CN103035515B - 沟槽的填充方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沟槽的填充方法，是在半导体器件制造过程中，采用两种应力相反的第一氧化硅薄膜和第二氧化硅薄膜在沟槽中循环淀积及回刻将沟槽填充完成。两种应力相反的氧化硅薄膜解决了不同氧化膜之间的应力匹配问题，同时满足大开口及深沟槽的填充需求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制造领域，特别是指一种沟槽的填充方法。
背景技术
沟槽的填充在半导体制造中是尤为关键的一步。目前，二氧化硅及其衍生品由于其良好的膜质特性被广泛使用于沟槽的填充。传统的制备工艺有旋涂式（Spin on Glass），亚大气压化学气相沉积法(SACVD：Sub Atmosphere Chemical Vapor Deposition)，等离子体化学气相沉积法（PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）和高密度等离子化学气相沉积法（HDPCVD：High Density Plasma Chemical Vapor Deposition）等。通常的沟槽结构为深度不大于1微米，开口小于0.25微米（此开口的尺寸为固定的），这样的结构用简单的单步化学气相沉积法就可以满足沟槽无洞填充(Void free)的填充要求。但是，当沟槽的结构为深度几微米，开口的尺寸同时包含了从0.8～7微米时，沟槽的填充就变得相当有挑战性。从技术和生产的可以性上来讲，完成这样沟槽的无洞填充，基本上是不可能的。即使要求空洞在硅表面以下也必须要研发出特色工艺才能满足要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种沟槽的填充方法，能满足开口范围0.8～7μm，深度5μm的沟槽填充要求，且同时兼顾不同氧化膜之间的应力匹配问题。
为解决上述问题，本发明提供的沟槽填充方法，包含如下工艺步骤：
第1步，在刻蚀好沟槽的器件表面淀积一层沟槽底部台阶覆盖性大于80％的氧化膜。
第2步，淀积第一氧化硅薄膜。
第3步，对第一氧化硅薄膜进行回刻。
第4步，淀积第二氧化硅薄膜。
第5步，对第二氧化硅薄膜进行回刻。
第6步，再次淀积第一氧化硅薄膜。
第7步，对第一氧化硅薄膜进行回刻，沟槽填充完成。
进一步地，所述沟槽的顶部包含一层二氧化硅和氮化硅，沟槽的深度为5μm，开口宽度为0.8～4μm。
进一步地，所述第1步中淀积的氧化膜的方法为低压炉管沉积或者其他方法，淀积的氧化膜厚度为
进一步地，所述第2步及第4步中分别淀积的第一氧化硅薄膜和第二氧化硅薄膜的淀积方法为化学气相沉积法或旋涂式或者其他方法，第二氧化硅薄膜的应力与第一氧化硅薄膜相反，第一氧化硅薄膜和第二氧化硅薄膜的厚度范围均为0.1～2μm。
进一步地，所述第3步、第5步及第7步中的刻蚀方法为干法刻蚀或者其他刻蚀方法，其刻蚀量范围为0.1～2μm。
进一步地，所述的涉及淀积及回刻步骤的循环次数为1～7次。
进一步地，当沟槽的开口宽度为4～7μm时，其填充工艺在前述的7步工艺基础上还将继续进行如下工艺：
第8步，淀积第二氧化硅薄膜。
第9步，采用化学机械研磨法对第二氧化硅薄膜进行研磨。
第10步，淀积第一氧化硅薄膜，沟槽填充完成。
进一步地，所述第9步化学机械研磨的研磨量为0.1～2μm。
进一步地，所述第8步及第9步中沉积与化学机械研磨的循环次数为1～3次。
