专利名称：一种衬绝缘层高密度离子沉积方法
技术领域：
本发明涉及IC芯片浅沟槽隔离的制作领域，尤其涉及浅沟槽隔离的制作中
浅沟槽中绝缘物沉积之前的衬绝缘层高密度离子沉积方法。
背景技术：
随着半导体工业的进步，集成电路(Integrated Circuit: IC)朝着更樣i小的 特征尺寸及高操作速度的方向发展。当IC的特征尺寸日趋^H、化之际，如何有 效的进行IC元件之间的绝缘隔离是集成电路发展至关重要的一个问题。目前小 特征尺寸IC芯片制作工艺中，浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation: STI)技术 制作元件之间的绝缘结构已经被普遍采用。由于目前的IC芯片的制作仍是以硅 材料为主，因此制作STI结构时，通常是在制作的浅沟槽中填充与硅具有良好 界面接触特性的绝缘物一硅氧化物。在目前的硅工艺中，STI结构的形成通常是 在半导体基底上沉积一层氮化硅层，然后图案化此氮化硅层形成硬掩模层。接 着蚀刻基底，在相邻的元件之间形成陡峭的沟槽，最后在沟槽中沉积硅氧化物 形成元件隔离结构。
常规下，在浅沟槽中正式沉积硅氧化物之前，会在浅沟槽表面进行一道村 绝缘层(HDP liner Oxide Deposition)即衬氧化物的沉积，以保证后续浅沟槽中 沉积的氧化物与硅衬底之间具有良好的接触界面。随着IC芯片特征尺寸的减小， 芯片制作的技术节点也在不断地减小，因此浅沟槽中绝缘物填充为保证能达到 绝缘隔离的目的对填充的绝缘介质质量要求也不断增高，尤其是衬绝缘层质量。 目前衬绝缘层的沉积主要是采用高密度离子(High Density Plasma: HDP)沉积 工艺。浅沟槽中衬绝缘层沉积是在一个密封的反应腔内进行的。该反应腔顶部 和侧边接有反应介质和引导介质的输送管。利用射频溅射分解反应介质生成绝 缘物，同时利用射频溅射引导介质引导绝缘物生长。因此射频溅射功率包括反 应介质的分解功率和引导介质的溅射功率。为实现硅氧化材料的衬绝缘层的沉积，反应介质为硅烷和氧气，引导介质为氦气和氢气；使用的射频溅射功率参 数，分解功率为7千瓦(kW)和6千瓦，引导介质的溅射功率为2千瓦。位于 反应腔侧边的氧气输送管道输送的氧气为178标况毫升每分(Scc/m)，位于反应 腔顶部和侧边的硅烷输送管道输送的速率均为17Scc/m,位于反应腔侧边的引导 介质氦气(He)和氢气(H2)的输送管道输送的速率均为100Scc/m。整个衬绝 缘层的淀积时间为l秒，淀积厚度在100埃 250埃之间。然而按常规衬氧化物 HDP沉积工艺条件制作90nm以下的浅沟槽中衬绝缘层，请参阅图l,浅沟槽1 与硬掩模层3界面之间氧化物2容易出现小凹口 4。当后续制程去掉硬掩模层3 之后，小的凹口 4就会形成浅沟槽边缘与整个硅片表面的阶高。该阶高的存在 直接影响着在此硅片上制作的集成器件的性能，这些阶高不仅是集成器件漏电 流产生的聚集地，而且还会给器件带来其他负面影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种衬绝缘层高密度离子沉积方法，以解决目前衬 绝缘层制作方法中浅沟槽与硬掩模层界面之间衬绝缘层存在的凹口问题，从而 进一步解决因凹口问题导致的此衬底上制作的集成器件存在的漏电流及其他负 面影响的问题。
