[发明专利]金属前绝缘层的填充方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种金属前绝缘层的填充方法。

背景技术

随着半导体特征尺寸向65纳米乃至更精细的结构发展，对缝隙(Seam)的填充，特别是对具有高深宽比的栅极间缝隙的填充提出了更高的要求，个别器件中栅极间缝隙的深宽比达到了6:1甚至更高，这对填充工艺而言是个巨大的挑战。

高密度等离子体化学气相沉积(High Density Plasma Chemical VaporDeposition，HDPCVD)由于可在300～400℃的较低沉积温度下，制备出能够填充高深宽比(定义为缝隙的深度和宽度的比值)缝隙的膜，而在当前的实际生产中有广泛应用。

实际生产已发现对于65纳米及具有更精细的结构的器件，利用单步HDPCVD工艺进行缝隙的填充时，在缝隙的顶端会形成较厚的填充材料沉积物，继而阻挡填充材料向缝隙的底部扩散，进而在缝隙的顶端造成填充材料沉积物的积累，会在缝隙顶部产生夹断(Pinch-Off)，进而在缝隙内部形成空洞(Void)。此空洞(Void)势必将影响器件的稳定性及电学性能，严重时甚至会引发器件失效。

而HDP CVD可以在同一个反应腔中同步地进行沉积和刻蚀的工艺，图1A～1C为说明现有技术中利用沉积-刻蚀-沉积工艺填充缝隙时各步骤的器件剖面示意图，为了解决上述问题，HDP CVD沉积-刻蚀-沉积工艺被用以填充具有高的深宽比的缝隙，如图1A所示，首先，在前驱体表面10缝隙20内填充部分介质材料30，且填充的介质材料具有开口31，所述前驱体定义为待填充介质材料30的器件形成过程的中间状态；继而，如图1B所示，进行蚀刻工艺以形成扩大的介质材料开口32；最后，如图1C所示，再次实施沉积步骤，在缝隙内完全填充介质材料30。

HDP CVD沉积-刻蚀-沉积工艺的重要参数为沉积刻蚀比；此沉积刻蚀比定义为沉积速率与刻蚀速率的比值；由于沉积刻蚀比是HDP CVD工艺填充能力的重要指标，可显著影响沉积速率或刻蚀速率的工艺参数都将直接决定填充材料的填充质量。由此，采用HDP CVD沉积-刻蚀-沉积工艺填充缝隙在实际制程中对工艺参数的要求较高，难以精确控制缝隙内部的填充质量。

图2A～2C为说明现有技术中利用单晶生长工艺填充缝隙时各步骤的器件剖面示意图，专利号为“02145835.9”的中国专利申请中提供了一种缝隙的填充方法，首先，如图2A所示，在前驱体表面10上缝隙底部形成晶种40；继而，如图2B所示，通入反应气体，使其与晶种反应以在晶种与缝隙底部交界处形成晶须41；进而，如图2C所示，在缝隙内形成无缝隙的填充单晶体42。但是，应用此方法时，为避免前驱体被熔化，要求形成晶种材料时的熔点必须低于前驱体的熔点，导致应用此方法在填充材料的选择上将受到严重限制；并且，填充时引入的热处理过程施加于器件形成之后，易对器件性能造成影响；此外，单晶的生长周期较长，通过此方法形成无缝隙填充还将引起生产效率的降低。综上所述，现有的缝隙填充方法无法满足实际生产的需要。

发明内容

本发明提供了一种金属前绝缘层的填充方法，可在填充缝隙时不产生空洞。

本发明提供的一种金属前绝缘层的填充方法，包括：

在衬底表面形成栅极及环绕栅极的侧墙；

在衬底表面形成阻挡层，所述阻挡层覆盖栅极及侧墙表面，任意两覆盖阻挡层材料的栅极间具有缝隙；

溅蚀部分阻挡层，以扩大栅极间缝隙开口；

沉积金属前绝缘层，所述金属前绝缘层材料填充栅极间缝隙。

所述栅极材料包含多晶硅、金属或金属硅化物等材料中的一种或其组合；所述侧墙材料包含二氧化硅；所述阻挡层材料包含氮化硅；所述溅蚀气体为氩气和氧气；所述缝隙开口的大小及形状通过控制氩气和氧气的气流方向和流量确定；所述氩气沿竖直方向和水平方向的刻蚀选择比高于5:1，且小于所述缝隙深度与阻挡层厚度的比值；所述溅蚀工艺分步进行；所述氧气的流量在溅蚀过程中保持不变；所述金属前绝缘层材料包含磷硅玻璃、硼硅玻璃以及硼磷硅玻璃等材料中的一种或其组合；所述栅极间缝隙的填充采用高密度等离子体化学气相沉积工艺。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过在沉积步骤前增加溅蚀步骤，增大缝隙开口，减小缝隙的深宽比，继而在缝隙的顶端不再造成填充材料沉积物的积累，进而使得在填充缝隙时不再产生空洞，保证了器件性能的稳定性，增强了器件的可靠性。

附图说明

图1A～1C为说明现有技术中利用沉积-刻蚀-沉积工艺填充缝隙时各步骤的器件剖面示意图；