本发明所述的沟槽填充方法，同时满足了大开口深沟槽的填充要求，采用两种应力相反的氧化硅薄膜，解决了不同氧化膜之间应力的匹配问题。
附图说明
图1是沟槽示意图；
图2A是0.8～4μm开口沟槽的填充效果图且是硅片的中心位置；
图2B是0.8～4μm开口沟槽的填充效果图且是硅片的边缘位置；
图3A是4～7μm开口沟槽的填充效果图且是硅片的中心位置；
图3B是4～7μm开口沟槽的填充效果图且是硅片的边缘位置；
图4A是硅损伤示意图；
图4B是硅片边缘薄膜剥落示意图；
图5是本发明第1步沟槽氧化膜填充完成示意图；
图6是本发明第2步第一氧化硅薄膜淀积完成示意图；
图7是本发明第3步第一氧化硅薄膜第一次回刻示意图；
图8是本发明第4步第二氧化硅薄膜淀积完成示意图；
图9是本发明第5步第二氧化硅薄膜第一次回刻示意图；
图10是本发明第6步第一氧化硅薄膜再次淀积示意图；
图11是本发明第7步第一氧化硅薄膜再次回刻且是0.8～4μm开口沟槽填充完成示意图；
图12是本发明第8步第二氧化硅薄膜再次淀积示意图；
图13是本发明第9步第二氧化硅薄膜再次刻蚀示意图；
图14是本发明第10步第一氧化硅薄膜第三次淀积且是4～7μm开口沟槽填充完成示意图；
图15是本发明0.8～4μm及4～7μm开口沟槽填充工艺流程图。
附图标记说明
1是沟槽，2是氧化膜，3是二氧化硅，4是氮化硅，5是第一氧化硅，6是第二氧化硅，m是第一氧化硅第一次淀积厚度，a是第一氧化硅第一次回刻量，n是第二氧化硅淀积的厚度，b是第二氧化硅回刻量，d是第一氧化硅第二次淀积的厚度，c是第一氧化硅第二次回刻量，e是第二氧化硅淀积的厚度，f是第二氧化硅回刻量，h是第一氧化硅薄膜第三次淀积厚度。
具体实施方式
有关本发明的具体实施方式，现结合附图说明如下：
本发明所述的沟槽1如图1所示，涉及的沟槽1开口范围为0.8～7μm，深度5微米，沟槽1的顶部覆盖有一层二氧化硅3和一层氮化硅4。
实施例一：针对开口0.8～4μm，深度5μm的沟槽，本发明提供的工艺方法如下：
第1步，如图7所示5，在刻蚀好沟槽1的器件表面淀积一层沟槽底部台阶覆盖性大于80％的氧化膜2，沉积的氧化膜2的厚度为沉积的方法可以采用低压炉管沉积，或者是其他的沉积方法，本实施例采用低压炉管沉积法。
第2步，淀积第一氧化硅薄膜5，厚度m为1μm，沉积的方法可采用CVD法或者旋涂法。如图6所示。
第3步，如图7所示，对第一氧化硅薄膜5进行干法刻蚀，刻蚀量a为0.8μm。
第4步，如图8所示，淀积第二氧化硅薄膜6，此第二氧化硅薄膜6与第一氧化硅薄膜5的应力相反，淀积厚度n为1.7μm。
第5步，如图9所示，对第二氧化硅薄膜6进行干法刻蚀的回刻，刻蚀量b为1.1μm。
第6步，如图10所示，再次淀积第一氧化硅薄膜5，淀积厚度d为1.4μm。
第7步，如图11所示，对第一氧化硅薄膜5进行干法刻蚀的回刻，刻蚀量c为1.1μm，此即完成了0.8～4μm，深度5μm的沟槽的填充。此方法中淀积及回刻的循环次数依实际情况可自主调节，本实施例采用的淀积及回刻的循环次数为3次。填充的效果如图2A及图2B所示，显示的是同一硅片上不同位置的填充效果，图2A为位于硅片中心位置的效果图，图2B为硅片边缘的填充效果图。硅片中心和边缘的空洞都在硅表面以下，达到了预期的效果。所不同的是，硅片边缘的空洞位置比硅片中心的离硅表面更远，这主要是由于硅片边缘的刻蚀速率比中心快的原因所致。
