DE10249649A1 - Production of a shallow trench isolation comprises partially filling a recess in a substrate with a filler using a flow-fill process followed by plasma treatment - Google Patents

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Abstract

Production of a shallow trench isolation (4) comprises filling a recess (2) in a substrate (1) with a filler (5). The recess has an aspect ratio of more than 5: 1 (5.0) and is partially filled using a flow-fill process followed by plasma treatment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation („shallow trench isolation", STI), wobei eine Ausnehmung in einem Substrat mit einem Füllmaterial aufgefüllt wird, wobei die Ausnehmung ein Aspektverhältnis von mehr als 5:1 (> 5,0) aufweist.The invention relates to a method to produce a shallow trench isolation (STI), one Recess in a substrate is filled with a filler, wherein the recess has an aspect ratio of more than 5: 1 (> 5.0) having.

Bisher werden flache Grabenisolationen durch Befüllen von Ausnehmungen in Substraten mittels eines HDP-Verfahrens (High Density Plasma) hergestellt, dabei wird das Füllmaterial (Siliziumoxid) direkt aus der Gasphase in der Ausnehmung des Substrats abgeschieden. Die zunehmende Miniaturisierung erfordert allerdings, dass flache Grabenisolationen mit einem Aspektverhältnis von mehr als 5:1 hergestellt werden müssen. Bei der herkömmlichen Befüllungsmethode mittels des HDP-Verfahrens treten bei solchen geometrischen Dimensionen (bei einem Aspektverhältnis größer als 4:1) jedoch sogenannte „voids" auf. Das sind Lunker die bei diesen Randbedingungen bei den Herstellungsprozessen entstehen. Bei auf die Herstellung der flachen Grabenisolation folgenden Prozessschritten bei der Fertigung von integrierten Schaltkreisen kann es nun vorkommen, dass solche Lunker geöffnet werden und sich Materialien späterer Prozessschritte darin ungewollt festsetzen und die Funktionalität des Schaltkreises durch dadurch entstehende Kurzschlüsse oder andere physikalische Effekte beschränken oder verhindern. Es kommt zu Ausfällen, was die Herstellung einwandfreier Schaltkreise in der Massenproduktion erheblich verteuert (siehe hierzu auch 4).So far, shallow trench isolations have been produced by filling recesses in substrates using an HDP process (high density plasma), the filler material (silicon oxide) being deposited directly from the gas phase in the recess in the substrate. However, increasing miniaturization requires that shallow trench isolation with an aspect ratio of more than 5: 1 must be made. In the conventional filling method using the HDP process, however, so-called "voids" occur with such geometrical dimensions (with an aspect ratio greater than 4: 1). These are cavities that arise in these boundary conditions in the manufacturing processes. In the manufacture of the shallow trench isolation Following process steps in the production of integrated circuits, such cavities can now be opened and materials from later process steps can become unintentionally fixed in them and the functionality of the circuit can be limited or prevented by the resulting short circuits or other physical effects Manufacture of flawless circuits in mass production considerably more expensive (see also 4 ).

Um solche Lunker zu verhindern werden Auffüllungen zur Herstellung von flachen Grabenisolationen mit entsprechend hohem Aspektverhältnis durch mehrere Prozessschritte hergestellt. Dabei wird eine Ausnehmung teilweise durch einen HDP-Prozessschritt mit Material gefüllt und dann wieder durch nasschemisches Zurückätzen auf lunkerfreies Material reduziert. Diese Schritte werden wenigstens drei mal wiederholt, bis die Ausnehmung zur Herstellung der flachen Grabenisolation gefüllt ist. Diese Methode ist sehr aufwendig und verfahrensbedingt teuer.To prevent such blowholes replenishments for the production of shallow trench insulation with a correspondingly high level aspect ratio manufactured through several process steps. This creates a recess partly through an HDP process step filled with material and then reduced again to void-free material by wet chemical etching back. These steps are repeated at least three times until the recess is filled to produce the shallow trench insulation. This method is very complex and process-related expensive.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von flachen Grabenisolationen zur Verfügung zu stellen, bei dem nicht mehr Lunker bei der Befüllung der Ausnehmungen im Substrat entstehen und wiederholte Rückätz-Verfahrensschritte bei der Herstellung der flachen Grabenisolation vermieden werden.The object of the invention is a Processes for making shallow trench isolation are available too place where there are no more voids when filling the recesses in the substrate arise and repeated etching back process steps be avoided in the manufacture of the shallow trench isolation.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von flachen Grabenisolationen nach Anspruch 1 gelöst.This task is accomplished through a process solved for the production of shallow trench insulation according to claim 1.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ausnehmung wenigstens teilweise durch einen Flowfill-Prozess befüllt wird und auf die Befüllung eine Plasma-Behandlung erfolgt.According to the invention it is provided that the recess is at least partially filled by a flow fill process and on the filling a plasma treatment is carried out.