为解决上述问题，本发明的衬绝缘层高密度离子沉积方法，绝缘层高密度 离子沉积是在一密封的反应腔内。反应腔顶部与侧边接有生成绝缘层的反应介 质和引导介质的输送管。衬绝缘层高密度离子沉积是利用射频溅射沉积绝缘层， 射频溅射包括对反应介质的分解功率和用于引导绝缘物生长的引导介质的溅射 功率两参数。其中，引导介质的溅射功率为2.5~6.5千瓦，整个衬绝缘层沉积时 间为3 15秒。绝缘层材料为硅氧化物，生成绝缘层硅氧化物的反应介质为硅烷 和氧气。反应腔侧边的硅烷输送管输送硅烷的速率为17标况毫升每分。反应腔 侧边的氧气输送管输送氧气的速率为39~75标况毫升每分。较佳地，反应腔侧 边的氧气输送管输送氧气的速率为39标况毫升每分。引导介质包括氢气和氦气。 反应腔侧边的氢气输送管输送的氬气速率为300标况毫升每分。较佳地，反应 腔侧边的氢气输送管输送氢气的速率为300标况毫升每分，同时所述反应腔顶 部的氢气输送管输送氢气的速率为700标况毫升每分，反应腔侧边的氦气输送 管道关闭。较佳地，引导介质的賊射功率为6千瓦，衬绝缘层沉积时间为10秒。衬绝缘层沉积厚度为250埃 500埃。
与现有衬绝缘层高密度离子沉积方法相比，本发明的绝缘层沉积方法通过 增大引导介质的溅射功率和衬绝缘层沉积时间，并通过降低绝缘物生成速率， 采用氢气作为绝缘物生长的主导引导介质，可有效消除浅沟槽与硬掩^^莫层界面 之间衬绝缘层存在的凹口 ，而消除凹口导致的衬底上集成器件漏电流和其他负 面影响的隐患。
以下结合附图和具体实施例对本发明的村绝缘层高密度离子沉积方法作进 一步详细具体地描述。
图1是现有衬绝缘层制作方法制作的绝缘层存在凹口的示意图。
具体实施例方式
本发明的衬绝缘层高密度离子沉积方法，该绝缘层高密度离子沉积是在一 密封的反应腔内。反应腔顶部与側边接有生成绝缘层的反应介质和引导介质的 输送管。绝缘层高密度离子沉积是利用射频溅射沉积绝缘层，射频溅射包括对 反应介质的分解功率和用于引导绝缘物生长的引导介质的溅射功率两参数。其 中，引导介质的溅射功率为2.5~6.5千瓦，整个村绝缘层沉积时间为3~15秒。 相对目前常规衬绝缘层所使用的引导介质的溅射功率要大，这样可产生更密集 的引导介质流，从而使得生长出的绝缘层介质更致密与平整。在衬绝缘层的沉 积时间上也相对原来的1秒，提高到3 15秒，这样可使得沉积的绝缘层的厚度 大于250埃，在250埃和500埃的范围内。
目前浅沟槽中填充的绝缘介质仍以硅氧化物为主，生成绝缘层硅氧化物的 反应介质为硅烷和氧气。为降低硅氧化物生成速率，相对传统制作方法，只打 开反应腔侧边的硅烷输送管，关闭了反应腔顶部的硅烷输送管，并控制硅烷的 输送速率在17Scc/m,同时反应腔侧边的氧气输送管输送氧气的速率由原来 178Scc/m降至39 75Scc/m。较佳地，氧气输送速率为39Scc/m。在引导介质方 面，本发明的引导介质以氬气为主，扩大氢气相对氦气的量，反应腔侧边的氢 气输送管道输送的氢气速率由原来100Scc/m提升至300Scc/m。较佳地，完全以 氢气作为引导介质，关闭反应腔侧边的氦气输送管道，同时打开反应腔顶侧边的氢气输送管道，反应腔侧边的氬气流速控制在300Scc/m，反应腔顶部的 氢气流速控制在700Scc/m。这样使得在2.5~ 6.5kW引导介质'賊射功率下能产生 密集氩分子流，由于氢分子的自由程大于氦，氢分子更容易达到即将沉积硅氧 化物的浅沟槽和硬掩模层表面的各个角落，因此可提高绝缘层沉积的均勻性， 提高硅氧化层的质量。通过反复测试，较佳地，控制绝缘层生长均匀性的引导 介质溅射功率为6千瓦，衬绝缘层沉积时间为10秒。
