一种超深沟槽的填充方法与流程

1.本发明涉及集成电路制造技术领域，具体涉及一种超深沟槽的填充方法。


背景技术：

2.在集成电路制造工艺中，为了实现高密度逻辑电路与大功率定制电路间的整合，芯片中高电压区域和低电压电域之间需要隔离，这种隔离通过多层外延的堆叠并引入深沟槽隔离(deeptrench isolation，dti)结构来实现。dti结构不但可以缩小隔离尺寸、节省芯片面积，还可以提升隔离两端所承受的电压差。
3.通常，业内对于深宽比大于10:1的dti结构采用单晶硅或多晶硅来填充，但对于大尺寸微米级别的dti结构，多晶硅填充机台每小时的芯片产出量(waferperhour，wph)低，严重影响产能，而且多晶硅不如氧化层的隔离能力强。如对于深为23um，开口cd为1.0um，深宽比约为20:1的dti结构，采用现有方法是是无法实现沟槽良好填充及达到良好隔离效果的。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种超深沟槽的填充方法，用以实现对超深沟槽的良好填充及电压隔离。
5.本发明提供一种超深沟槽的填充方法，包括以下步骤：
6.步骤一、提供衬底，在所述衬底中形成超深沟槽，所述超深沟槽包括垂直沟槽和位于所述垂直沟槽上方的浅沟槽；
7.步骤二、采用热氧化工艺对所述超深沟槽进行氧化处理；
8.步骤三、采用harpsacvd工艺对所述超深沟槽进行薄膜淀积填充，在所述超深沟槽中形成高度不超过所述浅沟槽的空气间隙；
9.步骤四、采用hdp工艺淀积填充所述超深沟槽直至填充完成；
10.步骤五、将所述超深沟槽进行平坦化处理。
11.优选地，步骤一中所述衬底为硅衬底。
12.优选地，步骤一中所述超深沟槽的开口关键尺寸为1.0um，深度为23um，深宽比为20:1。
13.优选地，步骤一中所述超深沟槽的形成方法包括：在所述衬底上形成垫氧层和硬掩膜层；刻蚀形成浅沟槽；在所述浅沟槽两侧形成侧壁保护层；淀积形成氧化层、硬掩膜层和氧化层的叠层结构；刻蚀形成垂直沟槽，由所述浅沟槽和所述垂直沟槽共同构成所述超深沟槽。
14.优选地，所述浅沟槽呈倒梯形，并且所述浅沟槽底部的宽度大于垂直沟槽的宽度。
15.优选地，步骤三中在所述超深沟槽的开口封闭但未完全填充完成时，在所述超深沟槽中形成了一充满空气的密封薄层空隙，所述密封薄层空隙即空气间隙。
16.优选地，步骤三中淀积的所述薄膜使得所述超深沟槽具有良好的侧壁厚度。
17.优选地，步骤三中所述空气间隙高度至少低于所述浅沟槽底部0.5um。
18.优选地，步骤三中填充后的所述超深沟槽的轮廓为“v”字型。
19.优选地，步骤五中所述平坦化工艺为化学机械抛光工艺。
20.本发明利用harpsacvd工艺填充超深沟槽中高深宽比的区域，形成空气间隙，继而利用现有的hdp工艺完成填充，在保证侧壁厚度的同时尽可能地压低了空气间隙高度，最大限度的提高了器件隔离电压，实现了对超深沟槽的良好填充及电压隔离。
附图说明
21.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
22.图1至图3显示为本发明的超深沟槽填充方法的sem示意图；
23.图4显示为本发明实施例的超深沟槽的填充方法的流程图；
24.图5显示为本发明实施例的超深沟槽填充前的结构示意图；
25.图6显示为本发明实施例的超深沟槽进行热氧化后的结构示意图；
26.图7显示为本发明实施例的超深沟槽进行harpsacvd工艺后的结构示意图；
27.图8显示为本发明实施例的超深沟槽进行hdp工艺后的结构示意图。
具体实施方式
28.以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
29.此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
