专利名称：沟槽的填充方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺，特别是涉及一种沟槽的填充工艺。
背景技术：
采用APCVD(常压化学气相淀积)工艺或SACVD(亚常压化学气相淀积)工艺、 以TEOS(正硅酸乙酯，分子式为Si(C2H5O)4)和O3(臭氧)进行反应淀积出的SiO2( 二氧化 硅)薄膜具有非常好的保形性，被广泛的用于半导体集成电路中的沟槽填充。但是，APCVD TEOS-O3SiO2薄膜(即以APCVD工艺、以TEOS和O3为原料淀积的SiO2薄膜)和SACVD TEOS-O3SiO2薄膜(即以SACVD工艺、以TEOS和O3为原料淀积的SiO2薄膜)在后续的高温 炉退火工艺中具有很大的收缩率，这会在SiO2和Si (硅)之间产生较大的应力，导致SiO2 薄膜开裂。作为一种改进，APCVD或SACVD TEOS-O3SiO2薄膜通常和别的SiO2薄膜结合起来 淀积，从而减小SiO2和Si之间的张应力。例如在0. 35 μ m禾Π 0. 6 μ m的浅沟槽隔离(STI) 工艺中使用APCVD或SACVD TEOS-O3SiO2薄膜结合PECVD (等离子体增强化学气相淀积) TEOS-O2 (氧气)SiO2薄膜(即以PECVD工艺、以TEOS和O2为原料淀积的SiO2薄膜)的双 层薄膜结构实现沟槽填充。通过两层SiO2薄膜厚度匹配减小在后续高温炉退火过程中的 热应力，解决薄膜开裂的问题。但是，当沟槽尺寸(宽度)增加至Ιμπι以上，沟槽深度增加至3μπι以上时，为保 证沟槽填充效果，APCVD或SACVD TEOS-O3SiO2薄膜的淀积需要达到5000Α以上的厚度。这 样在后续的高温炉退火时薄膜收缩更加显著、热应力更大，即使结合PECVD TEOS-O2SiO2薄 膜也无法完全避免薄膜开裂的问题。请参阅图1，最右方的沟槽内所填充的SiO2薄膜发生 了破裂。
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，该方法采用APCVD或 SACVD TEOS-O3SiO2薄膜，同时避免了后续高温炉退火工艺中APCVD或SACVD TEOS-O3SiOJ^ 膜开裂的问题。为解决上述技术问题，本发明沟槽的填充方法，所述沟槽的宽度在Iym以上，沟 槽的深度在3μπι以上，包括如下步骤第1步，在具有沟槽的硅片表面上，采用LPCVD工艺以TEOS为原料淀积一层SiO2 ；第2步，在硅片表面上，采用APCVD或SACVD工艺以TEOS和O3为原料再淀积一层 SiO2 ；第3步，在硅片表面上，采用PECVD工艺以TEOS和O2为原料再淀积一层Si02。按照本发明所述方法对沟槽填充后，沟槽内的填充物为多层薄膜结构，在后续高
温炉退火工艺(通常为800 1000°C，最高不超过1050°C )中该多层薄膜结构不会发生破 m农。
图1是SACVD TEOS-O3SiO2薄膜结合PECVD TEOS-O2SiO2薄膜填充沟槽、产生薄膜 破裂的硅片剖面示意图；图2是本发明沟槽的填充方法的流程图；图3a 图3d是本发明沟槽的填充方法的各步骤硅片剖面示意图。
图中附图标记说明10为沟槽；11为第一填充层；12为第二填充层；13为第三填充层；20为空洞。
具体实施例方式请参阅图2，本发明沟槽的填充方法具体包括开始时的状态，硅片表面刚刻蚀出沟槽10，在具有沟槽10的硅片表面热氧化生长 一层二氧化硅(未图示)，这一层二氧化硅的厚度在50 1000A之间。这一步称为热氧修 复，在半导体集成电路制造工艺中，热氧修复是沟槽刻蚀后必不可少的步骤，用于修复沟槽 刻蚀后的硅的表面状态。接着在硅片表面又淀积了淀积一层二氧化硅，这一层二氧化硅是 衬垫层(未图示)，厚度在100 2000A (优选值是100 1000A)之间，用来改善硅与沟 槽填充物(例如二氧化硅)之间的粘附性。第1步，请配合参阅图3a，在具有沟槽的硅片表面上，采用LPCVD工艺以TEOS为原 料淀积一层SiO2，作为第一填充层11，淀积厚度为500 10000A。这一步可以加入O2，也可 以不加。反应条件通常是0. 1 5Torr的淀积压力、650 750°C的淀积温度。此时，沟槽10未被封闭，仍为打开状态。第2步，请配合参阅图3b，在硅片表面上，采用APCVD或SACVD工艺以TEOS和O3 为原料再淀积一层SiO2，作为第二填充层12，淀积厚度为1000 20000A。这一步的反应条 件例如可采取30 760Torr的淀积压力、360 560°C的淀积温度。