CN110676154A - 一种提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法,本发明将现有的PSZ工艺中第一道氮氧转行工艺的反应温度400℃、第二道氮氧转行工艺的反应温度700℃以及850℃温度下的退火工艺改进为第一道氮氧转行工艺的反应温度280℃、第二道氮氧转行工艺的反应温度500℃,并在第一、第二道氮氧转行工艺之间增加一步泡水工艺,可以增加水汽在单元区复杂沟槽结构的侵入扩散效果,使得在第二道氮氧转行工艺时达到更好氮氧转换效果;把原本起到补充氮氧转换作用和带走转换产生的副产物的第二道氮氧转换工艺的温度降至500℃,延缓了沟槽最上部SiO2转换形成,使沟槽底部PSZ转换产生的副产物能更充分的排出,底部的PSZ更充分的转换为SiO2,使单元区的STI沟槽内部不再有空穴产生。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,特别是涉及一种提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法。
背景技术
现有的聚硅氮烷(PSZ,PolySilazane)在高温下转换成SiO2的工艺流程为:首先,在浅沟道隔离区(STI)刻蚀之后通过化学气相沉积(CVD)把PSZ材质填充进沟槽内,然后通过炉管升温加压反应,同时通入水汽,将PSZ转换为SiO2。但由于产品单元(cell)区域结构密度大、沟槽深,导致水汽侵入不充分,单元(cell)区域PSZ转换不足,导致有大量的PSZ没有转换成SiO2,从而造成STI器件隔绝效果失效。如图1所示,图1显示为现有技术中PSZ转换为SiO2的反应步骤示意图;第一道氮氧转换工艺(Cure1)反应温度为400℃,通过水汽反应对PSZ进行N、O转换,第二道氮氧转换工艺(Cure2)反应温度为700℃,继续补充反应转换N、O并带走转换产生的副产物,最后通过850℃退火工艺进行致密化处理。但是由于Cure1的转换反应温度过高,导致结构更密更复杂的cell区沟槽内部分PSZ转换未完成。而Cure2的700℃的温度也过高,导致沟槽结构最上部先于底部转换为SiO2,阻碍PSZ反应副产物的排出。如图2a和图2b所示,图2a和图2b显示为未完全转换的PSZ在cell区域的后续工艺中产生空穴的电子显微镜图。
因此,需要提出一种新的方法来解决上述问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法,用于解决现有技术中由于产品单元区域结构密度大、沟槽深,导致水汽侵入不充分,单元区域PSZ转换不足,导致有大量的PSZ没有转换成SiO2,从而造成STI器件隔绝效果失效的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法,该方法至少包括以下步骤:步骤一、提供沟槽内填充有聚硅氮烷的晶圆;步骤二、对所述沟槽内的聚硅氮烷进行第一道氮氧转换工艺,该第一道氮氧转换工艺的反应温度为200℃至400℃;步骤三、将所述晶圆浸泡在温度为60℃的水中,浸泡时间为30分钟;步骤四、对所述沟槽内的聚硅氮烷进行第二道氮氧转换工艺,该第二道氮氧转换工艺的反应温度为500℃;步骤五、将所述晶圆进行退火工艺,退火温度为850℃。
优选地,步骤一中的所述沟槽为用于器件之间隔离的沟槽。
优选地,步骤二中对所述沟槽内的聚硅氮烷进行第一道所述氮氧转换工艺前,先将所述晶圆载入炉管并升温加压,同时通入水汽。
优选地,步骤二中所述第一道氮氧转换工艺的反应温度为280℃。
优选地,步骤二中所述第一道氮氧转换工艺结束后将所述晶圆进行冷却。
优选地,步骤四中对所述沟槽内的聚硅氮烷进行第二道氮氧转换工艺前先将所述晶圆重新载入炉管并升温加压,同时通入水汽。
优选地,步骤四中的所述第二道氮氧转换工艺为补充氮氧转换工艺,并带走转换产生的副产物。
优选地,步骤五中通入氮气对所述晶圆进行退火。
优选地,步骤五中在所述晶圆退火工艺结束后将所述晶圆进行冷却。
