專利名稱：一種襯絕緣層高密度離子沉積方法
技術領域：
本發明涉及IC芯片淺溝槽隔離的制作領域，尤其涉及淺溝槽隔離的制作中
淺溝槽中絕緣物沉積之前的襯絕緣層高密度離子沉積方法。
背景技術：
隨著半導體工業的進步，集成電路(Integrated Circuit: IC)朝著更樣i小的 特征尺寸及高操作速度的方向發展。當IC的特征尺寸日趨^H、化之際，如何有 效的進行IC元件之間的絕緣隔離是集成電路發展至關重要的一個問題。目前小 特征尺寸IC芯片制作工藝中，淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation: STI)技術 制作元件之間的絕緣結構已經被普遍采用。由于目前的IC芯片的制作仍是以硅 材料為主，因此制作STI結構時，通常是在制作的淺溝槽中填充與硅具有良好 界面接觸特性的絕緣物一硅氧化物。在目前的硅工藝中，STI結構的形成通常是 在半導體基底上沉積一層氮化硅層，然后圖案化此氮化硅層形成硬掩模層。接 著蝕刻基底，在相鄰的元件之間形成陡峭的溝槽，最后在溝槽中沉積硅氧化物 形成元件隔離結構。
常規下，在淺溝槽中正式沉積硅氧化物之前，會在淺溝槽表面進行一道村 絕緣層(HDP liner Oxide Deposition)即襯氧化物的沉積，以保證后續淺溝槽中 沉積的氧化物與硅襯底之間具有良好的接觸界面。隨著IC芯片特征尺寸的減小， 芯片制作的技術節點也在不斷地減小，因此淺溝槽中絕緣物填充為保證能達到 絕緣隔離的目的對填充的絕緣介質質量要求也不斷增高，尤其是襯絕緣層質量。 目前襯絕緣層的沉積主要是采用高密度離子(High Density Plasma: HDP)沉積 工藝。淺溝槽中襯絕緣層沉積是在一個密封的反應腔內進行的。該反應腔頂部 和側邊接有反應介質和引導介質的輸送管。利用射頻濺射分解反應介質生成絕 緣物，同時利用射頻濺射引導介質引導絕緣物生長。因此射頻濺射功率包括反 應介質的分解功率和引導介質的濺射功率。為實現硅氧化材料的襯絕緣層的沉積，反應介質為硅烷和氧氣，引導介質為氦氣和氫氣；使用的射頻濺射功率參 數，分解功率為7千瓦(kW)和6千瓦，引導介質的濺射功率為2千瓦。位于 反應腔側邊的氧氣輸送管道輸送的氧氣為178標況毫升每分(Scc/m)，位于反應 腔頂部和側邊的硅烷輸送管道輸送的速率均為17Scc/m,位于反應腔側邊的引導 介質氦氣(He)和氫氣(H2)的輸送管道輸送的速率均為100Scc/m。整個襯絕 緣層的淀積時間為l秒，淀積厚度在100埃 250埃之間。然而按常規襯氧化物 HDP沉積工藝條件制作90nm以下的淺溝槽中襯絕緣層，請參閱圖l,淺溝槽1 與硬掩模層3界面之間氧化物2容易出現小凹口 4。當后續制程去掉硬掩模層3 之后，小的凹口 4就會形成淺溝槽邊緣與整個硅片表面的階高。該階高的存在 直接影響著在此硅片上制作的集成器件的性能，這些階高不僅是集成器件漏電 流產生的聚集地，而且還會給器件帶來其他負面影響。
發明內容
本發明的目的在于提供一種襯絕緣層高密度離子沉積方法，以解決目前襯 絕緣層制作方法中淺溝槽與硬掩模層界面之間襯絕緣層存在的凹口問題，從而 進一步解決因凹口問題導致的此襯底上制作的集成器件存在的漏電流及其他負 面影響的問題。