Gemäß eines bevorzugten Verfahrensschritts ist vorgesehen, dass die Plasma-Behandlung durch ein H2-Plasma erfolgt.According to a preferred method step, it is provided that the plasma treatment is carried out using an H 2 plasma.

Ein vorteilhafter Verfahrensschritt sieht vor, dass die Plasma-Behandlung bei circa 400 °C erfolgt.An advantageous process step stipulates that the plasma treatment takes place at approximately 400 ° C.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Füllmaterial ein sogenanntes „Low-k"-Material mit geringer dielektrischer Konstante verwendet.According to an advantageous embodiment the invention is used as a filler a so-called "low-k" material with less dielectric constant used.

Ein vorteilhafter Verfahrensschritt sieht vor, dass die Befüllung der Ausnehmung nur teilweise durch einen Flowfill-Prozess erfolgt, und die restliche Befüllung durch eine Abscheidung von Siliziumoxid durch einen HDP-Prozess („high density Plasma") erfolgt.An advantageous process step stipulates that the filling the recess is only partially made by a flow fill process, and the rest of the filling by depositing silicon oxide using an HDP process ("high density plasma ") he follows.

Nach dem Flowfill-Prozess erfolgt gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ein Rückätz-Prozess, durch den ein kleiner Teil des durch den Flowfill-Prozess abgeschiedenen Materials wieder weggeätzt wird.After the flow fill process according to one advantageous embodiment of the method, an etch-back process by which a small Part of the material separated by the flow fill process again etched becomes.

Von Vorteil erfolgt auf den Rückätz-Prozess eine Abscheidung von Siliziumoxid durch einen HDP-Prozess („high density Plasma" ).The etch back process is advantageous Deposition of silicon oxide by an HDP process ("high density Plasma ").

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die flache Grabenisolation durch chemisch mechanisches Polieren (CMP) planarisiert wird.An advantageous embodiment of the The method provides that the shallow trench isolation is chemically mechanical polishing (CMP) is planarized.

Bevorzugterweise erfolgt der Flowfill-Prozess bei einer Temperatur von 4 bis 8 °C.The flow fill process is preferably carried out at a temperature of 4 to 8 ° C.

Von Vorteil wird vor dem Flowfill-Prozess eine Grundschicht in der Ausnehmung aufgetragen, welche Grundschicht als Feuchtigkeitssperre dient.One is advantageous before the flow fill process Base layer applied in the recess, which base layer serves as a moisture barrier.

Ein Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Auftragung der Grundschicht bei circa 400 °C erfolgt.An embodiment of the process stipulates that the application of the base layer takes place at approximately 400 ° C.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist von Vorteil vorgesehen, dass die Grundschicht vor dem Flowfill-Prozess mit N2O-Plasma bei circa 400 °C behandelt wird.According to a further embodiment of the method, it is advantageously provided that the base layer is treated with N 2 O plasma at approximately 400 ° C. before the flow fill process.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der Flowfill-Prozess nach der Reaktionsgleichung MeSiH3 (gasförmig) + H2O2 (gasförmig) → Si(CH3)xOy (fest) erfolgt.An advantageous embodiment of the method provides that the flow fill process according to the reaction equation MeSiH 3 (gaseous) + H 2 O 2 (gaseous) → Si (CH 3 ) x O y (solid) he follows.