此时，第二填充层12与第一填充层11融为一体，两者间的界限以虚线表示。沟槽 10仍未被封闭，沟槽10内部形成一个连通外部的空洞20。第3步，请配合参阅图3c，在硅片表面上，采用PECVD工艺以TEOS和O2为原料再 淀积一层SiO2,作为第三填充层13，淀积厚度为1000 10000A。反应条件通常是40kHz、 400kHz、13. 56MHz或2. 45GHz的射频功率的频率、250 450°C的淀积温度。此时，第三填充层13与第二填充层12、第一填充层11融为一体，三者间的界限以 虚线表示。沟槽10被封闭，沟槽10内部的空洞20或者消失、或者成为封闭空洞。如果空 洞20成为封闭空洞，则空洞20的顶部必定距离硅片表面(即沟槽10侧壁的上表面)具有 一定距离，例如ιοοοΑ。经过上述三步以后，沟槽10的填充完成。接下来通常需要进行一步化学机械研磨 (CMP)工艺和/或干法刻蚀工艺(反刻)磨平硅片表面上的二氧化硅直至到达硅片表面。 再接下来就是高温炉退火工艺，通常的反应温度是800 1000°C，反应时间是30分钟。硅的热膨胀系数为2. 6 X 10_6/K，在高温炉退火中具有较大热膨胀。APCVD或SACVD TEOS-O3SiOj^膜在高温过程中将有较大的收缩。这便使Si与APCVD或SACVD TEOS-O3SiO2 薄膜的界面处在高温退火过程中产生较大的应力，导致APCVD或SACVD TEOS-O3SiO2薄膜破m农。而LPCVD TEOSSiO2 (即以LPCVD工艺、以TEOS为原料淀积的SiO2薄膜)和PECVD TEOS-O2SiO2的热膨胀系数接近一般SiO2,约为0. 5XlO-6A,在高温炉退火中具有相对较 小的热膨胀。本发明在Si和SACVD TEOS-O3SiO2(或APCVD TEOS-O3SiO2)薄膜之间新增 淀积一层LPCVD TEOSSiO2薄膜作为缓冲层，LPCVD TEOS SiO2可以有效的减小硅和SACVD TEOS-O3SiO2 (或 APCVD TEOS-O3SiO2)之间的应力，从而彻底解决 SACVD TEOS-O3SiO2 (或 APCVD TEOS-O3SiO2)在后续的高温炉退火工艺(不高于1050°C )中的薄膜破裂问题。上述实施例仅为示意，在不违反本发明原理及思想的情况下，对上述实施例所作 的改变或修饰，均应视作为本发明的保护范围之内。
权利要求
一种沟槽的填充方法，所述沟槽的宽度在1μm以上，沟槽的深度在3μm以上，其特征是，包括如下步骤第1步，在具有沟槽的硅片表面上，采用LPCVD工艺以TEOS为原料淀积一层SiO2；第2步，在硅片表面上，采用APCVD或SACVD工艺以TEOS和O3为原料再淀积一层SiO2；第3步，在硅片表面上，采用PECVD工艺以TEOS和O2为原料再淀积一层SiO2。
2.根据权利要求1所述的沟槽的填充方法，其特征是， 所述方法第1步后，沟槽仍为打开状态；所述方法第2步后，沟槽仍为打开状态，沟槽内部形成一个连通外部的空洞； 所述方法第3步后，沟槽为封闭状态，沟槽内部的空洞或者消失、或者成为封闭空洞。
3.根据权利要求1所述的沟槽的填充方法，其特征是，所述方法第1步中，淀积厚度为 500 IOOOOA0
4.根据权利要求1所述的沟槽的填充方法，其特征是，所述方法第2步中，淀积厚度为1000 20000A。
5.根据权利要求1所述的沟槽的填充方法，其特征是，所述方法第3步中，淀积厚度为1000 10000A。
6.根据权利要求1所述的沟槽的填充方法，其特征是，所述方法第2步中，淀积压力为 30 760Torr，淀积温度为360 560°C。
全文摘要
本发明公开了一种沟槽的填充方法，所述沟槽的宽度在1μm以上，沟槽的深度在3μm以上，包括如下步骤第1步，在具有沟槽的硅片表面上，采用LPCVD工艺以TEOS为原料淀积一层SiO2；第2步，在硅片表面上，采用APCVD或SACVD工艺以TEOS和O3为原料再淀积一层SiO2；第3步，在硅片表面上，采用PECVD工艺以TEOS和O2为原料再淀积一层SiO2。按照本发明所述方法对沟槽填充后，沟槽内的填充物为多层薄膜结构，在后续高温炉退火工艺中该多层薄膜结构不会发生破裂。
文档编号H01L21/764GK101872739SQ20091005711
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月23日 优先权日2009年4月23日
发明者季伟, 彭虎, 缪燕, 谢烜 申请人:上海华虹Nec电子有限公司