实施例二：本实施例针对开口范围为4～7μm、深度5μm的具有较大开口的沟槽进行填充，其具体实施方式是在上述实施例一的工艺流程基础上继续往下进行，即在实施例一的第7步完成之后继续进行如下的工艺（第1～7步此处不再赘述）：
第8步，如图12所示，再次淀积第二氧化硅薄膜6，淀积的厚度e为1.7μm。
第9步，如图13所示，采用化学机械研磨法对第8步淀积的第二氧化硅薄膜6进行研磨，研磨量f为1.7μm。依不同沟槽或工艺以及实际效果，此处第8步淀积及第9步化学机械研磨工艺可循环1～3次进行，本实施例采用淀积及研磨各一次即可。
第10步，如图14所示，再次淀积第一氧化硅薄膜5，淀积的厚度h为1.4μm。即完成了开口范围4～7μm、深度5μm的沟槽的填充。填充的效果如图3A、3B所示，其中，图3A是硅片上靠近硅片中心的的沟槽填充效果，图3B是靠近硅片边缘的沟槽的填充效果。无论是硅片中心位置还是硅片的边缘位置，空洞对位于硅表面以下，达到了预期的效果。
本发明涉及的沟槽特征开口范围为0.8～7μm，深度5μm。对0.8～4μm开口的沟槽使用淀积薄膜和回刻的方法满足要求，对4～7μm沟槽使用化学机械研磨法降低厚径比，达到填充的效果。要注意的是，在使用干法回刻的方法时，必须在薄膜的沉积量和干法的刻蚀量之间选择一个最优化的厚度比例，以此保证在干法刻蚀时不会损伤到硅片的表面，从而造成后续沉积薄膜的剥落，如图4A及图4B所示，显示了硅片表面的损伤及薄膜的剥落。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种沟槽的填充方法，其特征在于，包含如下工艺步骤：
第1步，在刻蚀好沟槽的器件表面淀积一层沟槽底部台阶覆盖性大于80％的氧化膜；
第2步，淀积第一氧化硅薄膜；
第3步，对第一氧化硅薄膜进行回刻；
第4步，淀积第二氧化硅薄膜；
第5步，对第二氧化硅薄膜进行回刻；
第6步，再次淀积第一氧化硅薄膜；
第7步，对第一氧化硅薄膜进行回刻，沟槽填充完成。
2.如权利要求1所述的沟槽的填充方法，其特征在于，所述第1步中沟槽的顶部包含一层二氧化硅和一层氮化硅，沟槽的深度为5μm，开口宽度为0.8～4μm。
3.如权利要求1所述的沟槽的填充方法，其特征在于，所述第1步中淀积的氧化膜的方法为低压炉管沉积或者其他方法，淀积的氧化膜厚度为
4.如权利要求1所述的沟槽的填充方法，其特征在于，所述第2步及第4步中分别淀积的第一氧化硅薄膜和第二氧化硅薄膜的淀积方法为化学气相沉积法或旋涂式或者其他方法，第二氧化硅薄膜的应力与第一氧化硅薄膜相反，淀积的第一氧化硅薄膜和第二氧化硅薄膜的厚度范围均为0.1～2μm。
5.如权利要求1所述的沟槽的填充方法，其特征在于，所述第3步、第5步及第7步中的刻蚀方法为干法刻蚀或者其他刻蚀方法，其刻蚀量范围均为0.1～2μm。
6.如权利要求1所述的沟槽的填充方法，其特征在于，所述第2步至第7步的淀积及回刻步骤的循环次数为1～7次。
7.如权利要求1所述的沟槽的填充方法，其特征在于，当沟槽开口在4～7μm时，所述工艺还将继续进行如下的步骤：
第8步，淀积第二氧化硅薄膜；
第9步，采用化学机械研磨法对第二氧化硅薄膜进行研磨；
第10步，淀积第一氧化硅薄膜，沟槽填充完成。
8.如权利要求7所述的沟槽的填充方法，其特征在于，所述第9步化学机械研磨的研磨量为0.1～2μm。
9.如权利要求7所述的沟槽的填充方法，其特征在于，所述第8步及第9步中沉积与化学机械研磨的循环次数为1～3次。
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