30.除非上下文明确要求，否则整个申请文件中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
32.如图1所示，显示为本发明填充前的深沟槽的示意图。本发明提供了一种超深沟槽填充方法，首先沉积一层sacvd薄膜(harp 5k)，利用sacvd良好的台阶覆盖率一方面保证了结构侧壁有足够的厚度提升隔离电压，另一方面尽可能压低空气间隙(airgap)高度将结构封口，此时填充后的形貌轮廓(profile)为”v”字型，如图2所示；随后沉积一定厚度的hdp薄膜(hdp6k),利用hdp较强的由下至上(bottomup)填充能力将”v”型profile填平，从而完成对超深沟槽的填充，得到如图3所示的深沟槽结构。
33.本发明结合sacvd良好的台阶覆盖率，hdp较强的由下至上(bottomup)填充能力的特点，采用sacvd(亚常压cvd)和hdp薄膜的堆叠结构，其中为了达到更好的隔离电压性能加入形成空气间隙(airgap)的工艺，实现了提升隔离电压的同时又能够较好的填充沟槽。在本发明中，超深沟槽的开口关键尺寸(cd)为1.0um，深度为23um，深宽比为20:1，实施于这种超深沟槽能够达到最好的效果。在本发明中，在淀积sacvd薄膜之前，氧化形成一层垫层氧
化膜。下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
34.图4显示为本发明实施例的超深沟槽的填充方法的流程图。如图4所示，本发明实施例的超深沟槽的填充方法包括以下步骤：
35.步骤一、提供衬底，在衬底中形成超深沟槽，超深沟槽包括垂直沟槽和位于垂直沟槽上方的浅沟槽。
36.衬底的材料可以为硅、锗、硅锗或碳化硅等，也可以是绝缘体上覆硅(soi)或者绝缘体上覆锗(goi)，或者还可以为其他的材料，例如砷化镓等ⅲ、
ⅴ
族化合物。本实施例中的衬底是硅衬底，进一步的，其可以是未掺杂的或者轻度掺杂的硅衬底。
37.在本发明实施，超深沟槽的形成方法包括：在衬底上形成垫氧层和硬掩膜层；刻蚀形成浅沟槽；在浅沟槽两侧形成侧壁保护层；淀积形成氧化层、硬掩膜层和氧化层的叠层结构；刻蚀形成垂直沟槽，由浅沟槽和垂直沟槽共同构成超深沟槽。其中，刻蚀采用光刻刻蚀工艺，具体地曝光、显影步骤这里不再赘述。硬质掩膜层的材料为氮化钛或者氮化硅。通常为氮化硅(sin)，其形成方法可以为化学气相沉积(cvd)或者物理气相沉积(pvd)。
38.当然超深沟槽的形成方法不只这一种，也可以是其他方法，本发明实施例中超深沟槽的形成方法只是作为示例。
39.如图5所示，显示为本发明实施例的超深沟槽的形成方法形成的超深沟槽的结构示意图。本发明实施例的超深沟槽包括垂直沟槽和位于垂直沟槽上方的浅沟槽，浅沟槽呈倒梯形，浅沟槽底部的宽度大于垂直沟槽的宽度，浅沟槽的两侧形成有侧壁保护层。超深沟槽的开口关键尺寸(cd)为1.0um，深度为23um，深宽比为20:1。
40.当然超深沟槽的结构不只这一种，还可以为其他的结构。本发明实施例中图5所示的超深沟槽只是作为示例。
41.步骤二、采用热氧化工艺对超深沟槽进行氧化处理。
42.如图6所示，显示为本发明实施例的超深沟槽进行热氧化后的结构示意图。在进行热氧化工艺后，在超深沟槽底部和侧壁、衬底上方表面都形成有氧化层。
43.步骤三、采用harpsacvd工艺对超深沟槽进行薄膜淀积填充，在超深沟槽中形成高度不超过浅沟槽的空气间隙。
44.如图7所示，显示为本发明实施例的在超深沟槽中形成sacvd薄膜的结构示意图。淀积该sacvd薄膜使得超深沟槽具有良好的侧壁厚度。本发明实施例中，在超深沟槽的开口封闭但未完全填充完成时，在超深沟槽中形成了一充满空气的密封薄层空隙，所述密封薄层空隙即空气间隙(airgap)，空气间隙高度至少低于浅沟槽底部0.5um，填充后的超深沟槽的轮廓(profile)为“v”字型。
45.步骤四、采用hdp工艺淀积填充超深沟槽直至填充完成。