為解決上述問題，本發明的襯絕緣層高密度離子沉積方法，絕緣層高密度 離子沉積是在一密封的反應腔內。反應腔頂部與側邊接有生成絕緣層的反應介 質和引導介質的輸送管。襯絕緣層高密度離子沉積是利用射頻濺射沉積絕緣層， 射頻濺射包括對反應介質的分解功率和用于引導絕緣物生長的引導介質的濺射 功率兩參數。其中，引導介質的濺射功率為2.5~6.5千瓦，整個襯絕緣層沉積時 間為3 15秒。絕緣層材料為硅氧化物，生成絕緣層硅氧化物的反應介質為硅烷 和氧氣。反應腔側邊的硅烷輸送管輸送硅烷的速率為17標況毫升每分。反應腔 側邊的氧氣輸送管輸送氧氣的速率為39~75標況毫升每分。較佳地，反應腔側 邊的氧氣輸送管輸送氧氣的速率為39標況毫升每分。引導介質包括氫氣和氦氣。 反應腔側邊的氫氣輸送管輸送的氬氣速率為300標況毫升每分。較佳地，反應 腔側邊的氫氣輸送管輸送氫氣的速率為300標況毫升每分，同時所述反應腔頂 部的氫氣輸送管輸送氫氣的速率為700標況毫升每分，反應腔側邊的氦氣輸送 管道關閉。較佳地，引導介質的賊射功率為6千瓦，襯絕緣層沉積時間為10秒。襯絕緣層沉積厚度為250埃 500埃。
與現有襯絕緣層高密度離子沉積方法相比，本發明的絕緣層沉積方法通過 增大引導介質的濺射功率和襯絕緣層沉積時間，并通過降低絕緣物生成速率， 采用氫氣作為絕緣物生長的主導引導介質，可有效消除淺溝槽與硬掩^^莫層界面 之間襯絕緣層存在的凹口 ，而消除凹口導致的襯底上集成器件漏電流和其他負 面影響的隱患。
以下結合附圖和具體實施例對本發明的村絕緣層高密度離子沉積方法作進 一步詳細具體地描述。
圖1是現有襯絕緣層制作方法制作的絕緣層存在凹口的示意圖。
具體實施例方式
本發明的襯絕緣層高密度離子沉積方法，該絕緣層高密度離子沉積是在一 密封的反應腔內。反應腔頂部與側邊接有生成絕緣層的反應介質和引導介質的 輸送管。絕緣層高密度離子沉積是利用射頻濺射沉積絕緣層，射頻濺射包括對 反應介質的分解功率和用于引導絕緣物生長的引導介質的濺射功率兩參數。其 中，引導介質的濺射功率為2.5~6.5千瓦，整個村絕緣層沉積時間為3~15秒。 相對目前常規襯絕緣層所使用的引導介質的濺射功率要大，這樣可產生更密集 的引導介質流，從而使得生長出的絕緣層介質更致密與平整。在襯絕緣層的沉 積時間上也相對原來的1秒，提高到3 15秒，這樣可使得沉積的絕緣層的厚度 大于250埃，在250埃和500埃的范圍內。
目前淺溝槽中填充的絕緣介質仍以硅氧化物為主，生成絕緣層硅氧化物的 反應介質為硅烷和氧氣。為降低硅氧化物生成速率，相對傳統制作方法，只打 開反應腔側邊的硅烷輸送管，關閉了反應腔頂部的硅烷輸送管，并控制硅烷的 輸送速率在17Scc/m,同時反應腔側邊的氧氣輸送管輸送氧氣的速率由原來 178Scc/m降至39 75Scc/m。較佳地，氧氣輸送速率為39Scc/m。在引導介質方 面，本發明的引導介質以氬氣為主，擴大氫氣相對氦氣的量，反應腔側邊的氫 氣輸送管道輸送的氫氣速率由原來100Scc/m提升至300Scc/m。較佳地，完全以 氫氣作為引導介質，關閉反應腔側邊的氦氣輸送管道，同時打開反應腔頂側邊的氫氣輸送管道，反應腔側邊的氬氣流速控制在300Scc/m，反應腔頂部的 氫氣流速控制在700Scc/m。這樣使得在2.5~ 6.5kW引導介質'賊射功率下能產生 密集氬分子流，由于氫分子的自由程大于氦，氫分子更容易達到即將沉積硅氧 化物的淺溝槽和硬掩模層表面的各個角落，因此可提高絕緣層沉積的均勻性， 提高硅氧化層的質量。通過反復測試，較佳地，控制絕緣層生長均勻性的引導 介質濺射功率為6千瓦，襯絕緣層沉積時間為10秒。