如上所述,本发明的提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法,具有以下有益效果:本发明在保持材质结构不变的情况下,对现有PSZ转换工艺做出改进,将原本PSZ工艺中第一道氮氧转行工艺的反应温度400℃、第二道氮氧转行工艺的反应温度700℃以及850℃温度下的退火工艺改进为第一道氮氧转行工艺的反应温度280℃、第二道氮氧转行工艺的反应温度500℃,并在第一、第二道氮氧转行工艺之间增加一步泡水工艺,可以增加水汽在单元区复杂沟槽结构的侵入扩散效果,使得能够在第二道氮氧转行工艺时达到更好氮氧转换效果;把原本起到补充氮氧转换作用和带走转换产生的副产物的第二道氮氧转换工艺的温度降至500℃,可以延缓沟槽最上部SiO2转换形成,使得沟槽底部PSZ转换产生的副产物能更充分的排出,底部的PSZ更好、更充分的转换为SiO2,使得单元区的STI沟槽内部不再有空穴产生。
附图说明
图1显示为现有技术中PSZ转换为SiO2的反应步骤示意图;
图2a和图2b显示为未完全转换的PSZ在cell区域的后续工艺中产生空穴的电子显微镜图;
图3显示为本发明的PSZ转换为SiO2的反应步骤示意图;
图4显示为本发明的cell区域的沟槽内不再有空穴的电子显微镜图;
图5显示为本发明的提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图3至图5。需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法,参阅图5,图5显示为本发明的提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法流程图。该方法在本实施例中包括以下步骤:
步骤一、提供沟槽内填充有聚硅氮烷的晶圆;本发明进一步地,步骤一中的所述沟槽为用于器件之间隔离的沟槽。在浅沟槽隔离区(STI)刻蚀之后通过化学气相沉积(CVD)把聚硅氮烷(PSZ)材质填充进沟槽(trench)内,形成本发明的晶圆上的沟槽内填充有聚硅氮烷。
步骤二、对所述沟槽内的聚硅氮烷进行第一道氮氧转换工艺,该第一道氮氧转换工艺的反应温度为200℃至400℃;如图3所示,图3显示为本发明的PSZ转换为SiO2的反应步骤示意图;本发明进一步地,步骤二中对所述沟槽内的聚硅氮烷进行第一道所述氮氧转换工艺(Cure1)前,先将所述晶圆载入炉管并升温加压,同时通入水汽。本实施例的步骤二中所述第一道氮氧转换工艺的反应温度为280℃。所述第一道氮氧转换工艺的反应温度为200℃至400℃为PSZ最佳的转换温度范围,在该转换温度范围内,该步骤二的所述第一道氮氧转换工艺的反应温度设为280℃,该温度下,氮氧转换效率最佳。参阅图3,本实施例的步骤二中所述第一道氮氧转换工艺结束后将所述晶圆进行冷却。由于需要进行后续浸泡水的工艺,因此该步骤中需要将所述Cure1结束后的晶圆从炉管中取出并冷却。
步骤三、将所述晶圆浸泡在温度为60℃的水中,浸泡时间为30分钟;该步骤为泡水工艺,目的是可以增加水对cell区域复杂沟槽(STI trench)结构的侵入扩散效果,在后续第二道氮氧转换工艺(Cure2)时达到更好N、O转换效果。
步骤四、参阅图3,图3显示为本发明的PSZ转换为SiO2的反应步骤示意图;对所述沟槽内的聚硅氮烷(PSZ)进行第二道氮氧转换工艺(Cure2),该第二道氮氧转换工艺的反应温度为500℃;把起到补充转换N、O并带走转换产生的副产物的Cure2温度设为500℃,这样可以延缓STI trench最上部SiO2转换形成,使得沟槽底部PSZ转换产生的副产物能更充分的排出,底部的PSZ更好、更充分的转换为SiO2,使得Cell区的STI trench内部不再有空穴产生。参阅图4,图4显示为本发明的cell区域的沟槽内不再有空穴的电子显微镜图。本实施例的步骤四中对所述沟槽内的聚硅氮烷(PSZ)进行第二道氮氧转换工艺(Cure2)时,前先将所述晶圆重新载入炉管并升温加压,同时通入水汽。本实施例的步骤四中的所述第二道氮氧转换工艺(Cure2)为补充氮氧转换工艺,并带走转换产生的副产物。
步骤五、将所述晶圆进行退火工艺(Anneal),退火温度为850℃。本发明进一步地,步骤五中通入氮气对所述晶圆进行退火。参阅图3,本发明进一步地,步骤五中在所述晶圆退火工艺结束后将所述晶圆进行冷却。
