厚度约150埃氧化层；可以做为隔离层保护有源区在去掉氮化物的过程中免受化学沾污。
34.(2)氮化物层淀积。硅表面生长一薄层氮化物层(氮化硅)：由于氮化硅是坚固的掩膜材料，有助于在sti氧化物淀积过程中保护有源区。
35.(3)掩膜，浅槽隔离。
36.(4)sti的沟槽刻蚀。在经过上面的光刻之后把没有被光刻胶保护的区域用离子和强腐蚀性的化学物质刻蚀掉氮化硅、氧化硅和硅，形成沟槽104。需要注意的是会在沟槽倾斜的侧壁及圆滑的底面有助于提高填充的质量和隔离结构的电学特性。
37.(5)硅片再次清洗和去氧化物等清洗工艺后，高温下在曝露的沟槽侧壁上生长150埃的氧化层(未示出)，用以阻止氧分子向有源区扩散。同时垫氧层也改善硅与沟槽填充氧化物之间的界面特性。
38.(6)沟槽用cvd(化学气相沉积)技术进行氧化物填充。
39.本发明的实施例将对上述步骤(6)进行改进。常规制程cvd(化学气相沉积)技术进行氧化物填充时为一步填充，这样会对于例如线宽在0.12μm左右的sti沟槽填充不完全而
在沟槽中间形成空隙，例如如图1所示，sti沟槽104的氧化物105填充不完全，而在沟槽104中间形成空隙106；其中图1仅填充了一个沟槽作为示例，其它未填充并不表示实际情况以及沟槽的数量仅为示例。
40.蚀刻形成沟槽后，隔离氧化层102、氮化物层103、有源区101、沟槽104如图1所示。
41.为了避免如图1所示的空隙的出现，本发明的实施例将对上述步骤(6)进行改进。图2a-2c示出了根据本发明的实施例进行浅沟道隔离沟槽氧化物填充的过程中的每个步骤处的截面图。
42.如图2a所示，在沟槽104用化学气相沉积技术进行氧化物105填充的过程中，在上部的开口(一)201闭合之前且浅沟道隔离沟槽104内存在通过开口(一)201与外部连通缝隙，停止化学气相沉积氧化物填充的过程。此处，图中未示出的是此阶段的沟槽侧壁沉积上氧化物后，氧化物表面是粗糙、不光滑的。
43.如图2b所示，在图2a所示的停止化学气相沉积氧化物填充后，蚀刻填充后的氧化物，以形成开口(二)202。开口(二)202与开口(一)201相比更大，且蚀刻完成的氧化物在沟槽中形成了v型槽203，并且经过蚀刻后氧化物的侧壁204为光滑的。这样的蚀刻形成更大的开口(二)202，使得二次填充氧化物时更加容易，并且由于氧化物的侧壁变得光滑，使得二次填充氧化物时更加容易沿着侧壁沉积。优选地，蚀刻为干蚀刻，特别地为气体蚀刻，可以使用氢气和/或氦气蚀刻。
44.如图2c所示，用化学气相沉积法进行氧化物二次填充之后，氧化物105完全填充了沟槽104，没有出现如图1所示的空隙。
45.优选地，化学气相沉积为高密度等离子体化学气相淀积。
46.如图3所示，提供了一种有效填充浅沟道隔离沟槽的方法，包括：
47.a.提供衬底以及一个或多个浅沟道隔离沟槽；
48.b.在每个浅沟道隔离沟槽内填充氧化物，其中，包括以下步骤：
49.b1.在填充的氧化物完全封闭浅沟道隔离沟槽的顶部之前，停止填充过程；
50.b2.蚀刻填充后的氧化物，以形成开口；
51.b3.进行氧化物填充。
52.根据本发明的一实施例，步骤b3结束后，若填充氧化物后的浅沟道隔离沟槽内存在空隙，则重复步骤b1-b3；若填充氧化物后的浅沟道隔离沟槽内不存在空隙，则结束上述步骤。
53.根据本发明的一实施例，使用高密度等离子体化学气相淀积进行氧化物填充。
54.根据本发明的一实施例，氧化物为二氧化硅。
55.根据本发明的一实施例，在步骤b1中，在填充的氧化物完全封闭浅沟道隔离沟槽的顶部之前，浅沟道隔离沟槽内存在与外部连通缝隙。
56.根据本发明的一实施例，在步骤b2中，形成的开口为将所述缝隙进一步扩大并且在缝隙顶部形成v形开口。
57.根据本发明的一实施例，在步骤b2中形成的开口的壁的表面为光滑。
58.根据本发明的一实施例，在步骤b2中，蚀刻采用干蚀刻。
59.根据本发明的一实施例，所述干蚀刻为气体蚀刻。
60.根据本发明的一实施例，所述气体蚀刻为使用氢气和/或氦气蚀刻。
61.实施例
62.一种有效填充浅沟道隔离沟槽的方法，包括：
63.a.提供衬底以及一个或多个浅沟道隔离沟槽；
64.b.采用高密度等离子体化学气相淀积在每个浅沟道隔离沟槽内填充氧化物，减小气体流速，沉积速率由2700埃/分钟降低置2150埃/分钟，以提高填充能力。在填充氧化物过程中，也采用h2/he气体边蚀刻边沉积。h2气体流量为405～495sccm(standard cubic centimeter per minute，标准立方厘米/分钟)范围之间，he气体流量为470～570sccm范围之间。
65.其中，该步骤b包括以下步骤：
66.b1.在填充的氧化物完全封闭浅沟道隔离沟槽的顶部之前，停止填充过程；阻止sti侧壁的重新沉积效应；
67.b2.蚀刻填充后的氧化物，以形成开口；用h2/he蚀刻重新打开沉积的开口。h2气体流量为720～880sccm范围之间，he气体流量为270～330sccm范围之间。
68.b3.进行氧化物二次填充。
69.步骤b3结束后，若填充氧化物后的浅沟道隔离沟槽内存在空隙，则重复步骤b1-b3；若填充氧化物后的浅沟道隔离沟槽内不存在空隙，则结束上述步骤。可以根据不同产品实际情况进行沉积1-蚀刻1-沉积2-蚀刻2-沉积3等循环，以达到sti沟槽完全填充。
70.还应注意，本文的任何示例性方面中描述的操作步骤被描述以提供示例和讨论。所描述的操作可以以除所示顺序之外的许多不同顺序来执行。此外，在单个操作步骤中描述的操作实际上可以在许多不同的步骤中执行。附加地，可以组合示例性方面中讨论的一个或多个操作步骤。应当理解，对于本领域技术人员显而易见的是，流程图中示出的操作步骤可以进行许多不同的修改。本领域技术人员还将理解，可以使用各种不同技术和技巧中的任何一种来表示信息和信号。例如，可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光学场或粒子、或其任何组合来表示在以上整个描述中可以参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号、和芯片。
71.提供本发明的先前描述是为了使本领域的技术人员能够制作或使用本发明。对于本领域技术人员来说，对本发明的各种修改是明显的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其它变型。因此，本发明不旨在限于本文描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖特征的最宽范围一致。
72.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。