溝槽的填充方法
2023-10-04 14:29:19 2
專利名稱：溝槽的填充方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體集成電路中的溝槽填充工藝。
技術背景 現有的一些半導體集成電路產品中，工作截止頻率越高，由於器件電容存在充放 電的延遲，必然要求器件整體的電容越低。在對電容以及高頻應用要求不高的情況下，一般 直接使用二極體或者溝槽作為器件內部或器件之間的隔離。其中溝槽中通常採用多晶矽材 料填充，這是因為多晶矽成長性能良好，臺階覆蓋率很高(接近100%)，能夠適合各種形狀 的溝槽填充而且澱積一次即可完成。但是多晶矽的介電係數比較高(> 10)，採用多晶矽材 料填充的溝槽做隔離時，會導致器件整體的電容無法減小，這便限制了產品在部分場合下 的應用。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種溝槽的填充方法，該方法採用低介電係數 的二氧化矽對溝槽進行填充，因而避免了器件整體的電容大的問題；並在溝槽填充的能力 上通過工藝改進使得填充效果與現有多晶矽填充溝槽的效果一致。為解決上述技術問題，本發明溝槽的填充方法包括如下步驟第1步，在矽片表面澱積一層二氧化矽，澱積厚度為溝槽寬度的40% 100% ；第2步，以幹法刻蝕工藝反刻矽片表面的二氧化矽，反刻高度為矽片表面的二氧 化矽厚度的50% 100%，並且至少在溝槽底部保留一層二氧化矽；第3步，在矽片表面再澱積一層二氧化矽，澱積厚度為溝槽寬度的40% 100%。本發明是為了減小產品電容而把溝槽填充材料由多晶矽改成二氧化矽。但二氧 化矽的填充能力不好，會導致溝槽填充有空洞，而且空洞處在溝槽表面，容易被後續工藝打 開。而本發明通過一次澱積以及一次回刻，使溝槽在表面處形成一個喇叭口的形狀，會對後 續的第二次澱積起到非常大的幫助。後續的第二次澱積會把溝槽內的空洞封在遠離溝槽表 面處，這個溝槽內存在空洞進一步幫助減小了產品的電容。
圖Ia 圖Id是本發明溝槽的填充方法的各步驟矽片剖面示意圖。圖中附圖標記說明10為溝槽；11為襯墊層；12為第一填充層；13為第二填充層；20為空洞。
具體實施例方式本發明溝槽的填充方法所適用的溝槽寬度為1 10 μ m(優選為1 5μπι)，高度 為1 10 μ m(優選為2 10 μ m)，具體包括如下步驟開始時的狀態，矽片表面剛刻蝕出溝槽10，並在具有溝槽10的矽片表面熱氧化生長一層二氧化矽(未圖示)，這一層二氧化矽的厚度在50 1000A之間。這一步稱為熱氧 修復，在半導體集成電路製造工藝中，熱氧修復是溝槽刻蝕後必不可少的步驟，用於修復溝 槽刻蝕後的矽的表面狀態。第1步，請參閱圖la，在具有溝槽10的矽片表面澱積一層二氧化矽，這一層二氧化 矽是襯墊層11，厚度在100 2000A (優選值是100 1000A)之間，用來改善矽與溝槽填 充物(例如二氧化矽)之間的粘附性。這一步是可選步驟，可以省略。第2步，請參閱圖lb，在矽片表面再澱積一層二氧化矽，澱積厚度為溝槽寬度的 40% 100% (優選值是40% 60% )，這是對溝槽10進行第一次填充的第一填充層12。 第一填充層12與襯墊層21融為一體，因此兩者之間的界限以虛線表示。此時溝槽10可能被封閉，即溝槽10兩側壁上的二氧化矽連在一起，在溝槽10內 部形成一個封閉的空洞20 ；溝槽10也可能未封閉，即溝槽10兩側壁上的二氧化矽未連在 一起，在溝槽10內部形成一個連通外部的空洞20。第3步，請參閱圖lc，採用幹法刻蝕工藝反刻二氧化矽(包括第一填充層12與襯 墊層11)，反刻高度為矽片表面的二氧化矽(包括第一填充層12與襯墊層11等)厚度的 50% 100%。需要注意的是這一步不能刻蝕到溝槽10底部的矽，即在溝槽10的底部需要 保留一層二氧化矽以保護溝槽底部不會被損傷，例如保留的二氧化矽厚度在100人以上。