本发明将现有技术中原本一道三步:第一道氮氧转换工艺(Cure1)、第一道氮氧转换工艺(Cure2)、N2退火的工艺流程,拆成两道工艺流程:Cure1 280℃和Cure2 500℃以及850℃的N2退火(anneal),并且在Cure1之后增加一道浸泡水的工艺(WET process):(60℃/30min),可以增加H2O对Cell区复杂STI trench结构的侵入扩散效果,在Cure2时达到更好N、O转换效果。把原本起到补充转换N、O并带走转换产生的副产物的Cure2温度降至500℃,这样可以延缓STI trench最上部SiO2转换形成,使得沟槽底部PSZ转换产生的副产物能更充分的排出,底部的PSZ更好、更充分的转换为SiO2。Cell区的STI trench内部不再有空穴产生,转换效率大大提高。
综上所述,本发明在保持材质结构不变的情况下,对现有PSZ转换工艺做出改进,将原本PSZ工艺中第一道氮氧转行工艺的反应温度400℃、第二道氮氧转行工艺的反应温度700℃以及850℃温度下的退火工艺改进为第一道氮氧转行工艺的反应温度280℃、第二道氮氧转行工艺的反应温度500℃,并在第一、第二道氮氧转行工艺之间增加一步泡水工艺,可以增加水汽在单元区复杂沟槽结构的侵入扩散效果,使得能够在第二道氮氧转行工艺时达到更好氮氧转换效果;把原本起到补充氮氧转换作用和带走转换产生的副产物的第二道氮氧转换工艺的温度降至500℃,可以延缓沟槽最上部SiO2转换形成,使得沟槽底部PSZ转换产生的副产物能更充分的排出,底部的PSZ更好、更充分的转换为SiO2,使得单元区的STI沟槽内部不再有空穴产生,转换效率大大提高,STI器件隔离效果得到改善。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法,其特征在于,该方法至少包括以下步骤:
步骤一、提供沟槽内填充有聚硅氮烷的晶圆;
步骤二、对所述沟槽内的聚硅氮烷进行第一道氮氧转换工艺,该第一道氮氧转换工艺的反应温度为200℃至400℃;
步骤三、将所述晶圆浸泡在温度为60℃的水中,浸泡时间为30分钟;
步骤四、对所述沟槽内的聚硅氮烷进行第二道氮氧转换工艺,该第二道氮氧转换工艺的反应温度为500℃;
步骤五、将所述晶圆进行退火工艺,退火温度为850℃。
2.根据权利要求1所述的提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法,其特征在于:步骤一中的所述沟槽为用于器件之间隔离的沟槽。
3.根据权利要求1所述的提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法,其特征在于:步骤二中对所述沟槽内的聚硅氮烷进行第一道所述氮氧转换工艺前,先将所述晶圆载入炉管并升温加压,同时通入水汽。
4.根据权利要求3所述的提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法,其特征在于:步骤二中所述第一道氮氧转换工艺的反应温度为280℃。
5.根据权利要求1所述的提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法,其特征在于:步骤二中所述第一道氮氧转换工艺结束后将所述晶圆进行冷却。
6.根据权利要求1所述的提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法,其特征在于:步骤四中对所述沟槽内的聚硅氮烷进行第二道氮氧转换工艺前先将所述晶圆重新载入炉管并升温加压,同时通入水汽。
7.根据权利要求1所述的提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法,其特征在于:步骤四中的所述第二道氮氧转换工艺为补充氮氧转换工艺,并带走转换产生的副产物。
8.根据权利要求1所述的提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法,其特征在于:步骤五中通入氮气对所述晶圆进行退火。
9.根据权利要求1所述的提高聚硅氮烷膜质转换效率的方法,其特征在于:步骤五中在所述晶圆退火工艺结束后将所述晶圆进行冷却。
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