[发明专利]沟槽的填充方法和成膜系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种沟槽的填充方法和成膜系统。

背景技术

半导体集成电路装置在其内部具有微细的沟槽结构。微细的沟槽结构的典型的例子为STI(Shallow Trench Isolation)。STI是将半导体元件的活性区域彼此分离的元件分离区域，通过在硅基板形成微细的沟槽并在该微细的沟槽的内部填充绝缘物而形成。

作为被填充的绝缘物，例如，如美国专利第7,112,513号所记载那样公知有SOD(旋转涂布介电层：Spin-On Dielectric)，尤其以PHPS(PerHydroPolySilazane：SiH₂NH)为主要成分的无机聚合物引人注目。PHPS在例如水蒸汽气氛中被烧制时会变成硅氧化物(SiO₂)。反应方程式如下：

SiH₂NH+2H₂O→SiO₂+NH₃+2H₂。

然而，PHPS在变化成硅氧化物时会收缩。因此，在微细的沟槽的内部产生空隙。

因此，美国专利第7,112,513号预计PHPS的收缩量，并预先在微细的沟槽的内部形成能够膨胀的膜之后，填充PHPS。能够膨胀的膜是硅(Si)膜。专利文献1通过使硅膜变化成硅氧化膜并使其膨胀，从而抵消PHPS的收缩部分来抑制微细的沟槽的内部产生空隙。

在美国专利第7,112,513号中，具有使硅膜变化成硅氧化膜的工序、即氧化工序。因此，在形成硅膜之前，将作为使氧难以通过的氧化障壁的膜形成在微细的沟槽的内部。这是为了使氧化不会到达硅基板。在专利文献1中，作为氧化障壁的膜是硅氮化膜(Si₃N₄)。

然而，沟槽的微细化进一步发展时，预测到难以在能够膨胀的膜之外将作为氧化障壁的膜形成在沟槽的内部，或者不能形成作为氧化障壁的膜。

另外，作为氧化障壁的膜原样不动地残留在沟槽的内部。被填充的绝缘物与作为氧化障壁的膜为不同的物质时，在被填充的绝缘物与作为氧化障壁的膜之间产生带隙差。即、捕获电荷那样的结构被形成在沟槽的内部。如果在元件分离区域、即电荷被捕获到沟槽的内部，则有可能给半导体集成电路装置的动作带来妨碍。

发明内容

本发明的第1技术方案的沟槽的填充方法包括以下工序：对形成有沟槽、且至少在上述沟槽的侧壁上形成有氧化膜的半导体基板进行加热，并将氨基硅烷类气体供给到上述半导体基板的表面上而在上述半导体基板上形成晶种层；对形成有上述晶种层的半导体基板进行加热，并将单硅烷气体供给到上述晶种层的表面上而在上述晶种层上形成硅膜；使用经烧制会收缩的填充材料对形成有上述硅膜的半导体基板的上述沟槽进行填充；在含有水及/或羟基的气氛中对涂覆有用于填充上述沟槽的上述填充材料的上述半导体基板进行烧制，并使上述填充材料变化成硅氧化物、使上述硅膜以及上述晶种层分别变化成硅氧化物。

本发明的第2技术方案的成膜系统是使用于被形成在半导体基板上的沟槽的填充的成膜系统，其包括：第1处理室，其用于对形成有沟槽、且至少在上述沟槽的侧壁上形成有氧化膜的半导体基板进行加热，并将氨基硅烷类气体供给到上述半导体基板的表面上而在上述半导体基板上形成晶种层，对形成有上述晶种层的半导体基板进行加热，并将单硅烷气体供给到上述晶种层的表面上而在上述晶种层上形成硅膜；第2处理室，其用于使用经烧制会收缩的填充材料对形成有上述硅膜的半导体基板的上述沟槽进行填充；第3处理室，其用于在含有水及/或羟基的气氛中对涂覆有用于填充上述沟槽的上述填充材料的上述半导体基板进行烧制，并使上述填充材料变化成硅氧化物、使上述硅膜以及上述晶种层分别变化成硅氧化物。

被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图图示出本发明的实施方式，并且与上述概略说明及下面给出的对实施方式的详细说明一起，用于解释本发明的原理。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的沟槽的填充方法的顺序的一个例子的流程图。

图2A～图2G是概略地表示图1所示的顺序中的半导体基板的状态的剖视图。

图3是表示沉积时间与硅膜的膜厚之间的关系的图。

图4是将图3中的虚线框A内放大的放大图。

图5是概略地表示能够形成晶种层以及硅膜的成膜装置的一个例子的剖视图。

图6是表示本发明的第2实施方式的沟槽的填充方法的顺序的一个例子的流程图。