本发明的衬绝缘层高密度离子沉积方法，通过增大引导介质的溅射功率增 大控制绝缘层生长的引导介质流来提高绝缘层生长均匀性，同时延长衬绝缘层 的沉积时间来增加衬绝缘层的厚度。同时辅以降低绝缘物生成速率来提高沉积 的绝缘层质量。为达到降低绝缘物的生成速率的目的，采取降低氧气的输送速 率，同时关闭反应腔顶部的硅烷输入管来降低反应腔内硅烷输入量；进一步地， 以氢气这种小分子作为主导引导介质，并以密集的氢分子流作为绝缘物生长的 引导介质流可十分均勻地控制绝缘层的生长。通过本发明的衬绝缘层高密度离 子沉积方法可获得质量较好的衬绝缘层，消除了目前衬绝缘层存在的凹口现象， 解决了凹口现象导致的集成器件漏电流和其他负面影响的问题。本发明的衬绝 缘层高密度离子沉积方法在技术节点90nm以下的浅沟槽制作技术中具有较明 显的效果。
权利要求
1、一种衬绝缘层高密度离子沉积方法，所述绝缘层高密度离子沉积是在一密封的反应腔内，所述反应腔顶部与侧边接有生成绝缘层的反应介质和引导介质的输送管；所述衬绝缘层高密度离子沉积是利用射频溅射沉积绝缘层，所述射频溅射包括对反应介质的分解功率和用于引导绝缘物生长的引导介质的溅射功率两参数，其特征在于，所述引导介质的溅射功率为2.5～6.5千瓦，所述整个衬绝缘层沉积时间为3～15秒。
2、 如权利要求1所述的衬绝缘层高密度离子沉积方法，其特征在于，所述绝缘 层材料为硅氧化物。
3、 如权利要求2所述的衬绝缘层高密度离子沉积方法，其特征在于，所述生成 绝缘层硅氧化物的反应介质为硅烷和氧气。
4、 如权利要求3所述的衬绝缘层高密度离子沉积方法，其特征在于，所述反应 腔侧边的硅烷输送管输送硅烷的速率为17标况毫升每分。
5、 如权利要求3所述的衬绝缘层高密度离子沉积方法，其特征在于，所述反应 腔侧边的氧气输送管输送氧气的速率为39~75标况毫升每分。
6、 如权利要求5所述的衬绝缘层高密度离子沉积方法，其特征在于，所述反应 腔侧边的氧气输送管输送氧气的速率为39标况毫升每分。
7、 如权利要求1所述的衬绝缘层高密度离子沉积方法，其特征在于，所述引导 介质包括氲气和氦气。
8、 如权利要求7所述的衬绝缘层高密度离子沉积方法，其特征在于，所述反应 腔侧边的氲气输送管输送氢气的速率为300标况毫升每分。
9、 如权利要求7所述的衬绝缘层高密度离子沉积方法，其特征在于，所述反应 腔侧边的氢气输送管输送氢气的速率为300标况亳升每分，同时所述反应腔顶 部的氢气输送管输送氢气的速率为700标况毫升每分，所述反应腔侧边的氦气 输送管道关闭。
10、 如权利要求1所述的衬绝缘层高密度离子沉积方法，其特征在于，所述引 导介质的溅射功率为6千瓦，所述衬绝缘层沉积时间为10秒。
11、 如权利要求1所述的衬绝缘层高密度离子沉积方法，其特征在于，所述衬 绝缘层沉积厚度为250埃 500埃。
全文摘要
本发明提供了衬绝缘层高密度离子沉积方法，绝缘层高密度离子沉积是在一密封的反应腔内，应腔顶部与侧边接有生成绝缘层的反应介质和引导介质的输送管；衬绝缘层高密度离子沉积是利用射频溅射沉积绝缘层，射频溅射包括对反应介质的分解功率和用于引导绝缘物生长的引导介质的溅射功率两参数，引导介质的溅射功率为2.5～6.5千瓦，整个衬绝缘层沉积时间为3～15秒。同时辅以降低反应介质送入反应腔的速率和量来降低绝缘物的生成速率和小分子的氢气作为主引导介质提高绝缘物生成的均匀性。本发明的沉积方法可有效消除目前衬绝缘层存在的凹口现象。
文档编号H01L21/31GK101546725SQ200810035099
公开日2009年9月30日 申请日期2008年3月25日 优先权日2008年3月25日
发明者俊 周, 彬 李, 赵东涛, 陈志刚 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司