Eine nicht weniger vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der Flowfill-Prozess nach der Reaktionsgleichung SiH4 (gasförmig) + H2O2 (gasförmig) → SixOY (fest) erfolgt.A no less advantageous embodiment of the method provides that the flow fill process according to the reaction equation SiH 4 (gaseous) + H 2 O 2 (gaseous) → Si x O Y (solid) he follows.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen oder deren Unterkombinationen.Other advantages, special features and appropriate further training the invention result from the further subclaims or their sub-combinations.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert.The invention is explained below the drawing further explained.

Dabei zeigt:It shows:

1 eine schematische Darstellung von Ausnehmungen mit hohem Aspektverhältnis in einem Substrat, 1 a schematic representation of Recesses with a high aspect ratio in a substrate,

2 eine teilweise durch einen Flowfill-Prozess erfolgte Befüllung der Ausnehmungen, 2 a partial filling of the recesses using a flow fill process,

3 eine vollständige Befüllung der Ausnehmungen und Fertigstellung der flachen Grabenisolationen, und 3 complete filling of the recesses and completion of the shallow trench insulation, and

4 eine schematische Darstellung durch herkömmliche Verfahren hergestellte flache Grabenisolation mit verfahrenstechnisch bedingten ungewollten Lunkern. 4 a schematic representation of flat trench isolation produced by conventional methods with process-related unwanted voids.

In den Figuren gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleich wirkende Elemente.The same reference numerals in the figures denote the same or equivalent elements.

Die 1 zeigt ein Substrat 1 aus Silizium in dem Ausnehmungen 2 zur Befüllung mit amorphem Siliziumoxid vorbereitet sind, damit flache Grabenisolationen hergestellt werden können. Die Ausnehmungen weisen ein Aspektverhältnis von mehr als 5:1 (> 5,0) auf.The 1 shows a substrate 1 made of silicon in the recesses 2 are prepared for filling with amorphous silicon oxide so that shallow trench insulation can be produced. The recesses have an aspect ratio of more than 5: 1 (> 5.0).

Zur Durchführung des Flowfill-Verfahrens kann es sinnvoll sein, vor dem Flowfill-Prozess eine Grundschicht in der Ausnehmung aufzutragen, wodurch die Grundschicht als Feuchtigkeitssperre dient. Die Grundschicht wird zur Aktivierung der Oberfläche vor dem Flowfill-Prozess mit N2O-Plasma bei circa 400 °C behandelt.To carry out the flow fill process, it can be useful to apply a base layer in the recess before the flow fill process, as a result of which the base layer serves as a moisture barrier. The base layer is treated with N 2 O plasma at approximately 400 ° C to activate the surface before the flow fill process.

In 2 ist der Zustand gezeigt, nachdem durch das Flowfill-Verfahren die Ausnehmungen teilweise befällt worden sind. Das Flowfill-Verfahren ist bei einer Temperatur von 4 bis 8 °C angewendet worden. Durch die teilweise Befüllung ist das Aspektverhältnis so stark reduziert worden, dass eine weitere Befüllung in nur einem Arbeitsgang nach einem konventionell bei flachen Grabenisolationen angewendeten HDP-Verfahren ermöglicht wird.In 2 the state is shown after the recesses have been partially filled by the flow fill method. The Flowfill process has been used at a temperature of 4 to 8 ° C. Due to the partial filling, the aspect ratio has been reduced so much that further filling is possible in just one work step using an HDP process conventionally used for shallow trench insulation.

Das Füllmaterial 5 (im Beispiel Siliziumoxid (SiO) bzw. kohlenstoffhaltiges Siliziumoxid (SiOC)) ist ein sogenanntes „Low-k"-Material, also mit geringer dielektrischer Konstante. Dadurch werden die gewünschten Eigenschaften der flachen Grabenisolation erzielt.The filling material 5 (In the example silicon oxide (SiO) or carbon-containing silicon oxide (SiOC)) is a so-called “low-k” material, that is to say with a low dielectric constant. The desired properties of the shallow trench insulation are thereby achieved.

