低温高深宽沟槽的填充方法与流程

本发明涉及一种低温高深宽微米级沟槽填充方法，属于高深宽微米级的器件加工工艺。

背景技术：

1、在微电子领域里，高深宽微米级的器件加工工艺会有几道填充工艺，也是其关键工艺之一。传统的基于等离子体增强化学气相沉积（pecvd）的方法，无论是硅烷（sih4）体系还是正硅酸乙酯（teos）体系因薄膜沉积工艺机理的原因无法满足微米级槽填充的需求，同时温度也比较高（＞200℃）；因为相邻两个器件结构的上角部分沉积的比其他部分快，所以很容易堵住槽口。这个可以用到达角（arriving angle）解释，如下图1所示，a部分的到达角为270°，此处沉积气体能够从3/4面进行沉积，而b部分的到达角为180°，此处沉积气体只能从1/2面进行沉积，c的到达角为90°，此处沉积气体仅能从1/4面进行沉积，所以a部分沉积的比b多，而b比c多。如图2所示，因不安全填充引起的孔洞（void）会降低器件可靠性，甚至使器件失效；市场上在填充领域被认可的高密度等离子体化学气相沉积（hdp）和原子层沉积（ald），前者是沉积-刻蚀-沉积的方法可以做到高深宽比的填充效果，但是填充深度较小（＜1um），后者使其沉积速率更慢（小于1nm/min），无法满足大尺寸、高深宽微米级沟槽的填充。

2、目前针对微米级沟槽填充，一般是基于亚大气化学气相沉积（sacvd），但温度高，沉积速率低，限制其应用及产能，因此，基于这个问题，有必要提供一种优化填充微米级沟槽的方法。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供一种低温高深宽微米级沟槽填充方法，其采用电感耦合等离子体增强化学气相沉积（icpcvd）填充的方法，以解决大尺寸、高深宽微米级沟槽填充温度高、填充速率慢的问题。填充时，温度可控制在5~180℃，由于icpcvd腔压较低（＜100mtorr），分子平均自由程增大，teos物理分子比较大，容易吸附，达到优填充的目的。另外，可沉积的介质材料较多，如无参杂硅玻璃（undoped silica glass，usg）、硼磷硅玻璃(boro-phospho-silicate glass，bpsg)、磷硅玻璃(phospho silicate glass,psg)、硼硅玻璃(boron-silicate glass,bsg)。

2、为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：

3、一种低温高深宽微米级沟槽填充方法，包括以下步骤：

4、步骤一：进料

5、将带有沟槽的衬底清洗后，传送至icpcvd腔室，进行预加热；

6、步骤二：薄膜沉积

7、通入填充物的反应气体和液态源并稳定腔压，打开射频电源开始沉积膜层，结束后关闭射频电源及反应气体和液态源，并通入n2进行吹扫；

8、步骤三：薄膜rps清洗

9、对步骤二沉积的薄膜进行rps清洗，以同时对腔室进行清洗，并减少已沉积的薄膜对衬底上沟槽的槽口附近的封口程度，所述槽口减小的厚度小于步骤一中薄膜沉积的厚度；

10、步骤四：腔室清理

11、取出样品，对icpcvd腔室进行清理；

12、步骤二的薄膜沉积、步骤三的薄膜rps清洗和步骤四的腔室清理合为一个循环进行薄膜填充；每经一次循环衬底上得到的薄膜的厚度为沟槽深度的1/100-1/3；重复多次循环，直至图形化衬底上的微米级沟槽完成填充。

13、优选地，步骤一中预加热温度为5℃-180℃。

14、优选地，步骤一中，预加热时间为40-90s。

15、优选地，步骤二中，腔压为5-80mtorr，稳定腔压时长为10-30s。

16、优选地，所述薄膜的材料为无参杂硅玻璃、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃或硼硅玻璃。

17、优选地，步骤二中，液态源是正硅酸乙酯、三甲基硼酸或三甲基磷酸。

18、优选地，步骤二中，n2吹扫时间为10s-40s。

19、优选地，步骤二中，液态源流量为0.01-1g/min。

20、优选地，步骤二中，上射频功率50-1000w，下射频功率25-1500w。

21、优选地，步骤三中，腔压为2-10torr；射频功率2000-6000w。

22、基于上述的技术目的，相对于现有技术，本发明具有如下的优势：

23、本发明采用沉积加rps清洗，完成沟槽的填充。最后在sem下切片观察，填充充分且无孔洞。由于到达角（arriving angle），所以沉积率 a > b > c，而在rps清洗过程中，到达角也对刻蚀起到相同作用，清洗速率 a > b > c，清洗过程中增大了深沟槽开口角度。因此上述薄膜沉积与刻蚀气体轰击为一个循环，所以可以增减循环次数控制待沉积薄膜覆盖的厚度，达到深沟槽填充的目的。

24、由此可见，本发明解决了微米级深沟槽填充容易形成孔洞的问题，提升了产品良率，通过在sem下切片观察，发现填充充分且填充无孔洞的现象，实现高深宽沟槽填充的完整性。

技术特征：

1.一种低温高深宽微米级沟槽填充方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的低温高深宽微米级沟槽填充方法，其特征在于，步骤一中预加热温度为5℃-180℃。

3.根据权利要求1所述的低温高深宽微米级沟槽填充方法，其特征在于，步骤一中，预加热时间为40-90s。

4.根据权利要求1所述的低温高深宽微米级沟槽填充方法，其特征在于，步骤二中，腔压为5-80mtorr，稳定腔压时长为10-30s。

5.根据权利要求1所述的低温高深宽微米级沟槽填充方法，其特征在于，所述薄膜的材料为无参杂硅玻璃、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃或硼硅玻璃。

6.根据权利要求1所述的低温高深宽微米级沟槽填充方法，其特征在于，步骤二中，液态源是正硅酸乙酯、三甲基硼酸或三甲基磷酸。

7.根据权利要求1所述的低温高深宽微米级沟槽填充方法，其特征在于，步骤二中，n2吹扫时间为10s-40s。

8.根据权利要求1所述的低温高深宽微米级沟槽填充方法，其特征在于，步骤二中，液态源流量为0.01-1g/min。

9.根据权利要求1所述的低温高深宽微米级沟槽填充方法，其特征在于，步骤二中，上射频功率50-1000w，下射频功率25-1500w。

10.根据权利要求1所述的低温高深宽微米级沟槽填充方法，其特征在于，步骤三中，腔压为2-10torr；射频功率2000-6000w。

技术总结
本发明公开了一种低温高深宽沟槽的填充方法，包括：步骤一：将带有沟槽的衬底清洗后传送至ICPCVD腔室，进行预加热；步骤二：通入填充物的反应气体和液态源并稳定腔压，打开射频电源开始沉积膜层，结束后关闭射频电源及反应气体和液态源，并通入N2进行吹扫；步骤三：对步骤二沉积的薄膜进行RPS清洗，以同时对腔室进行清洗，并减少已沉积的薄膜对衬底上沟槽的槽口附近的封口程度，槽口减小的厚度小于步骤一中薄膜沉积的厚度；步骤四：取出样品，清理ICPCVD腔室；重复步骤一至四，直至图形化衬底上的微米级沟槽完成填充。由此可见，本发明通过反复多次的沉积‑清洗步骤解决了微米级深沟槽填充容易形成孔洞的问题，提升了产品良率。

技术研发人员：邹荣园,崔虎山,朱鹏飞,刘朋飞,丁晓林,吕先峰,范思大,石小丽,许开东
受保护的技术使用者：江苏鲁汶仪器有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31