此時溝槽被反刻工藝打開，溝槽10內部的空洞20無論之前是封閉還是連通外部 的，此時均已連通外部。溝槽10的底部和側面還殘留有二氧化矽，其中溝槽10側面殘留的 二氧化矽類似半導體集成電路中的側牆結構，空洞20連通外部的結構類似喇叭口形狀。這 一步中在反刻後還可以進行矽片表面的清洗工作，去除刻蝕副產物等。第4步，請參閱圖ld，在矽片表面又澱積一層二氧化矽，澱積厚度為溝槽寬度的 40% 100% (優選在50%以上)，這是對溝槽10進行第二次填充的第二填充層13。第二 填充層13與第一次填充層12、襯墊層11融為一體，因此三者之間的界限以虛線表示。此時空洞20可能消失，即溝槽10內部完全被二氧化矽填充滿；空洞20也可能殘 留，但由於溝槽10被封閉，空洞20必定成為封閉的。由於反刻後溝槽10的口部呈現喇叭 狀，有利於第二次澱積，因此可以確保空洞20的頂部距離溝槽10側壁的上表面較遠，例如 空洞20頂部與溝槽10側壁上表面之間的距離在1000人以上。這樣在後續的化學機械研磨 工藝和/或幹法刻蝕工藝(反刻)中將二氧化矽磨平到溝槽10側壁的上表面高度時，空洞 20也仍然保持封閉，不會連通到外部。這對後續工藝沒有影響，而且可以進一步幫助減小器 件的整體電容。
權利要求
一種溝槽的填充方法，其特徵是，包括如下步驟第1步，在矽片表面澱積一層二氧化矽，澱積厚度為溝槽寬度的40％～100％；第2步，以幹法刻蝕工藝反刻矽片表面的二氧化矽，反刻高度為矽片表面的二氧化矽厚度的50％～100％，並且至少在溝槽底部保留一層二氧化矽；第3步，在矽片表面再澱積一層二氧化矽，澱積厚度為溝槽寬度的40％～100％。
2.根據權利要求1所述的溝槽的填充方法，其特徵是，所述方法第2步中，反刻時至少 在溝槽底部保留100人以上的二氧化矽。
3.根據權利要求1所述的溝槽的填充方法，其特徵是，所述方法第3步中，澱積二氧化 矽的厚度為溝槽寬度的50% 100%。
4.根據權利要求1所述的溝槽的填充方法，其特徵是，所述方法第1步後，溝槽內部形成連通外部的空洞或封閉空洞； 所述方法第2步後，溝槽內部的空洞連通外部；所述方法第3步後，溝槽內部的空洞封閉，空洞頂部低於溝槽側壁的上表面。
5.根據權利要求4所述的溝槽的填充方法，其特徵是，所述方法第3步後，空洞頂部與 溝槽側壁的上表面之間的距離在1000人以上。
6.根據權利要求ι所述的溝槽的填充方法，其特徵是，所述方法的第ι步之前還包括 在矽片表面澱積一層二氧化矽作為襯墊層。
7.根據權利要求6所述的溝槽的填充方法，其特徵是，所述襯墊層二氧化矽的厚度為100 2000A。
8.根據權利要求7所述的溝槽的填充方法，其特徵是，所述襯墊層二氧化矽的厚度為100 1000A。
9.根據權利要求1所述的溝槽的填充方法，其特徵是，所述方法適用的溝槽深度為1 10 μ m，寬度為1 10 μ m。
10.根據權利要求9所述的溝槽的填充方法，其特徵是，所述方法適用的溝槽深度為 2 10 μ m，寬度為1 5μπι。
全文摘要
本發明公開了一種溝槽的填充方法，包括如下步驟第1步，在矽片表面澱積一層二氧化矽，澱積厚度為溝槽寬度的40％～100％；第2步，以幹法刻蝕工藝反刻矽片表面的二氧化矽，反刻高度為矽片表面的二氧化矽厚度的50％～100％，並且至少在溝槽底部保留一層二氧化矽；第3步，在矽片表面再澱積一層二氧化矽，澱積厚度為溝槽寬度的40％～100％。本發明可以減小了產品的電容，並具有良好的溝槽填充能力。
文檔編號H01L21/762GK101872738SQ20091005711
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月23日 優先權日2009年4月23日
發明者熊濤, 羅嘯, 陳華倫, 陳瑜, 陳雄斌 申請人:上海華虹Nec電子有限公司