本發明的襯絕緣層高密度離子沉積方法，通過增大引導介質的濺射功率增 大控制絕緣層生長的引導介質流來提高絕緣層生長均勻性，同時延長襯絕緣層 的沉積時間來增加襯絕緣層的厚度。同時輔以降低絕緣物生成速率來提高沉積 的絕緣層質量。為達到降低絕緣物的生成速率的目的，采取降低氧氣的輸送速 率，同時關閉反應腔頂部的硅烷輸入管來降低反應腔內硅烷輸入量；進一步地， 以氫氣這種小分子作為主導引導介質，并以密集的氫分子流作為絕緣物生長的 引導介質流可十分均勻地控制絕緣層的生長。通過本發明的襯絕緣層高密度離 子沉積方法可獲得質量較好的襯絕緣層，消除了目前襯絕緣層存在的凹口現象， 解決了凹口現象導致的集成器件漏電流和其他負面影響的問題。本發明的襯絕 緣層高密度離子沉積方法在技術節點90nm以下的淺溝槽制作技術中具有較明 顯的效果。
權利要求
1、一種襯絕緣層高密度離子沉積方法，所述絕緣層高密度離子沉積是在一密封的反應腔內，所述反應腔頂部與側邊接有生成絕緣層的反應介質和引導介質的輸送管；所述襯絕緣層高密度離子沉積是利用射頻濺射沉積絕緣層，所述射頻濺射包括對反應介質的分解功率和用于引導絕緣物生長的引導介質的濺射功率兩參數，其特征在于，所述引導介質的濺射功率為2.5～6.5千瓦，所述整個襯絕緣層沉積時間為3～15秒。
2、 如權利要求1所述的襯絕緣層高密度離子沉積方法，其特征在于，所述絕緣 層材料為硅氧化物。
3、 如權利要求2所述的襯絕緣層高密度離子沉積方法，其特征在于，所述生成 絕緣層硅氧化物的反應介質為硅烷和氧氣。
4、 如權利要求3所述的襯絕緣層高密度離子沉積方法，其特征在于，所述反應 腔側邊的硅烷輸送管輸送硅烷的速率為17標況毫升每分。
5、 如權利要求3所述的襯絕緣層高密度離子沉積方法，其特征在于，所述反應 腔側邊的氧氣輸送管輸送氧氣的速率為39~75標況毫升每分。
6、 如權利要求5所述的襯絕緣層高密度離子沉積方法，其特征在于，所述反應 腔側邊的氧氣輸送管輸送氧氣的速率為39標況毫升每分。
7、 如權利要求1所述的襯絕緣層高密度離子沉積方法，其特征在于，所述引導 介質包括氳氣和氦氣。
8、 如權利要求7所述的襯絕緣層高密度離子沉積方法，其特征在于，所述反應 腔側邊的氳氣輸送管輸送氫氣的速率為300標況毫升每分。
9、 如權利要求7所述的襯絕緣層高密度離子沉積方法，其特征在于，所述反應 腔側邊的氫氣輸送管輸送氫氣的速率為300標況亳升每分，同時所述反應腔頂 部的氫氣輸送管輸送氫氣的速率為700標況毫升每分，所述反應腔側邊的氦氣 輸送管道關閉。
10、 如權利要求1所述的襯絕緣層高密度離子沉積方法，其特征在于，所述引 導介質的濺射功率為6千瓦，所述襯絕緣層沉積時間為10秒。
11、 如權利要求1所述的襯絕緣層高密度離子沉積方法，其特征在于，所述襯 絕緣層沉積厚度為250埃 500埃。
全文摘要
本發明提供了襯絕緣層高密度離子沉積方法，絕緣層高密度離子沉積是在一密封的反應腔內，應腔頂部與側邊接有生成絕緣層的反應介質和引導介質的輸送管；襯絕緣層高密度離子沉積是利用射頻濺射沉積絕緣層，射頻濺射包括對反應介質的分解功率和用于引導絕緣物生長的引導介質的濺射功率兩參數，引導介質的濺射功率為2.5～6.5千瓦，整個襯絕緣層沉積時間為3～15秒。同時輔以降低反應介質送入反應腔的速率和量來降低絕緣物的生成速率和小分子的氫氣作為主引導介質提高絕緣物生成的均勻性。本發明的沉積方法可有效消除目前襯絕緣層存在的凹口現象。
文檔編號H01L21/31GK101546725SQ200810035099
公開日2009年9月30日 申請日期2008年3月25日 優先權日2008年3月25日
發明者俊 周, 彬 李, 趙東濤, 陳志剛 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司