46.如图8所示，显示为本发明实施例的在超深沟槽中形成hdp薄膜的结构示意图。本发明实施例中，采用高密度等离子体化学气相沉积(highdensityplasmachemicalvapordeposition，hdpcvd)工艺，并且淀积填充超深沟槽直至填充完成，将”v”型轮廓填平。
47.本发明实施例利用harpsacvd工艺沉积sacvd薄膜，以降低后续制程的深宽比，继而应用hdpcvd工艺沉积hdp薄膜，以完成超深沟槽的填充。
48.步骤五、将超深沟槽进行平坦化处理。
49.本发明实施例中，平坦化工艺为化学机械抛光工艺。将超深沟槽进行平坦化处理，
也即去除沟槽表面的氧化层和硬掩膜层。
50.本发明超深沟槽的填充利用harpsacvd工艺与hdp工艺结合的方法，形成空气间隙，在保证侧壁厚度的同时尽可能地压低了空气间隙高度，最大限度的提高了器件隔离电压，实现了对超深沟槽的良好填充及电压隔离。
51.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种超深沟槽的填充方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、提供衬底，在所述衬底中形成超深沟槽，所述超深沟槽包括垂直沟槽和位于所述垂直沟槽上方的浅沟槽；步骤二、采用热氧化工艺对所述超深沟槽进行氧化处理；步骤三、采用harpsacvd工艺对所述超深沟槽进行薄膜淀积填充，在所述超深沟槽中形成高度不超过所述浅沟槽的空气间隙；步骤四、采用hdp工艺淀积填充所述超深沟槽直至填充完成；步骤五、将所述超深沟槽进行平坦化处理。2.根据权利要求1所述的超深沟槽的填充方法，其特征在于，步骤一中所述衬底为硅衬底。3.根据权利要求1所述的超深沟槽的填充方法，其特征在于，步骤一中所述超深沟槽的开口关键尺寸为1.0um，深度为23um，深宽比为20:1。4.根据权利要求1所述的超深沟槽的填充方法，其特征在于，步骤一中所述超深沟槽的形成方法包括：在所述衬底上形成垫氧层和硬掩膜层；刻蚀形成浅沟槽；在所述浅沟槽两侧形成侧壁保护层；淀积形成氧化层、硬掩膜层和氧化层的叠层结构；刻蚀形成垂直沟槽，由所述浅沟槽和所述垂直沟槽共同构成所述超深沟槽。5.根据权利要求4所述的超深沟槽的填充方法，其特征在于，所述浅沟槽呈倒梯形，并且所述浅沟槽底部的宽度大于垂直沟槽的宽度。6.根据权利要求1所述的超深沟槽的填充方法，其特征在于，步骤三中在所述超深沟槽的开口封闭但未完全填充完成时，在所述超深沟槽中形成了一充满空气的密封薄层空隙，所述密封薄层空隙即空气间隙。7.根据权利要求1所述的超深沟槽的填充方法，其特征在于，步骤三中淀积的所述薄膜使得所述超深沟槽具有良好的侧壁厚度。8.根据权利要求1所述的超深沟槽的填充方法，其特征在于，步骤三中所述空气间隙高度至少低于所述浅沟槽底部0.5um。9.根据权利要求1所述的超深沟槽的填充方法，其特征在于，步骤三中填充后的所述超深沟槽的轮廓为“v”字型。10.根据权利要求1所述的超深沟槽的填充方法，其特征在于，步骤五中所述平坦化工艺为化学机械抛光工艺。

技术总结
本发明提供一种超深沟槽的填充方法，包括提供衬底，在衬底中形成超深沟槽，该超深沟槽包括垂直沟槽和位于垂直沟槽上方的浅沟槽；采用热氧化工艺对超深沟槽进行氧化处理；采用HARP SACVD工艺对超深沟槽进行薄膜淀积填充，在超深沟槽中形成高度不超过浅沟槽的空气间隙；采用HDP工艺淀积填充超深沟槽直至填充完成；将超深沟槽进行平坦化处理。本发明利用HARPSACVD工艺与HDP工艺结合的方法进行超深沟槽的填充，在保证侧壁厚度的同时在超深沟槽中形成高度较低于浅沟槽的空气间隙，提高了器件隔离电压，实现了对超深沟槽的良好填充及电压隔离。压隔离。压隔离。


技术研发人员：李琳 谈娟 陈天 张祥 李宗旭 王黎 梁金娥 赵正元 张守龙
受保护的技术使用者：华虹半导体（无锡）有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/22