Die auf den Flowfill-Prozess folgende Plasma-Behandlung erfolgt mit einem H2-Plasma bei circa 400 °C.The plasma treatment following the flow fill process is carried out with an H 2 plasma at approximately 400 ° C.

3 schließlich zeigt das Endergebnis nach Anwendung des ganzen erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 finally shows the end result after application of the whole method according to the invention.

Nach der teilweisen Befüllung mit dem Flowfill-Verfahren ist die Befüllung der restlichen Ausnehmung 2 mit Siliziumoxid 6 durch Abscheidung mittels eines HDP-Prozess („high density plasma") erfolgt.After the partial filling with the flow fill method, the remaining recess is filled 2 with silicon oxide 6 by deposition using an HDP process ("high density plasma").

Zuvor ist noch nach dem Flowfill-Prozess ein Rückätz-Prozess durchgeführt worden, durch den ein kleiner Teil des durch den Flowfill-Prozess abgeschiedenen Materials wieder weggeätzt wird.Before that is still after the flow fill process an etching back process carried out through which a small part of through the flow fill process deposited material is etched away again.

In 4 ist die Problematik der bisher Verwendung findenden Verfahren verdeutlicht. Durch die HDP-Abscheidung des Siliziumoxids sind sogenannte Lunker 7 – auch „voids" genannt – innerhalb der Ausnehmungen 2 entstanden. Wird nun in weiteren Prozessschritten zur weiteren Strukturierung der Halbeli terschaltung versehentlich ein solcher Lunker geöffnet, kann sich in späteren Prozessschritten abzuscheidendes Material in ihnen festsetzen und zu Kurzschlüssen oder anderen Fehlfunktionen führen. Die Ausfallquote ist stark erhöht.In 4 the problem of the methods used up to now is illustrated. The HDP deposition of the silicon oxide creates so-called blowholes 7 - also called "voids" - within the recesses 2 emerged. If such a blow hole is accidentally opened in further process steps for further structuring of the half-conductor circuit, material to be separated out can become lodged in them in later process steps and lead to short circuits or other malfunctions. The default rate is greatly increased.

1 1
Substrat Ausnehmungsubstratum recess
2 2
Ausnehmungrecess
3 3
teilweise Befüllungpartially filling
4 4
flache Grabenisolationarea grave insulation
5 5
Füllmaterialfilling material
6 6
Schicht durch HDP-Prozessschichtlayer through HDP process layer
77
LunkerLunker

Claims (17)

Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation (4) („shallow trench isolation", STI), wobei eine Ausnehmung (2) in einem Substrat (1) mit einem Füllmaterial (5) aufgefüllt wird, wobei die Ausnehmung ein Aspektverhältnis von mehr als 5:1 (>5,0) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (2) wenigstens teilweise durch einen Flowfill-Prozess befüllt wird und auf die Befüllung eine Plasma-Behandlung erfolgt.Method of making shallow trench isolation ( 4 ) ("Shallow trench isolation", STI), with a recess ( 2 ) in a substrate ( 1 ) with a filling material ( 5 ) is filled up, the recess having an aspect ratio of more than 5: 1 (> 5.0), characterized in that the recess ( 2 ) is at least partially filled by a flow fill process and a plasma treatment is carried out on the filling. Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasma-Behandlung durch ein H2-Plasma erfolgt.A method for producing a shallow trench isolation according to claim 1, characterized in that the plasma treatment is carried out by an H 2 plasma. Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasma-Behandlung bei circa 400 °C erfolgt.Process for making shallow trench isolation according to claim 1 or 2, characterized in that the plasma treatment at around 400 ° C he follows. Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) aus Silizium besteht.Method for producing a shallow trench isolation according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate ( 1 ) consists of silicon. Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (5) amorph abgeschieden wird.Method for producing a flat trench isolation according to one of the preceding claims, characterized in that the filling material ( 5 ) is deposited amorphously. Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (5) Siliziumoxid ist.Method for producing a flat trench isolation according to one of the preceding claims, characterized in that the filling material ( 5 ) Is silicon oxide. Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (5) ein sogenanntes „Low-k"-Material (kohlenstoffhaltiges Siliziumoxid (SiOC)) mit geringer dielektrischer Konstante ist.Method for producing a flat trench isolation according to one of the preceding claims, characterized in that the filling material ( 5 ) is a so-called "low-k" material (carbon-containing silicon oxide (SiOC)) with a low dielectric constant. Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüllung der Ausnehmung nur teilweise (3) durch einen Flowfill-Prozess erfolgt, und die restliche Befüllung durch eine Abscheidung von Siliziumoxid durch einen HDP-Prozess („high density plasma") erfolgt.Method for producing a flat trench isolation according to one of the preceding claims, characterized in that the filling of the recess is only partially ( 3 ) is carried out by a flow fill process, and the remaining filling is carried out by depositing silicon oxide by means of an HDP process ("high density plasma"). Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Flowfill-Prozess ein Rückätz-Prozess erfolgt, durch den ein kleiner Teil des durch den Flowfill-Prozess abgeschiedenen Materials wieder weggeätzt wird.Process for making shallow trench isolation according to one of the preceding claims, characterized in that after the flow fill process is an etch back process takes place through which a small part of through the flow fill process deposited material is etched away again. Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Rückätz-Prozess eine Abscheidung von Siliziumoxid (6) durch einen HDP-Prozess („high density plasma") erfolgt.A method for producing a shallow trench isolation according to claim 9, characterized in that a deposition of silicon oxide ( 6 ) by an HDP process ("high density plasma"). Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flache Grabenisolation (4) durch chemisch mechanisches Polieren (CMP) Planarisiert wird.Method for producing a flat trench isolation according to one of the preceding claims, characterized in that the flat trench isolation ( 4 ) is planarized by chemical mechanical polishing (CMP). Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flowfill-Prozess bei einer Temperatur von 4 bis 8 °C erfolgt.Process for making shallow trench isolation according to one of the preceding claims, thereby characterized that the flow fill process at a temperature of 4 to 8 ° C he follows. Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Flowfill-Prozess eine Grundschicht in der Ausnehmung aufgetragen wird, welche Grundschicht als Feuchtigkeitssperre dient.Process for making shallow trench isolation according to one of the preceding claims, thereby characterized that a base layer before the flow fill process which base layer is used as a moisture barrier is applied in the recess serves. Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragung der Grundschicht bei circa 400 °C erfolgt.Process for making shallow trench isolation according to one of the preceding claims, thereby characterized that the application of the base layer takes place at approximately 400 ° C. Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundschicht vor dem Flowfill-Prozess mit N2O-Plasma bei circa 400 °C behandelt wird.Method for producing a shallow trench isolation according to one of the preceding claims, characterized in that the base layer is treated with N 2 O plasma at approximately 400 ° C before the flow fill process. Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flowfill-Prozess nach der Reaktionsgleichung MeSiH3 (gasförmig) + H2O2 (gasförmig) → Si(CH3)xOy (fest) erfolgt.Method for producing a shallow trench isolation according to one of the preceding claims, characterized in that the flow fill process according to the reaction equation MeSiH 3 (gaseous) + H 2 O 2 (gaseous) → Si (CH 3 ) x O y (solid) he follows. Verfahren zur Herstellung einer flachen Grabenisolation nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flowfill-Prozess nach der Reaktionsgleichung SiH4 (gasförmig) + H2O2 (gasförmig) → SixOy (fest) erfolgt.Method for producing a shallow trench isolation according to one of the preceding claims, characterized in that the flow fill process according to the reaction equation SiH 4 (gaseous) + H 2 O 2 (gaseous) → Si x O y (solid) he follows.
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Title
McCLATCHIE, S., BEEKMANN, K., KIERMASZ, A.: Low dielectric constant oxide films deposited using CVD techniques, in: Proceedings of the Dielectrics for ULSI Multilevel Interconnetion Conference (DUMIC), 1998, Feb. 16-17, S. 311-318
McCLATCHIE, S., BEEKMANN, K., KIERMASZ, A.: Low dielectric constant oxide films deposited using CVD techniques, in: Proceedings of the Dielectricsfor ULSI Multilevel Interconnetion Conference (DUMIC), 1998, Feb. 16-17, S. 311-318 *

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